научная статья по теме Исследование кинетики термического гидролиза нитратов алюминия и магния Биология

Текст научной статьи на тему «Исследование кинетики термического гидролиза нитратов алюминия и магния»

УДК 669.17.2

В.В. Вайтнер, И.И. Калиниченко, О.А. Антропова, Е.Г. Печерских, А.Н. Габдуллин

Уральский государственный технический университет -УПИ имени первого президента России Б.Н. Ельцина г. Екатеринбург, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТЕРМИЧЕСКОГО ГИДРОЛИЗА НИТРАТОВ АЛЮМИНИЯ И МАГНИЯ

Термический гидролиз является перспективным способом регенерации азотной кислоты при разработке азотнокислотных способов получения оксидов алюминия и магния. Проведен деривато-графический анализ девятиводного нитрата алюминия и гексагидрата нитрата магния. Исследованы кинетика и механизм термического гидролиза нитратов алюминия и магния.

Одной из центральных проблем, препятствующих развитию кислотных способов переработки высококремнистого глинозем- и магнийсодержащего сырья, является сложность регенерации выщелачивающего агента - азотной кислоты.

Ряд описанных способов основаны на осаждении гидроксидов алюминия и магния щелочью или аммиаком, при этом в качестве побочных продуктов производства получают сульфаты, хлориды, нитраты натрия или аммония. Это приводит к необходимости введения в цикл значительных объемов кислоты.

Согласно данным дериватографического анализа разложение Al(NO3)3-9H2O сопровождается двумя эндоэффектами с пиками при 90 и 170 0С. Первый эндотермический эффект вызван плавлением соли в собственной кристаллизационной воде, незначительная потеря массы при этом может быть отнесена к потере небольшого количества сорбционной воды. Второй эффект, начинающийся при 110 0С и заканчивающийся при 250 0С, вызван разложением нитрата алюминия с образованием основной соли. Свыше температуры 250 0С отмечается незначительная потеря массы, обусловленная дальнейшим разложением оксонитрата с образованием бемита.

На кривой ДТА Mg(NO3)2-6H2O наблюдаются эндоэффекты при 70, 80 0С, вызванные плавлением соли в собственной кристаллизационной воде. При 165, 195, 270, 335, 400, 410 0С идет отделение кристаллизационной воды и разложение соли с отгонкой нитрозных газов.

Термический гидролиз нитратов проводили в трубчатой печи. Через реакционную трубку, содержащую нитраты алюминия или магния, пропускали перегретый водяной пар.

При термическом гидролизе Al(NO3)3-9H2O возможно протекание реакций

А1(Шз)з-9Н20 = AlOH(NO3)2 + HNO3 + 8 H2O A1(N03V9H20 = A1(OH)2NO3 + 2 HNO3 + 7 H2O A1(NO3V9H2O = A1(OH)3 + 3 HNO3 + 6 H2O AI(NO3V9H2O = A1OOH + 3HNO3 + 7 H2O 2 A1(NO3V9H2O = A12O3 + 6 HNO3 + 15 H2O

При термическом гидролизе Mg(NO3)2-6H2O возможно протекание реакций

Mg(NO3)2-6H2O = MgOHNO3 + HNO3 + 5 H2O Mg(NO3)2-6H2O = Mg(OH)2 +2 HNO3 + 4 H2O Mg(NO3)2-6H2O = MgO + 2 HNO3 + 5 H2O

При температуре выше 159 0C HNO3 разлагается:

2 HNO3 = H2O + NO2 + NO + O2

Конденсация паров, а также процессы в газовой фазе позволяют регенерировать азотную кислоту

2 NO2 ^ N2O4 + H2O = 2 HNO3 + NO 2NO + O2 = 2 NO2.

Установлено, что в процессе термического гидролиза выделяется азотная кислота - 94-96 %, азотистая кислота - до 2 % и 2-4 % оксидов азота от общего количества уловленных газообразных продуктов распада.

Изучение влияния температурного режима на степень разложения A1(NO3)3-9H2O свидетельствует о том, что с увеличением температуры увеличивается и степень разложения соли, составляя в статических условиях 55, 67, 87, 89, 94 % при 200, 230, 260, 300, 350 0С соответственно при времени выдержки 90 мин.

Процесс термического разложения нитратов алюминия и магния в атмосфере перегретого водяного пара протекает в несколько стадий. Например, при термическом гидролизе A1(NO3)3-9H2O на начальном этапе происходит потеря трех молекул кристаллизационной воды из кристаллогидрата, далее

механизм разложения меняется и происходит собственно термический гидролиз нитрата с образованием основной соли, скорость реакции на данном этапе, определяется распадом нитрата с отгонкой оксидов азота. При 350 0С максимум скорости реакции достигается через 10 минут от начала процесса. Процесс протекает в кинетическом режиме, lgK = -2,74. В ходе разложения Al(NO3)3-9H2O граница раздела двух фаз, т.е. реакционная поверхность, уменьшается, т.к. уменьшается количество исходной соли. Кроме того, увеличивающийся слой твердых продуктов распада затрудняет диффузию. Это приводит к снижению скорости реакции через 20 минут от начала процесса. Скорость процесса определяется диффузией газообразных продуктов реакции через слой основного нитрата, lgK = -6,97.

Значения энергий активации, равные 42,4 и 162,9 кДж/моль для начального и конечного этапов термического гидролиза Al(NO3)3-9H2O подтверждают контроль первой стадии кинетикой процесса, второй - диффузией газообразных продуктов реакции через слой твердых продуктов.

Применение термического гидролиза нитратов в технологиях переработки алюминий и магний-содержащего сырья позволит не только регенерировать азотную кислоту, но отмыть полученные продукты от нитратов щелочных и щелочноземельных металлов, в связи с отсутствием их термического разложения и спекания с алюминий и магнийсодержащими продуктами.

УДК 669.17.2

И.И. Калиниченко, А.Н. Габдуллин, А.С. Молодых, В.Е. Зарецкий, О.А. Антропова, Е.Г. Печерских

Уральский государственный технический университет -УПИ имени первого президента России Б.Н. Ельцина г. Екатеринбург, Россия

ЗНАЧЕНИЕ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ МАГНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАГНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Магнийсодержащее сырье широко распространено на Урале и во всем мире. Предлагаемая азотнокислотная технология позволяет переработать данные материалы и получить ценные продукты: оксид магния, оксиды тяжелых металлов, кремнезем. Предлагается также получение безводного хлорида магния или карналлита, что имеет большое значение для металлургии магния.

Магний и его соединения находят широкое применение в народном хозяйстве. Металлический магний применяется в металлургии, для производства пиротехнических изделий, легких сплавов для автомобилестроения, протекторной защиты от коррозии и т.д.

Оксид магния применяется при производстве огнеупорных материалов, трансформаторной стали, резинотехнических и полимерных материалов, лекарств и т.д. Карбо- и силикотермические методы позволяют из оксида магния получать металлический магний. Из оксида магния можно получить безводный хлорид магния или карналлит, что имеет особое значение для электролитических способов получения металлического магния.

Наша исследовательская группа предлагает перерабатывать широко распространенное как на Урале, так и во всем мире магнийсодержащее сырье: серпентиниты, дуниты, окисленные никелевые руды и т.д. Получаются высокочистый оксид магния, чистый высокодисперсный кремнезем, а также оксиды тяжелых металлов. Предлагается также прямой синтез безводного хлорида магния или карналлита из наработанного при этом оксида магния.

Серпентинит - многотоннажный отход асбестообогатительной промышленности. В нем содержатся минералы группы серпентина: хризотил-асбест, лизардит, антигорит с общей формулой Mg3[Si2O5](OH)4, а также магнетит, хромсодержащие шпинели. В исследованиях использовался серпентинит Баженовского месторождения со следующим усредненным составом (% масс.): SiO2 42; MgO 38-40; Fе2Оз 3-5; FeO 1,0; &2О3 0,28; NiO 0,23; МпО 0,25; AI2O3 1,9; СаО 1,95; п.п.п. 10-12.

Предлагаемая технология по переработке серпентинита предполагает следующие стадии передела:

- выщелачивание измельченного серпентинита азотной кислотой;

- разделение фильтрованием раствора нитратов магния и других металлов от кремнеземистого остатка;

- магнитную сепарацию кремнезема с выделением железо-хром-марганцевой шпинели. При этом получается готовый продукт "белая сажа" - чистый кремнезем с высокой удельной поверхностью;

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком