научная статья по теме Значение азотнокислотной технологии переработки магнийсодержащего сырья для производства металлического магния и его соединений Биология

Текст научной статьи на тему «Значение азотнокислотной технологии переработки магнийсодержащего сырья для производства металлического магния и его соединений»

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;

- нейтрализация кислого нитратного раствора водной суспензией оксида магния до рН 8 и осаждение гидроксидов тяжелых металлов и алюминия;

- отделение осадка от чистого раствора нитрата магния. Гидроксиды тяжелых металлов и алюминия смешиваются с магнитной фракцией и могут быть использованы для получения легированной стали;

- выпаривание раствора и кристаллизация гексагидрата нитрата магния;

- термический гидролиз нитрата магния в атмосфере перегретого водяного пара с получением высокочистого оксида магния и нитрозных газов (НЫ03, N0^ N0, 02, Н20), конденсация которых позволяет регенерировать азотную кислоту и вернуть на стадию выщелачивания.

Методы по переработке серпентинита также предлагались и другими авторами, например, в работах [1-5]. Предлагаемый нами метод имеет следующие преимущества перед данными работами:

- меньшая агрессивность азотной кислоты по отношению к стальному оборудованию по сравнению с соляной;

- замкнутость технологического цикла по выщелачивающему реагенту - кислоте и нейтрализующему - оксиду магния;

- безотходность и комплексность переработки.

Значимость разработки подтверждается патентом РФ [6].

Окисленные никелевые руды - руды вторичного происхождения образованные в результате выветривания ультраосновных серпентинитовых пород. Из-за высокого содержания оксида магния окисленные никелевые руды Урала непригодны для металлургии никеля. В исследовательской работе использовались руды Серовского месторождения. Они содержат минералы группы серпентина, тальк (Ni,Mg)[Si4Ol0](OH)2, кальцит СаС03, актинолит или тремолит Ca2Mg5[Si40ll]F2, ревдинскит (Ni,Mg,Al)6[(Si,Al)4Ol0](OH)8. Руда имеет следующий химический состав (% масс.): Si02 42,7-43,89; МgО 13,73-34,1; FeО 14,8-31,32; Сг2О3 0,17-1,82; №О 2,39-2,44; МпО 0,01-0,47; А2О3 4,10-4,91; СаО 0,22-0,34; п.п.п. 0,92-1,71.

Технология переработки окисленных никелевых руд отличает от вышеописанной наличие предварительной термической обработки исходного сырья при температуре 650 0С, а также используется дробное осаждение гидроксидов металлов при различных значениях рН [7, с. 56]. Это позволяет получить более богатый никелем концентрат. Метод переработки окисленных никелевых руд отличен от [8-10] и дает возможность использования руды с высоким содержанием железа и магния. Данная технология сохраняет все преимущества, предлагаемого нами способа переработки серпентинита.

Вследствие невысокой температуры разложения нитрата магния по сравнению с сульфатом и хлоридом получаемый нами оксид магния имеет высокую активность. Это имеет большое значение при прямом синтезе безводных хлорида магния или карналлита, для получения которых в электролитическом производстве металлического магния обязательное обезвоживание их кристаллогидратов.

В настоящее время безводный хлорид магния получают из бишофита, магнезита и оксида магния (используя хлор и монооксид углерода, в качестве восстановителя).

Однако многие существующие способы производства безводного хлорида магния характеризуется ресурсоемким, экологически неэффективным и сложным процессом на всех стадиях технологической цепочки. При обезвоживании в токе соляной кислоты недостатком является токсичность и агрессивность хлора и соляной кислоты по отношению к металлическому оборудованию. При обезвоживании, основанном на использовании хлорида аммония и низших спиртов (в качестве растворителя хлорида магния) недостаток - высокая стоимость, огнеопасность применяемых органических растворителей и сложность последующего отделения хлорида магния. Кроме того, чаще всего все операции по обезвоживанию протекают в расплавах, что удлиняет технологическую цепочку и увеличивает издержки на подготовку сырья и обработку продуктов производства [11,12].

Карналлит обезвоживается легче бишофита, что делает его ценным сырьем для получения металлического магния. В основном существует два метода обезвоживания карналлита - в кипящем слое и в расплавленном состоянии. В кипящем слое, вследствие увеличения реакционной поверхности, процесс идет при более низких температурах, нежели в расплаве [13,14].

Предлагаемая нами технология основывается на реакции взаимодействия хлорида аммония и оксида магния, полученного вышеупомянутым способом. Следует отметить, что реакция начинает протекать уже при комнатной температуре.

Суть метода заключается в том, что смесь хлорида аммония и оксида магния нагревается выше температуры плавления хлорида аммония (337,6 0С). В результате реакции получается безводный хлорид магния и удаляется газообразная аммиачно-хлоридноаммонийная смесь.

Предлагаемый метод обладает следующими преимуществами:

- процесс протекает не в расплаве, а в твердом состоянии, что позволяет сократить технологическую цепочку;

- в качестве хлорирующего агента используется хлорид аммония, который менее токсичен и агрессивен по сравнению с хлором и соляной кислотой;

- метод позволяет проводить процесс при более низкой температуре, по сравнению с другими методами, что позволит уменьшить энергозатраты.

Очевидно, что данный метод получения безводных хлорида магния и карналлита окажется менее энергоемким и более эффективным с экономической и экологической точки зрения по сравнению с традиционными методами.

Список использованных источников

1. Пат. 2038301 RU C01 F 5/06. Способ получения оксида магния / Велинский В.В., Гусев Г.М.; НГУ; № 4950363/26; заявл. 26.06.1991; опубл. 27.06.1995. Бюл. № 24/2000. 3 с.

2. Пат. 2209780 RU C 02 F 5/02. Способ получения чистого оксида магния / Александров Ю.Ю., Олейников Ю.В., Парамонов Г.П.; № 2000126921/12; заявл. 26.10.2000; опубл. 20.09.2002. Бюл. № 200611. 7 с.

3. Нажарова Л.Н. Солянокислотная переработка серпентинита: Автореф. дис. канд. техн. наук. Казань, 1999. 16 с.

4. Пат. 2244044 RU C1. Способ получения магния из серпентинита / Пенский А.В., Шундиков Н.А., Гладикова Л.А. № 2003136455/02; заявл. 16.12.2003; опубл. 10.01.2005. Бюл. № 1. 6 с.

5. Гаприндашвили В.Н., Гогичадзе Л.К. Азотнокислотная переработка грузинских серпентинитов // Сообщ. АН

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