Спосіб одержання спеченого периклазу

Реферат: (72) Винахідник(и): Аннопольський Володимир Фрідріхович (UA), Алексєєв Володимир Іванович (UA), Примаченко Володимир Васильович (UA), Мартиненко Валерій Владленович (UA), Спірін Юрій Олександрович (UA), Семененко Ольга Михайлівна (UA), Алексєєв Олексій Володимирович (UA) (73) Власник(и): ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ТА ПРОЕКТНИЙ ІНСТИТУТ ОСНОВНОЇ ХІМІЇ (НІОХІМ), вул. Мироносицька, 25, м. Харків, 61002 (UA), ПУБЛІЧНЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ВОГНЕТРИВІВ ІМЕНІ А.С. БЕРЕЖНОГО", вул. Гуданова, 18, м. Харків, 61024 (UA) (56) Перелік документів, взятих до уваги експертизою: Патрик Мак Клири. Синтетический крупнокристаллический периклаз - гарантия стабильного качества огнеупоров. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2004, N 4, С. 60-62. В. В. Примаченко та ін. Исследования гидроксида магния из бишофита ВосточноПолтавского месторождения и полученного из него периклаза. Огнеупоры и техническая керамика. 2000, N 4, С. 3-7. CS 235000 B1, 15.01.1987 CA 1252483 A, 11.04.1989 JPH 0375263 A, 29.03.1991 JP 2007254191 A, 04.10.2007 CN 1884170 A, 27.12.2006 CN 102225862 A, 26.10.2011 UA 102620 C2 (12) UA 102620 C2 Винахід належить до хімічної та металургійної галузей промисловості. Спосіб одержання спеченого периклазу здійснюють шляхом випалювання гідроксиду магнію, одержаного осадженням з розчинів солей магнію розчином сильного лугу, при цьому гідроксид магнію має розмір часток не більше 100 нм, та попередньо підлягає брикетуванню під тиском не менше 70 МПа, при цьому випалювання здійснюють в одну стадію за максимальної температури 16701750 °C. Застосування винаходу дозволяє знизити енерговитрати при одержанні продукту підвищеної якості і спростити процес у цілому. UA 102620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способів одержання спеченого периклазу і може знайти застосування у хімічній та металургійній галузях промисловості. Відомо спосіб одержання спеченого периклазу, який здійснюють шляхом випалювання гідроксиду магнію, одержаного осадженням гідроксидом кальцію (компонентом вапняного молока або суспензії випаленого доломіту) з морської води (див., наприклад, Л.В. Хорошавин, В.А. Перепелицин, В.А. Кононов. Магнезиальные огнеупоры. Справочник: М., Интернетинжиниринг, 2000. С.61-62). Відомо також спосіб одержання спеченого периклазу, який здійснюють шляхом двоступеневого випалювання гідроксиду магнію, одержаного осадженням гашеним вапном з морської води за температури до 1000 °C и 2300 °C (см., наприклад, П.Макклири. Периклаз из морской воды производства компании "Premier Periklase Ltd." Новые огнеупоры, 2004, №4. С.137-139). Одержаний таким чином периклаз належить до високоякісних, забезпечує низьку хімічну активність, а також має підвищену шлако- та металостійкість. Відомі способи пов'язані з використанням як осаджувачів вапняного молока або водної суспензії випаленого доломіту. Це обумовлено тим, що під час застосування більш сильного лугу, наприклад, гідроксидів натрію або калію, гідроксид магнію утворюється у вигляді гелеподібного осаду, який дуже погано відстоюється і практично не фільтрується. Використання ж менш активних суспендованих, тобто, менш розчинних осаджувачів, якими є вапняне молоко або водна суспензія випаленого доломіту, уповільнює процес осадження гідроксиду магнію и сприяє значному збільшенню його кристалів, що дозволяє одержувати суспензії, які біль-менш добре відстоюються та фільтруються. Вапняк та доломіт, що використовуються, повинні бути більш-менш чистими і вміст у них домішок (кремнезему, оксидів алюмінію чи заліза) має бути обмежений, що досягається за допомогою гідромеханічного очищення суспензії від домішок на стадії гасіння випалених вапняків і доломітів. Проте, домішки, що залишилися, повністю переходять в осад гідроксиду магнію в процесі його осадження і утруднюють одержання спеченого периклазу з масовою часткою більше 95 %. Таким чином, відомі способи не дозволяють без трудомістких операцій очищення реагентів осаджувачів від нерозчинних домішок одержати продукт випалювання підвищеної чистоти (9799 % MgO), а також змушують застосовувати двоступеневе випалювання гідроксиду магнію, зважаючи на його відносно низьку дисперсність і хімічну активність осадженого гідроксиду магнію. Двоступеневе випалювання гідроксиду магнію з попередньою його каустифікацією за температури до 1000 °C обумовлюють підвищені енерговитрати та трудомісткість. В основу винаходу покладено задачу створити спосіб одержання спеченого периклазу, який дозволить суттєво знизити енерговитрати під час одержання продукту підвищеної якості (до 9799 % MgO) і спростити процес у цілому, усунувши стадії попереднього очищення осаджуючих реагентів. Поставлена задача вирішується у способі одержання спеченого периклазу, який здійснюється шляхом випалювання гідроксиду магнію, одержаного шляхом його осадження з розчинів солей магнію реагентом; згідно з винаходом, як реагент використовують розчин сильного лугу, а як вихідний матеріал використовують нанодисперсний гідроксид магнію з розміром часток не більше 100 нм, який попередньо підлягає брикетуванню під тиском не менше 70 МПа, при цьому випалювання здійснюють в одну стадію за температури 16701750 °C. Відмінними ознаками способу, що заявляється, є: як реагент використовують розчин сильного лугу; як вихідного матеріалу використовують нанодисперсний гідроксид магнію з розміром часток не більше 100 нм, який попередньо підлягає брикетуванню під тиском не менше 70 МПа; випалювання здійснюють в одну стадію за температури 1670-1750 °C. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає, що вказані відміни є новими. Авторами була встановлена можливість усунення гелеутворення і отримання нанодисперсного гідроксиду магнію, який був осаджений сильно лужними реагентами, який на відміну від гелеподібного осаду має задовільні седиментаційні та фільтраційні властивості і який, у випадку використання для одержання спеченого і плавленого периклазу, дозволяє здійснювати випалювання в одну стадію за температури 1670-1750 °C. Розмір часток гідроксиду магнію має бути менше 100 нм і сам він попередньо підлягає брикетуванню під тиском не менше 70 МПа. Автори встановили, що при застосуванні нанодисперсного гідроксиду магнію, розмір часток якого менше 100 нм, спікання периклазу завершується вже при 1670 °C, зразки спеченого 1 UA 102620 C2 5 10 15 20 25 30 периклазу мають цілком сформовану структуру. З підвищенням температури до 1750 °C з'являється значна кількість кристалів периклазу, що утворюють двогранні кути. За цієї температури у матеріалі спостерігаються стовбчасті кристали різного розміру з прямим контактом периклаз - периклаз. Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що у периклазі, який спечено при 1670 °C утворюються найвитончені ниткоподібні кристали MgO. Важливим завданням є розроблення таких умов термообробки, за якими у виробах виникають сильно подовжені тонкі кристали на зразок "віскеров". Текстури з ниткоподібними кристалами мають високу пружність, міцність і термостійкість. Одержаний авторами периклаз характеризується густинною структурою з формуванням, в основному, прямих міжзеренних зв'язків периклаз периклаз і ниткоподібних кристалів. Одержання такого роду кристалів забезпечується щонайдрібнішим розміром часток вихідного гідроксиду магнію (впритул до колоїдних), високим вмістом у ньому MgO. часток вихідного гідроксиду магнію (впритул до колоїдних), високим вмістом у ньому MgO. Спосіб одержання спеченого периклазу здійснюють таким чином. Гідроксид магнію, одержаний з розчину солей магнію з використанням як осаджувач сильно лужного розчину, який має розмір часток не більше 100 нм, висушували до оптимальної вологості, необхідної для ефективного брикетування. Далі продукт піддавали брикетуванню під тиском 70-100 МПа до одержання максимальної густини сирцю, а після цього в тунельній печі випалювали за максимальної температури 1670-175 0 °C протягом 10-100 годин. Спосіб пояснюється такими прикладами. Приклад 1. З розчину природного бішофіту при використанні як осаджувач розчину, що містить NaOH, одержують гідроксид магнію, що має розмір часток не більше 100 нм. Хімічний склад середньої проби гідроксиду в перерахунку на пропечену речовину, мас. частка, %: MgO97.1; SiO2-0.88; А12О3-0.4; Fe2O3-0.18; CaO-0.24; Na2O-0.10. Здійснювали брикетування під тиском 70-100 МПа. Далі продукт поміщали у тунельну піч і випалювали протягом 80 годин за температури 1670 °C. Решту прикладів наведено у таблиці. Як видно з наведених прикладів, спечений периклаз, одержаний за температури нижче 1670 °C, має трохи меншу густину і більш високу пористість. При підвищенні температури понад 1750 °C показники якості спеченого периклазу не покращуються. Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні зі способом - прототипом полягають у зниженні енерговитрат при одержанні продукту підвищеної якості і спрощенні процесу в цілому. Таблиця Умови одержання і властивості спеченого периклазу Умови спікання Тривалість, №№ загальна/у зоні прик- Максимальна максима-льної ладів температура, °C темпера-тури, година 1 1510 130/5 2 1670 80/2,5 3 1730 100/3,0 4 1750 100/3,0 5 1780 100/3,0 Масова частка компонентів, % Уявна Відкрита густина, пористість, mпр* MgO SiO2 Аl2О3 Fe2O3 CaO Na2O 3 г/см % 0,9 0,7 0,4: 0,3 0,3 97,1 97,1 97,4 97,5 97,5 0,88 0,89 1,00 1,04 1,04 0,40 0,41 0,51 0,79 0,80 0,18 0,18 0,30 0,34 0,34 0,24 0,25 0,35 0,47 0,48 0,10 0,05 0,03 0,00 0,00 3,38 3,41 3,42 3,46 3,46 2,80 2,34 2,12 1,32 1,31 * Зменшення маси під час прожарювання 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 Спосіб одержання спеченого периклазу, який здійснюють шляхом випалювання гідроксиду магнію, одержаного шляхом його осадження з розчинів солей магнію реагентом, який відрізняється тим, що як реагент використовують розчин сильного лугу, при цьому осаджують нанодисперсний гідроксид магнію з розміром часток не більше 100 нм, який попередньо 2 UA 102620 C2 підлягає брикетуванню під тиском не менше 70 МПа, при цьому випалювання здійснюють в одну стадію за максимальної температури 1670-1750 °C. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3