УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРМАГНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ ИЗ КАРБОНАТА МАГНИЯ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету роботи та задачі досліджень, визначено наукову новизну, практичну значимість одержаних результатів, позначено особистий внесок автора , надані відомості про публікації, про можливе використання розробки у дослідженнях і реалізацію результатів роботи у промисловості.

У першому розділі проаналізовано та узагальнено літературні дані, що стосуються дослідження: термодинамічні дані про протікання реакцій хлорування; дослідження процесу та технології хлорування брикетів з магнезіальної шихти в шахтних електропечах (ШЕП); досягнутий технічний рівень і недоліки технології. Визначено головні критерії вдосконалення технології – зростання питомої швидкості процесу хлорування та продуктивності хлоратора, підвищення ступеню використання хлору та ступеню вилучення магнію із сировини в готовий продукт, спрощення апаратурно - технологічної схеми підготовки сировини до процесу.

На підставі критичного аналізу недоліків зроблено висновок, що причина низького технічного рівня технології хлорування в ШЕП – невірна оцінка механізму протікання процесу, яка зумовила при організації технології екранування в брикеті поверхні частинок оксиду вуглецевим відновником. Нами зроблено висновок, що звільнення поверхні частинок оксиду сприятиме інтенсифікації процесу хлорування.

Виходячи з цього, розглянуто результати досліджень з розробки способу хлорування суспензії оксидних мінералів і концентратів у хлоридних розплавах, реалізованого в промисловості для зневоднення карналіту, отримання хлоридів Ti, Zr та інших металів. Показано переваги технології у порівнянні з технологією хлорування брикетованої шихти. Зроблено висновок про потенційну можливість удосконалення технології одержання хлормагнієвих розплавів шляхом здійснення процесу в хлоридному розплаві з одержанням готового розплаву, близького за складом до безводного карналіту (50 % MgCl₂). Дослідження процесу хлорування карбонату (оксиду) магнію у розплавах системи KCl – NaCl – MgCl₂ нами визнано актуальним, що дозволяє інтенсифікувати та вдосконалити процес отримання хлормагнієвих розплавів.

Другий розділ присвячений опису обладнання, використованого для дослі-джень, і методикам досліджень. Термографічні дослідження здійснювали на пірометрі Курнакова. Рентгенографічні дослідження продуктів хлорування проводили на дифрактометрі ДРОН-0,5 у мідному Кα-випромінюванні, спектроскопічні дослідження – на атомно-абсорбційному спектрофотометрі "Hitachi" (мод. 180-80).

Вимірювання масової частки компонентів в продуктах хлорування виконували за стандартними методиками: хлориду магнію – трилонометричним методом, оксиду магнію – титрометричним, кальцію – об'ємним комплексонометричним, заліза та кремнію – фотометричним, алюмінію – атомно-адсорбційним. Вимірювання об'ємної частки хлору в газах проводили об'ємним методом.

Отримані в ході досліджень результати оброблені методами математичної статистики.

Третій розділ присвячено дослідженню процесів хлорування карбонату та оксиду магнію в хлоридних розплавах, вивченню поведінки домішок і якості одержуваного розплаву, розробці рекомендацій для оптимального технологічного та апаратурного оформлення процесу.

На лабораторній установці досліджено залежність швидкості процесу хлорування суспензії каустичного магнезиту в розплаві KCl – NaCl – MgCl₂ від складу і дисперсності шихти. Експерименти здійснювали в кварцовому реакційному сосуді діаметром 40 мм, вихідна маса розплаву - 160 г при масовій частці MgCl₂ - 18 % і співвідношенні KCl : NaCl = 5:1. Шихту із свіжовипаленого подрібненого магнезиту Киргитейського родовища (мас. частка ,%: MgO - 87,2 ; CaO - 1,4 ; SiO₂ - 1,0 ; Fe₂O₃ - 0,4 ; Al₂O₃ - 0,07 ; в. п. п. - 10,0) і нафтового коксу марки КЗ-0 (ГОСТ 22898-78 ) при (С: MgO) = 0,4 хлорували в ізотермічному режимі при температурі 800 ºС. Хлор використовували рідкий за ГОСТ 6718-86. Об'ємну витрату хлоро-повітряної суміші (75 % Cl₂) підтримували реометрічним методом на рівні 40 дм³ / год. Тривалість експерименту – 30 хв. Швидкість хлорування розраховували за зміною масової частки MgCl₂ і MgO в розплаві.

Графіки отриманих кінетичних залежностей узгоджуються з уявленнями про дифузійний механізм процесу. Розчинність MgO в хлоридних розплавах незначна, процес хлорування локалізується на поверхні частинок MgO. Масова швидкість хлорування Vm у інтервалі мас. частки MgO в розплаві від 3 до 18 % (рис. 1а) практично лінійно зростає із збільшенням масс. частки MgO і сумарної поверхні його частинок згідно з рівнянням V_MgO = 0,7464 C_MgO + 1,8857 (R² = 0,9356). При цьому, питома швидкість хлорування Vs знижується внаслідок зростання дифузійного гальмування із зростанням кіліькості частинок оксиду в суспензії. Зі збільшенням діаметра частинок оксиду D (рис. 1б) масова швидкість Vm знижується внаслідок зменшення сумарної площі поверхні частинок MgO. Розрахункова питома швидкість Vs при цьому зростає, що, очевидно, обумовлено дисоціацією залишкового карбонату в каустичному магнезиті та диспергуванням частинок магнезита в розплаві у ході процесу. Відхилення Vm від прямолінійної залежності також обумовлено зміною характеру дифузії хлору до поверхні частинок при зменшенні їхнього розміру, переходом до нестаціонарної напівнескінченної сферичної дифузії.