Способ получения оксида магния

 

Изобретение относится к производству оксида магния, используемого, например, при производстве огнеупорных материалов, в электрохимической и целлюлознобумажной промышленности, в строительстве. Способ получения оксида магния заключается в обработке природного доломита серной кислотой или смесью серной и соляной кислот в молярном соотношении 1:2. После отделения раствора солей магния от осадка осаждают гидроксид магния из раствора щелочным реагентом, обеспечивающим рН 10,6-12, затем отделяют выпавший осадок и осуществляют его термическую обработку при температуре 760-1200^oС для получения огнеупорного оксида магния. Изобретение позволяет упростить технологию за счет исключения обжига доломита и использования отходов кислот, а также улучшить качество оксида магния из-за отделения соединений магния от соединений кальция. 1 табл.

Изобретение относится к производству оксида магния, используемого, например, при производстве огнеупорных материалов, в электротехнической и целлюлозно-бумажной промышленности, в строительстве.

Известен способ получения оксида магния, защищенный а.с. СССР 1695622, кл. С 01 F 5/08, опубл. 10.02.1996 г.

Способ заключается в обжиге природного магнезита, выщелачивании спека раствором нитрата аммония, отделении полученного раствора и обработке его аммиаком с получением гидроксида магния и последующей прокалкой.

Недостатками способа являются высокая энергоемкость, т.к. проводится двухкратный обжиг при температуре выше 1000^oС, а также высокая стоимость и труднодоступность природного магнезита.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ производства оксида магния и/или продуктов его гидратации, защищенный а.с. СССР 1599304, кл. С 01 F 5/06, опубл. 15.10.1990 г.

Способ включает обработку обожженного доломита при температуре 0-100^oС водным раствором органического вещества, отделение осадка от маточного раствора, промывку осадка и его сушку, при этом обработку исходного сырья ведут водным раствором, содержащим моноэтаноламин, и/или диэтаноламин, и/или пиперидины, и/или этилендиамин и соль указанных веществ с соляной, азотной, муравьиной и уксусной кислотами.

Маточный раствор подвергают регенерации диоксидом углерода при рН 7-12, отделяют образовавшийся осадок карбоната кальция, а оставшийся после отделения осадка раствор рециркулируют на стадию обработки исходного сырья.

Недостатком известного способа является сложность технологии из-за обжига доломита, использования дорогих реагентов, их регенерации.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание экологичного способа получения оксида магния.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении технологии за счет исключения обжига доломита и использования отходов кислот, а также улучшении качества оксида магния из-за отделения соединений магния от соединений кальция.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения оксида магния, включающем обработку доломита и отделение раствора от осадка, обработку природного доломита осуществляют серной кислотой или смесью серной и соляной кислот в молярном соотношении 1:2, полученный раствор солей магния отделяют от осадка, осаждают гидрооксид магния из раствора щелочными реагентами, обеспечивающими рН 10,6-12, отделяют выпавший осадок и осуществляют его термическую обработку при температуре 500-750^oС для получения каустического магнезита и 760-1200^oС для получения огнеупорного оксида магния.

Способ осуществляют следующим образом.

Природный доломит - двойной карбонат магния и кальция состава CaCO₃•MgCO₃. Обычно содержит примеси глины, силикатов, соединения железа, органических веществ. В зависимости от примесей доломит бывает почти белого (Ковровское месторождение Владимирской области) или темно-коричневого (Гремячевское месторождение Нижегородской области) цвета.

При реакции доломита с серной кислотой в водный раствор переходит только MgSО₄, т.к. сульфат кальция - плохо растворимое вещество и остается в осадке в виде гипса.

Уравнение реакций, происходящих при воздействии серной кислоты на доломит, таковы: Реакцию необходимо проводить в разбавленной серной кислоте, т.к. происходит частичное связывание воды в двухводный гипс и раствор густеет.

При обработке природного доломита смесью серной и соляной кислот при их молярном соотношении 1:2 происходит реакция: В металлургической, химической и других отраслях промышленности образуется большое количество растворов серной и соляной кислот с ненормированной концентрацией, т.е. отходов, не находящих сбыта и загрязняющих окружающую среду. Например, ингибированная соляная кислота содержит 19-25 % HCl, извлеченная из отбросных газов органических производств - 20-27% HCl. Серная кислота, регенерированная из сернистого газа металлургических и других производств, содержит до 75% Н₂SO₄.

Малорастворимый осадок сульфата кальция (гипса) отделяют от раствора солей магния, например, отстаиванием, фильтрованием (на фильтр-центрифуге), отжиманием (на фильтр-прессе).

В раствор солей магния добавляют щелочной реагент, обеспечивающий рН 10,6-12, например гидроксиды Са, Na, К, аммиак или карбонат натрия (Nа₂СО₃) или гидрокарбонат натрия (NаНСО₃) или поташ (К₂СО₃). При рН 10,6 начинается осаждение гидроксида Mg, при рН 12 заканчивается.

Выпавший осадок гидроксида Mg промывают водой, центрифугируют или отжимают на фильтр-прессе и упаривают до сухого порошка.

Прокаливают гидроксид Mg при 500-750^oС для получения каустического магнезита (MgO), а прокаливанием при 760-1500^oС получают металлургический огнеупорный порошок MgO.

Природный доломит обрабатывают смесью серной и соляной кислот в молярном соотношении (1:2), чтобы соединения кальция осадились и не перешли в конечный продукт.

Анализ доломита, гидроксида магния и оксида магния проводили химическим методом согласно ГОСТ 23260.4-78, ГОСТ 22688-77 и спектральным методом по ГОСТ 23260.2-78.

Пример 1.

Была приготовлена смесь кислот с концентрацией: серная кислота - 1,5 моль/литр (14,7%), соляная кислота - 3,0 моль/литр (10,9%).

Молярное соотношение серной и соляной кислот равно 1:2.

Для опыта взяли 200 мл раствора кислот, в котором содержалось 0,3 моль серной кислоты (29,4 г) и 0,6 моль соляной кислоты (21,9 г). Теоретическое количество доломита, требующегося для их нейтрализации, составляет 0,3 моль (61,3 г).

Доломит добавляли в реактор-смеситель постепенно до прекращения газовыделения (рН 7,0). Практическое количество доломита составило 64 г (избыток 2,7 г приходится на примеси). В ходе реакции было добавлено ~100 мл воды, т. к. раствор густеет. После фильтрования получен осадок сульфата кальция (гипса) массой 77 г, что составляет 0,44 моль (теоретический расчет - 0,3 моль). Превышение на 0,14 моль связано с наличием в осадке всех примесей, содержащихся в исходном доломите, а также воды. Цвет осадка светло-коричневый.

В результате опыта было получено 230 мл раствора хлорида магния плотностью 1080 кг/м³, что соответствует концентрации солей 10% (по ареометру).

Химический анализ показал, что данный раствор содержит 22,5 г хлорида магния (9%) и 2,5 г хлорида кальция (1%), что также соответствует суммарной концентрации солей 10 мас.%. Выход реакции по хлориду магния составляет 0,26 моль, т.е. 87,3% от теоретического.

В полученный раствор хлорида магния добавили избыток щелочного осадителя гидроксида Na с рН 10,6 до рН 12,0. Выпавший осадок гидроксида Mg промыли водой до рН 7,5, отфильтровали на вакуумном фильтре и высушили при 120^oС. Масса сухого осадка Mg(OH)₂ составила 9,8 г. После обжига при 750^oС получили 6,8 г каустического магнезита, содержащего 96,1 % MgO, 1,5 % СаО, суммарное содержание SiO₂, Аl₂О₃ и Fе₂O₃ составляло 2,2 %. В процессе осаждения Mg(OH)₂ в щелочной среде происходит дополнительная очистка от соединений кальция, т.к. его гидроксид Са(ОН)₂ хорошо растворимое вещество и удаляется при промывании осадка водой.

Примеры 2-6.

Проводили аналогично примеру 1. Данные сведены в таблицу. Предлагаемый способ получения оксида магния имеет следующие преимущества: позволяет исключить обжиг доломита и использовать отходы серной и соляной кислот, что упрощает, удешевляет и делает его экологичным; позволяет улучшить качество оксида магния за счет отделения соединений магния от соединений кальция; продукт, полученный по данному способу, был подвергнут исследованию на кафедре минералогии Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева. Дисперсионный и петрографический анализ состава оксида магния и высокое значение огнеупорности (1700^oС) позволяют использовать его в производстве высококачественных огнеупорных материалов и изделий.

Формула изобретения

Способ получения оксида магния, включающий обработку доломита и отделение раствора солей магния от осадка, отличающийся тем, что обработку природного доломита осуществляют серной кислотой или смесью серной и соляной кислот в молярном соотношении 1:2, после отделения раствора солей магния от осадка осаждают гидроксид магния из раствора щелочным реагентом, обеспечивающим рН 10,6-12, отделяют выпавший осадок и осуществляют его термическую обработку при температуре 760-1200^oС для получения огнеупорного оксида магния.

РИСУНКИ

Рисунок 1