Технология процесса получения оксидов термолизом солей угольной кислоты

Ю.А. Соломатина, Г.И. Капаев, С.В. Добрыднев
Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева,
г. Новомосковск


Перспективным способом получения оксидов металлов в условиях малотоннажного производства, является термолиз соответствующих неорганических соединений [1]. В качестве исходных реагентов целесообразно использовать соли угольной кислоты, что обусловлено рядом преимуществ карбонатов по сравнению с другими соединениями:

а) карбонаты известны практически для всех металлов I–VI групп периодической системы, что позволяет использовать данные соединения для получения оксидов практически всех металлов в рамках единой универсальной схемы;

б) термолиз большинства карбонатов проходит без образования жидкой фазы, так как при нагревании разложение происходит раньше, чем достигается температура плавления;

в) побочными продуктами являются вода и диоксид углерода, которые могут сбрасываться в атмосферу, что делает данный способ экологически безопасным и легко реализуемым в условиях малотоннажного производства.

В процессе термической диссоциации карбонатов образуется тот из оксидов, который находится в основном валентном состоянии для данного химического элемента, хотя в продукте могут присутствовать и химические формы с другими степенями окисления. Таким образом, для получения оксида металла(II) соответствующие карбонаты (кобальта и марганца) необходимо подвергать термическому разложению в инертной атмосфере [2].

Процесс термолиза гидроксокарбонатов включает три стадии:

первая стадия - удаление влаги и кристаллогидратной воды в температурном интервале 20-150 оС;

вторая стадия – разложение гидроксида в кристаллической решетке основного карбоната с удалением гидроксидной воды и образованием оксида и карбоната в температурном интервале 150-250 oC;

третья стадия - разложение индивидуальных карбонатов в температурном интервале 250-500 оС, выделившихся в результате разрушения кристаллической решетки основного карбоната.

Прокалка, сушка и другие виды термообработки порошков, гранул и других сыпучих материалов представляют определенные трудности при нагреве в камерных печах. При прокалке сыпучих материалов в поддонах отдельные частички слипаются, неравномерно прогреваются из-за низкой теплопроводности насыпной массы. Вследствие этого снижаются как производительность технологического процесса, так и качество готового продукта. Во вращающихся барабанных печах сырье непрерывно перемешивается, отдельные частицы равномерно прогреваются, и их слипание существенно снижается, а в отдельных случаях полностью исключается. После термолиза получается сыпучий продукт, который после остывания можно фасовать и упаковывать в тару.

Реакции термического разложения карбонатсодержащих соединений относятся к классу гетерогенных химических процессов, важной характеристикой которых являются границы температурного интервала диссоциации, определяющего энергопотребление технологического цикла. Разработан алгоритм расчета температуры начала и конца процесса интенсивного газовыделения диоксида углерода в реакциях декарбонизации солей угольной кислоты двухвалентных металлов, что является важным при определении режимов работы технологического оборудования.

В таблице приведены оптимальные технологические параметры процесса получения оксидов металлов термолизом солей угольной кислоты на установке производительностью 10 000 кг готового продукта в месяц.

Технологические параметры способа получения оксидов металлов термолизом солей угольной кислоты

Оксид металла

Сырьё

Расход

сырья

кг/ч

Т на входе в печь, 0С

Т на выходе из печи, 0С

Время нахождения в печи, мин

MgO

MgCO3•Mg(OH)2

59

380

610

45,4

MnO

МnСО3

27

350

540

38,6

CoO

CoCO3•Co(OH)2

47

280

440

31,6

NiO

NiCO3·Ni(OH)2

47

270

420

30,2

CuO

CuCО3•Cu(OH)2

46

240

370

26,2

ZnO

ZnCO3·Zn(OH)2

46

180

260

16

CdO

CdCO3

22

390

580

38,8


На основании проведенных экспериментальных исследований и термодинамических расчетов был предложен способ термического разложения солей угольной кислоты до соответствующих оксидов, который включает следующие стадии:

– термическое разложение сырья (на воздухе или в инертной атмосфере);

– удаление воды из отходящих газообразных продуктов и сброс диоксида углерода в атмосферу;

– фасовка и упаковка готовых продуктов.

Список литературы

1. Шабанова Н.А. Химия и технология нанодисперстных оксидов: учебное пособие / Н.А. Шабанова, В.В. Попов, П.Д. Саркисов.– М.: ИКЦ «Академкнига», 2007.- 309 с.

2. Фещенко И.А. Получение высокочистых оксидов окислением летучих элементоорганических соединений / И.А. Фещенко, Ю.Н. Циновой, Л.К. Кузнецов // Вестник ННГУ. Серия Химия. – 2004. – №1. – С. 53–74.


Назад к списку