Патент на изобретение №2159752

(54) КАЛЬЦИНИРОВАННЫЙ ОКСИД МАГНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к составу каустического магнезита, который может быть использован в огнеупорной промышленности, в промышленности строительных материалов, а также в целлюлозно-бумажной, химической отраслях промышленности, теплоэнергетике и в сельском хозяйстве. Кальцинированный оксид магния получен кальцинационным обжигом магнезита и имеет следующий состав, мас.%: активный оксид магния – основа, периклаз – не более 10,0; магнезит – не более 12,0; доломитизированный магнезит – не более 6,0; силикаты – не более 2,0, и имеет зерновой состав, мас.%: зерен с размерами более 4 мм – не более 5,0; зерен с размерами менее 0,5 мм – не более 70,0; зерен с размерами 0,5-4 мм – остальное. Материал имеет открытую пористость более 35%, удельную поверхность 30-60 м²/г, дефектность кристаллической решетки 1,1-1,7 и содержит микропримеси химических элементов в следующих количествах: Сr – не более 0,015; As – не более 0,005; Cd – не более 0,0005; Hg – не более 0,0003; Рb – не более 0,01; Sr – не более 0,0001, приведенные свойства материала обуславливают его высокую поглотительную и каталитическую способность, повышают показатели спекаемости, неслеживаемости и способствуют снижению вредных факторов. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.

Предлагаемое техническое решение относится к составу каустического магнезита, который может быть использован в огнеупорной промышленности, в промышленности строительных материалов, в целлюлозно-бумажной, химической отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и теплоэнергетике.

Известен кальцинированный магнезит, содержащий кроме основного вещества, 3-7% сульфата магния, 2-5% сульфата натрия, 1-4% сульфата калия и 1-3% фторида магния (А.с. СССР N 1320189, C 04 B 35/04, 87 г.).

Однако, в связи с высоким содержанием легкоплавких компонентов, он непригоден для получения на его основе качественного периклазового порошка.

Использование его в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта-раскислителя почв нецелесообразно, так как это повлечет за собой засоление почв из-за высокого содержания сульфатов. По этой же причине он малоэффективен в теплоэнергетике в качестве поглотителя сернистого ангидрида из дымовых газов.

Ближайшим к заявленному техническому решению является кальцинированный магнезит, имеющий следующий состав, мас.%:
Активный оксид магния – 45 – 56
Высокообожженный оксид магния (периклаз) – 11 – 20
Магнезит – 14 – 32
Доломит – 0,5 – 2,0
Силикаты – 2 – 3
Причем, известный каустический (кальцинированный) магнезит на 73-99% состоит из зерен менее 63 мкм, имея высокую дисперсность состава, он не отличается высокой способностью к спеканию и требует дополнительной механохимической или химической активации /К.К. Стрелов – Огнеупоры, 1981, N 1, стр. 16-17, табл. 1/.

К недостаткам известного технического решения можно отнести слеживаемость материала, агрегацию его за счет высокой гигроскопичности, низкую химическую активность, вредное воздействие на организм людей и опасность загрязнения почв из-за высокого содержания токсичных и вредных веществ.

Технической задачей, решаемой изобретением, является увеличение комплексного показателя активности кальцинированного оксида магния, а именно уменьшения лимонного числа, повышение поглотительной способности, увеличение химической и экспериментальной активности к спеканию, а также предотвращение слеживаемости продукта, снижение вредного воздействия на организм человека и опасности загрязнения почвы, увеличение размера кристаллов получаемого из него периклаза, повышение его плотности и снижение пористости.

Достигаемый изобретением технический результат обеспечивается тем, что кальцинированный оксид магния, содержащий активный оксид магния, оксид магния в виде периклаза, магнезит, доломитизированный магнезит и силикаты, представляет собой прокаленный при температурах кальцинации природный магнезит при следующем содержании компонентов кальцинированного оксида магния, мас.%:
Активный оксид магния – Основа
Оксид магния в виде периклаза – Не более 10
Магнезит – Не более 12
Доломитизированный магнезит – Не более 6,0
Силикаты – Не более 2,0
при следующем зерновом составе, мас.%:
Зерен с размерами более 4 мм – Не более 5,0
Зерен с размерами менее 0,5 мм – Не более 70
Зерен с размерами 0,5-4 мм – Остальное
причем кальцинированный оксид магния имеет открытую пористость более 35%, удельную поверхность 30-60 м²/г, дефектность кристаллической решетки 1,1-17 при следующем содержании микропримесей химических элементов, мас.% (не более): Cr – 0,015, As – 0,005, Cd – 0,0005, Hg – 0,0003, Pb – 0,01, Sr – 0,0001.

Кальцинированный оксид магния по изобретению получают в виде зернистого продукта путем тепловой обработки природного магнезита, обеспечивающей декарбонизацию MgCO₃ и получение дефектной, а следовательно активной MgO, причем зерновой состав кальцинированного оксида магния полностью наследует количество и размеры MgCO₃. Активность оксида магния к спеканию характеризуется высокой удельной поверхностью и дефектностью кристаллической решетки. При последующем обжиге данного материала при температуре 1650-1750^oC получается периклазовый клинкер с низким показателем открытой пористости, высокой кажущейся плотностью и с размерами кристаллов периклаза выше 60 мкм.

Положительным моментом предлагаемого материала является его зернистость, которая в процессе электроплавки при получении как периклаза, так и синтеза на его основе шпинелей обеспечивает газопроницаемый колошник и высокую плотность готовых плавленых материалов в сравнении с использованием каустического магнезита.

Одним из комплексных показателей физико-химических особенностей MgO, в том числе – способность к гидратации, является химическая активность порошка, характеризуемая так называемым “Лимонным числом”. Это важнейший критерий для оценки пригодности оксида магния, используемого при изготовлении термостойкого покрытия на поверхности электротехнической стали.

“Лимонное число” – это время в секундах, необходимое для нейтрализации стандартизованных количеств лимонной кислоты в водной среде, содержащей оксид магния.

Предлагаемый материал вследствие наличия в нем более 70% активной MgO, имеющей высокие значения удельной поверхности и дефектности кристаллической решетки характеризуется высокой способностью порошка оксида магния к гидратации и, следовательно, небольшим “лимонным числом”.

Увеличение химической активности предлагаемого продукта достигается высокой открытой пористостью, удельной поверхностью и дефектностью кристаллической решетки, эти же свойства материала обусловливают его высокую поглотительную и каталитическую способности.

Зернистость порошка препятствует его слеживаемости и способствует сыпучести, что облегчает хранение, погрузо-разгрузочные работы, транспортировку, дозировку, предотвращает пыление, но в то же время высокая гидратационная и химическая активность обусловливает его быстрое усвоение почвой. Указанные факторы имеют важное значение при использовании продукта в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта и удобрения почв, а также в животноводстве для подкормки скота.

Снижение вредного воздействия на организм людей и опасности загрязнения почв достигается уменьшением содержания в продукте массовой доли канцерогенных и токсичных веществ, а также отсутствием в его составе тонкодисперсных частиц. Количество вредных примесей обеспечивается использованием качественного исходного сырья и технологией его переработки.

Примеры.

Кальцинированный оксид магния получали кальцинационным обжигом природного крупнокристаллического сырого магнезита. Состав и структурные особенности продукта по изобретению сведены в таблицы 1 и 2 в сравнении с известным составом (прототипом). Достигаемые технические результаты при использовании объекта изобретения – кальцинированного оксида магния сведены в таблицу 3.

Поглотительная способность была определена для поглощения SO₂ – содержащих газов, образующихся при сжигании угля на ТЭЦ путем одноразового пропускания через лабораторную адсорбционную колонку с кальцинированным оксидом магния. Было установлено, что заявляемый продукт поглощает SO₂ практически полностью.

Собственно химическую активность определяли путем оценки гидратируемости материала. Для определения экспериментальной активности к спеканию образцы-цилиндры из патентуемого материала обжигали до спекания при 1500^oC с изотермической выдержкой в течение 2 часов, определяли стандартным методом их кажущуюся плотность, вычисления вели по формуле:

где P⁰_каж – показатель плотности до спекания;
P’_каж – показатель плотности после спекания.

Канцерогенность, аллергические и токсические показатели определяли исходя из анализа элементов на спектрометре серии 7000/CP ATI Unicam, учета тех из них, которые обладают канцерогенными или аллергическими и токсическими свойствами, и соотнесения ПДК этих элементов в почве и пище животных с концентрацией их, внесенных с кальцинированным оксидом магния (исходя из норм его добавления в почву и пищу животных). Кроме того, указанные концентрации соотнесены с аналогичными требованиями зарубежных фирм.

Как следует из таблицы 3, заявляемое изобретение превышает известный состав по свойствам, характеризующим показатели активности материала, его поглотительной способности, спекаемости, неслеживаемости, и снижению вредных факторов.

Формула изобретения

1. Кальцинированный оксид магния, содержащий активный оксид магния, оксид магния в виде периклаза, магнезит, доломитизированный магнезит силикаты, отличающийся тем, что он получен кальцинационным обжигом магнезита и имеет следующее содержание компонентов, мас.%:
Активный оксид магния – Основа
Оксид магния в виде периклаза – Не более 10,0
Магнезит – Не более 12,0
Доломитизированный магнезит – Не более 6,0
Силикаты – Не более 2,0
при следующем зерновом составе, мас.%:
Зерен с размерами более 4 мм – Не более 5,0
Зерен с размерами менее 0,5 мм – Не более 70,0
Зерен с размерами 0,5 – 4 мм – Остальное
2. Кальцинированный оксид магния по п.1, отличающийся тем, что он имеет открытую пористость более 35%, удельную поверхность 30 – 60 м²/г, дефектность кристаллической решетки 1,1 – 1,7.

3. Кальцинированный оксид магния по п.1, отличающийся тем, что он содержит микропримеси химических элементов, мас.%:
не более : Cr – 0,015; As – 0,005; Cd – 0,0005; Hq – 0,0005; Pb – 0,01; Sr – 0,0001.

РИСУНКИ