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

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