Способ получения хроматов щелочных металлов и устройство для окислительной дезагрегации минералов

Настоящее изобретение относится к окислительной дезагрегации хромовых минералов, то есть к получению соединений шестивалентного хрома путем окисления соединений трехвалентного хрома, в частности минералов, содержащих трехвалентный хром.Извлечение трехвалентного хрома из природных минералов, которые его содержат(минералов, в дальнейшем называемых родовым термином хромит), включает в себя окисление трехвалентного хрома, входящего в состав минералов, до шестивалентного хрома с последующей его экстракцаей путем выщелачивания в форме растворимых солей шестивалентного хрома.При осуществлении известных способовокислительной дезагрегации хромита предусмотрено тонкое измельчение минерала, который далее окисляют в присутствии карбонатов натрия и/или гидрата окиси натрия или других щелочных металлов при температуре от 600 до 1500 С. Кроме того, в эту смесь добавляют разбавительные материалы, а иногда и окислители. Обычно в качестве разбавителей используют окислы двухвалентного железа и выщелачивающих остатков.Высокой температуры, необходимой для реакции окисления, достигают непосредственным нагреванием смеси, то есть, проще говоря, введением массы,подвергаемой дезагрегации, в прямой контакт с пламенем и продуктами сгорания в горелке,обычно разбавляемыми атмосферным воздухом, необходимым для окисления. С целью повышения выхода продуктов были предложены различные способы и составы рабочей смеси.Известен способ получения хроматов щелочных металлов из хромовых руд,включающий обжиг порошкообразной смеси хромовой руды со щелочью и остатком после выщелачивания во вращающейся наклонной печи, в которую подают кислородсодержащий газ или кислород, илиобогащенный кислородом воздух (Патент СВ М 1359849, МПК 6 С 01 С 37/14, 1974).Данный способ является наиболее близким к способу по настоящему изобретению.В качестве наиболее близкого устройства к заявленному является установка, описанная в книге Авербуха Т.Д. и Павлова П.Г. Технология соединений хрома (Л. Химия,1973, с.93). Данная установка включает высокотемпературный реактор вращающегося типа, снабженный средствами для подачи шихты, средствами для подачи окислительных газов, средствами для отвода окисленной смеси, средствами для нагрева шихты и средствами для сброса газов в атмосферу или для подачи на рекуперацию. Так, например, западногерманские патенты 2 557 403 и 2 607 131 относятсякдезагрегации хромитных минералов, содержащих хром, но особенно богатых двуокисью кремния в описании к западногерманскому патенту 2 542 054 предлагается многофазный способ,при осуществлении предпочтительного варианта которого предусмотрены целых три цикла горячего окисления (прокаливания) с целью увеличения выхода в процессе конверсии трехокиси хрома Сг 2 О 3 хромита в водорастворимыи хромат до уровня в интервале от 70 до 85.В описании к европейскому патенту и ЕР-А-027868 предлагается подавать в печи смесь минералов в гранулированной форме в среде водной жидкости, которую на практике получают с использованием остатков мокрого выщелачивания.Основной недостаток всех вышеуказанных известных способов состоит в затруднениях технологического порядка достижения концентрации кислорода в окислительных газах, которой достаточно для полного окисления трехвалентного хрома, входящего в состав минерала, поскольку концентрация кислорода, который присутствует в дымах после камеры сгорания, обогащенных воздухом, обычно не превышает в общем приблизительно 8-10.Кроме того, тот факт, что как дымовые газы, так и разбавительные газы вводят в прямой контакт со смесями, приводит ктому,что из печи уносятся частицы. Эти частицынеобходимо отделить, принимая во внимание их последующую немаловажную угрозу окружающей среде, поскольку они также содержат шестивалентнь 1 й хром.С целью улучшить характеристики атмосферы внутри печи были предприняты попытки повысить содержание кислорода в окислительных газах. Так, например, в описании к японскому патенту М 75 906(фирма Нипон К.К) под пламя непосредственно нагреваемой вращающейся трубной печи предлагается вводить богатый кислородом газ. Однако такое техническое решение приводят к увеличению числа увлекаемых частиц и к образованию кольцевых засоров, не давая сколько-нибудь заметного увеличения выхода.При осуществленИИ другого способа,известного с начала века (авторы упоминают,например, описания к германским патентам М 163 814 ИМ 171 089), реакцию окисления хромовых минералов проводят при относительно низкий температуре (400700 С) с использованием низкоплавких флюсов, обычно получаемых путем введения в смесь больших количеств гидратов окисей щелочных металлов. Обычно окислению содействуют либо введением в расплавленную ванну кислородсодержащих газов, либо добавлением в смесь доноров кислорода (в частности, пйггоеп ас 1 с 1 а 1 сог 1 о 1 а 1 т окислов марганца, окислов свинца и тому подобного).Дополнительная проблема, возникающая при осуществлении известной технологии,заключается в том факте, что монохромат,который образуется в ходе протекания реакции, при температуре прокаливания минерала плавится.Было установлено, что расплавленный монохромат первоначально диспергируется в материале, находящемся в реакторе, и абсорбируется им. В том случае, когда в материале, загруженном в реактор,превышается определенная весовая процентная доля монохромата (Ыа 2 СгО 4),рудная часть или порода хромита оказывается больше не в состоянии абсорбировать и удерживать расплавленный монохромат, 4411который в результате входит в контакт с реактором, образуя кольцевые засорызагрязнения (в варианте, когда применяют трубные печи) со всеми вытекающими отсюда нежелательными последствиями.Хромитный минерал, как правило,содержит такое количество окислов хрома, при котором весовая доля монохромата превышает максимальную абсорбируемую процентную долю, обычно достигающую в сухой фазе при осуществлении известных способов не более 40.Этот факт заставил разработчиков предпринять различные попытки найти технические решения других типов, которые позволили бы достичь экономически приемлемых выходов конверсии хрома и щелочных соединений.Первое техническое решение, которое получило наиболее широкое распространение, состоит в добавлении в смесь, подвергаемую окислительной дезагрегации, одного или нескольких разбавительнь 1 х материалов, вовсе не содержащих или содержащих очень небольшие количества хрома, благодаря чему возникает возможность удерживать или абсорбировать расплавленный монохромат.С этой целью часто используют материалы, которые остаются после предыдущей окислительной дезагрегации.Недостаток такого технического решения состоит в том, что каждый раз необходимо обрабатывать массу материала, значительно превосходящую массу идеального материала,который состоит только из минералов и щелочи.Второе техническое решение предлагается в описании к американскому патенту 3 963 824. В соответствии с таким техническим решением предусмотрены диспергирование измельченного хромитного минерала в ванне низкоплавких щелочных солей и непрямой нагрев в реакторе с перемешиванием и подачей кислорода. Основной недостаток такой технологии состоит в чрезмерном потреблении щелочных солей, соотношение между которыми и минералом должноварьироваться в пределах от 51 до 20 1, что делает такую технологию практически непригодной для применения в ходе промышленных процессов из-за высокой себестоимости продукта.В соответствии с еще одной технологией,которая предлагается в описании к американскому патенту 3 295 954, окислительной дезагрегации подвергают бинарную смесь, то есть только хроматный минерал и щелочь, тогда как сама смесь остается в покое. С этой целью из смеси изготовляют брикеты,которые помещают в специальные контейнеры и пропускают через них и косвенно нагреваемую печь, внутрь которой подают ток атмосферного воздуха. Такой путь дает возможность избежать улетучивания из минерала расплавленного монохромата даже в отсутствии разбавительных материалов,благодаря чему выход продукта в результате конверсии достигает приблизительно 90 в пересчете на количество хрома, входящего в состав минерала.Недостаток такой технологии состоит в том, что ее осуществление требует абсолютного спокойствия смеси в процессе окисления. Из такой технологии явно исключаются реакторы непрерывного действия, в частности вращающиеся печи,поскольку в противном случае возможны вышеупомянутые явления образования засоров и колец. Таким образом, совершенно очевидны неэкономичность природы этой технологии, а также затруднения технологического порядка при ее практическом осуществлении.Целью настоящего изобретения является разработка способа, осуществление которого дает возможность проведения окислительной дезагрегации материалов, содержащих соединения трехвалентного хрома, в регулируемых условиях с достижением высокого выхода продуктов без образования засоров и колец.Второй целью настоящего изобретения является проведение процесса такой окислительной дезагрегации в соответствии со способом, осуществление которого обеспечивает возможность конверсиисоединений хрома, входящих в состав указанных минералов, в течение короткого промежутка времени.Третьей целью настоящего изобретения является возможность диспергирования дымовых газов непосредственно во внешней атмосфере без необходимости применения установок для очистки дымов от хромовых остатков.Дополнительной целью настоящего изобретения является создание установки для осуществления способа настоящего изобретения.Все эти цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением, одним из объектов которого является способ получения щелочных хроматов окислительной дезагрегацией минералов и/или материалов,которые включают в себя соединения трехвалентного хрома, в присутствии щелочи,характеризующийся тем, что указанную окислительную дезагрегацию проводят в сухой фазе выдержкой упомянутых материалов в регулируемой окружающей среде с заданной процентной долей кислорода, которую можно регулировать в зависимости от желаемой продолжительности пребывания материалов в вышеуказанном реакторе.Предметом настоящего изобретения является также установка для окислительной дезагрегации материалов, которые включают в себя трехвалентный хром, состоящая из реактора для проведения указанной окислительной дезагрегации путем введения исходной смеси в контакт с окислительной реакционной атмосферой и подачи тепла,характеризующаяся тем, что упомянутый реактор являетсяустройством вращающегося типа, в котором движутся поток смеси и ток окислительных газов.Осуществление такого способа и применение предназначенной для его осуществления установки позволяют значительно повысить выход процесса конверсии при одновременных неожиданных повешении кинетики реакции и,следовательно, сокращении времени обжига,а также существенном усовершенствованияиработы ПСЧИ за СЧСТ ПОВЫШСНИЯ ее ПРОИЗВОДИТСЛЬНОСТИ.Далее существо настоящего изобретения более подробно изложено со ссылками на прилагаемые рисунки, которые следует рассматривать ИСКЛЮЧИТСЛЬНО как иллюстрирующие, а ни в коем случае не ограничивающие СГО рамки, ГДСна рис.1 в продольном разрезе представлен ПрСДПОЧТИТСЛЬНЫЙ вариант ВОПЛОЩСНИЯ установки В СООТВСТСТВИИ С настоящим изобретением на рис.2 представлена схема, которая иллюстрирует стадии способа, предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением на рис. 3 представлен график,ПОКЗЗЫВЗЮЩИЙ ВЫХОД КОНВСрСИИ В расчете как на каустик, так И на ХрОМИТ ОТНОСИТСЛЬНО ВрСМСНИ ДЛЯ РЗЗЛИЧНЫХ концентраций,кислорода при осуществлении способа настоящего изобретения.Способ в соответствии с настоящим изобретением включает в себя окислительную дезагрегацию, которая состоит в том, что материал, содержащий соединения трехвалентного хрома, ВНЗЧЗЛС ИЗМСЛЬЧЗЮТ до заданного гранулометрического состава, а затем смешивают (предпочтительно в сухой фазе) со щелочью, и, если необходимо, с РЗЗОЗВИТСЛЬНЫМИ материалами, КОТОрЫС также заранее измельчены до желаемого гранулометрического состава.Приготовленную таким образом смесь МОЖНО предварительно нагреть В соответствии с известной технологией(например, с помощью горячих газов,ОТХОДЯЩИХ ИЗ установки), а ЗЕЪТСМ направлять в реактор, в котором происходит окисление минерала, ведущее к образованию хроматов ЩСЛОЧНЫХ МСТЕЪЛЛОВ.В СООТВСТСТВИИ С принципами настоящего ИЗООРСТСНИЯ такие нагревательные средства отличаются ОТ СрСДСТВ, ПрИМСНЯСМЫХ ДЛЯ подачи ОКИСЛИТСЛЬНЫХ ГЗЗОВ, а КИСЛОрОД,необходимый для этой реакции, поступает ВМССТС С подаваемыми ГЗЗЗМИ, содержащими КИСЛОрОД В РЗЗЛИЧНЫХ ЗЗДЗННЫХ И регулируемых концентрациях, в смесь. Другими словами, в отличие от обычных спо 4411собов при осуществлении предлагаемого способа операцию окисления проводят в регулируемой атмосфере в отсутствие продуктов сгорания горелок, которые,согласно традиционным способам, снабжают систему как теплом, так и кислородом,необходимым для реакции.Тепло, которое необходимо для доведения температуры смеси до реакционной,составляющей обычно от 500 до 1500 С,поступает к смеси за счет ее прямого или косвенного нагрева.В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего изобретения косвенный нагрев смеси следует производить с помощью горелок,установленных с внешней стороны реактора. В этом случае тепло проходит через стенки реактора, которые, следовательно, не требуют наличия футеровки.Можно также смесь нагревать непосредственно. В этом случае, однако,следует применять электрические сопротивления и эквивалентные им нагревательные средства, которые позволяют проводить операции в регулируемой окружающей среде с высоким процентным содержанием кислорода и уменьшенными объемами газов.По завершении реакции окисления по известному методу выщелачивают полученную фритту с целью экстрагировать в виде водных растворов хроматы щелочных металлов, что и составляет объект настоящего изобретения.Нагревание смеси, согласно вышеизложенному, позволяет подобрать состав окислительных газов, направляемых к смеси, путем регулирования концентрации кислорода в соответствии с составом этой смеси, реакционной температурой и кинетикой. Предпочтительная концентрация кислорода в газах лежит в интервале от 8 до 100.Кроме того, для регулирования концентрации кислорода реакцию можно проводить добавлением в смесь окислительных соединений.Более того было установлено , что способ