СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК C01B31/32 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению карбида кальция.

Известен способ получения карбида кальция /Кузнецов Л.А. Производство карбида кальция. М., 1954, с. 32, 33/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, при этом к свежей извести добавляют до 30% термически переработанного отхода производства - шлама "сухих" ацетиленовых генераторов, являющегося источником оксида кальция, кремния и железа, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку, так как часть вредных отходов, идущих на свалки, перерабатывается.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов /металлургического кокса, антрацита, обожженной извести/ в составе основной шихты /70%/, а также затраты антрацита, электроэнергии, пара при термопереработке шлама.

Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 664476, C 01 B 31/32, кл. C 01 B, 1976/, путем электротермической плавки извести и углеродистого восстановителя с периодической подачей корректирующего материала, в качестве которого используют коксозольный остаток термической переработки карбонатсодержащих горючих сланцев в количестве до 10% от веса шихты, при этом коксозольный остаток является источником оксидов кальция /24,0 - 31,0%/, кремния /14 - 20%/, железа /2,3 - 3,5%/ и углеродистого восстановителя /16 - 18%/.

Это снижает себестоимость карбида кальция, повышает содержание основного вещества в продукте и позволяет использовать отходы производства /коксозольный остаток/.

Недостатком известного способа является расход дорогостоящих продуктов /электродного графита, обожженной извести/ в основной части шихты /90 - 99%/.

Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 1168508, кл. C 01 B 31/32, 1983/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, охлаждение плава и разделение продуктов реакции - карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка или сланцевого кокса зольного в количестве 12,9 - 28,3% от массы шихты. Для корректировки соотношения кремния к железу в шихте вводят недостающее количество железа в виде стружки, обеспечивающее весовое соотношение кремния к железу 1: 2, получая при этом карбид кальция со знаком качества /литраж ацетилена - до 300 л/кг карбида/.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов в основном составе шихты /извести и углеродистого материала/.

В основу изобретения положена задача получения карбида кальция с использованием отходов угледобывающей промышленности в основном составе шихты, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку за счет переработки отвалов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения карбида кальция, включающем плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции - карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка в количестве 12,9 - 28,3% от массы шихты, согласно изобретению в качестве указанного материала используют отходы угледобычи, в частности коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; фосфор - следы, остальное 0,5.

Использование отходов угледобычи - коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей с усредненным составом, приведенным выше, позволяет снизить себестоимость карбида кальция, так как эти отходы перевозят в отвалы, занимая при этом пахотные земли. В настоящее время под отвалами только в Канско-ачинском угольном бассейне находится 6000 га пахотных земель, дающих до этого урожай зерновых по 25 ц с гектара /Гаврилин К.В., А.Ю. Озерский. Канско-ачинский угольный бассейн. М.: Недра, 1996, с. 93, 152, 154/, при этом сырьевая база только по Березовскому разрезу Кабасса составляет 1 млрд. тонн забалансовых углей с высоким содержанием окиси кальция в коксозольном остатке /до 50%/.

Получение карбида кальция из отходов угледобычи снижает его себестоимость на 30%, так как сырьевая составляющая себестоимости составляет до 1/3 стоимости карбида кальция (Производство карбида кальция в СССР и за рубежом. Серия "Производство фосфора и карбида кальция". -М.: НИИТЭХИМ, 1973).

При этом термическая переработка отходов не требует дорогостоящих продуктов /антрацита, пара, электроэнергии/, так как коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей является продуктом неполного их сгорания с использованием тепловой энергии этого процесса.

Пример 1.

Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; остальное 0,5; /фосфора - следы/. Весовое соотношение кремния к железу в шихте равно 1:2. Средняя крупность частиц шихты 2 - 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке в графитовом тигле при 2000 - 2100^oC в течение 15 мин, затем плав охлаждают до комнатной температуры. Образующийся плав состоит из 96,5 мас.ч. карбида кальция /содержащего 75% CaC₂/ и 3,5 мас.ч. ферросилиция в виде самостоятельных несмешивающихся фаз. Литраж карбида кальция составляет 275 л/кг. Содержание ферросилиция в карбиде кальция составляет 3,4%.

Пример 2.

Готовят шихты из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего 96 - 98% CaCO₃/ в количестве 12,9% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 - 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 - 2100^oC в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,3 мас.ч. карбида кальция и 6,7 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 284 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,2%.

Пример 3.

Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего CaCO₃ 96 - 98%/ в количестве 28,3% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 - 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 - 2100^oC в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,2 мас.ч. карбида кальция и 6,8 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 285 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,1%.

Применение предлагаемого способа позволяет получить карбид высокого качества из отходов угледобычи, идущих в отвал. Ферросилиций также используется для раскисления сталей в черной металлургии. Наличие незначительных количеств серы и следов фосфора позволяет использовать промышленные печи для получения карбида этим способом, а неограниченная сырьевая база /17% от всего добываемого открытым способом бурого угля/ предполагает возможность крупнотоннажного производства, что исключает рост отвалов, так как отходы угледобычи могут перерабатываться в ценный продукт, себестоимость которого в настоящее время оценивается в 500 долларов за тонну и его не хватает.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении ацетилена и выплавке стали. Коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, маc.%: CaO - 47,5, C - 35,4, Fe₂O₃ - 6,6, SiO₂ - 5,0, Mg - 3,3, Al₂O₃ - 1,6, S - 0,1, остальное - 0,5 смешивают с 12,9 - 28,3% от массы смеси карбоната кальция в виде известняка, подвергают высокотемпературной плавке при 2000-2100^oС, охлаждают, разделяют CaC₂ и ферросилиций. Способ не требует дорогостоящих продуктов, литраж CaC₂ 275-285 л/кг, содержание ферросилиция 0,1-0,2 мас.%. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ получения карбида кальция, включающий плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции - карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление ведут в присутствии карбоната кальция в виде известняка в количестве 12,9 - 28,3% от массы шихты, отличающийся тем, что в качестве указанного материала используют коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей имеет следующий состав, мас.%:
Окись кальция - 47,5
Углерод - 35,4
Окись железа - 6,6
Окись кремния - 5,0
Окись магния - 3,3
Окись алюминия - 1,6
Сера - 0,1
Остальное - 0,5