СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРИКЛАЗА Российский патент 2002 года по МПК C01F5/06 

Изобретение относится к способам получения порошков неорганических соединений на основе магния путем термической обработки магнезита и может быть использовано для производства порошка электротехнического периклаза, применяемого, например, в трубчатых электронагревательных элементах с закрытой спиралью и герметичной металлической оболочкой.

Известен способ получения плавленой окиси магния путем термической обработки магнезита, когда для снижения примесей железа процесс ведут в присутствия алюминия (а.с. СССР 256763, C 01 F 5/06, от 10.04.68 г.).

Затраты на производство периклаза указанным способом значительны, так как используется дорогостоящий алюминий и велик расход электроэнергии (до 5-8 Вт/ч на 1 т продукта).

Известен способ получения порошка электротехнического периклаза путем спекания чистого сырья, полученного из морской воды при температуре 1600-1800^oС. Средний химический состав полученного продукта мас.%: MgO-98,5; SiO₂-0,10; Fе₂О₃-0,10; Аl₂О₃-0,1; СuО-0,5. Для улучшения электрофизических свойств сырье обрабатывают слабым раствором кислоты и сушат при температуре 100-300^oС (п. США 4 879 101 МКИ С 01 F 5/06, НКИ 423/163, опубл. 07.11.89 (приоритет Японии з. 60-129954, от 17.01.85).

К недостаткам указанного способа следует отнести дорогостоящее природное сырье, использование для его обработки химических реактивов, дополнительную термообработку сырья (сушка, продувка), необходимость утилизации жидких отходов. Кроме того, следует отметить трудоемкость производства порошка электротехнического периклаза указанным способом.

Известен способ получения периклазовых порошков путем обжига природного магнезита, выделения каустизированного магнезита и обжиг его на периклаз. Обжиг сырья проводят при температуре 600-1000^oС, полученный активный продукт охлаждают со скоростью 50-60^o в минуту с его одновременным селективным разрушением, выделение каустизированного магнезита осуществляют классификацией и обжигают мелкую фракцию на периклаз со скоростью подъема температуры 20-50^o в минуту (п. России 2 077 519, С 04 В 35/04 от 07.09.93 г.).

Указанный способ также трудоемкий и неэкономичный из-за длительности технологического процесса. Кроме того, полученный данным способом периклаз имеет низкое электросопротивление в виду присутствия ферромагнитных примесей и может быть использован только для изготовления огнеупорных изделий.

Наиболее близким к заявляемому способу, выбранным заявителем в качестве прототипа является способ обработки электротехнического периклаза путем нагрева, выдержки при температуре 1200-1400^oС, охлаждения до 370-350^oС со скоростью 150-170 град/ч и последующей магнитной сепарации (а.с. СССР 1 110 106, C 01 F 5/06 от 07.04.83 г.).

По указанному способу электротехнический периклаз получают путем термической обработки магнийсодержащего сырья (сырье плавят), охлаждают, измельчают, а затем подвергают термической обработке. Температурные режимы нагрева и охлаждения выбирают такими, при которых происходит наиболее полное превращение слабомагнитных и немагнитных железосодержащих примесей в соединения шпинельного типа с наиболее полной магнитной восприимчивостью, что повышает степень очистки материала в процессе магнитной сепарации.

Указанный способ достаточно трудоемкий. Магнийсодержащее сырье плавят, охлаждают; измельчают, проводят дополнительную термическую обработку его, охлаждают, проводят магнитную сепарацию. Расход электроэнергии при осуществлении данного способа также велик.

Технической задачей заявляемого способа является повышение экономичности производства порошка электротехнического периклаза за счет использования дешевого природного сырья и снижения трудоемкости изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения порошка электротехнического периклаза, включающем термическую обработку магнийсодержащего сырья, последующее охлаждение, согласно изобретению в качестве сырья используют природный магнезит, обжигают его при температуре 1600-1800^oС сжиганием природного газа со стехиометрическим количеством воздуха во вращающейся печи, охлаждают до температуры 500-600^oС со скоростью 200-400^oС в минуту без доступа кислорода (окислителя), выделяют фракции 0,5-0,05 мм.

Использование природного магнезита в качестве сырья для получения порошка электротехнического периклаза экономично, так как нет затрат на предварительную его очистку.

Обжиг природного магнезита во вращающейся печи без предварительного плавления сырья позволяет снизить затраты электроэнергии.

Осуществление обжига магнезита в интервале температур 1600-1800^oС сжиганием природного газа со стехиометрическим количеством воздуха обеспечивает 2-х валентное состояние железа, когда оно не образует самостоятельных фаз, а образует твердый раствор в периклазе с неограниченной растворимостью, не оказывая заметного влияния на его диэлектрические свойства.

Охлаждение сырья сразу после обжига до температуры 500-600^oС со скоростью 200-400^oС/мин обеспечивает сохранение 2-х валентного железа в виде твердого раствора в периклазе и предотвращает образование самостоятельных фаз железа, не допуская его переход в 3-х валентное состояние, в котором оно не устойчиво и может перейти на поверхность кристалла периклаза и ухудшить его электроизоляционные свойства.

Способ осуществляют следующим образом.

Для производства порошка электротехнического периклаза используют дешевое сырье - природный магнезит Саткинского месторождения среднего химического состава мас. %: MgO 92,4; SiО₂ 2,29; Fе₂О₃ 1,98; Al₂О₃ 0,49; CuO 2,81.

Для исключения влияния железа, как главной примеси, ухудшающей диэлектрические свойства электротехнического периклаза, магнезит обжигают во вращающейся печи при температуре 1600-1800^oС сжиганием природного газа со стехиометрическим количеством воздуха. При таком интервале температур обжига железо не образует самостоятельных фаз и находится в двухвалентном состоянии в виде твердого раствора с периклазом, не оказывая заметного влияния на диэлектрические свойства периклаза. Для сохранения железа в твердом растворе периклаза охлаждение обожженного сырья осуществляют до температур 500-600^oС со скоростью 200-400^oС в минуту без окислителя (кислорода). Дальнейшее охлаждение до комнатных температур не лимитирует ни скорости, ни присутствие или отсутствие кислорода (окислителя). При помощи 2-х деечного механического сита выделяют фракции 0,5-0,05 мм. Другие примеси, образующие самостоятельные фазы и находящиеся за счет быстрого охлаждения в мелкой пылевидной фракции, менее 0,05 мм, удаляются.

В результате получают порошок электротехнического периклаза следующего состава мас.%: MgO 94,5; SiО₂ 1,8; Fe₂О₃ 1,25; Аl₂О₃ 0,3; СuО 1,2.

С применением порошка электротехнического периклаза, полученного заявляемым способом, были изготовлены трубчатые электронагревательные элементы с закрытой спиралью и изолированным металлическим корпусом. Токи утечки при работе элементов составили 0,02 миллиампера, что указывает на высокие диэлектрические свойства порошка электротехнического периклаза, используемого в качестве изолятора.

Заявляемый способ получения порошка электротехнического периклаза технологичен и экономичен.

Использование: способ предназначен для получения порошка электротехнического периклаза, применяемого в качестве электроизолятора при производстве трубчатых электронагревательных элементов. Сущностью способа является то, что в качестве сырья для получения порошка электротехнического периклаза используют природный магнезит, обжигают его при температуре 1600-1800^oС сжиганием природного газа со стехиометрическим количеством воздуха во вращающейся печи, охлаждают до температуры 500-600^oС со скоростью 200-400^oС в минуту без доступа кислорода (окислителя), выделяют фракции 0,5-0,05 мм. Изобретение позволяет повысить экономичность производства порошка электротехнического периклаза за счет использования дешевого природного сырья и снижения трудоемкости изготовления.

Способ получения порошка электротехнического периклаза, включающий термическую обработку магнийсодержащего сырья, последующее охлаждение, отличающийся тем, что в качестве сырья используют природный магнезит, обжигают его при температуре 1600-1800^oС сжиганием природного газа со стехиометрическим количеством воздуха во вращающейся печи, охлаждают до температуры 500-600^oС со скоростью 200-400^oС в минуту без доступа кислорода (окислителя), выделяют фракции 0,5-0,05 мм.