Способ получения безводного хлорного железа Советский патент 1993 года по МПК C01G49/10 

Изобретение относится к области получения безводных хлоридов металлов, в частности к способам получения безводного хлорного железа.

Целью изобретения является удешевление процесса при одновременном повышении содержания хлорного железа в продукте.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения безводного хлорного железа, включающем хлорирование железосодержащего сырья при температурах 350-400°С, в качестве железосодержащего сырья используют хвосты - отходы обогащения железных руд.

Поставленная цель достигается также и тем. что хлорирование железосодержащего сырья ведут в присутствии 5-7% углеродистого восстановителя.

Химический состав отходов, %: Fe 12- 17), СаО (10-15), Slp2 (27-32), (7-11), МдО (5-12), МпО (0.35-0,4), Р20з (0,19-0,3), S (1.9-4,17). Со (0,02-0,04), Си (0,1-0,15). Zn (0,19-0.2).

Влажность отходов 10-20% (в зависимости от глубины залегания). Хранятся на открытом воздухе.

Отходы обогащения железных руд (хвосты) имеют сложный минералогический состав и содержат 15-18% железа в составе силикатов, алюминатов, алюмосиликатов, сульфидов и т.д. (халькопират - CuFeS2. ан- драдит - ЗСаО РеаОз 3S102. пирит - FeS2, пирротин - FeS, гетит - FeOOH и др.). В результате хлорирования отходов обогащения образуется хлорное железо.

CuFeS2+C+2Cl2 FeCl3+CuCI+CS2

CuFeS2+4Cl2 FeCl3+CuC +2SCl2

3CaOFe2033Si02+3C+6Cl2 2FeCl3+3CaCl2 +3S102+3C02

FeS2+7/2Cl2 FeCl3+2SCl2 FeS2+1 /2C+5/2C 2 FeCl3-M /2CS2+SCl2 FeS+1 /4C+2Cl2 FeC 3+1 /4CS2+1 /2SCI2 FeS+5/2Cl2 FeCl3+SCI2. :.. F.eOOH+3/4C+3/2Ci2 FeCI3+1 /2HiO+ :+3/4C02 Г

Все указанные процессы термодинамически возможны.

ел

G

о о о о ел

со

Последующая возгонка и сублимация хлорного железа позволяет выделить его в чистом виде.

Нижний температурный предел хлорирования равный 350°С позволяет перевести образующееся хлорное железо в газообразное состояние, верхний 400°С позволяет достичь необходимой степени хлорирования шихты, способствует отделению хлорного железа в виде газа. Кроме того, при повышении температуры процесса 400°С снижается степень хлорирования железа за счет образования легкоплавких хлоридов, которые обволакивают твердые частицы шихты и снижают доступ хлора. Необходимо отметить активизирующее действие углерода на процесс хлорирования, что связано со значительным уменьшением свободной энергии в суммарном процессе

FeOOH+C+2CI2 FeCl3-H-ICI+C07 в сравнении с реакцией с вытеснением кислорода.

4FeOOH+6Cl2 4FeCl3+302+3H20.

Оптимальное содержание тонкоизмельченного углеродистого восстановителя, например, нефтекокса, составляет 5-7% (см. таблицу). При содержании нефтекокса менее 5% увеличивается время хлорирования и низка степень хлорирования. Более высокое содержание восстановителя (7%) увеличивает соответстиенно его расход без существенного увеличения степени хлорирования.

При м е р. Шихту, содержащую отходы обогащения, содержащие 15-18% железа (размер частиц 0,001-0,5 мм) и (5-7)% тонко- измельченного углеродистого восстановителя (нефтекокс) по ГОСТ 4.110-84, засыпают в хлоратор. Количество шихты для каждого из опытов, результаты которых представлены в таблице, составляло 50 грамм. При достижении температур хлорирования (300-450°С) в результате нагрева печи включают подачу хлора, расход которого 3,0 л/ч. В результате хлорирования образуется хлорное железо, которое при температуре хлорирования переходит в газовую фазу и сублимируется на стенках конденсатора при температуре ниже, чем температура сублимации хлорного железа. Оптимальное время хлорирования, как показывают данные опытов, составляет 1 ч, Так, по данным опытов 6 и 7 (см. таблицу) следует, что при увеличении времени хлорирования до 2 ч (опыт 7) при одном и том же расходе хлора степень хлорирования соединений железа и выход сублимированного хлорного железа существенно не увеличивается,

По окончании процесса хлорирования

хлоратор продувают аргоном для удаления из системы остаточного хлора и других газов. Резиновую пробку отделяют вместе с хлоратором от конденсатора. Безводное хлорное железо (гигроскопическое вещество), сублимированное на стенках конденсатора, загружают в герметические емкости. Сублимированное хлорное железо содержит 98,7-99,6% , остальное хлориды алюминия, кремния, серы. Степень хлорирования отходов обогащения не превышает 30%, что связано с трудностями вскрытия природных материалов. Однако и эти результаты показывают, что из 1 т. исходной шихты получается около 100 кг безводного

хлорного железа. Установлены оптимальные условия для получения хлорного железа: температура 350-400°С, содержание углеродистого восстановителя - 5-7%, расход хлора Зл /ч, что позволяет достичь определенной степени хлорирования и создать газовый поток для транспортировки газообразного хлорного железа в зону конденсации.

По сравнению с прототипом, предлагаемый способ обеспечивает получение более дешевого безводного хлорного железа ввиду использования отходов при обогащении руд. Использование хвостов расширяет также сырьевую базу производства хлорного железа.

Оставшаяся часть шихты, отмытая водой от нелетучих хлоридов (Са. Мд, Мп, Си, Со и т.д.) может быть использована в каче- стве мелкого наполнителя при производстве строительных растворов и бетонов.

о

Формул а изо бретени я

Способ получения безводного хлорного железа, включающий хлорирование железосодержащего сырья .газообразным хлором при 350-400°С с отделением готового продукта, отличающийся тем, что, с целью

удешевления процесса при одновременном повышении содержания хлорного железа в продукте, в качестве железжосодержащего сырья используют отходы обогащения железных руд и хлорирование ведут в присутствии 5-7%-ного углеродистого восстановителя.

Результаты опытов по хлорированию отходов обогащения железосодержащих руд

Безводное хлорное железо получают хлорированием отходов обогащения железных руд газообразным хлором при 350- 400°С в присутствии 5-7% углеродистого восстановителя. 1 табл.