FI74490B

FI74490B - Foerfarande foer utvinning av magnesium.

Info

Publication number: FI74490B
Application number: FI843960A
Authority: FI
Inventors: Johannes Jacobus Bodenstein; Leslie John Farrell
Original assignee: Johannesburg Cons Invest
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1987-10-30
Also published as: JPS60155633A; FI843960L; ZW16584A1; FI74490C; CA1227042A; FI843960A0; US4543122A

Description

1 74490

Menetelmä magnesiumin talteenottamiseksi

Keksinön kohteena on menetelmä magnesiumin talteenottamiseksi materiaalista, joka sisältää magnesiumin, kro-5 min, alumiinin, piin, raudan ja kalsiumin oksideja.

Useissa pyrometallurgisissa sulatusprosesseissa muodostuu arvokkaita metalliseoksia, metalleja tai ensisulat-teita. Lisäksi muodostuu jätekuonatuotteita. Kuonat sisältävät usein useita arvokkaita metalleja, erikoisesti magne-10 siumia ja alumiinia. Esimerkkejä näistä kuonista ovat ne, joita muodostuu rautaseosten sulatuksessa, platinaryhmän metallien talteenotossa ja ne, joita muodostuu perusmetallien sulatuksessa. Tätä keksintöä voidaan käyttää magnesiumin ja haluttaessa muiden metallien talteenottamisessa kuo-15 nista.

EP-patenttijulkaisussa 65 225 esitetään menetelmä metallien magnesiumin valmistamiseksi, ja US-patenttijulkaisussa 4 190 434 esitetään menetelmä magnesiumin talteenottamiseksi nesteenä.

20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle magnesiumin talteen ottamiseksi on tunnusomaista, että menetelmä käsittää vaiheina mainitun materiaalin ja pelkistävän aineen syöttämisen pelkistysvaiheeseen, joka pelkistävä aine sisältää maa-alkalimetallikarbidia; mainitun materiaalin ja pelkistävän 25 aineen kuumentamisen pelkistysvaiheessa inertissä, edullisesti argonista muodostuvassa atmosfäärissä magnesiumoksi-din pelkistämiseksi ja höyrystetyn magnesiumin muodostamiseksi; höyrystetyn magnesiumin johtamisen jäähdyttäjään ja höyrystetyn magnesiumin muuttamisen suoraan jauhemuotoon 30 mainitussa jäähdyttäjässä.

Mukaanliitetty piirros esittää vuokaaviona keksinnön erästä toteutusta.

Materiaalit, joista magnesium otetaan talteen, ovat kuonia, joita muodostuu pyrometallurgisissa menetelmissä.

35 Näitä kuonia muodostuu esimerkiksi valmistettaessa rauta-seoksia, platinaryhmän metalleja ja muita arvometalleja sekä rautaa ja terästä. Esimerkkejä tyypillisistä keksinnön 2 74490 soveltamiseen käyttökelpoisista kuonamateriaalien koostumuksista ovat seuraavat:

Kuona no 1 Kuona no 2

Oksidi Määrä (paino-%) Määrä (paino-%) 5 Cr2°3 3-8 0,3-0,4

FeO < 2 20-25

CaO 12-17 8-15 A1203 29-33 4-6

MgO 22-25 16-20 10 Si02 19-25 35-45

Kuona, jota muodostuu pyrometallurgisessa prosessissa, muodostuu kuumassa tilassa, jolloin lämpötila on tyypillisesti korkeampi kuin 1300°C. On edullista syöttää kuuma kuona pelkistysvaiheeseen, jolloin vähennetään energiavaatimuk-15 siä prosessissa.

Materiaalia voidaan rikastaa sopivalla magnesiumma-teriaalilla, jota voidaan lisätä ennen pelkistysvaihetta tai sen aikana. Suositeltava magnesiummateriaali on magne-siitti, joka edullisesti on kalsinoitua magnesiittia.

20 Suositeltava maa-alkalimetalli on kalsium, joten suo siteltavin maa-alkalimetallikarbidi on kalsiumkarbidi.

Pelkistävä aine voi sisältää myös ainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat pii, ferropii, alumiini tai alumiini/pii-seos. Esimerkki yhdistetystä pelkistävästä 25 aineesta on kalsiumkarbidi ja pii.

Kalsiumkarbidin käytöllä pelkästään pelkistävänä aineena on lisäetuna se, että se johtaa helposti erotettavan mayeniittifaasin (Ca0:Al203 = 7:12) muodostumiseen jäännökseen tai kuonaan, jota muodostuu materiaalin pelkistyk-30 sen aikana. Mayeniittifaasi voidaan erottaa kuonasta ja ottaa alumiini siitä talteen tunnettuja menettelyjä käyttäen .

Pelkistysvaihe täytyy suorittaa inertin kaasun kuten argonin läsnäollessa.

3 74490

Edullisesti höyrystynyt magnesium siirretään jääh-dyttimeen, jossa se muutetaan suoraan höyrystä jauhemaiseen muotoon.

Seuraavassa esitetään keksinnön eräs toteutus mukaan-5 liitettyyn vuokaavioon viitaten. Tämän vuokaavion mukaan sulatusprosessista saatua kuumaa kuonaa syötetään pelkis-tysuuniin yhdessä kalsiumkarbidin kanssa inerttiä kaasua kuten argonia olevassa atmosfäärissä. Kuonan sisältämä magnesiumoksidi pelkistyy pelkistysuunissa ja magnesium 10 höyrystyy. Pelkistysuunissa käytetty lämpötila vaihtelee kuonan luonteen ja inertin kaasunpaineen mukaan.

Höyrystynyt magnesium siirtyy vesijäähdytteiseen jääh-dyttäjään, jossa magnesium tiivistyy suoraan höyryfaasista kiinteään, jauhemaiseen tilaan. Tuotetun magnesiumjauheen 15 osaskoko on tyypillisesti 50-200 /im. Magnesiumjauhe kerääntyy jäähdyttäjän alaosaan. Käytetään ylivuotoputkea magnesiumin siirtämiseksi talteenottotilaan. Magnesiumjauhe siirretään talteenottotilaan muodossa, joka soveltuu pakattavaksi tynnyreihin tai vastaaviin pakkauksiin.

20 Hienojakoinen magnesium, s.o. osaset, jotka ovat pie nempiä kuin 50 /im, siirretään jäähdyttäjästä letkusuodatus-kammioon inertin kaasuvirtauksen avulla, joka siirtyy mag-nesiumjauhekerroksen lävitse. Magnesiumytimiä siirretään letkusuodastuskammion pohjalta jäähdyttäjään juuri kerrok-25 sen yläpuolelle.

Pelkistysuunista saatu kuona voidaan rakeistaa ja siitä voidaan poistaa vsi sekä käyttää esimerkiksi tiilien tai teiden valmistuksessa. Vaihtoehtoisesti sitä voidaan käsitellä edelleen alumiinin talteenottamiseksi. Erikoises-30 ti dikalsiumsilikaatti, jota on kuonassa, suurentaa sen tilavuutta 10 prosenttia valvotusti jäähdytettäessä, mikä aiheuttaa kuonan murenemisen. Suuri osuus mayeniittifaasia, joka on muodostunut kuonaan, säilyy karkeana jakeena. Tämä karkea jae voidaan erottaa seulomalla ja alumiini voidaan 4 74490 ottaa talteen siitä alalla tunnettuja menetelmiä käyttäen. Hienojakoinen osuus, joka muodostuu pääasiassa dikalsium-silikaatista, voidaan myydä sellaisenaan tai jatkokäsittelyn jälkeen sementtiteollisuuteen valkoisen sementin val-5 mistusta varten.

Mahdolliset jalo- tai perusmetallit, joita sisältyy alkuperäiseen magnesiumrikkaaseen kuonaan, pelkistyvät me-talliseosfaasiin, joka voidaan ottaa talteen erikseen jat-kopuhdistusta varten.

10 Metalliseosfaasi, joka muodostuu pelkistysuunissa, voidaan myös ottaa talteen.

Haluttaessa voidaan lisätä kylmää kuonaa, piitä ja/ tai kalsinoitua magnesiittia pelkistysuuniin, kuten vuo-kaaviossa on esitetty.

15

Taulukko 1

Koe No Koostumus 1+ 1 kuonaa: 0,13 magnesiittia: 0,54 CaC2 2+ 1 kuonaa: 0,13 magnesiittia: 0,16 Si + 20 0,27 CaC2 3 1 kuonaa: 0,25 dolomiittia: 0,11 Si 4+ 1 kuonaa: 0,25 dolomiittia: 0,08 Si + 0,17 CaC2 5 1 kuonaa: 0,25 dolomiittia: 0,08 mag- 25 nesiittia + 0,14 Si 6+ 1 kuonaa: 0,25 dolomiittia: 0,08 mag nesiittia: 0,09 Si + 0,21 CaC 2 7 1 dolomiittia: 1 magnesiittia: 0,29 30 AI + 0,23 Si 8 1 dolomiittia: 0,05 magnesiittia: 0,2 alumiinia: 0,14 Si 5 74490 keksinnön mukainen menetelmä A = reaktioaika 15 minuuttia B = reaktioaika 25 minuuttia 5 Taulukko 2 - tulokset j---—- tiivistynyt jauhe 10 koe Magnesiumin No. talteenotto '

Mg Si C Mn AI Ca af af of af af o? af /o /o jo /o /o /o /o 15 AI 66,7 94,16 0,90 3,74 0,38 0,10 0,72 A2 62,5 88,94 4,45 5,59 0,32 0,10 0,60 A3 40,9 88,06 3,98 7,03 0,02 0,34 0,58 A4 45,5 89,32 3,98 7,35 0,15 0,26 0,56 A5 51,9 82,35 9,57 7,36 0,01 0,30 0,40 20 A6 55,5 87,61 4,33 7,23 0,13 0,36 0,37 A7 82,5 93,02 1,51 2,55 0,01 0,24 2,65 A8 75,9 95,31 1,01 3,21 0,01 0,11 0,34

Bi 98,75 89,49 2,70 6,22 0,41 0,20 1,02 25 B2 87,5 88,85 4,28 5,80 0,27 0,21 0,60 B3 59,1 85,32 6,18 6,95 0,05 0,26 0,64 B4 54,5 94,14 2,13 3,15 0,26 0,02 0,31 B5 66,7 82,64 10,00 6,53 0,06 0,26 0,52 B6 74,1 90,63 3,39 5,35 0,12 0,06 0,44 30 B7 90,5 95,57 0,75 3,25 0,01 0,01 0,40 B8 75,9 95,47 0,74 3,32 0,01 0,06 0,40 6 744 90

Edellä esitetystä voidaan havaita, että pitkillä reak-tioajoilla magnesiumin talteenotto keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä on erinomainen. Otettaessa huomioon se, että kuona käytetään kuumassa tilassa, jolloin säästetään energiaa, 5 keksinnön mukainen menetelmä on kustannuksiltaan erittäin edul linen .

Claims

1. Menetelmä magnesiumin talteenottamiseksi materiaalista, joka sisältää magnesiumin, kromin, alumiinin, 5 piin, raudan ja kalsiumin oksideja, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheina mainitun materiaalin ja pelkistävän aineen syöttämisen pelkistysvaihee-seen, joka pelkistävä aine sisältää maa-alkalimetallikar-bidia; mainitun materiaalin ja pelkistävän aineen kuumen-10 tamisen pelkistysvaiheessa inertissä, edullisesti argonista muodostuvassa atmosfäärissä magnesiumoksidin pelkistämiseksi ja höyrystetyn magnesiumin muodostamiseksi; höyrystetyn magnesiumin johtamisen jäähdyttäjään ja höyrystetyn magnesiumin muuttamisen suoraan jauhemuotoon 15 mainitussa jäähdyttäjässä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan magnesiumjau-hetta, jonka hiukkaskoko on 50 - 200 μιη.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetel- 20 mä, tunnettu siitä, että maa-alkalimetalli- karbidina käytetään kalsiumkarbidia.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pelkistävää ainetta, johon sisältyy aine, joka on valittu 25 ryhmästä, johon kuuluvat pii, ferropii, alumiini ja alu-miini/pii-metalliseokset, mainitun maa-alkalimetallikar-bidin lisäksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pelkistävää ainet- 30 ta, joka muodostuu kalsiumkarbidista ja piistä.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttömateriaa-lina käytetään kuonamateriaalia, jonka koostumus on seu-raava: 8 74490 Oksidi Määrä (paino-%) Cr203 3-8 FeO < 2 CaO 12 - 17 5 Äl2°3 29 “ 33 MgO 22 - 25 Si02 19 - 25

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen 10 menetelmä, tunnettu siitä, että syöttömateri- aalina käytetään kuonamateriaalia, jonka koostumus on seuraava: Oksidi Määrä (paino-%) Cr20 2 0,3 - 0,4

15 FeO 20 - 25 CaO 8-15 A1203 4 - 6 MgO 16 - 20 Si02 35 - 45 20

7 74490

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaali syötetään pelkistysvaiheeseen kuumassa tilassa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että materiaali syötetään pelkistysvaiheeseen lämpötilassa, joka on korkeampi kuin 1300°C.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalia ri-30 kastetaan lisäämällä siihen magnesiittia, edullisesti kalsinoitua magnesiittia. 9 74490