IT9019994A1 - Procedimento per la fabbricazione di monocristalli di periclasio - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale dal titolo:

"Procedimento per la fabbricazione di monocristalli di periclasio"

RIASSUNTO

E' descritto un procedimento per la fabbricazione di monocristalli di periclasio in un forno, mediante rieristai1izzazione.

L’invenzione riguarda un procedimento per la fabbricazione di monocristai1i di periclasio.

La fabbricazione di monocristai1i di periclasio é fondamentalmente nota. Il materiale di partenza (MgO) viene fuso, per esempio in un forno ad arco, per ottenere durante il successivo raffreddamento una cristallizzazione. A prescindere dal fatto che nella rieristai1izzazione soltanto una parte dei cristalli formati può essere ottenuta sotto forma di monocristalli puri.il procedimento noto é pregiudizievole soprattutto per il fatto che con esso sono necessarie temperature di fusione molto al di sopra della temperatura di fusione teorica del periclasio, di circa 2800°C, e i costi energetici a ciò connessi sono considerevoli.

Esiste quindi una pressante esigenza di poter fabbricare industrialmente in grandi quantità monocristalli di periclasio con un procedimento facilmente padroneggiabile, perché essi presentano per quanto riguarda le loro caratteristiche fisiche una serie di vantaggi sui quali ci si soffermerà ancor meglio nel seguito.

Del tutto sorprendentemente si é accertato che possono essere ricavati monocristalli di periclasio dalla fase gassosa, come cristalli secondari, partendo da un sinterizzato di MgO di tipo usuale. Una caratteristica significativa e un particolare vantaggio del procedimento che verrà meglio descritto nel seguito sono costituiti dal fatto che la fabbricazione di monocristalli di periclasio può avvenire in un forno convenzionale, per esempio in un forno a tino, eventualmente come stadio successivo della fabbricazione di sinterizzato di MgO, quasi in situ.

lì procedimento presenta le seguenti caratteristiche :

- un sinterizzato primario di MgO ricavato in un piroprocesso viene ridotto in magnesio elementare in presenza di un riducente, in particolare in presenza di carbonio libero,

- successivamente il magnesio elementare giunge come vapore metallico nella fase gassosa,

- ove il vapore metallico di magnesio successivamente, per legame di ossigeno dell'atmosfera del forno, si ossida 1n monocristalli secondari,

- i quali successivamente vengono estratti dal forno.

Si é rilevato che con una "ricristallizzazione" di tale tipo il reticolo anionico del periclasio viene totalmente ricostruito . Secondo le conoscenze finora acquisite non si perviene -come si potrebbe supporre- ad una sublimazione della molecola di MgO e ad una nuova condensazione, ma in un primo tempo l'MgO viene ridotto in vapore di Mg metallico, dopo di che l'atomo di Mg si ricombina con ossigeno della atmosfera del forno e si riossida formando il desiderati monocristalli di periclasio.

Per la riduzione iniziale del sinterizzato primario di MgO viene proposta l'aggiunta di un riducente assorbente l'ossigeno, essendosi dimostrato preferibile soprattutto carbonio elementare.

Il carbonio può venire aggiunto al sinterizzato primario di MgO come componente separato.

In zone del forno a conduzione riducente si giunge però parimenti alla separazione di carbonio elementare e quindi -dipendentemente dalla temperatura- ad una pressione parziale definita del carbonio. Per questo, una forma di realizzazione alternativa dell'invenzione prevede di eseguire il procedimento nella corrispondente regione del forno con una fiamma riducente del bruciatore.

Il reticolo anionico dei cristalli primari di MgO viene distrutto, per effetto della affinità del carbonio con l'ossigeno, con formazione di Co, per cui l'atomo di magnesio successivamente può trasformarsi nella fase gassosa come vapore metallico di magnesio.

Secondo una forma di realizzazione preferita é previsto di approntare il sinterizzato primario di MgO sotto forma suddivisa il più finemente possibile, perché l'andamento delle reazioni sopra citate viene influenzato in misura determinante dalla superficie dei cristalli primari. La decomposizione dei cristalli primari di MgO avviene dall'esterno verso l’interno, e perciò un materiale finemente suddiviso dà luogo ad una superficie reattiva maggiore per il riducente e quindi ad una accelerazione della suddetta reazione.

L’ossidazione degli atomi di magnesio presenti nella fase gassosa in monocristalli secondari di periclasio viene agevolata secondo diverse forme di realizzazione vantaggiose del procedimento, se

- nelle corri spondenti regioni del forno collegate a valle viene instaurata una pressione parziale di carbonio inferiore ed una pressione parziale di ossigeno più elevata rispetto alle regioni del forno che servono per l'esecuzione delle fasi di processo sopra citate, oppure

- nelle regioni del forno corrispondenti, collegate a valle, viene instaurata una temperatura più bassa di quella nelle regioni del forno nelle quali viene distrutto il sinterizzato primario.

Ricerche hanno dimostrato che temperature del forno comprese fra 1800°C e 2400°C sono pienamente sufficienti ad ottenere la r i cri stai 1 i zzazi one desiderata. Queste temperature sono nettamente al di sotto delle temperature che sono necessarie secondo la tecnica nota per la fabbricazione di monocristalli dipericìasio attraverso la fase liquida.

Se il carbonio é presente non allo stato solido ma gassoso, l'equilibrio chimico, già per temperature ancora più basse, pende verso la fase gassosa del vapore metallico di magnesio.

Ricerche hanno dimostrato che con il procedimento descritto possono essere ottenuti senz'altro monocristalli secondari con lunghezze gli spigoli di più millimetri.

Se il procedimento viene eseguito in un forno a tino, si prevede di eseguire, per la distruzione dei cristalli primari di MgO, la conduzione del corrispondente tratto di forno con una fiamma del bruciatore carbonizzante, regolata in modo fortemente riducente. In alternativa, però -come precedentemente descritto- può anche avvenire un mescolamento dei cristalli primari con carbonio elementare aggiunto separatamente durante la preparazione della carica.

Anche la riossidazione degli atomi di magnesio dalla fase gassosa può venire agevolata mediante una opportuna regolazione del bruciatore del forno. A tale scopo viene proposto di condurre il corrispondente piano del bruciatore alternativamente ossidante e riducente, il tempo della marcia ossidante del bruciatore essendo preferibilmente maggiore del tempo della marcia riducente, per arricchire l'atmosfera del forno con una percentuale sufficiente di ossigeno .

Da quanto sopra si deduce che la fabbricazione descritta di monocristalli di periclasio può essere eseguita quasi in situ" dalla fase gassosa e come stadio collegato a valle in un forno di sinterizzazione convenzionale per magnesite. I vantaggi che se ne ricavano sono evidenti.

L’ottenimento dei monocristalli di periclasio formati può avvenire in modi diversi.

E' possibile, in particolare con una opportuna riduzione della temperatura del forno, far precipitare i cristalli secondari su opportune superfici. Queste superfici possono per esempio essere rese disponibili da opportune superfici di separazione inclinabili dentro e fuori dal forno. Dopo l'estrazione dal forno, i cristalli secondari di periclasio 1-vi precipitati richiedono ancora di venire raschiati.

Così pure, é però anche possibile far precipitare i cristalli secondari sul sinterizzato primario di MgO residuo che si trova nel forno, e asportarli con esso.

A tale riguardo va tenuto presente che il procedimento secondo l'invenzione - come sopra indicato - e quindi la fabbricazione di monocristalli di periclasio possono venire eseguiti congiuntamente con la fabbricazione di un usuale sinterizzato di MgO, ove unicamente una parte del sinterizzato primario di origine (ossia superfici parziali del sinterizzato primario) viene decomposta nel modo descritto e ricristai1izzata attraverso la fase vapore .

Con una tale precipitazione dei cristalli secondari sul sinterizzato primario, dopo il prelievo dal forno può avvenire una separazione meccanica dei due cristalli.

Infine, è però anche possibile asportare dal forno i cristalli secondari formati dalla fase gassosa, congiuntamente con l'aria di scarico, e separarli, per esempio, su un filtro. In tal caso viene eliminato qualsiasi trattamento meccanico successivo.

I cristalli secondari formati danno luogo, per effetto della loro grandezza, ad una ammucchiamento di monocristalli relativamente lasco, con un peso specifico apparente dei grani (= densità apparente per una granulometria superiore a 2 mm secondo DIN 51 065, parte 2) - in dipendenza della loro rispettiva grandezza - relativamente basso.

I singoli cristalli presentano però una densità che corrisponde al massimo alla densità teorica di 3,56 g/cm 3 Se i monocristalli vengono successivamente macinati, il peso specifico apparente dei grani viene corrispondentemente accresciuto, senza dover mettere in conto una perdita delle vantaggiose proprietà dei monocristalli, ossia la loro elevata densità.

Qui appunto sta la possibilità di un vantaggioso impiego dei monocristalli di periclasio formati. Essi possono fra l 'altro servire per la fabbricazione di pezzi stampati refrattari, ed essere ivi aggiunti, in particolare come componente a grani fini, ad un materiale di matrice più grossolano.

Notoriamente, per esempio, la predisposizione alla formazione di scorie dei pezzi stampati ceramici refrattari viene determinata in misura decisiva dalla percentuale di grani sfarinati. La percentuale di grani sfarinati é il punto più debole del prodotto ceramico, e ha ivi inizio per primo un attacco delle scorie. La percentuale di grani sfarinati viene definita come la frazione inferiore a 100 um , ove preferibilmente il 70% in peso dovrebbe essere inferiore a 50 um .

Con l 'impiego di cristalli secondari finissimi, per esempio separati dalla fase gassosa tramite l'aria di scarico, o con l'impiego di monocristalli secondari macinati, originariamente più grossolani, come parte costituente, e in particolare come il componente più fine di un miscuglio di materiali ceramici refrattari, si può ottenere che appunto il componente più fine, critico, dei pezzi stampati corrispondenti venga stabilizzato meccanicamente.

I corrispondenti pezzi stampati refrattari sono nettamente superiori a quelli ottenuti con l'impiego di una percentuale di grani finissimi di un usuale sinterizzato primario di MgO, e presentano un attacco delle scorie considerevolmente ridotto.

Cosi pure, é anche immaginabile il costruire pezzi stampati a più strati, e l'eseguire le superfici esterne, per esempio soggette ad un bagno di metallo fuso o a un attacco di scorie, con un materiale componente che presenti totalmente o almeno prevalentemente i cristalli secondari di MgO fabbricati secondo il presente procedimento.

Inoltre l'impiego dei cristalli secondari descritti si presta in particolare per quei prodotti ceramici che sono assoggettati ad una forte usura meccanica o metallurgica. Vi fanno parte, per esempio, i pezzi stampati refrattari di sistemi di colata e/o di chiusura, come otturatori, bussole o simili per crogiuoli metallurgici.

I corrispondenti prodotti ceramici sono non soltanto alla pari di quelli di magnesite fusa, ma addirittura superiori, e soprattutto sono fabbricabili molto più semplicemente ed economicamente.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di monocristalli di periclasio in un forno con le seguenti caratteristiche : 1.1 sinterizzato primario di MgO ricavato in un piroprocesso viene ridotto in magnesio elementare in presenza di un riducente, in particolare di carbonio libero, 1.2 il magnesio elementare viene successivamente trasformato in fase gassosa come vapore metallico, 1.3 il vapore metallico di magnesio viene successivamente ossidato in monocristalli secondari di periclasio mediante fissazione di ossigeno dell'atmosfera del forno, e 1.4 I monocristai1i secondari di periclasio formati vengono poi estratti dal forno.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il carbonio viene aggiunto come componente separato al sinterizzato primario di MgO.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase carbonio viene regolata mediante una fiamma regolata in modo riducente del bruciatore del forno .
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il forno nella regione per l'esecuzione dello stadio di processo secondo la caratteristica 1.3 viene fatto marciare alternativamente come ossidante e riducente.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui lo stadio di processo secondo la caratteristica 1.3 viene eseguito in una regione del forno con pressione parziale del carbonio più bassa e con una pressione parziale di ossigeno più elevata rispetto alle regioni del forno per l'esecuzione degli stadi di processo secondo le caratteristiche 1.1 e 1.2.
6. 6 Procedimento secondo una delle ri vendi cazi oni da 1 a 5, in cui lo stadio di processo secondo la caratteristica 1.3 viene eseguito in una regione del forno più fredda degli stadi d1 processo secondo le caratteristiche 1.1 e 1.2.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui la temperatura del forno nello stadio di processo 1.3 viene regolata fra 1800 e 2400°C .
8. 8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui viene impiegato sinterizzato primario di MgO con granulometria superiore a 4 mm, preferibilmente fra 4 e 30 mm.
9. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 con l'accorgimento che per la precipitazione e la asportazione dei cristalli secondari di MgO formati dalla fase gassosa vengono previste superfici di deposizione spostabili dentro e fuori dal forno.
10. 10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 con l'accorgimento che il sinterizzato primario di MgO viene ridotto soltanto parzialmente e 1 cristalli secondari di MgO formati precipitano sul sinterizzato primario di MgO residuo e vengono asportati con esso.
11. 11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10 con l'accorgimento che i cristalli secondari di MgO formati vengono estratti con l’aria d1 scarico del forno come polvere volante e successivamente vengono depositati su un filtro.
12. 12. Impiego di monocristai1i di periclasio, fabbricati secondo procedimenti secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11 per la fabbricazione di pezzi stampati e refrattari.
13. 13. Impiego secondo la rivendicazione 12 con l'accorgimento che i monocristalli di periclasio sono stati precedentemente macinati fino ad una granulometria inferiore a 100 um.
14. 14. Impiego di monocristalli di periclasio macinati secondo la rivendicazione 13, come componenti a grani sfarinati, in un usuale materiale di matrice refrattario.
15. 15. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 12 a 14 per la fabbricazione di pezzi stampati refrattari di un sistema di colata e/o otturazione per crogioli metallurgici.