Способ приготовления щелочного расплава

Союз Советских Социалистических Республик(51)м. Кл. С 23 С 1/28 с присоединением заявки йо Госуаарствеииый комитет СССР ио аелам изобретений и открытий(086.8) Дата опубликоваиия описания 30.1080 О.Г.Варубицкий, Б.Ф,Дмитрук, И.Н.Шейко, И,С.СтефанскийА.И.Малинин, Е.Р.Калач, В.В.Скворцов, В.И.Бабухин,Г.И,Хаустов, И.Ю.Коробочкин, В.А.Тарасенко, И.Ф.Лаврецкаяи Е,В.Коноплев(72) Авторы изобретения чИнститут общей и неорганической химии АН УСССР(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГОРАСПЛАВА Изобретение относится к области химической очистки металлов, в частности, стали от окалины и пригара.Известен способ получения распла ва из смеси щелочей со свободными щедочными металлами, включающий обработку расплава кислородсодержащим газом, который барботирует через расплав при темперутуре 200-500 С Щ ,10 Способ апробирован на смеси целочей, содержащий в основном КОН, МаОН, КН и ИаН с концентрацией гидридов 4 вес.Ъ. Такая смесь получается при производстве металлического калия и является побочным промышленным про- . дуктом.В укаэанном способе осуществляется окисление свободных щелочных металлов (в виде гидридов) кислород содержащим газом при барботаже его через расплав. Известный способ окисления свободных щелочных металлов в гидроксидном расплаве имеет следующие надостатки: относительно сложное 25 аппаратурное осуществление способа (требуется барботажное устройство, компрессор, датчики давления и скорости подачи газа и т.д.); безопасность процесса обесгечивается лишь в небольших ваннах. В больших объемах расплава не обеспечивается равномерный доступ кислорода, В связи с этим значи - тельное количество гидр ща щелочного металла окисляется с выделением водорода. Над ванной образуется взрывоопасная смесь кислорода с водородом.Цель изобретения - упрощение процесса и обеспечение условий безопасной работы.Поставленная цель достигается тем, что в качестве окислителя берут нитрат натрия при его мольном отношении к свободному щелочному металлу, равному (0,42-0,5):1.Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.Смесь щелочей, содержащей в основном едкий натр, едкий калий и свободные целочные металлы (в виде гидридов), нагревают и плавят. В жидкую фазу вносят нитрат натрия.Внесение нитрата обеспечивает быстрое и безопасное окисление щелочных металлов,Например, для натрия по реакции: 10 ИаН + ИаНО, = 7 Иа О + 5 Н О + 2 М, 11 Окисление Ьелочных металлов нитратом протекает быстро (3-5 мин), а газообразные продукты - вода и азот, кото775165 емпераура веактоУ Серияопыта Взято смеси щелоче с соде жанием свободных щелочных металло в пересчете на Иа 4,04 вес, ,ВнесеноИаИОг Мольное соотно.шение нитрата и нат-рия Объем выде-. ливше гося газа,Состав Примечание выделившегосягаза, об,Ъ,50 0,5:1 рые выделяются при этом, не являются горючими. Более того, над расплавом образуется "подушка" с высокимсодержанием азота, что и обеспечивает безопасность процесса. Нижний предел рабочей температуры, 5 при которой осуществляют приготовление расплава, составляет 280 С. При более низкой температуре заметноуменьшается скорость окисления щелочных металлов нитратом. С другой 10 стороны при температурах, превышающих 450 оС, из-за очень энергичного протекания этой реакции .и низкой вязкости щелочи происходит унос расплава парами азота. Поэтому рекоменду-емая нами оптимальная температура приготовления расплава составляет 280 450 оС,Нитрат щелочного металла вносится в расплав в расчетном количестве одноразово. Внесение нитрата из расчета менее 04 моль на 1 моль щелочного металла не обеспечивает полного пре-вращения согласно реакции (1). Если нитрат внесен в количестве большем, чем 0,5 моль на 1 моль щелочного металла, то это приводит к неполному его расходованию, т.е. наличию нитрата в расплаве как компонента. Максимальная эффективность обеспечива- ЗО ется, если соблюдается молярное:. соотношение МеМОз:Ие = (0,4-0,5):1, Причем, нитрат полностью расходуется на реакцию окисления (1) и также частично на связывание коллоидно распределенного металлического натрия 10 Ма + МаМО = 6 Ма О + М , (2) Использование МаМОЗ в качествеокислителя вместо продувки расплавакислородом позволяет получить щелочной расплав,.обогащенный оксидомнатрия. Последний компонент в гидроксидной среде является активаторомпроцесса очистки поверхности металловот окалины и пригара, Таким образом,из дешевого продукта - отхода производства металлического калия получается расплав с высокой реакционнойспособностью к удалению окислов с по-верхности металлов.П р и м е р 1 . В реакторе былопроведено последовательное плавлениедвух исходных смесей. При этом плавление одной смеси осуществлялось безнитрата натрия в атмосфере воздуха.Небольшие количества исходной смеси(20-25 г) помещали и герметичный реактор, соединенный с системой, позволяющей замерять количество выделившегося газа. Реактор, оснащенныйкрышкой с гидравлическим затвором,был нагрет до 280-320 С. Химическиманализом был установлен состав выделившегося газа,Данные приведены в табл. 1. Какследует из табл,1, при плавлениисмеси щелочей со свободными щелочными металлами под воздухом основным газообразным продуктом окислениящелочного металла .,в виде гидрида)является водород - 94,3 об.Ъ. Еслиже в расплав вносился нитрат в предлагаемом соотношении, то основнымигазообразными продуктами являлисьазот и частично вода. Процесс завершался за 3-5 мин после внесения нитрата.Табли а 1775165 6 П р и м е р 2 . Смесь щелочей длязагрузки брали в количестве 0,1-0,5 кг,Процесс осуществляли с испольэованием корундовых тиглей, помещаемых впечь с заданной температурой (280450 сС),Данные приведены в табл. 2.5Как следует иэ табл. 2, выдержкасмеси щелочей со свободными щелочныТаблица 2 Количество Ма всмеси, г Температура, "С Внесено Мольное соИаИО , г отношение 9 опытЧто наблюдалось 4 с 06 2 1 10 Гаэовыделенне; горение газа над раплавом 36 112,0 Гаэовыделение, горение со звуковымэффектом 4,36 То же 19,39 280 28,6,4:1 Гаэовыделеыие; обрэование небольшогоколичества пены 5 500,б 502,20,23 36 2028 45 33,64 1 Тож 7,47 0,5: То же ные металлы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса и обеспечения условий безопасной работы, в качестве окислителя бе рут нитрат натрия при его мольном от 4 ношении к свободному щелочному металлу, равном (0,42-0,5):1.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 482506, кл. С 22 В 26/10, 15.05.73 Составитель Г.Терещенко дактор Т.Никольская Техред Н.Барадулина Корректор В.Синицка7663/34 тираж 1074 ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и о ггЗОЗ 5, Москва, 7-35, Раушс Подписноетета СССРкрытийая наб д, 4/5 Заказ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Взято смеси щелочейс содержанием свободных щелочных металлов впересчетена Иа 4,04вес,Ъ, г Таким образом, применение нитрата натрия позволяет значительно упростить процесс приготовления щелочного расплава и обеспечивает безопасность процесса эа счет образования й над расплавомФормула изобретенияСпособ приготовления щелочного рас плава, включающий плавление смеси, содержащей щелочи и свободные щелочми металлами на воздухе уже в количестве 100-112 г, сопровождается горением газа или микровзрывом. Большиеколичества исходной смеси плавитьопасно: возможен взрыв. В тех же опытах, где с появлением жидкой фазывносился нитрат натрия, горения иливзрывов не наблюдалось. Процесс протекал спокойно.