Способ приготовления щелочного расплава

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 260229 (21) 2730090/22-02 (51)М. Кл.

С 23 G 1/28 с присоединением заявки ¹

Госуаарствемиый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.1080,Бюллетень ¹ 40 (53) УДК621. 7. 025. 2 (088.8) Дата опубликоваиия описания 30.1080

О. Г. Варубицкий, Б.Ф. Дмитрук, И. Н.Шейко, И.С. Стефанский

А.И.Малинин, Е.P.Êàëà÷, B.Â.Ñêíoðöoâ, В.И.Бабухин, Г.И.Хаустов, И.Ю.Коробочкин, В.А.Тарасенко, И.Ф.Лаврецкая и Е.В.Коноплев (72) Авторы изобретеии я

Институт общей и неорганической химии АН УСССР ;- .= (1

1 (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГО

РАСПЛАВА 1

Изобретение относится к области химической очистки металлов, в частности, стали от окалины и пригара.

Известен способ получения распла- 5 ва из смеси щелочей со свободными ще.почными металлами, включающий обработку расплава кислородсодержащим газом, который барботирует через расплав при темперутуре 200-500 С (1),10

Способ апробирован на смеси целочей, содержащий в основном КОН, МаОН, КН и ИаН с концентрацией гидридов

4 вес.t. 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- 2О 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 неболь-10 ших 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, mo a 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:

10NaH + ИаНО. = 7Na О + 5Н10 + 2N> (1)

Окисление сделочных металлов нитратом протекает быстро (3-5 мин), а газообразные продукты — вода и азот, кото775165 емпера

vpa н еактое, С

Р Серия опыта

Взято смеси щелоче с соде жанием свобод ных щелочных металло н пересчете на Na

4i04 нес. 9, Внесено

NaNO г

Мольное соотношение нитрата

Объем ныде-. ливше гося газа, мл

Состав

Примечание выделившегося газа, об.Ъ (для, серии) и нат рия

1 1 20 2

О 82 3

l Р

328

014:1

0,45:1

0i5:1

Ng — 66,4 ОстальС02- 7,1 ное-О и

155

Н О (наблюдалась конденсация) 153 рые выделяются при этом, не являются горючими. Более того, над расплавом образуется "подушка" с высоким содержанием азота, что и обеспечивает безопасность процесса.

Нижний предел рабочей температуры, 5 при которой осуществляют приготовление расплава, составляет 280 С. При более низкой температуре заметно уменьшается скорость окисления щелочных металлов нитратом. С другой to стороны при температурах, превышающих 450 С, из-за очень энергичного протекания этой реакции .и низкой вязкости щелочи происходит унос расплава парами азота. Поэтому рекоменду- tg емая нами оптимальная температура приготонления расплава составляет

280 450оС.

Нитрат щелочного металла нносится в расплав в расчетном количестне одноразово. Внесение нитрата из расчета менее 0Ä4 моль на 1 моль щелочного металла не обеспечивает полного пре- вращения согласно реакции (1). Если нитрат внесен B количестве большем, чем 0,5 моль ía 1 моль щелочного металла, то это приводит к неполному его расходованию, т.е. наличию нитрата в расплане как компонента. Максимальная эффективность обеспечина- 3() ется, если соблюдается молярное:. соотношение NeNO„:Ие = (0,4-0,5):1.

Причем, нитрат полностью расходуется на реакцию окисления (1) и также частично на снязынание коллоидно- 35 распределенного металлического натрия 10Na + ?йаМО = бала О + N . (2) 2 1 24,0 0,97 300

3 1 25,0 1,01 280

4 2 20,3 0,82 280 1,21

5 2 24,0 0,97 300 1,61

6 2 20,0 0,81 300 1,50

Использование NaN03 в качестве окислителя вместо продувки расплава кислородом позволяет получить щелочной расплав, обогащенный оксидом натрия. Последний компонент в гидроксидной среде является активатором процесса очистки поверхности металлов от окалины и пригара. Таким образом, из дешевого продукта — отхода производства металлического калия получается расплав с высокой реакционной способностью к удалению окислов с поверхности металлов.

Пример 1 . В реакторе было проведено последовательное плавление двух исходных смесей. При этом плавление одной смеси осуществлялось без нитрата натрия н атмосфере воздуха.

Небольшие количества исходной смеси (20-25 г) помещали в герметичный реактор, соединенный с системой, позволяющей замерять количество выделившегося газа. Реактор, оснащенный крышкой с гидравлическим затвором, был нагрет до 280-320 C. Химическим анализом был установлен состав выделившегося газа.

Данные приведены в табл. 1. как следует из табл.1, при плавлении смеси щелочей со свободными щелочными металлами под воздухом основным газообразным продуктом окисления щелочного металла (н виде гидрида) является водород — 94,3 об. t. Если же н расплав вносился нитрат н предлагаемом соотношении, то основными газообразными продуктами являлись азот и частично вода. Процесс завершался за 3-5 мин после внесения нитрата. Табли а 1

281 Н2 — 94,3 Осталь320 CO2 - 1,1 ное-N 2, 775165

Т а блица 2

Количест во Na в смеси, г

Температура, ОС

Внесено Мольное соNaNO, г отношение

9 опыт

Что наблюдалось

1 100,5

4с06 280

Гаэовыделенне; горение газа над расплавом

4 52 360

2 112,0

Гаэовыделение, горение со звуковым эффектом

3 108,3

4 480 0

4,36 450

19,39 280

То же

0,4:1

28,66

Гаэовыделеыие; образование небольшого количества пены

33,64

37,47

5 500,8

20,23 360

20 28 450

0,45:1

0 5:1

То же

То же б 502,0

Формула изобретения

Составитель Г.Терещенко

Редактор Т.Никольская Техред Н.Барадулина Корректор В.Синицкая

Заказ 7663/34 тираж 1074

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7(-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пример 2 . Смесь щелочей для загрузки брали в количестве 0,1-0,5 кг, Процесс осуществляли с испольэова нием корундовых тиглей, помещаемых в печь с заданной температурой (280450сС).

Данные приведены в табл. 2.

Как следует иэ табл. 2, выдержка смеси щелочей со свободными щелочныВзято смеси щелочей с содержанием свободных щелочных металлов в пересчете на Na 4,04 вес.Ъ, г

Таким образом, применение нитрата натрия позволяет значительно упростить процесс приготовления щелочного расплава и обеспечивает безопасность процесса эа счет образования Nq над расплавом. 45

Способ приготовления щелочного расплава, включающий плавление смеси, содержащей щелочи и свободные щелочми металлами на воздухе уже в количестве 100-112 r, сопровождается горением газа или микровзрывом. Большие количества исходной смеси плавить опасно: возможен взрыв. В тех же опытах, где с появлением жидкой фазы вносился нитрат натрия, горения или взрывов не наблюдалось. Процесс протекал спокойно. ные металлы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения процесса и обеспечения условий безопасной работы, в качестве окислителя берут нитрат натрия при его мольном отношении к свободному щелочному металлу, равном (0,42-0,5):1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 482506, кл. С 22 В 26/10, 15.05.73.