183481. lajstromszámú szabadalom • Eljárás magnézium és cementklinker vagy kalcium és cementklinker metallo termikus előállítására
1 183481 2 A találmány tárgya javított eljárás magnézium és cementklinker vagy kalcium és cementklinker metallotermikus előállítására. Mint ismeretes, a magnéziumot és a kalciumot általában e fémek sóinak olvadék alakjában való elektrolizálásával állítják elő. A sókat — rendszerint a kloridokat — mintegy 700—900 °C-on elektrolizálják. Az eljárás hátránya, hogy nagy tisztaságú és tökéletesen vízmentes kiindulási anyagokat igényel, amelyek azonban csak bonyolult és hosszadalmas eljárással, nagy munka- és energiabefektetéssel állíthatók elő. Régóta kísérleteznek az iparban azzal, hogy a kalcium és a magnézium előállításához a természetben nagy mennyiségben előforduló ásványokat, nevezetesen a magnézium előállítására a dolomitot (CaCOj ■ MgC03), a kalcium előállítására pedig a mészkövet (CaC03) használják fel (lásd például az 1 563 391 vagy 1 580 990 számú francia szabadalmi leírást), A dolomitot és a mészkövet kalcinálják, és az így kapott kalcinált dolomitot (CaO • MgO), ill. égetett meszel (CaO) metallotermikus úton redukálják. Ha a redukcióhoz szilíciumot használnak, akkor a kalcinált dolomit az alábbi reakcióegyenlet szerint alakul át magnéziummá: 2(CaO • MgO) + Si - 2CaO • Si02 + 2Mg míg az égetett mész az alábbi reakcióegyenlet szerint alakul át kalciummá: 4CaO + Si - 2CaO • Si02 + 2Ca Ha a metallotermikus redukciót alumíniummal végzik, akkor a kalcinált dolomit az alábbi reakcióegyenlet szerint alakul át magnéziummá: 3 (CaO • MgO) + 2A1 - 3CaO • A1A + 3Mg míg az égetett mész az alábbi reakcióegyenlet szerint alakul át kalciummá: 6CaO + 2A1 - 3 CaHO • AfA + 3Ca Ez az eljárás mind a mai napig nem vált versenyképessé a fent ismertetett elektrolitikus eljáráshoz képest, mert alkalmazása során a kívánt termék mellett igen nagy mennyiségű hasznosíthatatlan salak képződik melléktermékként. Egy tonna magnézium szilikotermikus előállítása során 3,6 tonna 2CaO • SA összetételű salak, 1 tonna magnézium aluininotermikus előállítása során pedig 3,72 tonna 3CaO • A1A összetételű salak képződik az elméleti számítások szerint. A kalcium előállítása során 1 tonna főtermék mellett 2,14 tonna 2Ca0-Si02, ill. 2,24 tonna 3CaO • AliOj összetételű salak képződik. A találmány célja, hogy kiküszöbölje a magnézium és a kalcium szilikotermikus, ill. aluminotermikus előállítási eljárásának hátrányait és olyan eljárást biztosítson e fémek metallotermikus úton való előállítására, amely egyszerűen kivitelezhető és gazdaságosan alkalmazható az iparban. Kísérleteink során azt találtuk, hogy a magnézium kalcinált dolomitból való előállítása során, ill. a kalcium égetett mészből való előállítása során e fémek mellett melléktermékként jól értékesíthető cementklinkert kapunk, ha a redukciót a kiindulási anyagra számítva megfelelő mennyiségben alkalmazott olyan ötvözettel végezzük, amely összesen 50—100 súlyzó mennyiségben szilíciumot és alumíniumot tartalmaz Si : Al = 1:1 és Si : Al “=*4:1 közötti súlyarányban. Az ilyen redukálószerből 100—200 súlyrészt használunk 600—800 súlyrész kalcinált dolomitra, illetve ''00—1000 súlyrész égetett mészre számítva. Magnézium előállítása esetén a találmány egyik változata szerint a kalcinált dolomithoz, annak 600—800 súlyrésznyi mennyiségéhez 200 súlyrészig terjedő mennyiségű égetett meszet adunk, és ezt a keveréket redukáljuk az előbb említett mennyiségű redukálószerrel. A találmány alapja tehát az a felismerés, hogy a szilikotermikus, illetve aluminotermikus eljárás során képződő salak helyett cementet kapunk melléktermékként, ha a szilíciumot és alumíniumot a fenti súlyarányban együttesen tartalmazó ötvözetet mint redukálószert használjuk, és a redukálószer és a kiindulási anyagok arányát a fenti határok között választjuk meg. Amint a fenti arányszámokból kitűnik, a kiindulási anyag és a redukálószer keverékében viszonylag nagy mennyiségű kalciumoxid van. Mint fent említettük, magnézium előállítása esetén még előnyös is, ha a kalcinált dolomithoz kalciumoxidot adunk a redukció előtt. Mindez ellentétben áll az eddigi törekvésekkel, ahol a kalciumoxid arányát a salak mennyiségének csökkentése érdekében igyekeztek minél kisebb értéken tartani. A találmány szerinti eljáús szempontjából viszont éppen az az előnyös, hogy a kiindulási keverék aránylag sok kalciumoxidot tartalmaz, mert így biztosíthatjuk, hogy salak helyett cementet kapunk melléktermékként. A találmány egy további változata szerint oly módon járunk el, hogy kalciumot is tartalmazó redukálószert használunk. Ez is ellentétben áll az eddigi törekvésekkel. A kalcium szerepének jelentőségét könnyen belátjuk az alábbi reakcióegyenlet alapján: 5 (CaO ■ MgO) + Ca + 2Si - 2(3CaO • SA) + 5Mg amelyből látható, hogy a kalcinált dolomit redukciójában a kalcium is részt vesz mint redukálószer. Az égetett mész feldolgozásánál a kalcium természetesen nem reagál redukálószerként, egyszerűen kihozatalnövelő anyag. Mint említettük, redukálószerként szilíciumot és alumíniumot a fenti súlyarányban tartalmazó ötvözeteket alkalmazunk, és a redukálószer teljes szilícium- és aluminiumtartalma 50—100%. Használhatunk redukálószerként olyan ötvözeteket is, amelyek a szilícium és az alumínium mellett kalciumot és/vagy vasat is tartalmaznak. Mint előbb említettük, előnyösek az olyan redukálószerek, amelyek kalciumot tartalmaznak. Ezek kalciumtartalma 30 súly%-ig terjedhet. Az ilyen redukálószerek kalciumtartalma általában 1—30 súly%. A gyakorlatban használt redukálószerek általában vasat is tartalmazó ötvözetek vagy ezek keverékei. A redukálószer vastartalma így 25 súly%-ig terjedhet. A redukálószer általában 0,1—25 súly% vasat tartalmaz. Redukálószerként az alábbi ötvözetek: ferroszilícium, kalciumszilícium, szilikoalumínimn, szilikoalumíniumkalcium és ferroszilikoalummiumkalcium előzetesen elkészített olyan elegyeit használjuk, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
