Способ получения металлического магния, способ получения чистого оксида магния (варианты) и способ переработки исходного материала

Способ получения металлического магния, способ получения чистого оксида магния (варианты) и способ переработки исходного материала

Реферат

 

Металлический магний и чистый оксид магния получают углеродотермическим восстановлением исходного материала, например оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al и/или магнийсиликатных минералов, например оливина, при давлении ниже атмосферного. Металлический магний испаряют из восстановительной зоны и во второй зоне конденсации осаждают чистый металлический магний и чистый оксид магния. Кремний частично испаряют в виде SiO, который осаждают в первой зоне конденсации, расположенной перед второй зоной конденсации, частично превращают в реакционной смеси в SiC и сплав Si и Fe. Исходные материалы можно также переработать способом, в котором их магниевый компонент превращают в реакционной смеси в оксид магния, в то время как оставшиеся компоненты превращают в SiC и сплав Si и Fe, Au, а ценные переходные элементы извлекают путем выщелачивания сплава Si и Fe. 4 с. и 21 з.п.ф-лы, 6 ил. 6 табл.

Изобретение относится к способам переработки исходного материала, выбранного из группы, состоящей из оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al природных и промышленно полученных магнийсиликатных минералов и их смесей, например оливина, путем углеродотермического восстановления и к способам производства металлического магния, чистого оксида магния (MgO) и огнеупорных масс, состоящих из MO, Mg₂SiO₄ и SiC, путем углеродотермического восстановления исходных материалов, выбранных из вышеприведенной группы.

1. Магний.

В общем металлический магний получают посредством электролитических и термических способов. При применении термических способов в качестве исходных материалов используют две группы минералов/горных пород.

Первая группа, в которой оксид магния связан с диоксидом углерода, включает, например, минералы магнезит и доломит.

Вторая группа, в которой оксид магния связан с диоксидом кремния, включает, например, минерал оливин.

Хотя минералы во второй группе, например оливин, встречаются в большом количестве отложений и имеют высокое содержание магния, в промышленности для производства магния используют главным образом магнезит и доломит, т.е. исходные материалы из первой группы.

Это обусловлено тем фактом, что было найдено, что можно более легко удалить и отделить CO₂ из членов первой группы, чем удалить и отделить SiO₂ из членов второй группы.

В общем для удаления и отделения SiO₂ из второй группы было предложено два класса способов: мокрые методы, в которых руды обрабатывают сильными минеральными кислотами, и прямые методы восстановления, в которых магнийоксидный компонент руды восстанавливают и удаляют в виде газообразного Mg.

Прямые методы можно разделить на две группы. В первой группе прямых методов восстановления, которые предлагались только в связи с восстановлением оксидов металлов, т. е. несиликатов металла, использовали восстановители, образующие газообразные продукты реакции, содержащие кислород, например восстановление MgO углеродом в качестве восстановителя при атмосферном давлении и температуре 1850^oC приводит к образованию Mg и CO в качестве газообразного продукта реакции, содержащего кислород, или применяли другие способы углеродотермического восстановления [например, USPS N 2268779 (SEIFERT) и US PS NN 2582119 и 2582120 (HANSGIRG)].

Когда смесь силиката магния, например оливина (Mg_2-xFe_xSiO₄; SiO₄; x:0 - 1), и углерода нагревают до температуры в интервале 1300 - 2200^oC, происходят следующие реакции: (1) (Mg_2-xFe_x) SiO₄(тв) + (1 + x(1 + 2)) C(тв) <-> (2 - x)MgO(тв) + (1 - zx) SiO (г) + (1 + x(1 +z)) CO (г) + x''Si_zFe'' (сплав Si и Fe) (1') Mg₂SiO₄(тв) + 3 C (тв) < - > 2MgO (тв) + SiC (тв) + 2 CO (г) (1'') Mg₂SiO₄(тв) + 3 C (тв) < - > 2Mg (г) + SiO (г) + 3 CO (г) (1''') Mg₂SiO₄ (тв) + 5C (тв) < - > 2Mg (г) + SiC (тв) + 4 CO (г) (2) MgO (тв) + C (тв) < - > Mg (г) + CO (г) (3) SiO (г) + C (тв) < - > Si (тв/ж) + CO (г) (4) Si (тв/ж) + C (тв) < - > SiO (тв) где (тв), (ж) и (г) обозначают соответственно твердую, жидкую и газообразную фазы.

При возрастании температуры и уменьшении давления эти равновесия кроме равновесия (4) сдвигаются вправо.

Подобные реакции происходят при углеродотермическом восстановлении MgO, содержащего примеси, например оксидов Fe, Si, Ca и Al, и который в последующем будет отнесен в "сырому MgO".

Благодаря образованию газообразных компонентов Mg (г) и SiO (г), может происходить перемещение Mg и SiO в пределах реакционной смеси и Mg и SiO можно даже удалить из нее путем испарения.

Таким образом, твердый Mg можно собрать путем конденсации испарившегося металлического Mg в отдельной зоне конденсации, т.е. в конденсаторе, расположенном на расстоянии от реакционной смеси.

Проблема, неотъемлемо связанная с первой группой прямых методов, заключается в возможности обратной реакции [см. уравнение (2)], между магнием и продуктом реакции, содержащим газообразный кислород, посредством чего магний окисляется до оксида магния.

Данную проблему можно решить во второй группе прямых методов при использовании восстановителей, которые образуют негазообразные продукты реакции, например при восстановлении магнийсодержащих руд кремнием, алюминием, карбидом кальция или карбидом кремния.

Методы, принадлежащие ко второй группе прямых методов восстановления, представлены в ряде описаний к патентам например, N 2372571, 2379576, 2527722, 2527724 и 2570232 (HANSGIRG), а также используются на практике, например в способе HANSGIRGA, упомянутом выше, способах Pilgeona и Bolzana (реакция между обожженным доломитом и ферросилицием при температуре около 1200^oC и пониженным давлением) и в магнийтермическом способе (восстановление обожженного доломита ферросилицием в присутствии оксида алюминия при температуре около 1600^oC и давлении 4 КРа).

В способах, относящихся к предшествующему уровню техники, предлагались другие различные решения проблемы избежания обратной реакции: в связи с углеродотермическим восстановлением MgO, например, следующим образом: свести к минимуму обратную реакцию выходящего газа, получающегося при углеродотермическом восстановлении MgO путем мгновенного резкого охлаждения газа, выходящего из углеродотермической зоны, например ударного охлаждения путем инжектирования охлаждающей среды или путем быстрого адиабатического охлаждения (см. например, US PS NN 2582119 и 2582129 (HANSGIRC), описание Европейской заявки на патент N 75836 (AVERY) и US PS N 4200264 (HORI) или осаждения Mg при пониженном давлении (см. например, DE PS N 49329 (KNOFLER), US PS N 2257910 (KIRK) и Trans. Insti. Min. Metal. 99, May-August 1990, с. 105-111 (WINAND et al).

При углеродотермическом восстановлении силикатов магния количество полученного CO возрастает пор сравнению с количеством CO, полученного при углеродотермическом восстановлении оксида магния, потому что CO получается не только при восстановлении MgO, но также и при восстановлении SiO₂.

Если во время углеродотермического восстановления Mg₂SiO₄ увеличить давление, из реакционной смеси будут испаряться возрастающие количества SiO, что приведет к увеличению соотношения SiO/Mg в газе, выходящем из реакционной смеси.

Первая задача, которую необходимо решить с помощью предлагаемого изобретения, состоит в обеспечении углеродотермического способа получения Mg из исходных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксиды магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al; природных и промышленно полученных магнийсиликатных материалов и их смесей, например оливина, при использовании которого избегают загрязнения конечного магниевого продукта (I) MgO и C, полученными посредством вышеупомянутой обратной реакции; и (II) продуктами конденсации, получающимися из SiO, например Mg₂SiO₄, S, SiC, SiO₂ и т.д.

2. Оксид магния В соответствии с предшествующим уровнем техники сырой оксид магния, т.е. оксид магния, содержащий примеси, например оксиды Fe, Si, Ca и Al, получают путем обжатия гидроксида магния, карбоната магния или основного карбоната магния.

Гидроксид магния получают в большом масштабе из морской воды с помощью способа, в котором Mg (OH)₂ осаждают путем добавления гидроксида кальция.

Осажденный гидроксид магния обычно содержит в качестве примесей следовые количества оксидов B, Ca, Si, Al и Fe. Эти загрязняющие примеси оказывают вредное воздействие на поведение оксида магния во время спекания и при последующих применениях, в связи с чем были предприняты значительные усилия для удаления этих примесей, что привело к высоким расходам, связанным с переработкой.

Высокочистый оксид магния получают при расплавлении оксида магния (MgO) путем электродуговой плазмы.

В этом способе, который описан, например, в Radex Rundshau 1958, Heft 2, p.91-104 (EIPELTAUER et al), очистки MgO достигают вследствие миграции примесей через жидкую или газообразную фазу в направлении поверхности перед и после охлаждения расплавленной загрузки MgO. После затвердевания привесные частицы твердого блока MgO удаляют механическими средствами.

Таким образом, когда используют этот способ, кроме неотъемлемых высоких расходов энергии, необходимых для расплавления MgO, получают относительно высокое соотношение отходов производства к продукту.

Кроме того, известно получение тонкого порошка оксида магния (периклаза), подходящего для производства качественной керамики, с помощью способа, в котором металлический магний испаряют при 700^oC или выше в потоке инертного газа и смешивают с кислородсодержащим газом для обеспечения потока реакционной смеси, в котором пары магния окисляются до тонких частиц оксида магния, которые собирают из реакционной смеси, например с помощью фильтра [см. заявку GB (Великобритания) на патент N 2183622 (YOSHIDA).

Недостатками способов производства высокочистого оксида магния в предшествующей области заключаются в необходимости использования в качестве исходного материала дорогостоящего магния.

Вторая задача, которую можно решить с помощью предлагаемого изобретения, состоит в обеспечении способа получения высокочистого магния из недорогостоящих исходных материалов, при этом высокочистый продукт окись магния по существу не содержит оксиды Ca, Si, Al и Fe.

3. Переработка силикатов магния.

Хорошо известно, что огнеупорные материалы получают путем спекания порошка оливина при температуре в интервале 1540 - 1710^oC в окислительных условиях и при атмосферном давлении. Чтобы избежать образования легкоплавких фаз, содержание оксидов кальция, алюминия и железа в исходном оливине должно быть достаточно низким, обычно менее чем 7 мас.% (см. Ullmann Encyklopadie der Technischen chemie, 4th Edition, v. II p. 561 -562), но даже когда используют эти количества оливина, полученный спеченный продукт не может быть классифицирован как огнеупорный материал, обладающий высокими эксплуатационными качествами.

SiC является примером огнеупорного материала с высокими эксплуатационными качествами. Он может быть получен в электрической ночи путем восстановления SiO₂ углеродом при температуре около 2200 - 2400^oC.

Оксид магния технического срока может быть, кроме того, обработан путем спекания при температуре до 1900^oC до получения обожженного намертво оксида магния, который является важным огнеупорным материалом, используемым при производстве стали.

Возрастающая потребность в огнеупорных материалах с высокими эксплуатационными качествами, используемых в современном производстве стали, переключила потребности рынка на числе высокоплотные спекшиеся материалы.

Третья задача, которую можно решить с помощью предлагаемого изобретения, состоит в обеспечении простого и недорогостоящего способа получения огнеупорных материалов с высокими эксплуатационными качествами, в котором используют недорогостоящее сырье, выбранное из группы, состоящей из оксида магния, содержащего незначительные количества оксиды Fe, Si, Ca и Al, природных и промышленно полученных магнийсиликатных минералов; и их смесей, например оливина.

Кроме того, желательно обеспечить общий способ переработки членов вышеупомянутой группы, позволяющий извлечь ценные металлические элементы, содержащиеся в магнийсиликатных горных породах и минералах в низких концентрациях, например Mn, Cr, Ni, Au, и члены группы платины.

2. Магний Предлагаемое изобретение доказывает, что первую задачу можно решить с помощью способа получения металлического магния путем углеродотермического восстановления исходного материала, выбранного из группы, состоящей из оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al; природных и промышленного полученных магнийсиликатных минералов; и их смесей, например оливина, который включает: смешивание исходного материала с углеродом в количестве: по крайней мере 1 моль C/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль C/моль FeO плюс по крайней мере 1,3 моль C/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль C/моль MgO; предпочтительно в количестве по крайней мере 2 моль C/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль C/моль FeO плюс по крайней мере 1,3 моль C/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль C/моль MgO; в особенности в количестве по крайней мере 3 моль С/моль SiO₂ плюс 1 моль C/моль FeO плюс 1,3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс 1 моль С/моль MgO; предпочтительно в количестве менее, чем 4 моль C/моль SiO₂ плюс 2 моль С/моль FeO плюс 4 моль С/моль Fe₂O₃ плюс 2 моль С/моль MgO; нагревание смеси в восстановительной зоне до температуры Tr в интервале 1400-1700^oC, предпочтительно менее чем 1500^oC, при давлении p_r 0,01-1,75 кPa, предпочтительно 0,2-1,1, в частности 0,3-0,7 кPa; восстановление оксида железа, содержащегося в исходном материале, в восстановительной зоне до железа; восстановление диоксида кремния, содержащегося в исходном материале, до SiO, который частично превращается в SiC и сплав Si и Fe, "Si_zFe" в восстановительной зоне, частично испаряется из восстановительной зоны и превращается в SiC, Si и/или Mg₂SiO₄ путем взаимодействия с углеродом в отдельной первой зоне конденсации при давлении p₁ в интервале 0,01-1,1 kPa, предпочтительно 0,2-0,8, в частности 0,3-0,7 кРа, при температуре T₁ выше чем: где p₁ выражено в кРа, и ниже (T_мин+100^oC), предпочтительно (T_мин + 50^oC), в частности (T_мин + 25^oC) и в любом случае ниже T_r; восстановление оксида магния исходного материала до газообразного металлического магния в восстановительной зоне; испарение упомянутого газообразного металлического магния из восстановительной зоны и конденсацию газообразного металлического магния в отдельной второй зоне конденсации, расположенной за первой зоной конденсации, при давлении p₂ внутри интервала 0,01-1,1 кPa, предпочтительно 0,2-0,8, в частности 0,3-0,7 кPa, при температуре T₂ менее чем 638^oC, предпочтительно в интервале 200-600, в частности в интервале 250-540^oC; удаление CO, образованного посредством вышеупомянутых способов восстановления, из второй зоны конденсации и поддержание давления p₂ при предварительном выбранном значении путем использования насоса; посредством чего температурный градиент между первой зоной конденсации и второй зоной конденсации поддерживают настолько большим, насколько это возможно; посредством чего p₂p₁ p_r.

Основная мысль первого аспекта изобретения состоит в регулировании способов переноса газообразного магния и SiO путем углеродотермической реакции сырого оксида магния магнийсиликатных минералов, как минералов, т.е. регулировании местонахождения образования продуктов и побочных продуктов путем выбора соответствующих значений и градиентов следующих параметров процесса: давления (значения и градиента), температуры (значения и градиента) и процентного содержания углерода в загрузке (значения) в реакционной зоне и в первой и второй зоне конденсации.

Испарившийся материал извлекают путем конденсации при пониженных температурах. Таким образом, испарившийся SiO (г) извлекают по существу в виде Si (тв) или SiC (тв) в сконструированном подходящим образом первом конденсаторе, работающем при температуре ниже, чем температура слоя, и выше, чем температура (T_мин), где MgO (тв) может образовываться путем обратной реакции в соответствии с (2) Mg(г)+CO(r) _ MgO(тв)+C(тв). Испарившийся M (г) можно затем извлечь в сконструированном подходящим образом втором конденсаторе, работающем при температуре ниже T_мин в виде Mg (тв), при этом обратной реакции (2') избегают посредством работы при низком давлении и посредством поддержания большого температурного градиента между первым и вторым конденсатором.

При этом выгодно использовать 5 молей углерода (C) или более на каждую молекулу оливина (Mg₂SiO₄), когда целью являются получение чистого Mg (тв), хорошо отделенного от кремний содержащих фаз путем углеродотермического превращения оливина.

Реакция будет происходить в соответствии с Это обеспечивает полное испарение магния и максимальное удержание кремния в слое в виде карбида кремния (и Si_zFe, когда присутствует железо). Таким образом, количество SiO (г), которое будет сконденсировано в виде Si (тв) или SiC в первом конденсаторе, будет возможно очень незначительным.

Предлагаемое изобретение, касающееся получения чистого M (тв), основано на очистке газовой фазы, образованной путем углеродотермической переработки магнийсиликатных материалов и горных пород, а также загрязненного оксида магния, путем конденсации испарившегося SiO (г) в виде Si (тв) или SiC (тв) в сконструированном подходящим образом первом конденсаторе. Это наиболее эффективно осуществляют путем образования SiC (тв) в соответствии с (3) SiO+2C _ SiC+CO при температуре выше T_мин, где MgO (тв) может образовываться путем обратной реакции между Mg (г) и CO (г). T_мин определяют с помощью следующего уравнения (P_общ в кРа): T_мин^oC = -32217(2log (P_общ) - 19,92)^-1- 273,15 Как упоминалось выше, SiO взаимодействует с углеродом в первой зоне конденсации. Упомянутой зоне выгодно придают форму одиночной трубы или ее выполняют в виде множества параллельно расположенных труб, выполненных из химически активного углерода или покрытых химически активного углерода или покрытых химически активным углеродом.

Исходными материалами, подходящими для использования в вышеупомянутом способе, являются: сырой оксид магния, т.е. оксид магния, содержащий незначительное количество примесей, например оксиды Fe, Si, Ca и Al; силикаты магния, т. е. природные и промышленно полученные магнийсиликатные минералы.

Сырой оксид магния содержит обожженные (обработанные нагревом при температуре приблизительно 1000^oC) соединения, полученные из магнезита, брусита, кизерита или подобные промышленно полученные материалы, например отработанную футеровку печи, выполненную из периклаза, или пыли фильтров с фабрик обжига магнезита.

Сырой оксид магния содержит более 50% MgO, в частности более 80% MgO. Предпочтительно содержание CaO будет составлять менее 1%, в частности менее 0,5%.

Предпочтительно содержание щелочных металлов будет составлять менее 1%, в частности менее 0,3% в пересчете на оксиды.

Предпочтительно сумма других летучих элементов, например S и Cl, и металлов, подобных Zn, Cd, Hg и т.д., будет менее 1%, в частности менее 0,5%.

Силикаты магния включают природные или обожженные (обработанные нагревом при 1000^oC) силикатные минералы, например оливины, серпентины, вермикулиты, антофиллиты, кумингтониты, энстатиты, пиропы, шпинели и подобные промышленно полученные соединения, содержащие Mg в качестве основного компонента, которые определены ниже.

Предпочтительно силикаты магния содержат более 25% MgO, в частности более 40% MgO.

Предпочтительно содержание CaO составляет менее 1%, в частности менее 0,5%.

Предпочтительно содержание щелочных металлов составляет менее 1%, в частности менее 3% в пересчете на оксиды.

Если содержание Al₂O₃ выше чем 3%, температура реакции в восстановительной зоне должна быть менее 1550^oC для того, чтобы избежать образования карбида алюминия.

Предпочтительно сумма других летучих элементов, например S и Cl и металлов, подобных Zn, Cd, Hg и т.д., должна быть менее 1%, в частности менее 0,5%.

Силикаты магния, кроме того, включают природные горные породы, состоящие из более чем 50% силикатов магния, которые определены выше, предпочтительно из более чем 80%, в частности горные породы, состоящие из более чем 90% силикатов, и промышленные отходы, богатые силикатом магния высокого качества, например использованные форстеритовые футеровки печи.

В настоящем контексте термин "углерод" включает материалы, богатые углеродом, например антрацит, углеродную сажу и кокс.

Эти богатые углеродом материалы в общем имеют следующий состав,%: Содержание углерода - > 90 Зольность - < 2 Летучие компоненты - < 8 Предпочтительно: Содержание углерода - > 96 Зольность - < 1 Летучие компоненты - < 3 В частности Содержание углерода - > 98,5 Зольность - < 0,5 Летучие компоненты - < 1 Исходный материал предпочтительно измельчают до средней крупности частиц, менее чем 45 мкм. Материал, богатый углеродом, имеет предпочтительно среднюю крупность частиц около 100 нм. Реакционную смесь вводят предпочтительно в восстановительную зону в виде брикетов, имеющих пористость около 57%.

Большой температурный градиент между первой и второй зоной конденсации может быть получен посредством методов закалки, предложенных для использования в углеродотермическом способе переработки, который описан в описании патента, обсужденного выше.

В соответствии с предпочтительными вариантами: большой температурный градиент между первой и второй зоной конденсации обеспечивают путем быстрого охлаждения, включающего введение газа из первой зоны конденсации в рассеивающее сопло, работающее в условиях недостаточного расширения, эжектирование смешанного газа через рассеивающее сопло и создание возможности смешанному газу адиабатически расширяться при сверхзвуковой скорости, вследствие чего коэффициент расширения в сопле выбирают в интервале 12,5-2, предпочтительно в интервале 12,5-6; диоксидкремниевый компонент исходного материала превращают в реакционной смеси по существу в SiO путем использования добавленного углерода в количестве, взятом в интервале 3-4 моль С/моль SiO₂ плюс 1-2 моль C/моль FeO, плюс 3-4 моль C/моль Fe₂O₃, плюс 1-2 моль C/моль MgO; температурный градиент между восстановительной зоной и первой зоной конденсации поддерживают настолько большим, насколько это возможно; в качестве исходного материала используют оксид магния, содержащий незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al; в качестве исходного материала используют оливин; когда содержание Al₂O₃ в исходной реакционной смеси более 1 мас.%, T_r менее чем 1550^oC; "Si_zFe" и металлическое железо отделяют от остатка в восстановительной зоне традиционными способами, например магнитным или электростатическим разделением или флотацией, после чего Au и переходные элементы, например Mn, Cr, Ni, и металлы из платиновой группы извлекают общепринятыми способами, например выщелачиванием; SiС, образованный в восстановительной зоне и первой зоне конденсации, извлекают в виде побочного продукта из остатка соответственно в восстановительной зоне и первой зоне конденсации.

Извлеченный SiС представляет микропродукт высокой чистоты.

Магний в зависимости от условий во второй зоне конденсации может осаждаться в виде макрокристаллов, а также в виде пирофорной массы, которую можно расплавить и сформовать в слитки общепринятыми способами.

2. Оксид магния.

Кроме того, было найдено, что вторую задачу можно решить способом получения чистого оксида магния путем углеродотермического восстановления исходного материала, выбранного из группы, состоящей из оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al, природных и промышленно полученных магнийсиликатных минералов и их смесей, например оливина, который включает: смешивание исходного материала с углеродом в количестве по крайней мере 1 моль С/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль С/моль FeO плюс по крайней мере 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль С/моль MgO; предпочтительно в количестве по крайней мере 2 моль С/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль С/моль FeO плюс по крайней мере 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль С-моль MgO, в частности в количестве по крайней мере 3 моль С/моль SiO₂ плюс 1 моль С/моль FeO плюс 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс 1 моль С/моль MgO, предпочтительно в количестве менее чем 4 моль С/моль SiO₂ плюс 2 моль С/моль FeO плюс 4 моль С/моль Fe₂O₃ плюс 2 моль С/моль MgO; нагрев смеси в восстановительной зоне до температуры T_r в интервале 1400 - 1700^oC, предпочтительно менее чем 1500^oC, при давлении p_r в интервале предпочтительно в частности 0,3 - 1,75 kPa; восстановление железооксидного компонента в реакционной смеси до железа; восстановление диоксидкремниевого компонента исходного материала до SiO, который частично превращают в восстановительной зоне в SiC и сплав SiC, Si и/или Mg₂SiO₄ путем взаимодействия с углеродом в отдельной первой зоне конденсации при давлении p₁, где p₁ p_r и при температуре T₁ выше чем где p₁ выражено в kPa, и ниже чем (T_мин + 100^oC), предпочтительно (T_мин + 50^oC), в частности (T_мин + 25^oC), и в любом случае ниже T_r; восстановление магнийоксидного компонента исходного материала, по крайней мере частично, до газообразного металлического магния в восстановительной зоне; испарение газообразного металлического магния из восстановительной зоны и взаимодействие газообразного металлического магния с CO, образованным в восстановительной зоне, до MgO и C, и осаждение этих продуктов реакции в виде смеси углерода и оксида магния в отдельной зоне окисления и зоне конденсации, расположенной за первой зоной конденсации, при давлении p₂, где p₂ p₁, и при температуре T₂ в интервале от 638^oC до T₁, предпочтительно от 650^oC до T₁ - 50, в частности 800 - 1000^oC; удаление смеси углерода и оксида магния из зоны окисления и конденсации и удаление углерода из удаленного продукта, например окислением; удаление той части CO, которая была образована в результате вышеупомянутых способов восстановления, и не расходуется при реакции с Mg, из зоны окисления и конденсации и поддержание давления p₂ при предварительно выбранном значении путем использования насоса; посредством чего p₂ p₁ p_r.

Кроме того было найдено, что вторая задача может быть также решена способом производства чистого оксида магния путем углеродотермического восстановления исходного материала, выбранного из группы, состоящей из оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al, природных и промышленно полученных магнийсиликатных минералов, и их смесей, например оливина, который включает: смешивание исходного материала с углеродом в количестве по крайней мере 1 моль С/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль С/моль FeO плюс по крайней мере 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль С/моль MgO, предпочтительно в количестве по крайней мере 2 моль С/моль SiO₂ плюс по крайней мере 1 моль С/моль FeO плюс по крайней мере 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс по крайней мере 1 моль С/моль MgO, в частности в количестве по крайней мере 3 моль С/моль SiO₂ плюс 1 моль С/моль FeO плюс 3 моль С/моль Fe₂O₃ плюс 1 моль С/моль MgO, предпочтительно в количестве менее, чем 4 моль С/моль SiO₂ плюс 2 моль С/моль FeO, плюс 4 моль С/моль Fe₂O₃: плюс 2 моль С/моль MgO; нагрев смеси в восстановительной зоне до температуры T_r в интервале 1400 - 1700^oC, предпочтительно менее чем 1500^oC, при давлении p_r в интервале предпочтительно в частности 0,3 - 1,75 kРа; восстановление железооксидного компонента исходного материала в восстановительной зоне до железа; восстановление диоксидкремниевого компонента исходного материала до SiO, который частично превращают в восстановительной зоне в SiC и сплав Si и Fe, Si_zFe частично испаряют из восстановительной зоны и превращают в SiC, и/или Mg₂SiO₄ путем взаимодействия с углеродом в отдельной первой зоне конденсации при давлении p₁, где p₁ p_r и при температуре выше, чем где p₁ выражено в kPa, и ниже (T_мин + 100^oC), предпочтительно (T_мин + 50^oC), в частности (T_мин + 25^oC) и в любом случае ниже T_r; восстановление магнийоксидного компонента исходного материала, по крайней мере частично, до газообразного металлического магния в восстановительной зоне; испарение упомянутого газообразного металлического магния из восстановительной зоны и взаимодействие газообразного металлического магния с отдельно добавленным кислородсодержащим газом, например молекулярным кислородом, воздухом, CO₂, CO, H₂O и их смесями, до образования оксида магния и осаждения оксида магния в отдельной зоне окисления и конденсации, расположенной после первой зоны конденсации, при давлении p₂, где p₂ p₁, и при температуре T₂ в интервале от 638^oC до T₁, предпочтительно от 650^oC до T₁ - 50, в частности от 800 - 1000^oC; удаление оксида магния из зоны окисления и конденсации и, если необходимо, удаление углерода из удаленного продукта путем окисления; удаление газов, образованных при вышеупомянутых процессах восстановления и окисления, из зоны окисления и конденсации и поддержание давления p₂ при предварительно выбранном значении путем использования насоса; посредством чего P₂ p₁ p_r.

Основная мысль второго аспекта изобретения является по существу той же самой, что и первого.

Испарившийся материал извлекают путем конденсации при пониженных температурах. Таким образом, испарившийся SiO (г) может быть извлечен в виде SI (тв) в сконструированном соответствующим образом первом конденсаторе, работающем при температуре ниже температуры слоя и выше чем температура (T_мин), где MgO (тв) может образоваться посредством обратной реакции в соответствии с (2) Mg(г)+CO(r) _ MgO(тв)+C(тв). Испарившийся Mg (г) может быть затем извлечен в сконструированном соответствующим образом втором конденсаторе, работающем при температуре ниже T_мин, или в виде MgO (тв), смешанного с C (тв) в соответствии с обратной реакцией, приведенной выше, или в виде MgO (тв), когда отдельно добавляют молекулярный кислород, воздух, CO, H₂O и их смеси.

Выгодно использовать 5 моль углерода (C) или более на каждый моль оливина (Mg₂SiO₄), когда целью является получение чистого Mg (тв) или MgO (тв), хорошо отделенного от кремнийсодержащих фаз путем углеродотермического превращения оливина.

Реакция будет происходить в соответствии с Это обеспечивает полное испарение магния и максимальное удержание кремния в слое в виде карбида кремния (и "Si_zFe", когда присутствует железо). Таким образом, количество SiO (тв), которое конденсируется в виде Si (тв) или SiC в первом конденсаторе, будет возможно очень незначительным.

Предлагаемое изобретение, касающееся производства чистого MgO (тв), основано на очистке газовой фазы, образованной при углеродотермической переработке магнийсиликатных минералов и горных пород, а также загрязненного оксида магния путем конденсации испарившегося SiO (г) в виде Si (тв) или SiC (тв) в сконструированном соответствующим образом первом конденсаторе. Это наиболее эффективно осуществляют путем образования SiC (тв) в соответствии с SiO + 2C _ SiC + CO при температуре выше T_мин, где MgO (тв) может образоваться путем обратной реакции между Mg (г) и CO (г). T_мин определяют с помощью следующего уравнения (P_общ в kPa): T_мин^oC = -32217 (2log (P_общ - 19,92^-1 - 273,15.

Как упоминалось выше, SiO взаимодействует с углеродом в первой зоне конденсации. Упомянутую зону выгодно выполняют в виде одиночной трубы или в виде множества параллельно расположенных труб, изготовленных из химически активного углерода или покрытых химически активным углеродом.

Исходными материалами, подходящими для использования в вышеупомянутом способе, являются: сырой оксид магния, т.е. оксид магния, содержащий незначительные количества примесей, например оксиды Fe, Si, Ca и Al; силикаты магния, т.е. природные или промышленно полученные магнийсиликатные минералы.

Сырой оксид магния включает обожженные (обработанные нагревом при температуре приблизительно 1000^oC) соединения, полученные из магнезита, брусита, низерита или подобные промышленно полученные материалы, например отработанную футеровку печи, выполненную из периклаза, и пыли фильтров с фабрик обжига магнезита.

Сырой оксид магния содержит более чем 50% MgO, в частности более 80% MgO. Предпочтительно содержание CaO будет составлять менее 1%, в частности менее 0,5%.

Предпочтительно содержание щелочных металлов будет составлять менее 1%, в частности менее 0,3% в пересчете на оксиды.

Предпочтительно сумма других летучих элементов, например S и Cl, и металлов, подобных Zn, Cd, Fe и т.д., будет составлять менее 1%, в частности менее чем 0,5%.

Силикаты магния включают природные или обожженные (обработанные нагревом при 1000^oC) силикатные минералы, например оливины, серпентины, вермикулиты, антофиллиты, нумингтониты, энстатиты, пиропы, шпинели и подобные промышленно полученные соединения, содержащие Mg в качестве основного компонента, которые определены ниже.

При этом предпочтительно силикаты магния содержат более чем 25% MgO, в частности более чем 40% MgO.

Предпочтительно содержание CaO составляет менее 1%, в частности менее чем 0,5%.

Предпочтительно содержание щелочных металлов составляет менее 1%, в частности менее 0,3% в пересчете на оксиды.

Если содержание Al₂O₃ выше, чем 3%, температура реакции в восстановительной зоне должна быть менее 1550^oC для того, чтобы избежать обрезания карбида алюминия.

Предпочтительно сумма других летучих элементов, например S и Cl, и металлов, подобных Zn, Cd, Hg и т.д., должна быть менее чем 1%, в частности менее чем 0,5%.

Силикаты магния, кроме того, включают природные горные породы, состоящие из более чем 50% силикатов, которые определены выше, предпочтительно из более чем 80%, в частности горные породы, состоящие из более чем 90% силикатов, и промышленные отходы, богатые силикатом магния высокого качества, например использованные форстеритовые футеровки печи.

В настоящем контексте термин "углерод" включает материалы, богатые углеродом, например антрацит, углеродную сажу и кокс.

Эти богатые углеродом материалы в общем имеют следующий состав,%: Содержание углерода - >90 Зольность - <2 Содержание углерода - >96 Зольность - <1 Содержание углерода - >98,5 Зольность - <0,5 В соответствии с предпочтительными вариантами: диоксидкремниевый компонент исходного материала превращают по существу в реакционной смеси в SiC путем использования добавленного углерода в количестве, взятом в интервале 3 - 4 моль C/моль SiO₂ плюс 1 - 2 моль C/моль FeO, плюс 3 - 4 моль C/моль Fe₂O₃ плюс 1 - 2 моль C/моль MgO; температурный градиент между восстановительной зоной и первой конденсацией поддерживают настолько большим, насколько это возможно; в качестве исходного материала используют оксид магния, содержащий незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al; в качестве исходного материала используют оливин; когда содержание Al₂O₃ в реакционной смеси более 1 мас.%, T_r менее чем 1550^oC; Si_zFe и металлическое железо отделяют от остатка в восстановительной зоне традиционными методами, например магнитным или электрическим разделением или флотацией, после чего Au и переходные элементы, напри