[go: up one dir, main page]

RU2386585C2 - Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus - Google Patents

Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus Download PDF

Info

Publication number
RU2386585C2
RU2386585C2 RU2008113928/15A RU2008113928A RU2386585C2 RU 2386585 C2 RU2386585 C2 RU 2386585C2 RU 2008113928/15 A RU2008113928/15 A RU 2008113928/15A RU 2008113928 A RU2008113928 A RU 2008113928A RU 2386585 C2 RU2386585 C2 RU 2386585C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calcium
phosphorus
mixture
reaction
production
Prior art date
Application number
RU2008113928/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008113928A (en
Inventor
Николай Филиппович Якушевич (RU)
Николай Филиппович Якушевич
Татьяна Станиславовна Ужегова (RU)
Татьяна Станиславовна Ужегова
Ирина Владимировна Чужинова (RU)
Ирина Владимировна Чужинова
Original Assignee
Николай Филиппович Якушевич
Татьяна Станиславовна Ужегова
Ирина Владимировна Чужинова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Филиппович Якушевич, Татьяна Станиславовна Ужегова, Ирина Владимировна Чужинова filed Critical Николай Филиппович Якушевич
Priority to RU2008113928/15A priority Critical patent/RU2386585C2/en
Publication of RU2008113928A publication Critical patent/RU2008113928A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2386585C2 publication Critical patent/RU2386585C2/en

Links

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of aluminate cement, portland cement and synthetic slag, fertilisers, detergents and thermal phosphoric acid. A mixture is prepared from calcium phosphate powder as an oxidising agent and aluminium metal as fuel. The mixture is loaded into a closed reactor, heated until initialisation of the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction and combustion conditions are maintained until the end of the reaction. The solid product is a mixture of oxides of calcium and aluminium.
EFFECT: invention enables production of calcium aluminates and phosphorus gas from calcium phosphate in a single step, where the phosphorus gas can be used to obtain end products without additional purification.
2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области получения неорганических веществ, в частности к способу совместного получения алюминатов кальция и фосфора. Алюминаты кальция могут найти применение при производстве глиноземистого цемента и портландцемента, синтетического шлака. Фосфор - при производстве удобрений, термической фосфорной кислоты, при производстве моющих средств.The invention relates to the field of inorganic substances, in particular to a method for the joint production of calcium and phosphorus aluminates. Calcium aluminates can be used in the production of alumina cement and Portland cement, synthetic slag. Phosphorus - in the production of fertilizers, thermal phosphoric acid, in the production of detergents.

Известен способ получения алюминатов кальция при алюмотермическом производстве ферросплавов (ферробора, ферротитана, феррохрома) и металлов, при котором производится плавка шихты, содержащей оксид металла, алюминий в виде крупки или порошка и известь. В первый период происходит восстановление алюминием соответствующего металла по реакции

Figure 00000001
A known method of producing calcium aluminates in the aluminothermic production of ferroalloys (ferroboron, ferrotitanium, ferrochrome) and metals, in which the mixture is melted containing metal oxide, aluminum in the form of grains or powder and lime. In the first period, the corresponding metal is reduced by the reaction of aluminum
Figure 00000001

Восстановленный металл оседает внизу, а вверху оказывается шлаковый расплав, который дошихтовывается известью до содержания 16-20 мас.% в шлаке. После его охлаждения его отделяют от металлического слитка, измельчают для получения высокоглиноземистого цемента (Теория и технология производства ферросплавов: учебник для вузов / М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин. - М.: Металлургия, 1988, с.371-378).The reduced metal settles at the bottom, and at the top there is a slag melt, which is sifted with lime to a content of 16-20 wt.% In the slag. After its cooling, it is separated from a metal ingot, crushed to obtain high-alumina cement (Theory and technology for the production of ferroalloys: a textbook for universities / M.I. Gasik, N.P. Lyakishev, B.I. Emlin. - M .: Metallurgy, 1988 , p. 371-378).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения фосфора и кальциево-алюминатного шлака из фосфорсодержащих и алюмосодержащих материалов, описанный в патенте US 2488078 (C01F 7/12, 15.11.1949, 2 с., весь документ). В данной заявке предлагается способ получения фосфора и кальциево-алюминатного шлака в процессе восстановления в электропечи из шихты, состоящей из фосфорсодержащего материала и алюмосодержащего материала и кокса. Состав шихты формируется в зависимости от молекулярного соотношения между фтором и щелочными металлами в определенных границах от 1,0 до 1,1, содержащихся в фосфорсодержащих и алюмосодержащих материалах.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is a method for producing phosphorus and calcium-aluminate slag from phosphorus-containing and aluminum-containing materials, described in patent US 2488078 (C01F 7/12, 11/15/1949, 2 pp., The whole document ) This application proposes a method for producing phosphorus and calcium-aluminate slag during reduction in an electric furnace from a charge consisting of a phosphorus-containing material and an aluminum-containing material and coke. The composition of the charge is formed depending on the molecular ratio between fluorine and alkali metals within certain limits from 1.0 to 1.1 contained in phosphorus-containing and aluminum-containing materials.

Недостатком этого способа является большой расход электроэнергии (свыше 15000 кВт·ч/1 т фосфора) и использование кокса в качестве восстановителя и вследствие этого образование большого количества газовой фазы из СО-СО2 (а также фосфора, фтористого водорода, пыли), требующей сложной газоочистки, что делает процесс экономически не целесообразным.The disadvantage of this method is the high energy consumption (over 15,000 kWh / 1 t of phosphorus) and the use of coke as a reducing agent and, as a result, the formation of a large amount of the gas phase from CO-CO 2 (as well as phosphorus, hydrogen fluoride, dust), which requires complex gas purification, which makes the process not economically feasible.

Задачей предлагаемого изобретения является представление такого способа совместного получения фосфора и алюминатов кальция путем проведение плавки в режиме горения за счет тепла химических реакций термосинтеза вышеуказанных компонентов.The objective of the invention is the presentation of such a method for the joint production of phosphorus and calcium aluminates by conducting melting in the combustion mode due to the heat of chemical reactions of thermosynthesis of the above components.

В системе СаО-Р2О5 образуется целый ряд фосфатов кальция: СаО·2Р2О5; 2СаО·3Р2О5; CaO·Р2О5; 2CaO·Р2О5; 3СаО·Р2О5 и 4СаО·Р2О5, различающихся прочностью химической связи. При применении различных фосфатов кальция можно получать в конечном продукте смесь алюминатов кальция с содержанием Al2O3 в диапазоне мас.%: 37-92.A number of calcium phosphates are formed in the CaO-P 2 O 5 system: CaO · 2P 2 O 5 ; 2CaO · 3P 2 O 5 ; CaO · P 2 O 5; 2CaO · P 2 O 5 ; 3СаО · Р 2 О 5 and 4СаО · Р 2 О 5 , which differ in chemical bond strength. Using various calcium phosphates, a mixture of calcium aluminates with an Al 2 O 3 content in the range of wt.%: 37-92 can be obtained in the final product.

Для достижения такого технического результата приготавливают термитную смесь, смешивая окислитель (материал, содержащий фосфаты кальция) и горючее - алюминий, загружают полученную смесь в замкнутый реактор, разогревают смесь до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и проводят реакции в режиме горения за счет тепла химической реакции термосинтеза фосфора и алюминатов кальция. Алюминий дозируют исходя из количества кислорода, выделяющегося при восстановлении оксида фосфора до фосфора по реакции

Figure 00000002
.To achieve this technical result, a thermite mixture is prepared by mixing an oxidizing agent (a material containing calcium phosphates) and fuel - aluminum, the resulting mixture is loaded into a closed reactor, the mixture is heated to initiate the reaction of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), and reactions are carried out in the combustion mode due to heat chemical reaction of thermosynthesis of phosphorus and calcium aluminates. Aluminum is dosed based on the amount of oxygen released during the reduction of phosphorus oxide to phosphorus by reaction
Figure 00000002
.

При использовании рудного сырья количество алюминия в шихте увеличивается с учетом восстановления примесных легковосстановимых окислов.When using ore raw materials, the amount of aluminum in the charge increases taking into account the reduction of readily impurity oxides.

Введение при смешивании таких добавок, как Si, Mg, Fe, в различных количествах уменьшают температуру реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, уменьшают количество тепла, загрязняют при этом продукт.The introduction of such additives as Si, Mg, Fe during mixing reduces the reaction temperature of self-propagating high-temperature synthesis in various amounts, reduces the amount of heat, and pollutes the product.

Пример 1. Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения использовали измельченные на мельнице апатит (окислитель), алюминиевый порошок марки АВ92 (горючее). Порошки дозировались в заданном соотношении, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в мельнице. Полученный образец шихты загрузили в герметичный контейнер в корундовом тигле, инициировали реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью подогрева шихтовых материалов до начала реакции. Под действием выделенного тепла реакции при горении термитной смеси происходило плавление шихты в режиме горения. Температура и скорость горения, количество выделяемой теплоты при реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза были достаточными для восстановления фосфора и плавления алюминатов кальция. Результаты эксперимента по данному примеру представлены в табл.1. Твердый продукт, получаемый при сгорании, представляют собой застывший шлак системы CaO-Al2O3.Example 1. For experimental verification of the proposed technical solution, apatite (an oxidizing agent) and aluminum powder grade AB92 (fuel) ground in a mill were used. The powders were dosed in a predetermined ratio, mechanically mixed dry in an atmosphere of air in a mill. The resulting sample of the charge was loaded into a sealed container in a corundum crucible, and self-propagating high-temperature synthesis reactions were initiated by heating the charge materials before the reaction began. Under the action of the generated reaction heat during combustion of the thermite mixture, the mixture melted in the combustion mode. The temperature and rate of combustion, the amount of heat released during the reaction of self-propagating high-temperature synthesis were sufficient to restore phosphorus and the melting of calcium aluminates. The experimental results for this example are presented in table 1. The solid product obtained by combustion is the solidified slag of the CaO-Al 2 O 3 system .

Образующиеся алюминаты кальция, изготовленные по заявляемой технологии, можно использовать в качестве клинкера для производства портландцемента, глиноземистого и высокоглиноземистого цемента.The resulting calcium aluminates, manufactured by the claimed technology, can be used as clinker for the production of Portland cement, alumina and high alumina cement.

В процессе горения происходит восстановление Р2О5 из фосфата кальция до газообразного фосфора, вследствие чего газообразный фосфор может без дополнительной очистки отправляться на последующий передел для получения товарных продуктов (Рж,тв, Р2О5, Н3РО4 и их производных).In the process of combustion, P 2 O 5 is reduced from calcium phosphate to gaseous phosphorus, as a result of which gaseous phosphorus can be sent to the subsequent redistribution without further purification to obtain marketable products (R f, tv , P 2 O 5 , H 3 PO 4 and their derivatives )

Таблица А1 Table A1 Результаты эксперимента с апатитом и алюминиевым порошкомThe results of the experiment with apatite and aluminum powder ПоказателиIndicators РасчетныеEstimated ЭкспериментальныеExperimental 1. Состав шихты, %: апатит с содержанием СаО 57,45%, Р2О5 40,65%;1. The composition of the mixture,%: apatite with a CaO content of 57.45%, P 2 O 5, 40.65%; 78,278,2 77,577.5 алюминиевый порошок марки АВ92aluminum powder grade AB92 21,821.8 22,522.5 2. Температура процесса, К:2. The temperature of the process, K: 19001900 18001800 3. Выход продуктов реакции, %:3. The yield of reaction products,%: шлакslag 86,6286.62 86,986.9 фосфорphosphorus 13,3813.38 13,113.1 4. Химический состав шлака, %:4. The chemical composition of the slag,%: СаОCaO 50,5650.56 49,149.1 Аl2O3 Al 2 O 3 46,0046.00 44,944.9 Р2О5 P 2 O 5 0,940.94 0,980.98 5. Основная минералогическая фаза по данным рентгенофазового анализа:5. The main mineralogical phase according to x-ray phase analysis: основная фазаmain phase 12СаО·7Аl2O3 12CaO7Al 2 O 3 12СаО·7Аl2O3 12CaO7Al 2 O 3 присутствуют незначительноare present slightly 3СаО·Аl2O3,3CaO · Al 2 O 3 , 3СаО·Р2О5 и другие3СаО · Р 2 О 5 and others

Пример 2. Использовали измельченные на мельнице фосфорит (окислитель), алюминиевый порошок марки АВ92 (горючее). Порошки дозировались в заданном соотношении, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в мельнице. Полученный образец шихты загрузили в герметичный контейнер в корундовом тигле, инициировали реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью подогрева шихтовых материалов до начала реакции. Под действием выделенного при горении термитной смеси тепла реакции происходило плавление шихты в режиме горения. Результаты эксперимента по данному примеру представлены в табл.2.Example 2. Used crushed in the mill phosphorite (oxidizing agent), aluminum powder grade AB92 (fuel). The powders were dosed in a predetermined ratio, mechanically mixed dry in an atmosphere of air in a mill. The resulting sample of the charge was loaded into a sealed container in a corundum crucible, and self-propagating high-temperature synthesis reactions were initiated by heating the charge materials before the reaction began. Under the action of the reaction heat released during combustion of the thermite mixture, the mixture melted in the combustion mode. The experimental results for this example are presented in table.2.

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, использование предлагаемого способа совместного получения алюминатов кальция и фосфора из фосфатов кальция обеспечивает получение шлаков системы CaO-Al2O3 заданных составов, соответствующих наилучшим маркам глиноземистых и высокоглиноземистых цементов, и газообразного фосфора принципиально новым способом при минимальных энергетических затратах, высокой производительности, а также упрощение технологической схемы и, как следствие, снижение стоимости готовой продукции.Thus, the use of the proposed method for the joint production of calcium aluminates and phosphorus from calcium phosphates ensures the production of slags of the CaO-Al 2 O 3 system of predetermined compositions corresponding to the best grades of aluminous and high alumina cements and phosphorus gas in a fundamentally new way with minimal energy costs, high productivity, as well as the simplification of the technological scheme and, as a consequence, the reduction in the cost of finished products.

Claims (1)

Способ совместного получения фосфора и алюминатов кальция из реакционноспособной шихты, включающей фосфат кальция и алюмосодержащий компонент, отличающийся тем, что фосфат кальция используется в качестве окислителя и алюминий - в качестве горючего, загружают полученную шихту в замкнутый реактор, разогревают до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и проводят реакцию в режиме горения. A method for co-production of phosphorus and calcium aluminates from a reactive charge, including calcium phosphate and an aluminum-containing component, characterized in that calcium phosphate is used as an oxidizing agent and aluminum - as fuel, the resulting charge is loaded into a closed reactor, heated to initiate a reaction of self-propagating high-temperature synthesis ( SHS) and carry out the reaction in the combustion mode.
RU2008113928/15A 2008-04-09 2008-04-09 Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus RU2386585C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008113928/15A RU2386585C2 (en) 2008-04-09 2008-04-09 Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008113928/15A RU2386585C2 (en) 2008-04-09 2008-04-09 Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008113928A RU2008113928A (en) 2009-10-20
RU2386585C2 true RU2386585C2 (en) 2010-04-20

Family

ID=41262505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008113928/15A RU2386585C2 (en) 2008-04-09 2008-04-09 Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2386585C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104628022A (en) * 2013-11-14 2015-05-20 中国人民解放军军械工程学院 A kind of method for preparing MgAl2O4 spinel

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524580B1 (en) * 2021-05-17 2022-07-15 Alfred Edlinger Dipl Ing Process for separating elemental phosphorus from substances containing iron oxide and phosphate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA287103A (en) * 1929-02-12 Bryte Barnitt Jesse Calcium aluminate processing
US1853406A (en) * 1927-02-28 1932-04-12 Swann Res Inc Process for the production of phosphoric acid and calcium aluminate slag
US2488078A (en) * 1946-09-19 1949-11-15 Conradi Lorentz Angell Method of recovering phosphorus and calcium aluminate slag from phosphorus-containing materials and aluminum-containing materials
US2903338A (en) * 1953-07-08 1959-09-08 Kaiser Aluminium Chem Corp Process for preparing calcium aluminate and alumina from phosphate-containing ores
SU1346606A1 (en) * 1986-05-29 1987-10-23 Куйбышевский инженерно-строительный институт им.А.И.Микояна Method of producing calcium-aluminate material
US6238633B1 (en) * 1997-06-30 2001-05-29 Aluminum Waste Technology, Inc. Process for preparing calcium aluminate from aluminum dross

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA287103A (en) * 1929-02-12 Bryte Barnitt Jesse Calcium aluminate processing
US1853406A (en) * 1927-02-28 1932-04-12 Swann Res Inc Process for the production of phosphoric acid and calcium aluminate slag
US2488078A (en) * 1946-09-19 1949-11-15 Conradi Lorentz Angell Method of recovering phosphorus and calcium aluminate slag from phosphorus-containing materials and aluminum-containing materials
US2903338A (en) * 1953-07-08 1959-09-08 Kaiser Aluminium Chem Corp Process for preparing calcium aluminate and alumina from phosphate-containing ores
SU1346606A1 (en) * 1986-05-29 1987-10-23 Куйбышевский инженерно-строительный институт им.А.И.Микояна Method of producing calcium-aluminate material
US6238633B1 (en) * 1997-06-30 2001-05-29 Aluminum Waste Technology, Inc. Process for preparing calcium aluminate from aluminum dross

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕРЕЩАГИН А.Л., СВИРИДОВ В.В. Образование двойных оксидов в процессах горения конденсированных составов, ДАН СССР, 1978, т.240, №3, с.602-604. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104628022A (en) * 2013-11-14 2015-05-20 中国人民解放军军械工程学院 A kind of method for preparing MgAl2O4 spinel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008113928A (en) 2009-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2733772C1 (en) Method of making ferrovanadium alloys based on aluminothermic self-propagating gradient reduction and slag refining
EP0720592A1 (en) Process for the preparation of calcium aluminates from aluminum dross residues
US10703675B2 (en) Method for processing steel slag and hydraulic mineral binder
US4396422A (en) Process for producing iron and refractory material
KR101839399B1 (en) Sodium based briquette with high efficiency of de-p and de-s simultaneously and manufacturing method thereof
CN100516262C (en) Preparation method of magnesium and magnesium alloy composite grain refiner
RU2386585C2 (en) Method of combined production of aluminates of calcium and phosphorus
CN101942572A (en) Method for preparing magnesium metal with vacuum reduction by using material with MgO/CaO molar ratio of more than 1 as raw material
CA2880664C (en) Method for processing steel slag and hydraulic mineral binder
US4240825A (en) Metallothermal process for the simultaneous production of magnesium and cement or calcium and cement
JP2001089135A (en) Calcium aluminate excellent in homogeneity
KR101465753B1 (en) Calcium Aluminate Based Clinker Composition using Ladle Furnace Slag and Manufacturing Method Thereof
JPH1053411A (en) Production of calcium aluminate
CN101899581B (en) Method for preparing metal magnesium and boron-enriched material from ascharite serving as raw material by vacuum thermal reduction method
CN114150098B (en) Method for preparing pre-melted calcium aluminate and metallic iron by reducing iron ore with secondary aluminum ash
US4071373A (en) Process for the manufacture of aluminous cement from aluminum smelting residue
US4113833A (en) Process for the production of alumina from the mineral component of solid fuels
RU2441927C2 (en) Method for alumina industry slag treatment
JPH01278403A (en) Method for manufacturing powder-like fire-resistant inorganic compound and metal composition
US1220735A (en) Method for the production of hydraulic lime and cement from combustion residues of sewage, canal-sludge, or the like.
KR101088183B1 (en) Manufacture of Portland Cement Using Molten Blast Furnace Slag
CN102560149B (en) Method for refining magnesium by taking silico-calcium alloy as reducing agent under vacuum
Pal et al. Utilisation of LD slag–An overview
RU2206628C2 (en) Charge for production of nitrogen-containing master alloys on base of refractory metals
KR101153887B1 (en) Preparation method for alkaline calciumferrite flux for steelmaking

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110410