Способ переработки карналлита

 

Использование: изобретение может быть использовано при подготовке магнитсодержащего хлоридного сырья к последующему электролизу с получением магния. Сущность способа состоит в том, что исходный карналлит обезвоживают в кипящем слое потоком газа-теплоносителя, улавливают карналлитовую пыль из пылегазового потока в поле центробежных сил и дополнительно воздействуют полем коронного разряда, имеющего отрицательный потенциал относительно корпуса пылеуловителя и при напряженности электростатического поля 0,6 - 1,8 кВ/см.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам подготовки магнийсодержащего хлоридного сырья (карналлит, хлорид магния и т.д.) к последующему электролизу.

Известен [1] способ переработки карналлита в трубе-сушилке. Известный способ заключается в обезвоживании карналлита в потоке газа-теплоносителя, при этом в закрученный поток газовзвеси на выходе из трубы-сушилки подают закрученный в том же направлении поток газа-теплоносителя, содержащего хлористый водород. Известный способ обеспечивает глубокое обезвоживание карналлита и позволяет получить малогидролизованный карналлит, пригодный для непосредственного использования электролизе.

Недостатком этого способа является необходимость принятия специальных мер (способов) для выделения из пылегазового потока целевого продукта. Другим существенным недостатком известного способа являются дополнительные затраты на обезвоживание отходящих газов от HCl, что значительно усложняет и удорожает всю технологию и в конечном итоге увеличивается объем сточных вод.

Известен [2] способ переработки. Известный способ заключается в обезвоживании карналлита во вращающихся печах с последующей подачей продукта на вторую ступень переработки. Недостатком известного способа является довольно высокая степень гидролиза карналлита и, как следствие, высокие потери магния со шламами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ переработки карналлита [3] Способ по прототипу заключается в следующем: переработку карналлита производят в кипящем слое путем подачи газа-теплоносителя под слой исходного карналлита с последующей выгрузкой обезвоженного продукта, улавливанием пылевой фракции карналлита, выносимой из псевдоожиженного слоя потоком газа-теплоносителя в поле центробежных сил (в пылеуловителе) и последующим объединением уловленной пыли с основной частью обезвоженного карналлита и подачей получаемого материала на вторую стадию переработки.

Недостатком известного способа-прототипа является неудовлетворительное качество получаемого материала, подаваемого на вторую стадию переработки, что, в свою очередь, связано с довольно высокой степенью гидролиза объединенного (после переработки карналлита) целевого продукта, что приводит к потерям магния на второй стадии переработки (со шламом, куда переходит гидролизованная часть хлорида магния). Экспериментально установлено (путем многолетних наблюдений за процессом переработки карналлита в печах кипящего слоя), что целевой продукт обезвоженный карналлит содержит 1,3 1,5 мас. оксида магния, а степень гидролиза достигает 6,0 6,4% Это приводит к потерям магния до 8 9 кг на 1 т получаемого материала.

Заявленное техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении качества целевого продукта за счет снижения степени гидролиза хлорида магния и тем самым снижения потерь магния на второй стадии обезвоживания и при электролизе с отходами производства (шлам хлоратора, шлам электролизера и отработанный электролит).

Данная задача решается предлагаемым способом, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков.

Исходный карналлит (MgCl₂·KCl·6H₂O) подают в печь кипящего слоя, под слой карналлита подают газ-теплоноситель, обезвоженный карналлит выгружают через разгрузочное устройство, пылегазовую смесь, состоящую из пылевой фракции обезвоженного карналлита и газа-теплоносителя, направляют в пылеуловитель для улавливания карналлита в поле центробежных сил с одновременным воздействием на пылегазовый поток полем коронного разряда. Уловленную таким образом пылевую фракцию карналлита объединяют с основной (75 85%) частью обезвоженного карналлита и направляют на вторую стадию обезвоживания карналлита с его последующим электролизом. А пылегазовый поток (CO, CO₂, HCl, воздух, H₂O, сильногидролизованная часть карналлита, оксид магния) направляют на так называемую "мокрую" очистку газов (в скрубберы, орошаемые водой, известковым молоком и т.д.).

Существенным отличительным признаком заявляемого технического решения является дополнительное (к полю центробежных сил) воздействие на пылегазовый поток полем коронного разряда, имеющего отрицательный потенциал относительно корпуса пылеуловителя и при напряженности электростатического поля 0,6 1,8 кВ/см.

Лабораторные исследования, опытно-промышленные испытания показали, что переработка карналлита по предлагаемому способу обеспечивает при прочих равных условиях существенное повышение качества объединенного карналлита (за счет снижения степени гидролиза объединенного карналлита ) и тем самым значительно снижаются безвозвратные потери магния на второй стадии обезвоживания и на переделе электролиза (в связи с уменьшением перехода соединений магния MgO, Mg₉OHCl в шлам).

Необходимо особо отметить, что повышение качества продукта за счет снижения степени гидролиза карналлита (после объединения основной части обезвоженного карналлита с той частью, которая уловлена в пылеуловителе) наблюдается только лишь в условиях, при которых обеспечивается коронный разряд непосредственно в пылеуловителе между корпусом пылеуловителя и коронирующим электродом, помещенном по оси пылеуловителя. При этом важно отметить и особо подчеркнуть, что электрод должен обязательно иметь отрицательный потенциал относительно корпуса пылеуловителя, а разность потенциалов при этом должна обеспечить возникновение коронного разряда (применительно к условиям, в которых был испытан в опытно-промышленных условиях предлагаемый способ, разность потенциалов 50 140 кВ), что соответствует напряженности электростатического поля 0,6 1,8 кВ/см. В других условиях, в частности в случае, если электрод имеет положительный потенциал относительно корпуса, или в случае, если разность потенциалов не обеспечивает возникновение и поддержание коронного разряда, задача, поставленная разработанным способом, не решается и качество карналлита остается точно таким же, как и в известном способе, соответственно таким же остается потеря магния на второй стадии переработки.

Предлагаемый способ осуществлялся следующим образом. Исходный карналлит (кристаллогидрат MgCl₂·KCl·6H₂O либо синтетический) для его переработки и подготовки ко второй стадии подают в печь кипящего слоя при одновременной подаче под слой карналлита газа-теплоносителя. В этих условиях происходит, с одной стороны, обезвоживание карналлита и выгрузка основной части (77 85%) готового продукта через выгрузочное устройство и вынос (15 - 25%) в виде пылевой фракции обезвоженного карналлита с газом-теплоносителем на пылеулавливающее устройство в поле центробежных сил при одновременном воздействии на пылегазовый поток к периферийной части пылеуловителя (корпус которого имеет положительный потенциал относительно электрода, помещенного по оси пылеуловителя) избирательно под действием поля коронного разряда (напряженностью 0,6 1,8 кВ/см) сепарируется слабогидролизованная часть пылевой фракции карналлита, а сильногидролизованная, содержащая в основном частицы оксида магния, выносится в виде пылегазового потока и направляется в скрубберы, орошаемые водой или известковым молоком для улавливания пыли и хлористого водорода. Таким образом, в указанных выше условиях, по существу, происходит сепарация разделение пылевой фракции карналлита, выносимой из кипящего слоя, на две части (потока): один содержит сильногидролизованный хлорид магния и выносится с отходящими газами; второй содержит слабогидролизованный хлорид магния, который объединяют затем с основной частью обезвоженного карналлита и направляют на вторую стадию обезвоживания с последующим электролизом и получением металлического магния.

Экспериментально установлено, что в указанных условиях содержание MgO в получаемом материале снижается с 1,45±0,05 мас. до 1,25±0,05 мас. а степень гидролиза с 6,5±0,5% до 5,5±0,5% Это обеспечивает снижение потерь магния на последующей стадии переработки карналлита с 1±0,40 кг до 0,55±0,05 кг на тонну получаемого материала.

Сопоставление эффективности предлагаемого и известного способов и обоснование всех пределов параметров приведено в примерах.

Пример 1 (известный способ прототип).

Исходный карналлит (KCl·Mg₉Cl₂·6H₂O) подавали в кипящий слой промышленной печи, под слой карналлита одновременно подавали газ-теплоноситель, обезвоженный карналлит выгружали из печи кипящего слоя через выгрузочное устройство; пылегазовую смесь, состоящую из воздуха, HCl, CO, CO₂ и пылевой фракции карналлита, направляли в пылеуловитель (СИОТ-М1), где в поле центробежных сил происходило выделение карналлита из пылегазового потока (до 90 95% ), уловленную пылевую фракцию карналлита затем объединяли с основной частью обезвоженного карналлита и подавали на вторую стадию обезвоживания, а пылегазовый поток направляли на газоочистку (скруббер, орошаемый известковым молоком). Результаты испытаний показали, что в условиях переработки исходного карналлита по известному способу достигается: содержание Mg₉O в получаемом материале, подаваемом на вторую стадию переработки 1,4 мас.

cтепень гидролиза получаемого материала 6,2% потери Mg₉ на первой стадии переработки, приходящиеся на 1 т получаемого материала, за счет гидролиза уловленной пыли 0,96 кг/т.

При это уловленная карналлитовая пыль содержит Mg₉Cl₂ - 49,9 мас. Mg₉O 1,4 мас. и степень гидролиза ее 4,2% Пример 2.

Исходный карналлит подавали в кипящий слой промышленной печи, под слой карналлита одновременно подавали газ-теплоноситель, обезвоженный карналлит выгружали из печи кипящего слоя через выгрузочное устройство. Пылегазовую смесь, состоящую из отходящих газов и карналлита, вынесенного из кипящего слоя, направляли в пылеуловитель типа СИОТ-М1, снабженный коронирующим электродом. На коронирующий электрод подавали от источника электропитания типа АИИ по высоковольтному кабелю отрицательный относительно корпуса установки потенциал U=140 кВ, при этом в рабочем объеме пылевого циклона создается коронный разряд, а напряженность электростатического поля равна 1,8 кВ/см. Частицы карналлитовой пыли, попадающие в зону коронного разряда (электрического поля), приобретают отрицательный заряд и под действием кулоновской силы отбрасываются (сепарируются) на поверхность корпуса циклона, т. е. в соответствии с законом Кулона отталкиваются из центральной части циклона в его периферийную зону. Уловленную пыль затем объединяли с обезвоженным карналлитом, выгружаемым непосредственно из печи, и подавали на вторую стадию обезвоживания, а отходящий из пылеуловителя пылегазовый поток направляли на "мокрую" газоочистку.

При данных условиях эксперимента получен обезвоженный карналлит, выгружаемый непосредственно из печи, с содержанием: Mg₉Cl₂ - 51,6 мас. Mg₉O 1,5 мас. Состав пыли, выгружаемой из циклона: Mg₉Cl₂ 43,9 мас. Mg₉O 0,4 мас. Следует отметить, что при создании в циклоне коронного разряда эффективность улавливания пыли(КПД циклона) заметно повышается (в настоящем примере на 5% ), в связи с чем доля уловленной карналлитовой пыли в готовом продукте увеличивается и составляет 21% (доля обезвоженного карналлита, выгружаемого непосредственно из печи, снижается на 1% и составляет 79%). Карналлит, выгружаемый с установи, содержит: Mg₉Cl₂ 50 мас. Mg₉O 1,27 мас. Степень гидролиза карналлитовой пыли 2,1% потери магния в результате гидролиза карналлитовой пыли 0,05 кг/т получаемого материала.

Пример 3.

То же, что в примере 2, но U 100 кВ. При этом напряженность поля составит 1,3 кВ/см. Состав уловленной пыли при этом следующий: Mg₉Cl₂ -43,7 мac. Mg₉O 0,5 мас. Степень гидролиза 2,6% Состав материала, выгружаемого с установки: Mg₉Cl₂ 50 мас. Mg₉O 1,3 мас. Степень гидролиза 5,78% Потери магния за счет гидролиза пыли 0,63 кг на 1 тонну получаемого материала.

Пример 4.

То же, что в примере 2, но U=50 кВ. При этом напряженность поля 0,6 кВ/см. Состав уловленной пыли при этом следующий: Mg₉Cl₂ 43,2 мac. Mg₉O -0,7 мас. Степень гидролиза 3,7% Потери магния в результате гидролиза пыли 0,88 кг/т получаемого материала.

Состав продукта, выгружаемого с установки: Mg₉Cl₂ 49,9 мас. Mg₉ 1,34 мас. Степень гидролиза 5,96% Примеры 5 7 показывают, как влияет на качество обезвоженного карналлита несоблюдение оптимальных условий осуществления процесса дегидратации: опыты, приведенные в примерах 5 7, выполнены в условиях, выходящих за рекомендованные пределы параметров предлагаемого способа.

Пример 5.

То же, что в примере 2, но на электрод подано положительное, относительно корпуса циклона, напряжение 140 кВ.

Состав уловленной пыли при этом: Mg₉Cl₂ 43,0 мас. Mg₉O 0,8 мас. Степень гидролиза 4,2% Потери магния за счет гидролиза пыли 0,96 кг на 1 тонну получаемого материала.

Состав продукта, выгружаемого с установки: Mg₉Cl₂ 49,9 мас. Mg₉O 1,4 мас. Степень гидролиза 6,2% Пример 6.

То же, что в примере 2, но U 10кВ, при этом напряженность поля 0,18 кВ/см, отсутствует коронный разряд и состав уловленной пыли и состав готового продукта такой же, что и в примере 1 (прототип).

Пример 7.

То же, что и в примере 2, но U 160 кВ, напряженность поля 2,1 кВ/см. При этом наблюдается пробой между электродом и корпусом, что ведет к разрушению установки и срыву процесса.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ обезвоживания карналлита обеспечивает по сравнению с известными значительное снижение потерь магния в результате гидролиза пыли, а именно до 48% Технико-экономический расчет показывает, что использование заявленного способа обезвоживания на одном предприятии дает значительную экономию средств.

Сопоставительный анализ прототипа (в котором обезвоживание карналлита осуществляется в кипящем слое, отходящие газы очищаются в циклоне и уловленная пыль объединяется с получаемым материалом) с предлагаемым способом свидетельствует о том, что в заявляемом техническом решении на пылегазовую смесь в циклоне дополнительно воздействуют коронным разрядом, следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Определение соответствия заявляемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

Из литературы известны установки (электрофильтры) для очисти отходящих газов различных производств от пыли с помощью электрического поля.

Из литературы также известны электромеханические пылеуловители вихревого типа, включающие комбинацию циклона с электрическими устройствами для создания в циклоне электрического поля.

Однако сведений о том, что коронный разряд в электрофильтрах и электромеханических пылеуловителях вихревого типа используется для повышения качества материала, получаемого на установке за счет снижения степени гидролиза уловленного в пылеуловителе материала, в технической литературе нет.

Заявляемое техническое решение обнаруживает свойство, которое не проявляется ни в одном из известных технических решений, содержащих сходные отличительные признаки. Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Формула изобретения

Способ переработки карналлита, включающий в себя обезвоживание исходного карналлита в кипящем слое потоком газа-теплоносителя, улавливание карналлитовой пыли из пылегазового потока в поле центробежных сил с последующим смешением с обезвоженным карналлитом и электролизом смеси карналлита, отличающийся тем, что на карналлитовую пыль в поле центробежных сил дополнительно воздействуют полем коронного разряда, имеющего отрицательный потенциал относительно корпуса пылеуловителя, и при напряженности электростатического поля 0,6 1,8 кВ/см.