Способ получения магния из оксидно-хлоридного сырья

 

Изобретение относится к способу получения магния из оксидно-хлоридного сырья. В предложенном способе, включающем его измельчение, выщелачивание соляной кислотой, отделение от полученного хлормагниевого раствора твердых взвесей, его концентрирование, обработку концентрированного хлормагниевого раствора твердым отработанным электролитом с получением синтетического карналлита, его обезвоживание и электролиз расплавленных солей с получением магния, отработанного электролита и анодного хлора, который подвергают конверсии в факеле горения природного газа с получением топочных газов, содержащих хлорид водорода, и направление их на получение соляной кислоты, направляемой на выщелачивание, согласно изобретению при выщелачивании получаемый хлормагниевый раствор циркулируют и подогревают, топочные газы перед подачей на получение соляной кислоты подают на концентрирование хлормагниевого раствора, пропуская их через циркулирующий хлормагниевый раствор, при этом поддерживают постоянной разность температур на входе и выходе хлормагниевого раствора, а после концентрирования хлормагниевый раствор обрабатывают хлором и направляют на очистку и отделение твердых примесей. Способ позволяет снизить себестоимость готовой продукции и получить магний более высокого качества. 10 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу производства магния из оксидно-хлоридного сырья методом электролиза расплавленных солей.

Известен способ производства магния из оксидного сырья фирмы Magnola (R. W. Stsnley, M. Berube, Ctlik-Noranda Technology Centre Y. Osaka-Aisin seiki Co. Ltd. , Avedesian-Noranda Metallurgy Inc.: Magnola, The Magnola process for magnesium production, 53 International Magnesium Association Conference, June 2-4, 1996, Ube, Japan, рр.58-64). Сырьем для получения магния является оксидное сырье - минерал, содержащий кремний, например серпентинит (асбестовые отходы). Способ заключается в выщелачивании магния из оксидного сырья соляной кислотой с получением хлормагниевых растворов, очистке и концентрировании растворов с получением гидратированного хлорида магния, смешении гидрата хлорида магния с безводным электролитом магниевых электролизеров, обезвоживании смеси с использованием хлорирующего агента с получением безводного плава солей, содержащих хлорид магния; электролизе безводного хлорида магния с получением магния, анодного хлора и электролита; возврате анодного хлора и электролита на процесс подготовки сырья; конверсии хлора в природном газе с получением хлорида водорода.

Основные недостатки данного способа заключаются в том, что затраты на извлечение магния из сырья неоправданно большие, что приводит к повышению стоимости получения магния данным способом.

Известен способ получения магния из оксидно-хлоридного сырья (WO 99/39026 PCT/RU 98/00341, опубл. 05.08.99 г.; патент-аналог RU 2082826), по количеству общих признаков взятый за ближайший аналог-прототип и включающий: измельчение сырья до менее 1 мм (брусит), выщелачивание сырья в системе бак-абсорбер и его циркуляцию, очистку хлормагниевого раствора бруситовой суспензией, отделение раствора от твердых взвесей фильтрованием при температуре 50-180^oС и рН 2-9 до получения раствора с содержанием хлорида магния 29,4 мас.%, концентрирование путем упаривания раствора до содержания хлорида магния 36 вес.%, обработку полученного раствора хлорида магния твердым отработанным электролитом с получением синтетического карналлита, смешивание природного и синтетического карналлита, частичное и окончательное обезвоживание карналлита; электролиз расплавленных солей с получением магния и анодного хлора, одну часть которого направляют на стадию обезвоживания, а другую часть подвергают конверсии в факеле горения природного газа при температуре в зоне горения 950-1600^oС с получением хлорида водорода. После конверсии полученные топочные газы направляют на получение соляной кислоты, которую подогревают до температуры 85^oС и направляют на выщелачивание магния из оксидного сырья до остаточного содержания хлорида водорода в растворе 1,05%.

Недостатком данного способа являются большие затраты на подготовку хлормагниевых растворов и низкая степень очистки растворов от примесей.

Задача данного изобретения направлена на снижение затрат на приготовление хлормагниевых растворов из оксидного сырья, повышение степени очистки растворов от примесей.

Технический результат заключается в снижении себестоимости готовой продукции и получении магния более высокого качества.

Для достижения поставленной задачи предложен способ получения магния из оксидно-хлоридного сырья, включающий измельчение сырья, выщелачивание сырья соляной кислотой с получением хлормагниевого раствора, отделение раствора от твердых взвесей, концентрирование раствора, обработка концентрированного хлорида магния твердым отработанным электролитом с получением синтетического карналлита, обезвоживание и электролиз расплавленных солей с получением магния, отработанного электролита и анодного хлора, который подвергают конверсии в факеле горения природного газа с получением хлорида водорода, полученные топочные газы подают на обезвоживание и получение соляной кислоты, которую направляют на выщелачивание, новым является то, что хлормагниевый раствор при выщелачивании подогревают, топочные газы перед подачей на стадию получения соляной кислоты подают на концентрирование, пропуская их через циркулирующий хлормагниевый раствор при поддержании постоянной разности температур на входе и выходе хлормагниевого раствора, после концентрирования раствор обрабатывают хлором и направляют на очистку и отделение твердых примесей.

Кроме того, оксидное магнийсодержащее сырье измельчают до крупности 20-70 мм.

Кроме того, подогрев хлормагниевых растворов на стадии выщелачивания осуществляют до температуры 90-95^oС.

Кроме того, содержание соляной кислоты в хлормагниевых растворах на выходе со стадии выщелачивания составляет 0,3-3,0 мас.%.

Кроме того, концентрирование осуществляют при разности температур на входе и выходе 100-300^oС.

Кроме того, хлормагниевый раствор при выщелачивании подогревают теплом, отводимым от раствора из цикла орошения на стадии концентрирования.

Кроме того, хлормагниевый раствор при выщелачивании подогревают теплом, отводимым из цикла орошения соляной кислоты.

Кроме того, раствор обрабатывают хлором при соотношении газ : жидкость, равном 1:(2-6).

Кроме того, обработку концентрированного хлормагниевого раствора хлором осуществляют при барботировании хлора через насыщенный хлормагниевый раствор.

Кроме того, соляную кислоту концентрируют путем циркуляции кислоты при непрерывном отводе тепла.

Кроме того, соотношение природного газа и хлора, поступающих на конверсию, поддерживают равным 1:(1-2).

Использование для подогрева растворов тепла, отводимого при получении концентрированной соляной кислоты или концентрированного хлормагниевого раствора, позволяет снизить затраты на подогрев.

Пропускание топочных газов при температуре 500-600^oС перед подачей на получение соляной кислоты на концентрирование хлормагниевого раствора позволяет ускорить процесс испарения и тем самым снизить затраты на подвод тепла на выпаривание раствора.

Обработка концентрированного раствора хлором позволяет осадить примеси из раствора, особенно хлориды железа, при переводе их из низшей валентности в высшую и тем самым улучшить качество получаемого концентрированного хлормагниевого раствора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве для получения губчатого титана, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

Магнийсодержащее оксидное сырье, например серпентенит состава 23,9% Mg, 6,4% Fe, 34,3% SiO₂, в количестве 1000 кг измельчили до крупности 20-70 мм, загрузили в абсорбер-выщелачиватель, куда подавали концентрированную 20-35% соляную кислоту, выщелачивание осуществляли в системе бак-абсорбер при циркуляции и подогреве раствора до температуры 90-95^oС. Подогрев получаемого хлормагниевого раствора осуществляли в теплообменниках типа "труба в трубе", в качестве тепла на подогрев использовали тепло, отводимое при получении концентрированной соляной кислоты, или тепло, отводимое при циркуляции хлормагниевого раствора в системе абсорбер-теплообменник на стадии концентрирования. После выщелачивания получили хлормагниевый раствор слабой концентрации, содержащий 208,4 (37,2%) кг Mg и 52,9 (82,4%) Fe, содержание соляной кислоты в растворе 0,3-3,0%. Отработанное твердое сырье после извлечения из него оксида магния выгружают из абсорбера, нейтрализуют и сбрасывают в отвал.

Полученный хлормагниевый раствор, подогретый до температуры 90-95^oС, поступает в цикл орошения испарителя на концентрирование до содержания хлорида магния 36 мас. %. Раствор подают сверху при плотности орошения 100 м³/ч, а снизу подают топочные газы при температуре 500-600^oС в количестве 45-50 м³/ч. В процессе циркуляции раствора и обработки его топочными газами разность температур на входе и выходе из испарителя поддерживают 100-300^oС. Топочные газы получают путем конверсии хлора в хлорид водорода в топке. Хлор сжигают в токе природного газа и воздуха при температуре горения 500-600^oС и при соотношении природного газа и хлора равным 1:(1-2). Охлажденные топочные газы со стадии концентрирования подают снизу вверх противоточно в абсорбер на стадию получения соляной кислоты. Соляную кислоту циркулируют в системе абсорбер-теплообменник до концентрации 20-35 мас.%. Затем концентрированный раствор хлорида магния подают в реактор и через слой раствора барботируют анодный хлор, поддерживая соотношение газ : жидкость равным 1:(2-6) для перевода примесей низшей валентности в высшую и последующего отделения их от раствора. Затем раствор очищают флокулянтами и сорбентами, отстаивают и отделяют методом декантации очищенный концентрированный хлормагниевый раствор.

В раствор загрузили 1274 кг отработанного электролита, полученного в процессе электролиза хлористых солей и содержащего 5,8% хлорида магния и 73,4% хлорида калия, получили 4102,9 кг синтетического карналлита. Полученный карналлит отправили на первую стадию обезвоживания в печи кипящего слоя, получили 2549 кг карналлита с содержанием 45,4% MgCl₂, 1,9% MgO, 3,4% Н₂О, КСl - остальное. Обезвоженный карналлит переплавили в хлораторе и обработали хлоридом водорода при температуре 450-540^oС и хлором при температуре 650-800^oС. Получили 2414,9 кг безводного карналлита, содержащего 49% хлорида магния и 0,6% оксида магния. Безводный карналлит направили на электролиз, где под воздействием электрического тока сырье разложили на магний и анодный хлор. Получили 290,9 кг магния-сырца и 810 кг хлора. Отработанный электролит периодически извлекают из электролизера, измельчают и направляют на процесс синтеза карналлита. Анодный хлор частично направляют на хлорирование обезвоженного карналлита, другую часть - на конверсию для получения хлорида водорода для получения соляной кислоты.

Таким образом, данный способ позволяет значительно снизить затраты на получение магния за счет использования вторичного тепла на обогрев компонентов, повысить степень очистки растворов от железа и других примесей.

Формула изобретения

1. Способ получения магния из оксидно-хлоридного сырья, включающий его измельчение, выщелачивание соляной кислотой, отделение от полученного хлормагниевого раствора твердых взвесей, его концентрирование, обработку концентрированного хлормагниевого раствора твердым отработанным электролитом с получением синтетического карналлита, его обезвоживание и электролиз расплавленных солей с получением магния, отработанного электролита и анодного хлора, который подвергают конверсии в факеле горения природного газа с получением топочных газов, содержащих хлорид водорода, и направление их на получение соляной кислоты, направляемую на выщелачивание, отличающийся тем, что при выщелачивании получаемый хлормагниевый раствор циркулируют и подогревают, топочные газы перед подачей на получение соляной кислоты подают на концентрирование хлормагниевого раствора, пропуская их через циркулирующий хлормагниевый раствор, при этом поддерживают постоянной разность температур на входе и выходе хлормагниевого раствора, а после концентрирования хлормагниевый раствор обрабатывают хлором и направляют на очистку и отделение твердых примесей.

2. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что измельчают оксидное магнийсодержащее сырье до крупности 20-70 мм.

3. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что подогрев хлормагниевых растворов на выщелачивании осуществляют до 90-95^oС.

4. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что содержание соляной кислоты в хлормагниевых растворах на выходе с выщелачивания составляет 0,3-3,0 мас. %.

5. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют при разности температур на входе и выходе 100-300^oС.

6. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что от концентрированного хлормагниевого раствора отводят тепло и подают его на выщелачивание.

7. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют цикл орошения соляной кислоты, а отводимое с цикла тепло подают на подогрев хлормагниевого раствор при выщелачивании.

8. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что раствор обрабатывают хлором при соотношении газ: жидкость, равном 1: 2÷6.

9. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что обработку концентрированного хлормагниевого раствора хлором осуществляют барботированием хлора через концентрированный хлормагниевый раствор.

10. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что соотношение природного газа и хлора, поступающих на конверсию, поддерживают равным 1: 1÷2.

11. Способ получения магния по п. 1, отличающийся тем, что концентрируют соляную кислоту путем циркуляции при непрерывном отводе тепла.