Способ подготовки карналлита к электролизу

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к подготовке хлормагниевого сырья (карналлита) к электролитическому получению магния. Способ подготовки карналлита к электролизу включает обезвоживание карналлита в твердом виде, плавление его с одновременным частичным обезвоживанием газами, содержащими хлорид водорода, перегрев расплава при перемешивании инертным газом, отстаивание от твердых примесей и электролиз. Перед отстаиванием расплав безводного карналлита подвергают электрохимической очистке, причем расплав обрабатывают постоянным электрическим током в непрерывном режиме с периодической переменой полярности постоянного тока на электродах. Плотность тока поддерживают в пределах 0,1-0,4 А/см². Температуру расплава при обработке постоянным током поддерживают в пределах 500-750°С, а перемену полярности постоянного тока ведут один раз в час, обеспечивается повышение выхода магния по току за счет снижения примесей сульфат-иона и железа в безводном карналлите и снижение затрат на подготовку сырья к электролизу. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к подготовке хлормагниевого сырья (карналлита) к электролитическому получению магния.

Известные способы (см. Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1987, с.236-248. Лебедев О.А. Производство магния электролизом. - М.: Металлургия, 1988, c.55-115. Эйдензон М.А. Магний. - М.: Металлургия, 1969, с.130-164) подготовки карналлита к процессу электролиза состоят из двух стадий: первая стадия включает подготовку сырья в твердом состоянии в печи кипящего слоя и вторая стадия заключается в получении безводного карналлита в расплавленном состоянии в хлораторах. Способ подготовки сырья в хлораторах состоит из процессов плавления и частичного обезвоживания карналлита, хлорирования оксида магния и остаточной воды, отстаивания и очистки от вредных примесей. Хлорирование проводят путем барботирования хлора через расплавленный карналлит с использованием восстановителя - нефтекокса.

Недостатком данного способа является применение в процессе хлорирования хлора, который кроме оксида магния и воды хлорирует еще и оксиды железа, алюминия, кремния, которые значительно ухудшают технологические показатели процесса электролиза. Кроме того, при хлорировании в расплаве степень использования хлора не превышает 20%. Оставшийся хлор поступает на обезвреживание, а это связано с большими затратами, так как обезвреживание 1 т хлора на 25-40% дороже обезвреживания 1 т хлорида водорода.

Известен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу (А.с. 380746, опубл. 15.05.73, БИ 21) путем плавления и хлорирования, причем обе стадии осуществляют в одном аппарате. Исходное сырье сначала переплавляют в потоке расплава при непрерывном барботаже расплава хлором, через который пропускают постоянный ток, причем отношение скорости загрузки сырья к силе тока поддерживают в пределах 0,01-0,2 т-ч/кА, т.е. стадию электрохимической очистки осуществляют одновременно со стадией хлорирования. Это способствует эффективному хлорированию, уменьшению гидролиза и потерь хлорида магния в процессе его переплавки и обезвоживания.

Недостатком данного способа является то, что при одновременном хлорировании срок службы электродов под воздействием хлора значительно снижается. Это приводит к большим затратам на замену электродов, снижается производительность работы хлоратора.

Известен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу (А.с. 492719, опубл. 25.11.75, БИ 43), включающий стадии плавления, хлорирования и отстоя (накопления), причем для повышения качества расплава на стадии отстоя осуществляют электрохимическую очистку постоянным током с помощью электродов, размещенных в своде копильника.

Недостатком данного способа является то, что проведение стадии отстоя и электрохимической очистки в одном аппарате затруднительно, так как приводит к взмучиванию расплава, что снижает его качество. Кроме того, при сливе расплава снижается уровень и это приводит к тому, что электроды оказываются вне расплава, это значительно снижает срок их службы. На практике данный способ подготовки карналлита к электролизу не нашел применения.

Известен способ подготовки карналлита к электролизу (Пат. RU №2164258, опубл. 20.03.2001, БИ 8), по количеству общих признаков принятый за прототип и включающий плавление обезвоженного карналлита в токе газов, содержащих хлорид водорода, перегрев расплава при температуре перегрева 750-850°С и при одновременном перемешивании инертным газом, отстаивание от твердых примесей и электролиз.

Недостатками данного способа являются низкое качество безводного карналлита по сульфат-иону и железу, что резко снижает выход магния по току, т.к. после заливки безводного карналлита в электролизер в течение 30-40 мин идет электрохимическая очистка от вредных примесей и выход магния по току снижается до нулевого уровня.

Некачественное сырье снижает срок службы электролизера из-за разрушения графита, из которого сделаны аноды.

Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в снижении примесей сульфат-иона и железа в безводном карналлите и тем самым в повышении выхода магния по току и повышении срока службы электролизера. Кроме того, за счет повышения срока службы электродов повышается срок службы устройства для подготовки карналлита к электролизу, снижаются затраты на подготовку сырья к электролизу.

Технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки карналлита к электролизу, включающий обезвоживание карналлита в твердом виде, плавление его с одновременным частичным обезвоживанием газами, содержащими хлорид водорода, перегрев расплава при перемешивании инертным газом, отстаивание от твердых примесей и электролиз, новым является то, что перед отстаиванием расплав безводного карналлита подвергают электрохимической очистке обработкой его постоянным электрическим током в непрерывном режиме, плотность которого поддерживают в пределах 0,1-0,4 А/см², с периодической переменой полярности постоянного тока на электродах, а температуру расплава при обработке постоянным током поддерживают в пределах 500-750°С.

Кроме того, перемену полярности постоянного тока ведут один раз в час.

При дополнительной обработке расплава перед отстаиванием электрическим током осуществляется еще и очистка расплава от примесей сульфат-иона и железа в несколько раз. На основании проведенных исследований установлено, что плотность тока необходимо поддерживать в пределах 0,1-0,4 А/см², причем работа на плотности тока ниже 0,1 А/см² приведет к снижению эффективности очистки до 30%, работать при плотности тока выше 0,4 А/см² невыгодно, т.к. это приведет к необоснованным затратам электроэнергии и потерям хлорида магния за счет разложения его на электродах.

Температуру расплава при обработке постоянным током поддерживают в пределах 500-750°С, при температуре ниже 500°С снижаются условия очистки расплава от примесей, возрастает количество шлама. При температуре выше 750°С ухудшаются условия разделения продуктов, т.к. усиливаются конвективные тепловые потоки, которые направлены навстречу потокам гравитационного осаждения окислов, что в конечном итоге приводит к ухудшению качества расплавленного безводного карналлита.

Опытными исследованиями подтверждено, что переполюсовку электродов ведут 1 раз в час, отклонения от этого режима наблюдали неравномерность разрушения электродов, что приводит к перераспределению тока по ним и преждевременному выходу из строя отдельных электродов.

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 способе подготовке карналлита к электролизу, изложенных в пунктах формулы 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. В результате поиска обнаружено, что проведение электрохимической очистки обезвоженного карналлита известно (а.с.492719). Однако последовательность проведения процесса электрохимической очистки безводного карналлита и режим проведения электрохимической очистки безводного карналлита являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Совокупное проведение процессов обработки расплава хлоридом водорода на стадии плавления и проведение электрохимической очистки перед отстаиванием позволяет достичь достигаемой степени очистки расплава от примесей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”

Пример осуществления способа.

100 кг твердого обезвоженного в токе хлорида водорода карналлита, содержащего 0,6% оксида магния и 0,5% воды, направляют на первую стадию плавления хлоратора в пространство, обогреваемое электродами. Карналлит плавят в атмосфере хлорида водорода, затем направляют на стадию подогрева до температуры 750°С и перемешивания расплава хлором или азотом. Затем расплав, содержащий, мас.%: 48,6 хлорида магния, 1,0 оксида магния, 0,4 иона железа, 0,3 сульфат-иона, 0,008 углерода и 0,06 оксида кремния, загружают в отдельную камеру, в которую через крышку устройства устанавливают электроды, погруженные в расплав, и подвергают электрохимической очистке при плотности тока на графитовых электродах 0,25 А/см² в непрерывном режиме с переполюсовкой электродов ежечасно. Далее расплав поступает на стадию отстоя, где расплав отстаивают 15 мин и направляют на электролиз в следующем составе, мас.%: 48,4 хлорида магния, 0,13 оксида магния, 0,1 иона железа, 0,001 сульфат-иона, 0,001 углерода и 0,04 оксида кремния.

Таким образом, по предложенному способу происходит значительное снижение примесей, таких, как сульфат-иона, железа, в 4 раза, углерода и оксида магния в 8 раз.

Кроме того, за счет увеличения срока службы электродов увеличивается срок службы устройства для подготовки карналлита к электролизу.

Формула изобретения

1. Способ подготовки карналлита к электролизу, включающий обезвоживание карналлита в твердом виде, плавление его с одновременным частичным обезвоживанием газами, содержащими хлорид водорода, перегрев расплава при перемешивании инертным газом, отстаивание от твердых примесей и электролиз, отличающийся тем, что перед отстаиванием расплав безводного карналлита подвергают электрохимической очистке обработкой его постоянным электрическим током в непрерывном режиме, плотность которого поддерживают в пределах 0,1-0,4 А/см², с периодической переменой полярности постоянного тока на электродах, а температуру расплава при обработке поддерживают в пределах 500-750°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемену полярности постоянного тока ведут один раз в час.