Способ получения магния электролизом расплавленных солей

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству магния и хлора электролизом расплавленных солей. Технический результат направлен на снижение расхода дорогостоящего карналлитового сырья и улучшение технико-экономических показателей электролизера, таких как снижение расхода электроэнергии и повышение выхода по току. В электролизер загружают расплавленный безводный карналлит и разлагают его на магний и хлор при поддержании концентрации хлорида магния в электролите. Отработанный электролит с содержанием хлорида магния 7-10% удаляют из электролизера и загружают в обогреваемую емкость на слой безводного карналлита. На поверхность отработанного электролита порционно загружают расплавленный хлорид магния при температуре 700-800°С, полученный при производстве губчатого титана с получением смеси, содержащей 50-70% хлорида магния. Смесь перемешивают, отстаивают в течение 0,1-1,0 часа при температуре 550-650°С, осветленную часть извлекают из емкости и периодически загружают в электролизер для поддержания концентрации хлорида магния в электролите. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству магния и хлора электролизом расплавленных солей.

Известен способ получения магния электролизом расплавленных солей в электролизерах с верхним вводом анодов с использованием в качестве сырья хлорида магния, получаемого в процессе получения губчатого титана путем взаимодействия тетрахлорида титана с магнием (Иванов А.И. Производство магния. - М.: Металлургия, 1979, стр.185-187, 216). Способ включает загрузку в электролизер электролита состава, мас.%: NaCL 40-45, KCl 40-45, MgCl₂ 10-20. По мере разложения хлорида магния на магний и хлор и снижения его содержания до 10% в электролизер заливают хлорид магния, получаемый в процессе получения губчатого титана путем взаимодействия тетрахлорида титана с магнием. В процессе электролиза в электролите накапливаются вредные примеси (оксид магния, оксид железа, оксид кремния), которые периодически удаляют путем откачки донной части электролита и замены его свежей смесью хлоридов. Применение данного способа позволяет получить выход магния по току 78-80%.

Недостатком способа является высокий расход сырья из-за потерь хлорида магния при удалении примесей вместе с донной частью электролита. Другим недостатком является то, что способ может быть применим в работе электролизеров с верхним вводом анодов, которые по своим техническим характеристикам являются менее экономичными по сравнению с электролизерами карналлитовой схемы питания. Кроме того, технология переработки хлорида магния предусматривает получение магния для процесса получения губчатого титана, и его не используют для получения товарного магния из-за высокого содержания примесей титана и никеля (М.А.Эйдензон. - Металлургия магния и других легких металлов. - М.: 1974, стр.81-82).

Известен способ получения магния электролизом расплавленных солей при использовании в качестве сырья карналлита, содержащего примерно 50% хлорида магния, остальное - смесь хлоридов калия и натрия (М.А.Эйдензон. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1974, стр.105-115), принятый за ближайший аналог-прототип и включающий загрузку сырья состава, мас.%: KCl 60-75, NaCl 18-22, MgCl₂ 4-17 в электролизер. В связи с тем что карналлит содержит помимо хлорида магния до 50% хлорида калия и натрия, последние накапливаются в электролизере и их периодически извлекают из электролизера при содержании хлорида магния 4-6% в виде так называемого, отработанного электролита. При электролизе постепенно уменьшается концентрация хлорида магния в электролите и снижается уровень расплава. Для этого, для поддержания концентрации хлорида магния в электролите, периодически, обычно каждые 6 часов, подгружают сырье - расплавленный безводный хлорид магния или карналлит. Использование способа позволяет получить при работе на карналлите выход магния по току 77-75%, при более низком, на 0,3-0,4 В, напряжении на электролизере по сравнению с электролизером с верхним вводом анодов. Отработанный электролит отстаивают в миксере и используют в качестве минерального удобрения или как препарат для борьбы с гололедом.

Основным недостатком данного способа является то, что его применение возможно только при использовании в качестве сырья карналлита. Использование в качестве сырья хлорида магния, содержащего 98-99% основного вещества, затруднительно из-за наличия теплового эффекта после заливки хлорида магния в электролит, содержащий до 75% хлорида калия при образовании двойной соли KMgCl₃. Тепловой эффект вызывает повышение температуры электролита на 20-40°С, что приводит к разрушению элементов конструкции электролизера и, соответственно, к снижению срока его эксплуатации. Кроме того, при повышении температуры снижается выход по току на 4-5% из-за анодного растворения чугунных заливок и перехода железа в электролит.

Кроме того, имеет место повышенный расход сырья и снижение выхода по току вследствие необходимости вывода отработанного электролита с содержанием хлорида магния 4-6%.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить расход дорогостоящего карналлитового сырья и улучшить технико-экономические показатели электролизера, такие как снижение расхода электроэнергии за счет снижения напряжения и повышение выхода по току.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения магния электролизом расплавленных солей, включающий загрузку расплавленного безводного карналлита в электролизер, его электролитическое разложение на магний и хлор при периодической подгрузке сырья для поддержания концентрации хлорида магния в электролите, удаление отработанного электролита из электролизера, загрузку его в обогреваемую емкость. Новым является то, что после загрузки отработанного электролита в емкость на его поверхность порционно загружают расплавленный хлорид магния, полученный при производстве губчатого титана, полученную смесь с содержанием хлорида магния 50-70% перемешивают, отстаивают, осветленную часть извлекают из обогреваемой емкости и периодически загружают в электролизер для поддержания концентрации хлорида магния в электролите.

Кроме того, отстаивание производят в течение 0,1-1,0 часа при температуре 550-650°С.

Кроме того, отработанный электролит загружают на слой безводного карналлита.

Кроме того, расплавленный хлорид магния загружают при температуре 700-800°С.

Кроме того, содержание хлорида магния в отработанном электролите составляет 7-10%.

Использование в качестве сырья смеси отработанного электролита, полученного на электролизерах карналлитовой схемы питания, и возвратного хлорида магния, полученного при производстве губчатого титана, позволяет за счет приготовления концентрированной расплавленной смеси значительно сэкономить сырье, например карналлит, снизить затраты на его приготовление, включая стадии обезвоживания в печи кипящего слоя и в хлораторах.

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 получения магния электролизом расплавленных солей, 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. Заявленные признаки 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. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

Процесс электролитического получения магния ведут в электролизере с нижним вводом анодов в электролите следующего состава, мас.%: MgCl₂ 7-14, NaCl 18-22, KCl 65-70. В процессе электролиза содержание хлорида магния снижается за счет электролитического разложения его на магний и хлор. При достижении содержания хлорида магния 8% из электролизеров извлекают 1,5 тонны электролита (отработанного) при температуре 690°С и заливают его в обогреваемую емкость, например в миксер. Возможно отработанный электролит загружать в миксер СКН, куда предварительно загружают безводный хлорид магния. После чего в миксер заливают расплавленный при температуре 720°С хлорид магния в количестве 1,3 тонн. При смешивании хлорида магния и электролита в миксере температура смеси кратковременно повышается до 730°С за счет теплового эффекта образования комплекса KMgCl₃. Полученную смесь охлаждают до температуры 600°С с одновременным отстаиванием в течение 1 часа. При этом примеси (оксид магния, оксид железа и оксид кремния), содержащиеся в отработанном электролите и возвратном хлориде магния оседают на дно миксера, осветленную часть с содержанием хлорида магния около 50% извлекают вакуум-ковшом и заливают в электролизер в количестве 2,5 тонн, что обеспечивает содержание хлорида магния в электролите 14%. Через 6 часов вновь заливают из миксера порцию смеси. Через каждые 6 часов в миксере смешивают отработанный электролит карналлитовой схемы питания и хлорид магния. Полученную смесь осветляют и заливают в электролизер. Через последующие 6 часов вновь смешивают отработанный электролит хлормагниевой схемы питания и хлорид магния с последующей заливкой в электролизер. Далее операции повторяются.

Предложенный способ позволяет за счет приготовления концентрированной расплавленной смеси значительно сэкономить сырье, например карналлит, снизить затраты на его обезвоживание, улучшить технико-экономические показатели электролизера, такие как снижение расхода электроэнергии за счет снижения напряжения и повышения выхода по току.

1. Способ получения магния электролизом расплавленных солей, включающий загрузку расплавленного безводного карналлита в электролизер, его электролитическое разложение на магний и хлор, поддержание концентрации хлорида магния в электролите, удаление отработанного электролита из электролизера и загрузку его в обогреваемую емкость, отличающийся тем, что после загрузки отработанного электролита в емкость на его поверхность порционно загружают расплавленный хлорид магния, полученный при производстве губчатого титана, полученную смесь с содержанием хлорида магния 50-70% перемешивают, отстаивают, осветленную часть извлекают из обогреваемой емкости и периодически загружают в электролизер для поддержания концентрации хлорида магния в электролите.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отстаивание производят в течение 0,1-1,0 ч при температуре 550-650°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный электролит загружают на слой безводного карналлита.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный хлорид магния загружают при температуре 700-800°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание хлорида магния в отработанном электролите составляет 7-10%.