Способ подготовки хлормагниевого сырья для производства магния электролизом расплавленных солей

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при подготовке хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей. Хлормагниевое сырье загружают в многокамерную печь кипящего слоя, в которой сырье последовательно передвигается через ряд горизонтально расположенных камер печи при одновременной обработке топочными газами с получением обезвоженного карналлита. Во вторую камеру печи кипящего слоя загружают твердый хлорид магния при массовом соотношении твердый хлорид магния к обезвоженному карналлиту, равном 1:(10-15). Хлорид магния смешивают с обезвоженным карналлитом до массового содержания воды в смеси не более 20%. Изобретение позволяет снизить расход хлормагниевого сырья и расход топлива. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам подготовки хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья (кн. Стефанюк С.Л. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1985. - стр.58-59), включающий подачу хлормагниевого сырья в первую камеру печи кипящего слоя, последовательное обезвоживание обогащенного карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя при противоточной подаче топочных газов - продуктов горения природного газа и воздуха при температуре газов в первой камере - 400°С, во второй камере - 410°С, в третьей камере - 450°С. Температуру слоя в каждой камере поддерживают соответственно 120-130°С, до - 180°С и до 200°С. В первой камере обогащенный карналлит в виде шестиводного кристаллогидрата подсушивают, во второй камере он обезвоживается до двухводного кристаллогидрата. Единственный вид потерь хлормагниевого сырья - карналлита - это пылеунос (0,2%). Во второй камере степень гидролиза составляет 3%, а пылеунос 0,4%, вода удаляется на 60%. В третьей камере получают обезвоженный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ 46,2, KCl 35,8, NaCl 9,0, CaCl₂ 1,7, H₂O 7,3. Гидролиз в третьей камере составляет 5%, пылеунос 0,9% и остается до 4,1% воды.

Недостатком данного способа является то, что способ не позволяет получить продукт высокого качества с низким содержанием воды и оксида магния, необходимый для последующего электролитического разложения сырья с содержанием воды 0,3% и оксида магния 0,3%. Для этого необходимо проводить дополнительное обезвоживание и хлорирование обезвоженного карналлита в хлораторах.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья (Пат. РФ №2309895, опубл. 10.11.2007, бюл.31), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий загрузку хлормагниевого сырья в многокамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи с переводом шестиводного кристаллогидрата в двухводный во второй камере и получением обезвоженного карналлита в третьей камере при одновременной обработке топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученными путем сжигания природного газа и воздуха с подачей хлора, загрузку твердой соли хлорида натрия во вторую камеру печи. Двухводный кристаллогидрат смешивают с твердой солью хлорида натрия во второй камере печи кипящего слоя с получением смеси обезвоженного карналлита и хлорида натрия при массовом содержании воды в смеси не более 15-20%, полученную смесь обезвоживают последовательно при температуре 180-190°С, затем при температуре 190-360°С. В первой и второй камерах под воздействием хлорида водорода производят обезвоживание и хлорирование сырья до содержания воды 0,2% и оксида магния до 0,2%. Это позволяет получить готовый к электролизу продукт без последующих стадий хлорирования, исключить стадию подсушки хлорида натрия и смешения с хлормагниевым сырьем.

Недостатком данного способа является то, что способ направлен на подготовку и обезвоживание в печи кипящего слоя хлормагниевого сырья, например карналлита. Стоимость карналлитового сырья в последнее время значительно возросла, что приводит к повышению себестоимости готового продукта - металлического магния (удельный расход обогащенного карналлита составляет 1,77 кг/кг). Кроме того, на обезвоживание карналлитового сырья тратится большое количество топлива (уд. расход природного газа составляет 0,134 кг/кг), что также увеличивает затраты на подготовку карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить расход хлормагниевого сырья на 15-20% и расход топлива на 15-20%. Для этого предлагается дополнительно с сырьем в печи кипящего слоя переработывать хлорид магния. При загрузке хлорида магния во вторую камеру печи происходит выделение тепла, за счет этого снижается расход топочных газов, подаваемых в печь кипящего слоя. За счет одновременного обезвоживания хлорида магния и хлормагниевого сырья исключается гидролиз, что позволяет получить продукт необходимого качества, пригодного для последующего электролитического разложения сырья.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевого сырья, включающий загрузку сырья в многокамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи с получением обезвоженного карналлита при одновременной обработке топочными газами, загрузку твердой соли хлорида металла во вторую камеру печи, новым является то, что в качестве твердой соли хлорида металла используют твердый хлорид магния, который загружают в кипящий слой второй камеры печи при массовом соотношении твердый хлорид магния к обезвоженному карналлиту, равном 1:(10-15), хлорид магния смешивают с обезвоженным карналлитом до массового содержания воды в смеси не более 20%.

Подача хлорида магния во вторую камеру печи кипящего слоя и получение в ней смеси обезвоженного карналлита и хлорида магния позволяет снизить расход топлива, подаваемого в печь кипящего слоя на обезвоживание сырья. Это объясняется тем, что при смешивании хлорида магния с хлормагниевым сырьем - карналлитом происходит выделение тепла. При этом загрузка твердого хлорида магния в первую камеру печи кипящего слоя приводит к увлажнению хлорида магния за счет влагообмена между частицами, что приведет к протеканию процесса гидролиза и к снижению качества готового продукта. Загрузка твердого хлорида магния в третью камеру печи кипящего слоя приведет к получению готового продукта неоднородного состава, так как времени для перемешивания сырья и хлорида магния в третьей камере недостаточно.

При содержании воды в смеси обезвоженного карналлита и твердого хлорида магния более 20 мас.% происходит ухудшение качества целевого продукта - обезвоженного карналлита за счет увеличения количества воды до 7-8 мас.%(норма не более 6%). Высокое содержание воды в целевом продукте приведет к увеличению затрат электроэнергии на последующей стадии обезвоживания - хлорировании.

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 подготовки хлормагниевого сырья, 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.

В качестве хлормагниевого сырья используется шестиводный карналлит с влажностью 37-39% ГОСТ 16109-70, который с помощью забрасывателя загружают в количестве 20,9 кг/час на газораспределительную решетку первой камеры трехкамерной печи кипящего слоя. Через газораспределительную решетку первой камеры подают в топку при температуре 350-520°С топочные газы - смесь продуктов сгорания природного газа и вторичного воздуха - в слой материала и осуществляют подогрев и сушку до температуры 120-140°С. Во второй камере шестиводный карналлит обезвоживается до двухводного за счет подачи топочных газов и хлора при температуре 520-580°С. Температуру слоя материала поддерживают 180-190°С. В третьей камере температуру в слое поддерживают 190-360°С, температуру топочных газов - 580-690°С. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его обезвоживание за счет тепла топочных газов. Во вторую камеру печи кипящего слоя через течку или трубу в кипящий слой карналлита загружают твердый и предварительно измельченный до крупности - 5 мм хлорид магния в количестве 1,24 т/час с получением в количестве 13,67 т/час готового продукта - смеси обезвоженного карналлита и хлорида магния при массовом соотношении 1:10 и при массовом содержании воды в смеси 18%. Полученную смесь обезвоживают последовательно при температуре 130-190°С, затем при температуре 190-360°С. При этом при обработке смеси при температуре 190-220°С получают обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5%, который направляют на дальнейшую стадию хлорирования. При обработке смеси при температуре 220-360°С получают обезвоженный карналлит следующего состава, мас.%: MgCl₂ 54,0, KCl 34,8, NaCl 6,4, Н₂O 3,5, MgO 1,3, который направляют на процесс окончательного обезвоживания в хлораторах и затем на процесс электролиза.

Таким образом, предложенный способ обезвоживания хлормагниевых солей позволяет снизить расход хлормагниевого сырья на 15-20% и расход топлива на 15-20%. При загрузке хлорида магния во вторую камеру печи происходит выделение тепла, за счет этого снижается расход топочных газов, подаваемых в печь кипящего слоя. За счет одновременного обезвоживания хлорида магния и хлормагниевого сырья исключается гидролиз, что позволяет получить продукт необходимого качества, пригодного для последующего электролитического разложения сырья.

1. Способ подготовки хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей, включающий загрузку сырья в многокамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи с получением обезвоженного карналлита при одновременной обработке топочными газами, загрузку твердой соли хлорида металла во вторую камеру печи, отличающийся тем, что в качестве твердой соли хлорида металла используют твердый хлорид магния, который загружают в кипящий слой второй камеры печи при массовом соотношении твердый хлорид магния к обезвоженному карналлиту, равном 1:(10-15).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорид магния смешивают с обезвоженным карналлитом до массового содержания воды в смеси не более 20%.