Способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу

 

Изобретение относится к способам подготовки хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей. В предложенном способе, включающем его загрузку в многокамерную печь кипящего слоя, обработку обезвоживанием и хлорированием топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в природном газе, при последовательном передвижении хлормагниевого сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи и электролиз полученного безводного сырья, согласно изобретению, в печь загружают хлормагниевое сырье с содержанием воды 2-5% и обрабатывают его топочными газами, подаваемыми в камеры печи кипящего слоя, при температуре слоя в первой камере 300-315^oС, во второй камере - 330-350^oС, затем температуру слоя в третьей камере понижают до температуры 240-250^oС и загружают в слой твердый хлорид натрия, а на электролиз направляют полученное безводное сырье в виде солевой смеси. Обеспечивается повышение производительности, снижение расхода электроэнергии. 3 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 подготовки хлормагниевых солей (кн. С.Л.Стефанюк. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1985. - С. 58-58), включающий обезвоживание обогащенного карналлита в трехкамерной печи КС и противоточной подаче топочных газов - продуктов горения природного газа в воздухе при температуре газов в первой камере 400^oС, во второй камере - 410^oС, в третьей камере - 450^oС. Температуру слоя в каждой камере поддерживают соответственно 120-130^oС, до 180^oС, до 200^oС.

Недостатками данного способа подготовки сырья являются большие затраты на его очистку, что приводит к неоправданному расходу электроэнергии и трудозатрат.

Известен способ (авт. св. СССР 161493, опубл. БИ 7, 1964 г.) обезвоживания хлормагниевых солей, например карналлита, в многокамерных печах кипящего слоя с подачей хлора в топочные газы, причем хлор подают лишь в топки последних камер в количестве, необходимом для создания в топочных газах концентрации хлорида водорода в соотношении от 2:1 до 1:2 к концентрации водяных паров, причем температуру газов в последней камере поддерживают в пределах 250-270^oС. Обезвоженный карналлит получают с содержанием оксида магния 0,3%, воды - 0,2%. Данный способ позволят снизить расход хлора и упростить технологию обезвоживания.

Недостатком данного способа является то, что невозможно получить безводный карналлит указанного качества, т.к. в последнюю камеру поступает сырье с повышенным содержанием воды и оксида магния, а заданное количество хлора в последней камере не позволит полностью исключить гидролиз сырья.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей (патент RU 2131844, опубл. БИ 17, 1999 г.), включающий обезвоживание термообработкой хлормагниевых солей в четырехкамерном аппарате кипящего слоя непрерывного действия топочными газами, содержащими хлорид водорода, который подают во все камеры печи и получают путем сжигания анодного хлора в природном газе в топках печи КС. В первой камере печи КС поддерживают температуру в слое 130-150^oС, во второй камере поддерживают температуру в слое 180-195^oС, в третьей камере поддерживают температуру в слое 240-260^oС, в четвертой - 320^oС. Концентрация хлорида водорода в теплоносителе должна быть 5-6% объем. Данный способ позволяет получить обезвоженный карналлит с содержанием хлорида магния и воды менее 0,3%.

Недостатком данного способа обезвоживания хлормагниевых солей является то, что за счет дополнительной стадии обезвоживания в четвертой камере печи увеличиваются капитальные затраты на строительство и ремонт печи, снижается производительность печи.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей (патент 1591530), по количеству общих признаков взятый за ближайший аналог-прототип и включающий подачу карналлита в печь кипящего слоя, нагрев его до температуры 315^oС до удаления влаги с содержанием 0,5 мас.%, затем нагревают до температуры 350^oС с одновременной подачей в слой хлорида водорода. Процесс хлорирования заканчивают до содержания воды 0,2% при удельном расходе хлора 100-120 кг на тонну продукта. Данный способ позволяет снизить затраты на очистку отходящих газов от хлора и хлорида водорода, повысить безопасность производства за счет исключения стадии обезвоживания карналлита в расплавленном состоянии.

Недостатком данного способа-прототипа является то, что карналлит при повышенных температурах плавится, растет растворимость хлора в хлориде магния, что увеличивает процесс гидролиза, приводит к слипанию частичек карналлита в более крупные, сыпучесть продукта снижается, и это приводит к образованию крупных частиц, которые оседают в виде шлама, забивают решетку печи, нарушая создание псевдоожиженного слоя, что приводит к нарушениям технологического режима обезвоживания, к снижению производительности процесса. А это в конечном счете ведет к повышенному расходу электроэнергии, к снижению степени извлечения магния из сырья.

Задача изобретения направлена на устранение указанных недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении производительности обезвоживания, снижении расхода электроэнергии, в повышении извлечения магния из безводного сырья, в увеличении мощности электролизеров.

Данный технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, включающий его загрузку в многокамерную печь кипящего слоя, обработку обезвоживанием и хлорированием топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в природном газе, при последовательном передвижении хлормагниевого сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи и электролиз полученного безводного сырья, новым является то, что в печь загружают хлормагниевое сырье с содержанием воды 2-5% и обрабатывают его топочными газами, подаваемыми в камеры печи кипящего слоя, при температуре слоя в первой камере 300-315^oС, во второй камере - 330-350^oС, затем температуру слоя в третьей камере понижают до температуры 240-250^oС и загружают в слой твердый хлорид натрия, а на электролиз направляют полученное безводное сырье в виде солевой смеси.

Кроме того, снижение температуры слоя в третьей камере осуществляют путем снижения расхода топочных газов.

Кроме того, твердый хлорид натрия загружают из расчета содержания его в полученном безводном сырье 9-14 мас.%.

Кроме того, твердый хлорид натрия загружают из расчета 40-50 кг на тонну полученного безводного сырья.

Подача в многокамерную печь предварительно обезвоженных хлормагниевого с содержанием воды в нем 2-5% позволяет получить соль, содержащую минимальное количество вредных для электролиза примесей (хлор-иона, оксида магния и воды), что позволяет значительно снизить затраты на приготовление сырья к процессу электролиза.

Проведение процесса обезвоживания при подобранном диапазоне температур в атмосфере хлорида водорода позволяет исключить процесс гидролиза при обезвоживании при получении сырья улучшенного качества, что значительно повысит степень извлечения магния на 0,60%.

Подача в третью камеру печи хлорида натрия позволяет получить готовый к электролизу продукт, исключая стадию подсушки хлорида натрия и его смешивания с хлормагниевым сырьем.

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 аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе подготовки хлормагниевых солей к электролизу, 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.

Предварительно обезвоженное хлормагниевое сырье, например, двухводный карналлит с содержанием воды 2-5% (обезвоженный в печи КС) загружают с помощью забрасывателя на газораспределительную решетку первой камеры трехкамерной печи кипящего слоя во взвешенном состоянии при подаче через газораспределительную решетку смеси продуктов сгорания природного газа, хлора и вторичного воздуха в слой материала, приводя его в псевдоожиженное состояние. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его обезвоживание и хлорирование за счет тепла топочных газов. Процесс обезвоживания идет в три стадии: в первой камере температуру слоя материала поддерживают равной 300-330^oС, во второй камере - 330-350^oС, в третьей камере за счет снижения подачи топочных газов в печи температуру в слое уменьшают до 240-360^oС. В первой и второй камерах под воздействием хлорида водорода происходит обезвоживание и хлорирование сырья до содержания воды 0,2%, реакция гидролиза смещается влево, снижая содержание оксида магния в сырье до 0,2%. В третьей камере обезвоженный карналлит охлаждают до температуры 240-250^oС, температуры, необходимой для подсушки хлорида натрия, за счет снижения подачи топочных газов в камеру. Для получения готового для электролиза продукта, в третью камеру подают твердый хлорид натрия в количестве 40-50 кг на тонну готового продукта. В каждой камере установлены топки. Природный газ по ГОСТ 5542-87, воздух сжатый ТУ 05785388-009, анодный хлор-газ, полученный в процессе электролиза хлормагниевого сырья, подают в топки. Полученную смесь безводного карналлита и хлорида натрия подают в электролизеры.

Таким образом, предложенный способ позволит повысить степень извлечения магния из сырья на 0,60%, снизить расход электроэнергии на ~3000 кВт•ч на тонну магния, увеличить мощность электролизеров на 18,0%.

Формула изобретения

1. Способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, включающий его загрузку в многокамерную печь кипящего слоя, обработку обезвоживанием и хлорированием топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в природном газе, при последовательном передвижении хлормагниевого сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи и электролиз полученного безводного сырья, отличающийся тем, что в печь загружают хлормагниевое сырье с содержанием воды 2-5% и обрабатывают его топочными газами, подаваемыми в камеры печи кипящего слоя, при температуре слоя в первой камере 300-315°С, во второй камере - 330-350°С, затем температуру слоя в третьей камере понижают до 240-250°С и загружают в слой твердый хлорид натрия, а на электролиз направляют полученное безводное сырье в виде солевой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижение температуры слоя в третьей камере осуществляют путем снижения расхода топочных газов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый хлорид натрия загружают из расчета содержания его в полученном безводном сырье 9-14 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый хлорид натрия загружают из расчета 40-50 кг на 1 т полученного безводного сырья.