Способ получения магния из кремнийсодержащих отходов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам производства магния электролизом расплавленных солей. Предложен способ получения магния из кремнийсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и разделение их на фракции, выщелачивание солянокислым раствором с получением хлормагниевой суспензии, разделение раствора и осадка, очистку и концентрирование раствора, многостадийное обезвоживание раствора с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, новым в способе является то, что осадок после отделения раствора промывают от хлор-иона и сушат с получением кремнеземистого концентрата, очистку раствора осуществляют в две стадии: сначала до рН 3,5-4,0, затем до рН 10,0-11,0, после этого суспензию фильтруют с получением раствора хлорида магния и железо-никель-кобальтового концентрата. В качестве кремнийсодержащих отходов используют крупнозернистую посыпку, и/или грузпотоки, и/или щебень, образующиеся при получении асбестового волокна из серпентинита, обеспечивается снижение количества отходов, образующихся при получении магния из кремнийсодержащих отходов, упрощение процесса и получение из отходов новых товарных продуктов. 11 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к способам производства магния электролизом расплавленных солей.

Известен способ производства магния из оксидно-хлоридного сырья (пат. RU №2118406, опубл. БИ №24 27.08.98 г.), включающий выщелачивание магния из оксидного сырья с получением хлормагниевых растворов, их очистку и концентрирование, смешивание раствора или гидрата хлорида магния с безводным электролитом (с получением синтетического карналлита), обезвоживание смеси с использованием хлора, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, хлора, электролита, возврат хлора и электролита в процесс подготовки сырья, конверсию хлора с получением хлорида водорода.

Недостатками данного способа являются:

- большое количество неиспользуемых отходов, так из 1000 кг кремнеземистых асбестовых отходов извлечено 208,4 кг магния, что составляет ~21%, остальное количество отходов - кремнеземистый осадок, содержащий, в основном, соединения кремния, магния, железа, никеля, кобальта, алюминия и др. - не утилизируется, т.е. направляется в хранилище твердых отходов, что загрязняет окружающую среду;

- использование отходов полидисперсного состава при наличии в них асбестового волокна приводит к ухудшению качества получаемых растворов хлорида магния, что приводит к усложнению процесса очистки раствора хлорида магния, т.к. при фильтрации ткань забивается асбестовыми волокнами.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является технология производства магния из кремнийсодержащих отходов фирмы Magnola (R.W. Stanley, M.Beube, C.Celik, Y.Oosaka, J.Avedesian. Magnola process for magnesium production. 53^rd Annual International Magnesium Association Conference, June 2-4,1966, Ube, Japan, pp.58-64). Способ включает выщелачивание магния из оксидного сырья, содержащего кремний, например серпентинит (асбестовые отходы), соляной кислотой с получением хлормагниевых растворов, очистка и концентрирование раствора с получением гидратированного хлорида магния, смешение гидрата хлорида магния с безводным электролитом магниевых электролизеров, обезвоживание смеси с использованием хлорирующего агента с получением безводного плава солей, содержащих хлорид магния, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, анодного хлора и электролита, возврат анодного хлора и электролита в процесс подготовки сырья, конверсия хлора с получением хлорида водорода, направляемого в голову процесса.

Основными недостатками данного способа являются:

- большое количество неиспользуемых отходов, так из 1000 кг кремнеземистых асбестовых отходов извлечено 208,4 кг магния, что составляет ~ 21%, остальное количество отходов - кремнеземистый осадок, содержащий, в основном, соединения кремния, магния, железа, никеля, кобальта, алюминия и др. - не утилизируется, т.е. направляется в хранилище твердых отходов, что загрязняет окружающую среду;

- использование отходов полидисперсного состава при наличии в них асбестового волокна приводит к ухудшению качества получаемых растворов хлорида магния, что приводит к усложнению процесса очистки раствора хлорида магния, т.к. при фильтрации ткань забивается асбестовыми волокнами.

Технический результат заключается в снижении количества отходов, образующихся при получении магния из кремнийсодержащих отходов, упрощение процесса, получении из отходов новых товарных продуктов.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения магния из кремнийсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и разделение их на фракции, выщелачивание солянокислым раствором с получением хлормагниевой суспензии, разделение раствора и осадка, очистку и концентрирование раствора, многостадийное обезвоживание раствора с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, новым является то, что осадок после отделения раствора промывают от хлор-иона и сушат с получением кремнеземистого концентрата, очистку раствора осуществляют в две стадии: сначала до рН 3,5-4,0, затем до рН 10,0-11,0, после этого суспензию фильтруют с получением раствора хлорида магния и железо-никель-кобальтового концентрата.

Кроме того, в качестве кремнийсодержащих отходов используют крупнозернистую посыпку, и/или грузпотоки, и/или щебень, образующиеся при получении асбестового волокна из серпентинита.

Кроме того, в качестве кремнийсодержащих отходов используют отходы с содержанием асбестового волокна не более 1 мас.%. Кроме того, измельчение отходов осуществляют до фракции менее 3 мм. Кроме того, отходы выщелачивают при температуре 60-105°С при соотношении Ж:Т=(2,8-1,1):1 в течение 2-12 часов.

Кроме того, отходы выщелачивают при непрерывном перемешивании во взвешенном слое.

Кроме того, кремнеземистый концентрат сушат при температуре 100-280°С.

Кроме того, кремнеземистый концентрат подвергают магнитной сепарации.

Кроме того, на первой стадии раствор очищают бруситом.

Кроме того, на первой стадии раствор очищают магнезитом.

Кроме того, на второй стадии раствор очищают гидроксидом натрия.

Кроме того, на второй стадии раствор очищают гидросульфидом натрия.

Осуществление процесса производства магния из кремнийсодержащих отходов в заявляемых условиях обеспечивает практически полную переработку кремнийсодержащих отходов на товарные продукты, упрощает процесс их получения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет 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 производства магния из кремнийсодержащих отходов, 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 преобразования для достижения технического результата. Следовательно, заявленного изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

Для производства магния берут 7038,6 кг/час кремнеземистых отходов, содержащих, мас.%: МgО 38,0, SiO₂ 38,0, FeO 5,5, Fe₂O₃ 3,1, Н₂O 13,5, Са 1,0, Mn 0,07, Ni 0,27, Со 0,05, Al 0,26, Cr 0,17, Ti 0,08, которые измельчают (крупнозернистая посыпка фракции 0,8 мм) с содержанием асбестового волокна 0,3 мас.%. Процесс выщелачивания проводят 22976 кг/час соляной кислотой с концентрацией 26 мас.%. Выщелачивание проводят при температуре 90°С, при Ж:Т = 6:1 в течение 4 часов при непрерывном перемешивании суспензии. В результате выщелачивания и фильтрации получают кислый (1,0 мас.% HCl) раствор хлорида магния (23,9 мас.%) в количестве 7882,4 кг/час с содержанием твердых 4729,4 кг/час, в том числе оксид кремния 2674,7 кг/час, вода 3153,0 кг/час и хлор-иона 982 кг/час. По способу-прототипу остаток после выщелачивания 42000 тонн в год выводится из процесса и направляется на хранилище твердых отходов.

По заявляемому способу осадок после отделения раствора отмывают водой от хлор-иона и сушат при температуре 230°С, при этом получают кремнеземистый концентрат с содержанием оксида кремния 85-94 маc.%, остальное - вода и примеси магния, кальция, железа, марганца, никеля, кобальта, меди, алюминия и др. в количестве ~ 0,8 мас.%. Насыпной вес концентрата ~0,55 г/см³, удельная поверхность 50-350 м²/г, радиус пор 15-20 А, что позволяет использовать его в качестве сорбента. Проведение магнитной сепарации увеличивает содержание оксида кремния к концентрате на ~ 2%.

Хлормагниевый раствор направляют на двухступенчатую очистку, сначала до рН 3,5-4,0 магнезитом или бруситом, а затем до рН 10-11 гидросульфидом натрия или гидроксидом натрия. В результате получают 21458 кг/час очищенного раствора концентрацией хлорида магния 27,1% и нерастворимый остаток (железо-никель-кобальтовый концентрат) в количестве 3253,7 кг/час, содержащий, мас.%: железо 17,0, никель 0,5, кобальт 1,0.

Очищенный хлормагниевый раствор направляют на многостадийное обезвоживание с получением безводного хлормагниевого сырья (9497,8 кг/час безводного по 50% хлормагниевому сырью). Безводный хлорид магния подвергают электролизу с получением 1141,6 кг/час хлора и 4749,0 кг/час электролита. Электролит и хлор возвращают на стадию подготовки сырья.

Таким образом, предлагаемый способ получения магния из кремнийсодержащих отходов позволяет значительно снизить отходы производства и, тем самым, уменьшить загрязнение окружающей среды, позволит получать дополнительно товарного вида продукты, которые применяются для переработки в других отраслях.

Формула изобретения

1. Способ получения магния из кремнийсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и разделение их на фракции, выщелачивание солянокислым раствором с получением хлормагниевой суспензии, разделение раствора и осадка, очистку и концентрирование раствора, многостадийное обезвоживание раствора с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, отличающийся тем, что осадок после отделения раствора промывают от хлор-иона и сушат с получением кремнеземистого концентрата, очистку раствора осуществляют в две стадии: сначала до рН 3,5-4,0, затем до рН 10,0-11,0, после этого суспензию фильтруют с получением раствора хлорида магния и железоникелькобальтового концентрата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащих отходов используют крупнозернистую посыпку, и/или грузпотоки, и/или щебень, образующиеся при получении асбестового волокна из серпентинита.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащих отходов используют отходы с содержанием асбестового волокна не более 1 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение отходов осуществляют до фракции менее 3 мм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы выщелачивают при температуре 60-105°С при соотношении Ж:Т=(2,8-1,1):1 в течение 2-12 ч.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы выщелачивают при непрерывном перемешивании во взвешенном слое.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремнеземистый концентрат сушат при температуре 100-280°С.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремнеземистый концентрат подвергают магнитной сепарации.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии раствор очищают бруситом.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии раствор очищают магнезитом.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии раствор очищают гидроксидом натрия.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии раствор очищают гидросульфидом натрия.