Способ обезвоживания хлормагниевого сырья

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к подготовке хлормагниевого сырья для электролиза магния. Способ включает обезвоживание хлормагниевого сырья на первой стадии в камерах печи кипящего слоя путем подачи топочных газов в слой сырья, охлаждение газораспределительной решетки печи, подачу хлормагниевого сырья на вторую стадию обезвоживания в хлораторе, удаление отходящих газов и улавливание пыли в циклонах. Отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают на охлаждение газораспределительной решетки, а нагретые при этом отходящие газы смешивают с топочными газами и полученную смесь подают в кипящий слой всех камер печи. Изобретение позволяет снизить затраты на обезвреживание и утилизацию отходящих газов и предотвратить загрязнение окружающей среды. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению магния из хлормагниевого сырья, в частности к подготовке хлормагниевого сырья для электролиза магния путем его обезвоживания.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья, например карналлита ((см. кн. М.А.Эйдензон. - Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1974. - стр.34-52, 148-151), включающий первоначальное обезвоживание, сначала в печи, кипящего слоя путем подачи топочных газов в слой сырья. Обезвоженный карналлит содержит около 2,5-3,5% воды и 2% оксида магния. Отходящие газы вместе с пылью направляют в циклоны. А обезвоженный карналлит подают на вторую стадию обезвоживания в хлоратор, где сначала сырье плавят, затем хлорируют с получением безводного карналлита, который затем отстаивают в миксере, отделяют от шлама и направляют в расплавленном виде в электролизер для получения магния и хлора. Отходящие газы из хлоратора направляют по трубопроводу на систему газоочистки, которая состоит из скрубберов с каплеуловителями, напорных баков, циркуляционных насосов для циркуляции в них известкового молока. В результате получают гипохлоритную пульпу, которую дополнительно разлагают реагентами и направляют в кислотную канализацию.

Недостатками данного способа являются большие затраты на очистку отходящих газов и на нейтрализацию сточных вод.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья (патент РФ №2260562, опубл. 20.09.2004), включающий последовательное обезвоживание хлормагниевого сырья в многокамерных печах кипящего слоя топочными газами, получаемыми при сжигании смеси природного газа, воздуха в выносной топке печи и подаваемых через уголковый колпачок в слой, подачу воздуха в полость уголкового колпачка и в кессон газораспределительной решетки для их охлаждения, улавливание пыли и отходящих газов в циклонах.

Недостатком данного способа является то, что на охлаждение газораспределительной решетки в кессон и в уголковый колпачок подают воздух, а отходящие газы второй стадии поступают на дальнейную переработку на газоочистные сооружения, что приводит к высоким материальным затратам на очистку отходящих газов, а именно затратам на газоочистное оборудование в виде скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, химического реагента - известкового молока. Кроме того, после обработки известковым молоком образуется большое количество отходов - гипохлоритных пульп, которые после нейтрализации поступают в кислую канализацию и на очистные сооружения, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей, например карналлита (см. кн. П.А.Донских. - Обезвоживание и электролиз карналлита. - г.Соликамск, Соликамская типография, 1999, - стр.38-48), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий первоначальное обезвоживание сначала в печи кипящего слоя путем подачи топочных газов в слой сырья, охлаждение газораспределительной решетки воздухом. Получают обезвоженный карналлит с содержанием около 5,0% воды и около 2% оксида магния. Отходящие газы вместе с пылью направляют в циклоны. Затем обезвоженный карналлит подают на вторую стадию обезвоживания в хлоратор, где сначала сырье плавят, затем хлорируют с получением безводного карналлита, который затем отстаивают в миксере, отделяют от шлама и направляют в расплавленном виде в электролизер для получения магния и хлора. Получают безводный карналлит с содержанием оксида магния 0,2-0,8%. Отходящие газы из хлоратора с содержанием хлорида водорода до 2,0 г/нм³ и хлора до 2,5 г/нм³ направляют по трубопроводу в систему газоочистки, которая состоит из скрубберов с каплеуловителями, напорных баков, насосов для циркуляции в них известкового молока. В результате получают гипохлоритную пульпу, которую дополнительно разлагают реагентами и направляют в кислотную канализацию.

Недостатком данного способа является высокие материальные затраты на очистку отходящих газов, а именно затраты на газоочистное оборудование в виде скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, химического реагента - известкового молока. Кроме того, после обработки известковым молоком образуется большое количество отходов - гипохлоритных пульп, которые после нейтрализации поступают в кислую канализацию и на очистные сооружения, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет изменения схемы подачи отходящих газов второй стадии обезвоживания снизить материальные затраты на газоочистку за счет исключения скрубберов, баков, насосов, и каплеуловителей, затраты на обезвреживание и утилизацию отходящих газов, затраты на химический реагент - воду или известковое молоко, затраты на утилизацию кислых стоков, снижение количества стоков, направляемых в кислую канализацию и на очистные сооружения, что позволит предотвратить загрязнение окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевого сырья, включающий его обезвоживание на первой стадии в камерах печи кипящего слоя путем подачи топочных газов в слой сырья, охлаждение газораспределительной решетки печи, подачу хлормагниевого сырья на вторую стадию обезвоживания в хлораторе, удаление отходящих газов и улавливание пыли в циклонах, новым является то, что отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают на охлаждение газораспределительной решетки, нагретые при этом отходящие газы смешивают с топочными газами, и полученную смесь подают в кипящий слой всех камер печи.

Кроме того, соотношение топочных газов к нагретым отходящим газам составляет (2,5-3,5):1.

Кроме того, отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают в кессон на охлаждение газораспределительной решетки.

Кроме того, отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают на охлаждение уголков газораспределительной решетки.

Кроме того, отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, содержат не более 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода.

При подаче отходящих газов второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья на охлаждение подины или уголкового колпачка газораспределительной решетки позволит снизить материальные затраты на газоочистку за счет исключения скрубберов, баков, насосов, и каплеуловителей, снизить затраты на обезвреживание и утилизацию отходящих газов, затраты на известковое молоко, затраты на утилизацию кислых стоков, снизить количество стоков, направляемых в кислую канализацию и на очистные сооружения, что позволит предотвратить загрязнение окружающей среды.

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 обезвоживания 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. В результате поиска не было обнаружено новых источников и заявленные объекты 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 критерию «изобретательский уровень»

Примеры осуществления способа

Пример 1

В качестве хлормагниевого сырья использован обогащенный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 31,8; Н₂О - 38,4, KCl - 25,6, NaCl - 4,2 (обогащенный карналлит по ТУ 1714-0622-00209527-94), который загружают на первую стадию обезвоживания с помощью забрасывателя через патрубок подачи сырья на газораспределительную решетку печи кипящего слоя. Печь кипящего слоя разделена перегородками с переточными окнами на камеры. В каждой камере установлены топки, куда подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в общем количестве 1646 нм³/час и вентиляторный воздух в количестве 104824 нм³/час на сжигание природного газа, общее количество топочных газов -106470 нм³/час. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его постепенное обезвоживание за счет тепла топочных газов. Процесс обезвоживания идет последовательно: в первой камере происходит удаление гигроскопичной влаги и нагревание материала при температуре 120-150°С, во второй камере при температуре 130-240°С шестиводный карналлит обезвоживается до двухводного, а в третьей камере при температуре 190-350°С двухводный карналлит обезвоживается до содержания воды 2-5%. Газораспределительную решетку охлаждают, поддерживая температуру поверхности газораспределительной решетки не более 120-150°С, в третьей камере - не более 300°С. Для охлаждения используют кессон газораспределительной решетки. Для предотвращения спекания обезвоживаемого материала в кессон газораспределительной решетки по трубопроводу из хлораторов второй стадии обезвоживания карналлита подают отходящие газы при температуре до 80°С в количестве 35000 нм³/час, затем нагретые отходящие газы с температурой более 100°С направляют в подрешеточное пространство каждой камеры печи и смешивают с топочными газами в объемном соотношении 1:3. Полученную смесь газов подают в кипящий слой всех камер печи. Готовый продукт - обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5%, оксида магния - 1,5-2%, поступает на вторую стадию обезвоживания - в хлоратор, где обезвоженный карналлит плавят, в расплавленном состоянии обрабатывают хлором, отстаивают и получают безводный карналлит состава, мас.%: 50 MgCl₂, 39 KCl, 10,2 NaCl, 0,8 MgO, пригодный для процесса электролиза (см. кн. Электролитическое получение магния. - Щеголев В.И., Лебедев О.А. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2002, - стр.84, рис.29). А отходящие газы, образующиеся в хлораторах второй стадии обезвоживания и содержащие не более 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода, направляют на первую стадию обезвоживания в печь кипящего слоя для охлаждения газораспределительной решетки.

Пример 2

То же, что и в примере 1, но отходящие газы из хлораторов второй стадии обезвоживания карналлита подают на охлаждение уголковых колпачков газораспределительной решетки в количестве 35000 нм³/час, затем отходящие газы, нагретые до температуры более 100°С, направляют в сборный коллектор. Из коллектора отходящие газы направляют в подрешеточное пространство каждой камеры печи и смешивают с топочными газами в соотношении 1:3. Готовый продукт - обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5%, оксида магния - 1,5-2%, поступает в хлоратор на вторую стадию обезвоживания, где обезвоженный карналлит обезвоживают до содержания воды 0,8% и оксида магния 0,6-0,8% и направляют на процесс электролитического получения магния. А отходящие газы, содержащие не более 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода, возвращают на охлаждение уголковых колпачков газораспределительной решетки печи кипящего слоя.

Таким образом, предложенный способ для обезвоживания хлормагниевого сырья позволяет за счет изменения схемы подачи отходящих газов второй стадии обезвоживания снизить материальные затраты на газоочистку за счет исключения скрубберов, баков, насосов и каплеуловителей, затраты на обезвреживание и утилизацию отходящих газов, затраты на химический реагент - воду или известковое молоко, затраты на утилизацию кислых стоков, снижение количества стоков, направляемых в кислую канализацию и на очистные сооружения, что позволит предотвратить загрязнение окружающей среды.

1. Способ обезвоживания хлормагниевого сырья, включающий его обезвоживание на первой стадии в камерах печи кипящего слоя путем подачи топочных газов в слой сырья, охлаждение газораспределительной решетки печи, подачу хлормагниевого сырья на вторую стадию обезвоживания в хлораторе, удаление отходящих газов и улавливание пыли в циклонах, отличающийся тем, что отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают на охлаждение газораспределительной решетки, нагретые при этом отходящие газы смешивают с топочными газами и полученную смесь подают в кипящий слой всех камер печи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение топочных газов к нагретым отходящим газам составляет (2,5-3,5):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают в кессон на охлаждение газораспределительной решетки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, подают на охлаждение уголков газораспределительной решетки.

5.Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы, полученные в хлораторах второй стадии обезвоживания хлормагниевого сырья, содержат не более 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода.