Хлоратор для получения безводного расплавленного карналлита

 

Союз Соаетскик

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15. 12. 78 (21) 2696026/22-02 (5 ) M. KJI

F 27 В 19/00

С 25 С 3/04

С 01 В 9/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР

Ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.1 180, бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 171180 (53) УДК 6 21. 365. . 413: 669 721. .372:661.42 (OS8.8) В. А. Рудаков, A Б. Иванов, A. Б. Кондратенко, Г. П. Христюк, В. И. Щеголев, В. Г. Овчаренко, A. Т. Поданенко, H. A. Франтасьев, К. Д. Мужжавлев, A. И. Вицких, С. П. Косарев и И. Г. Андреева (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) ХЛОРАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО

РАСПЛАВЛЕННОГО KAPHAJIJIHTA

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к усовершенствованию конструкции аппаратов для получения безводных расплавов, питающих электролизеры при электролитическом производстве магния.

Известны конструкции решеточных хлораторов для получения безводного расплава из предварительно обезво-, женного твердого карналлита.

Хлоратор состоит нз гидравлически последовательно соединенных плавиль-. ника, двух камер хлорирования и отстойника-накопителя готового расплава, смонтированных в общем кожухе. В каждой камере хлорирования расположены газораспределительные решетки, вы-полненные из шамотовых плит. В нижней части установлены фурмы для подачи хлора в каждую камеру. Камеры хлорирования отделены одна от другой вер тикальной перегородкой с переточным каналом у подины. Объемы первой и второй камер хлорирования одинаковы 1 1. звестные хлораторы обладают рядом существенных недостатков, основным нэ которых является малый срок службы гаэораспределнтельных решеток. Решетки в ходе эксплуатации разрушаются, что приводит к ухудшению качества готового расплава, увеличению потерь хлора и сырья, снижение производительности хлоратора и его срока службы.

Известен также хлоратор, осо бенностью которого является совме щение плавильника с верхней частью камеры хлорирования j2).

Этот хлоратор не ашел применения в промышленной практике вследствие трудности изготовления гаэораспределительной .решетки и малого срока ее службы. Кроме того, затрудня15 ется поддержание разных температур в зонах плавления и хлорирования, наблюдаются большие утечки тока и течи расплава через футеровку в местах ввода электродов.

20 Эти недостатки частично устранены в хлораторе, содаржащем гидравлически последовательно соединенные по ходу расплава плавильник, разделенные . вертикальной перегородкой первую и

25 вторую камеры хлорирования с фурмами для подачи хлора отдельно в каждую камеру и отстойник-накопи .ель.

Особенность хлоратог; состоит в том, что площадь горизо тального се30 чения камеры хлорирования на уровне

779787 внода хлора составляет менее 1/3 площади горизонтального сечения камеры хлорирования на уровне перелива расллана, причем газораспределительные решетки не предусмотрены. В реэульта те исключается осаждение твердой окиЙи магния на подине камеры хлорирования и обеспечивается такое же или лучшее использование хлора (при требуемой степени хлорирования окиси магния), как и в известных решеточных хлораторах (3 1.

60

Однако в известном хлораторе отношение объемов камер хлорирования (равное единице) резко отличается от оптимального, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей про, цесса хлорирования. Неоптимальйость указанного отношения связана с тем, что первая и вторая камеры хлорирования работают при одинаковых расходах хлора, но их роль в процессе различна. Первая камера предназначена для хлорирования воды и предварительного хлорирования окиси магния при повы- шенном содержании MgO в расплаве, вторая камера - для дополнительного 25 хлорирования окиси магния при более низком содержании MgO в расплане.

Содержание MgO н расплаве первой камеры хлорирования составляет 1,3

1,7Ъ, крупность частиц оснонной мас- З0 сы окиси магния составляет 5-10 мкм, содержание Н О в расплаве достигает

0,1%. При этом скорость хлорирования окиси магния относительно слабо зависит от общей поверхности твер- З5 дых частиц окиси магния и углеродистого восстановителя, а определяется, в основном, мгновенной суммарной поверхностью хлорирующей газовой фазы в расплаве. Однако при существующем объеме первой камеры в ней возни-, кает. интенсивная циркуляция расплава (образуются восходящий поток расплаsa над фурмой и нисходящий поток у межкамерной перегородки). При этом восходящий поток расплава способст- 45 вует снижению времени пребывания газа в расплане и уменьшению поверхности газовой фазы, в результате уменьшается скорость хлорирования окиси магния и увеличиваются потери хлора. 50

Существенно снизить потоки циркулирующего расплава можно, уменьшив ширину камеры и унеличив число установленных н ней фурм таким образом, чтобы большая часть горизонтального сечения камеры. при подаче хлора оказалась перекрытой восходящим гаэожидкостнйм потоком, в этом случае при неизменных расходе хлора и рабочей высоте камеры поверхность газовой фазы может быть увеличена на

30-50В и, соответственно, интенсифйцйровайо хлорирование окиси маг- ния.

Содержание MgO a расплаве второй камеры при ее эффективном испольэо- 65 вании должно быть 0,7-0,8%, причем крупность частиц основной массы окиси магния составляет 15-25 мкм, а содержание Н О не превышает 0,05%.

В этом случае скорость хлорирования окиси магния определяется в первую очередь общей поверхностью тнердых частиц окиси магния и углерода и в значительно меньшей степени зависит от поверхности газа в расплаве ° Однако при заданных величинах содержания и крупности окиси магния и углерода в расплаве второй камеры общая поверхность твердых частиц пропорциональна рабочему объему этой камеры, а этот объем в известном хлпраторе недостаточен для того, чтобы обеспечить общую поверхность твердых частиц и скорость процесса, необходимые для хлорирования окиси магния до 0,7-0,83 MgO в расплаве, Поэтому содержание Mg0 в расплаве второй камеры хлорирования составляет 0,9-1,1%.

Вследствие того, что объем второй камеры хлорирования равен объему в первой камеры хлориронания, известный хлоратор характеризуется повышенными потерями сырья и хлора, невысоким качеством продукта (безводного расплавленного карналлита), пониженной производительностью.

Цель изобретения †оптимизация услоний хлориронания, снижение потерь сырья и хлора, улучшение качества продукта и повышение производительн сти хлоратора.

Цель достигается тем, что в хлораторе для получения безводного расплавленного карналлита из предварительно обезноженного твердого карналлита, включающем гидравлически последовательно соединенные плавильник и разДеленные вертикальной перегородкой первую и вторую камеры хлорирования с фурмами для подачи хлора отдельно в каждую камеру, и отстойник-накопитель, отношение объема нторой Камеры хлорирования к объему первой камеры хлорирования составляет 1,5-5,0.

При этом целесообразно, чтобы отношение числа фурм для подачи хлора н первую камеру хлорирования к числу фурм для подачи хлора во вторую камеру хлорирования составляло 1,5-3,0.

На фиг. 1 представлен хлоратор в плане, на фиг. 2 - то же, продольный разрез.

Хлоратор имеет плавильник 1, первую камеру 2 хлорирования, вторую камеру 3 хлорирования и отстойник-накопитель 4 готового расплава, последователъно соединенные переточными каналами 5, б, 7. У подины камер 2, 3 через вертикальные стенки хлоратора введены фурмы 8 для подачи хлора (две фурмы - в камеру 2 и одна фурма — н камеру 3). Между камерами 2 и

3 установлена вертикальная перегород779787

ka 9. Камера 3 э своей нижней части

1эыполнена сужающейся сверху вниз к фурме 8, что исключает накопление шлама на нодине. Для обогрева плавильника 1 и камер 2, 3 хлорирования, в них введены сверху электроды 10, 11, которыми в расплав подводится переменный ток. Отношение объема камеры 3 к объему камеры 2 равно трем.

Под объемом камеры подразумевается объем, занятый расплавом и содержащимся в расплаве газом, иными словами, рабочий объем камеры..

Отстойник-накопитель 4 снабжен сливным устройством-леткой 12. На верхнем перекрытии 13 имеются пат- рубки 14 для удаления отходящих газов.

Хлоратор работает следующим образом.

В плавильник 1 непрерывно загружают обезвоженный карналлит, подводя в расплав переменный ток электродами 10. Температуру в плавильнике поддерживают в пределах 470-510 С.

В камеры 2, 3 через фурмы 8 непрерывно подают хлор в количестве, на

10% превышающем теоретически необходимое для полного хлорирования окиси магния и воды, поступающей с расплавом из плавильника. Расход хлора по-. ровну распределяют между камерами 2 и 3. Камеры 2, 3 обогревают переменным током, подводимым электродами 11.

Расплав, содержащий, эес.%: MgC1 45, КС1 41, NaC1 11, MgO 2,2, Н О 0,5 по каналу 5 поступает в первую камеру 2 хлорирования, где содержание MgO в расплаве снижается до 1,4%, а содержание Н О вЂ” до 0,08%. Из камеры 2 расплав по каналу б перетекает во вторую камеру 3 хлорирования, где содержание MgO в расплаве .снижается до

0,7%, а содержание Н О вЂ” до 0,03%.

Сечение канала б выбйрают таким, чтобы этот канал работал в режиме полного вытеснения, для чего скорость направленного потока расплава в нем должна быть не менее 10 см/с, а ближайшая фурма 8 в камере 2 удалена от входа э канал на расстояние не менее

1 м. Температуру расплава в камере 2. поддерживают в пределах 760-770 С, в камере 3 — в пределах 770-800 С. Иэ камеры 3 по каналу 7 расплав поступает в отстойник-накопитель 4, где расплав отстаивают до 0,2% MgO в готовом продукте. Готовый расплав периодически сливают в специальные ковши для его транспортировки. Одновременно в отстойнике-накопите ле 4 образуется шлам, который периодически сливают через летки 12 в кристаллизаторы. Конструкция летки

12 обеспечивает раздельный слив с двух уровней, что исключает загрязнение расплава шламом. Отходящие газы отводят через патрубки 14.

Газосодержание расплава э камере составляет около 20%, э камере 3 около 5%, поэтому уровень расплава в камере 2 на 0,5 м выше, чем в камере 3. Поскольку подина камеры 3 расположена ниже подины камеры 2 примерно на ту же величину, то глубина расплава в обеих камерах хлорирования практически одинакова, составляя 34 м.

Ф

При тех же, что и в известном, величинах суммарного объема и глубины камер хлорирования и управляемых параметров (скорость загрузки твердого карналлита, т/ч; расход хлора, нм >/ч; температура), предложенный хлоратор в описанном конкретном примере исполнения позволяет В первой камере уве-!

5 личить общую поверхность хлорирующей газовой фазы на 25-30%, а во второй камере — общую поверхность твердых частиц окиси магния на 8-10% и углеродистого восстановителя на 30-40% йо з0 сравнению с известным, для которого объем первой камеры хлорирования ра-. вен объему второй камеры. В результате использование хлора увеличивается на 5-7%, выход хлористого магния в готовый расплав возрастает на 1,01,5% и, соответственно, повышается производительность хлоратора по хлористому магнию.

Готовый расплав из отстойника-на30 копителя содержит 0,2-0,3% MgO (0,40,5% для известного), это позволяет повысить выход по току при электролизе на 2-3% и уменьшить шламообраэо-. вание в электролизерах.

35 Предпочтительно иметь отношение объема второй камеры хлорирования к объему первой камеры хлорирования, заключенное в пределах 2-4. уменьшение этого отношения ниже 1,5 приводит к существенному проявлению недостатка, характерного для известного (неоптимального распределения межфазных реакционных поверхностей по камерам хлорирования). При увеличении отношения выше .5,0 затрудняется размещение

45 электродов в. первой камере хлорирования, кроме того, разность уровней расплава в камерах становится более

1,5 м и выполнение камеры хлорирования в общем кожухе затрудняется.

Поскольку первая камера хлорирования в важнейших случаях реализации имеет в плане узкую вытянутую форму и характеризуется высокой газодинамической напряженностью, особое внимание должно быть уделено равномерности подачи газового потока по горизонтальному сечению первой камеры.

Поэтому рекомендуемое отношение числа фурм для подачи хлора в первую ка60 меру хлорирования к числу фурм для подачи хлора во вторую камеру составлят 1,5-3,0 (например, три фурмы для ервой и две для второй камеры, две гри фурмы для первой и одна для это65 poA). Выход за указанные пределы приводит либо к неравномерному распределению газового потока по горизонтальному сечению первой камеры, либо к нецелесообразному черезмерному уве.личению числа фурм. Распределение газа в первой камере будет еще более равномерным, если установить в ней ,горизонтальную решетку иэ шамота, срок службы которой будет в данном случае год и более, благодаря небольшой ширине камеры.

° В предложенном хлораторе по сравнению с известным, имеющим ту же стоимость, удельный расход обезвоженного карналлита (на 1 т хлористого магния в готовом расплаве) ниже на 20 кг/т NgCl, удельный расход хлора ниже на 2 кг/т HgC1, удельные потери свободного хлора с отходящими газами меньше на 7 кг/т HgCl, готовый расплав имеет более высокое качество по содержанию окиси магния.

Производительность хлоратора выше на

1Ъ.

Формула изобретения

1. Хлоратор для получения безводного расплавленного карналлита, включающий гидравлически последова779787 тельно соединенные по ходу расплава плавильник, разделенные вертикальной перегородкой первую и вторую камеры хлорирования с фурмами для подачи хлора отдельно в каждую камеру и отстойник-накопитель, о т л и ч ю шийся тем, что, с целью оптимизации условий хлорирования, снижения потерь сырья и хлора, улучшения качества продукта и повышения производительности хлоратора, отношение

I0 объема второй камеры хлорирования к объему первой камеры хлорирования составляет 1,5-5,0.

2. Хлоратор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что отношение числа фурм для подачи хлора в первую камеру хлорирования к числу фурм для подачи хлора во вторую камеру хлорирования составляет 1,5-3,0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Локшин Р. Г. и др. Механизация и автоматизация производства магния электролитическим способом. М., "Цветметинформации", 1968, с. 63-64.

2. Авторское свидетельство СССР

9 190027, кл. С 25 С 3/04, 1964.

3. Авторское свидетельство СССР

9 535768 кл. С 01 В 9/02, 1971.

A-А

10 Составитель Г. Титова

Ре акто Н.-Кешеля Тех ед Т.Маточка Ко ректор " швыдкая — 2

Заказ 8007/55 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 34ocxsa, а-35, Рауиаяая ааб,, а. 4 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4