СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСИ МАГНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C01F5/10 C01F5/34 

Способ относится к технике получения окиси магния термическим способом.

Широко известны способы получения окиси магния термогидролизом путем распыления концентрированного раствора хлористого магния в потоке горячего газа в распылительном либо фонтанирующем слое - см. М.Е. Позин. Технология минеральных солей, т.1. М.: Химия, 1970. С.299-301. Образующиеся окись магния и хлористый водород выносятся газово-паровой фазой и улавливаются в системе газоочистки.

Из-за малого времени пребывания материала в реакторе, а также из-за вторичного взаимодействия хлористого водорода в присутствии воды с окисью магния и охлаждения материала ниже 500^oС в продукте присутствуют Mg(OH)Cl и твердые растворы MgCl₂ в Mg(OH)Cl, загрязняющие окись магния. Процесс сложен в исполнении, так как требуется выводить окись магния и хлористый водород из большого объема парогазовой фазы.

Известны способы получения окиси магния высокой чистоты из магнийсодержащих материалов - см. патент ФРГ 2915129. кл. С 01 F 5/06, опубл. 25.03.62, 12 и заявку ФРГ 2652352, кл. С 01 F 5/10, опубл. 08.02.79, 6. По известным способам природный магнезит растворяют в соляной кислоте, из раствора выделяют осаждением примеси (гидроокиси металлов, сульфат кальция), а затем раствор подвергают распылительному обжигу.

Процесс также сложен в исполнении, так как необходимо выделять окись магния и хлористый водород из большого объема парогазовой фазы, что создает существенные трудности для улавливания материала и получения концентрированной соляной кислоты, используемой вновь для разложения магнезитов.

Известен способ обезвоживания растворов хлористого магния с получением продукта, содержащего окись магния - прототип, см. патент РФ 2117630, кл. С 01 F 5/34, опубл. 20.08.98, 23.

Способ включает обезвоживание растворов в однокамерном аппарате кипящего слоя путем распыления раствора в слое через пневматический форсунки при скорости газов в слое 1,5-3,5 м/с, при этом степенью распыла регулируют гранулометрический состав обезвоженного продукта.

По известному способу получают хлористый магний 57,9-71%, содержащий окись магния 0,5-2,5%, соответственно.

Проведенные нами исследования показали, что повышая температуру в слое, можно существенно повысить степень гидролиза хлористого магния, однако образующиеся при этом окись магния либо гидроксихлориды магния практически полностью выносятся из зоны реакции и их выделение из газовой фазы в циклонах затруднено, а низкое содержание хлористого водорода в газовой фазе препятствует дальнейшему использованию соляной кислоты, направленной для разложения магнезита, либо получения концентрированных растворов хлористого кальция.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса за счет сокращения объема парогазовой фазы, содержащей хлористый водород и окись магния, при термогидролизе хлористого магния.

Положительный эффект достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего обезвоживание и термогидролиз раствора хлористого магния в потоке горячего газа, по предлагаемому способу обезвоживание растворов хлористого магния ведут в однокамерном аппарате кипящего слоя путем распыления раствора через пневматические форсунки при скорости газов в слое 1,5-3,5 м/с, при этом степенью распыла регулируют гранулометрический состав обезвоженного хлористого магния, последний подвергают термогидролизу во вращающемся барабане с подачей топочных газов противотоком к движению обезвоженного хлористого магния.

Сущность способа состоит в следующем.

Благодаря двухстадийному гидролизу растворов хлористого магния сначала в малой степени в аппарате кипящего слоя с получением твердого подвижного хлористого магния, содержащего до 70% MgCl₂ и ~2 моля воды, а затем во вращающемся барабане с противоточным движением топочных газов, достигается полное термическое разложение MgCl₂ с получением MgO. Если в процессе используется раствор хлористого магния, очищенный от примесей СаСl₂, нерастворимых и хлоридов щелочных металлов, то при осуществлении предлагаемого способа образуется окись магния с содержанием основного вещества > 99%.

Эксперименты показали, что если загрузка барабана обезвоженным гидролизированным твердым хлористым магнием осуществлялась при температуре отходящих газов, близкой к температуре материала, выгружаемого из надрешетного пространства аппарата кипящего слоя (оптимальной является температура газов на 20-40^oС выше температуры в кипящем слое), то в барабане образуется плотная завеса из гидролизуемого материала без налипания продукта на стенки барабана, что благоприятно сказывается на равномерности глубокого обезвоживания хлористого магния и его гидролиза без образования спеков.

В отличие от известных способов термогидролиза на первой стадии проходит основное удаление воды из раствора при значительных объемах парогазовой фазы, очистка которой из-за незначительного содержания в ней НСl не представляет затруднений.

На второй стадии парогазовые потоки резко сокращаются, вынос продукта в циклоны не превышает 10%, а высокая концентрация НСl в отходящих газах позволяет получать концентрированные растворы соляной кислоты или, при нейтрализации последней известью, хлористого кальция. При этом температура отходящих газов из барабана, как правило, не превышает 200^oС, что позволяет использовать стандартные системы пылегазоочистки. Материал из циклонов добавляется к хлористому магнию, обезвоженному на первой стадии.

Парогазовую фазу со второй стадии термообработки продукта очищают от пыли в системе сухой и мокрой газоочистки, после чего выделяющийся хлористый водород улавливают оборотными охлажденными промывными водами с получением соляной кислоты известным способом, либо нейтрализуют известняком или известковым молоком с получением раствора хлористого кальция.

Упрощение способа достигается тем, что гидролиз на первой стадии из-за низкой температуры термической обработки растворов хлористого магния (130-180^oС) составляет 3-8%, что позволяет очищать значительные объемы парогазовой смеси из аппарата КС стандартным способом очистки, при этом образуется сыпучий гранулированный, частично гидролизованный продукт.

На второй стадии объем парогазовой смеси резко снижается, а постепенный подъем температуры материала по мере его продвижения в барабане обеспечивает его равномерный термогидролиз без оплавления материала и его налипания на стенки аппарата. Низкая температура отходящих газов из барабана (150-230^oС) и высокое содержание в них соляной кислоты позволяют использовать стандартные системы газоочистки (циклоны, трубу Вентури, пенный скрубер) с получением соляной кислоты или растворов хлористого кальция при нейтрализации последних известью с концентрацией СаСl₂ в растворе до 20%.

По предлагаемому способу циклонную пыль (смесь окиси магния, оксихлоридов) подмешивают к продукту с первой ступени и подают обратно в барабан, что позволяет исключить операцию переработки мелкодисперсного оксихлорида магния и повысить подвижность материала в барабане. Способ позволяет получать одновременно обезвоженный хлористый магний и окись магния.

Способ осуществляется следующим образом.

Растворы хлористого магния обезвоживают в однокамерном аппарате кипящего слоя путем распыления раствора в слое через пневматические форсунки при скорости газов в слое 1,5-3,5 м/с и температуре 130-140^oС, при этом степенью распыла регулируют гранулометрический состав обезвоженного продукта. Весь обезвоженный продукт или его часть при необходимости производства обезвоженного хлористого магния подают во вращающийся барабан с подачей топочных газов с температурой до 1100^oС противотоком к движению материала в барабане, при этом температура газов на выходе из барабана должна соответствовать температуре материала в кипящем слое на первой стадии термообработки растворов хлористого магния. Обычно она на 20-40^oС выше температуры материала в кипящем слое, но может быть и ниже температуры в слое. Циклонную пыль со второй стадии термообработки добавляют к материалу с первой стадии и подают во вращающийся барабан. Готовую окись магния выводят из барабана и охлаждают воздухом.

При двухстадийной термообработке растворов хлористого магния, очищенных от примесей, получают целевой продукт с содержанием MgO>99%. В случае использования растворов хлористого магния, содержащих водорастворимые примеси, например хлориды кальция, натрия, калия и пр., окись магния может быть подвергнута дополнительной промывке водой с последующей сушкой влажного продукта.

Для получения активной окиси магния температуру топочных газов на входе в барабан снижают до 600-900^oС.

Парогазовую фазу со второй стадии термообработки улавливают и перерабатывают известными способами с получением соляной кислоты либо после ее нейтрализации известняком или известковым молоком - раствора хлористого кальция.

Примеры осуществления способа
Пример 1
В соответствии с прототипом обезводили 32%-ный водный, очищенный от примесей, раствор хлористого магния при температуре 130±5^oС и получили продукт с содержанием MgCl₂ 58,5% и MgO 0,5%.

Часть продукта подвергли термообработке во вращающемся барабане при температуре топочных газов 1100^oС, отходящих газов 150^oС с движением материала противотоком к движению топочных газов. При этом циклонную пыль с первой и второй стадий термообработки добавляли к материалу, поступающему во вращающийся барабан на второй стадии термообработки.

Получили окись магния с содержанием MgО 99,1%. Отходящие газы подвергли переработке известным способом с получением 19% НСl.

Пример 2
В соответствии с прототипом обезводили водный раствор хлористого магния с содержанием MgCl₂ 32%, Σ NaCl, KСl - 1%, остальное - вода при температуре 160^oС.

Получили продукт с содержанием МgCl₂ 70%, Σ NaСl, KСl - 2,2%, остальное - H₂O.

Весь продукт подвергли термообработке в барабане при температуре топочных газов 700^oС. Получили продукт с содержанием MgO 85,6% и Σ NaCl, KCl - 14,4%. После промывки продукта водой и сушки получили продукт с содержанием МgO 98,2%, Н₂О, NaСl, КСl - остальное.

Отходящие газы после пылеочистки нейтрализовали окисью кальция с получением 22% раствора СаСl₂.

Изобретение используется при получении окиси магния из раствора хлористого магния. Способ заключается в обезвоживании растворов хлористого магния в однокамерном аппарате кипящего слоя путем распыления раствора в слое через пневматические форсунки при скорости газов в слое 1,5-3,5 м/с, при этом степенью распыла регулируют гранулометрический состав обезвоженного продукта. Обезвоженный хлористый магний подвергают термогидролизу во вращающемся барабане с подачей топочных газов противотоком к движению материала, при этом температура газов на выходе из барабана должна соответствовать температуре материала в слое аппарата кипящего слоя. Изобретение позволяет упростить процесс получения окиси магния за счет сокращения объема парогазовой фазы, содержащей хлористый водород и окись магния, при термогидролизе хлористого магния.

Способ получения окиси магния, включающий обезвоживание и термогидролиз раствора хлористого магния в потоке горячего газа, отличающийся тем, что обезвоживание растворов хлористого магния ведут в однокамерном аппарате кипящего слоя путем распыления раствора через пневматические форсунки при скорости газов в слое 1,5-3,5 м/с, при этом степенью распыла регулируют гранулометрический состав обезвоженного хлористого магния, последний подвергают термогидролизу во вращающемся барабане с подачей топочных газов противотоком к движению обезвоженного хлористого магния.