СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2004 года по МПК C25C3/04 C01F5/32 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам обезвоживания хлормагниевых солей для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей (кн. С.Л.Стефанюк. Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1985, с. 58-58), включающий обезвоживание карналлита в трехкамерной печи КС при 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. Данный способ обезвоживания осуществляют до содержания воды 2-5%, затем сырье направляют на дальнейшую вторую стадию дообезвоживания - в хлораторы.

Недостатками данного способа обезвоживания являются большие затраты электроэнергии на плавление карналлита на второй стадии обезвоживания при хлорировании хлормагниевых солей в расплавленном состоянии.

Известен способ (А. С. СССР 161493, опубл. БИ 7, 1964) 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), 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 об.%. 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 SU 591530), 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 карналита 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. Задача изобретения направлена на устранение указанных недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении производительности обезвоживания, снижении образования шлама в печи, уменьшении затрат на производство магния.

Данный технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерных печах кипящего слоя, включающий последовательное передвижение хлормагниевых солей в печи через ряд горизонтально расположенных камер, их обезвоживание и хлорирование топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в топке, новым является то, что в печь загружают предварительно обезвоженные хлормагниевые соли с содержанием воды 2-5%, топочные газы подают во все камеры печи кипящего слоя, при этом поддерживают постоянную разницу температур слоя хлормагниевых солей в первой и второй камерах 100-130^oС и в третьей камере -50-100^oС и постоянную разницу температур топочных газов в камерах - 200-300^oС.

Кроме того, температуру слоя в первой камере поддерживают 200-330^oС, во второй камере 230-350^oС и в третьей камере - 300-350^oС. Кроме того, температуру топочных газов поддерживают в первой камере 350-570^oС, во второй камере - 360-580^oС, в третьей камере - 370-620^oС.

Кроме того, расход хлора в каждой камере поддерживают 60-100 кг на 1 тонну хлормагниевой соли.

Кроме того, температуру слоя в первой камере поддерживают 200-330^oС, во второй камере 230-350^oС и в третьей камере -300-350^oС.

Кроме того, температуру топочных газов поддерживают в первой камере 350-570^oС, во второй камере - 360-580^oС, в третьей камере - 370-620^oС.

Кроме того, расход хлора в каждой камере поддерживают 60-100 кг на 1 тонну хлормагниевой соли.

Подача в многокамерную печь предварительно обезвоженных хлормагниевых солей с содержанием воды 2-5% при обработке хлоридом водорода позволяет получить соль, содержащую минимальное количество вредных для электролиза примесей (оксида магния, хлора и воды), что позволяет значительно снизить гидролиз соли, повысить производительность обезвоживания, снизить образование шлама как в печи, так и в электролизере.

Обработка хлормагниевого сырья при постоянном поддержании разности температур в слое материала и топочных газов и в разных камерах печи кипящего слоя позволяет снизить гидролиз соли, уменьшить слипание частичек сырья и ускорить процесс обезвоживания.

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 позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе обезвоживания хлормагниевых солей, 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.

Шестиводный кристаллогидрат карналлита состава MgCl₂ не менее 31,8%, Н₂O не более 3%, CaSО₄ не более 0,05% (обогащенный по ТУ 1714-0622-00209527-94) 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 и вторичного воздуха, приводя материал в псевдоожиженное состояние. В каждой камере установлены топки, куда подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в общем количестве 1030-2560 нм³/ч, воздух в количестве 40,8-101,0 тыс.нм³/ч. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его обезвоживание за счет тепла топочных газов. Процесс обезвоживания идет в три стадии: в первой камере происходит удаление гигроскопической влаги и нагревание материала при температуре 120-140^oС, во второй при температуре 130-190^oС - шестиводный карналлит обезвоживается до двуводного, в третьей при температуре 190-240^oС - двуводный карналлит обезвоживается до содержания воды 2-5%.

Полученный обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5% вновь подают в трехкамерную печь кипящего слоя. В каждой камере установлены топки, куда подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в количестве 1350-1400 нм³/час, воздух в количестве 96-97 тыс. нм³/ч и анодный хлор-газ в количестве 250-400 нм³/ч, что составляет 60-100 кг на тонну магния, получая топочные газы с содержанием хлорида водорода 0,7-4,6 об.% и поддерживая постоянную разницу температур слоя материала в первой и второй камерах 100-130^oС и в третьей камере - 50-100^oС и постоянную разницу температур топочных газов в камерах - 200-300^oС.

При противоточной обработке топочными газами в первой камере при температуре теплоносителя 350-570^oС и температуре слоя 200-330^oС происходит одновременно дополнительное обезвоживание и хлорирование обезвоженного карналлита до содержания воды 0,5-1%, во второй камере при температуре теплоносителя 360-580^oС и температуре слоя - 230-350^oС происходит одновременно дополнительное обезвоживание и хлорирование обезвоженного карналлита до содержания воды 0,5%, в третьей камере при температуре теплоносителя 370-620^oС и температуре слоя - 300-360^oС происходит одновременно дополнительное обезвоживание и хлорирование обезвоженного карналлита до содержания воды менее 0,4%. Поднятие температуры слоя осуществляют за счет увеличения расхода подаваемых на сжигание газов. Готовый продукт с содержанием оксида магния 0,3% и воды менее 0,4% подают на стадию электролиза с получением готового магния-сырца.

Таким образом, данная совокупность заявленных признаков позволяет значительно снизить затраты на производство магния электролизом расплавленных солей, повысить производительность обезвоживания, снизить затраты на производство магния.

Изобретение относится к способам обезвоживания хлормагниевых солей для получения магния электролизом расплавленных солей. В предложенном способе, включающем последовательное передвижение хлормагниевых солей в печи через ряд горизонтально расположенных камер, их обезвоживание и хлорирование топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в топке, согласно изобретению в печь загружают предварительно обезвоженные хлормагниевые соли с содержанием воды 2-5%, топочные газы подают во все камеры печи кипящего слоя, при этом поддерживают постоянную разницу температур слоя хлормагниевых солей в первой и второй камерах 100-130^oС, в третьей камере - 50-100^oС и постоянную разницу температур топочных газов в камерах 200-300^oС. Обеспечивается повышение производительности обезвоживания, снижение образования шлама в печи и уменьшение затрат на производство магния. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерных печах кипящего слоя, включающий последовательное передвижение хлормагниевых солей в печи через ряд горизонтально расположенных камер, их обезвоживание и хлорирование топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученный путем сжигания хлора в топке, отличающийся тем, что в печь загружают предварительно обезвоженные хлормагниевые соли с содержанием воды 2-5%, топочные газы подают во все камеры печи кипящего слоя, при этом поддерживают постоянную разницу температур слоя хлормагниевых солей в первой и второй камерах 100-130°С, в третьей камере 50-100°С и постоянную разницу температур топочных газов в камерах 200-300°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру слоя в первой камере поддерживают равной 200-330°С, во второй камере 230-350°С и в третьей камере 300-350°С.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру топочных газов поддерживают в первой камере равной 350-570°С, во второй камере 360-580°С, в третьей камере 370-620°С.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход хлора в каждой камере поддерживают равным 60-100 кг на 1 т хлормагниевой соли.