СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО КАРНАЛЛИТА ДЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА Российский патент 2009 года по МПК C01F5/30 C01D3/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам подготовки сырья к процессу электролитического получения металлического магния путем смешения хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов.

Известен способ получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора (пат. РФ №2262483, опубл. 20.10.2004), включающий нагревание хлормагниевого раствора до температуры 90°С, смешивание хлормагниевого раствора с калийхлорсодержащим реагентом, например отработанным электролитом, добавление соляной кислоты, нагрев до температуры 150°С с одновременным удалением паров воды из зоны перемешивания. В результате получают карналлит состава, мас.%: 29,9 MgCl₂, 22,0 KCl, 0,06 MgО, 40.5 Н₂O, остальное NaCl, CaCl_2..

Недостатком данного способа является то, что для получения синтетического карналлита необходимо приготавливать хлормагниевые растворы, что удлиняет процесс подготовки и снижает его производительность, увеличивает материальные и энергетические затраты. Кроме того, полученный синтетический карналлит не пригоден для электролиза, и его необходимо дополнительно обезвоживать, плавить и хлорировать расплавленный синтетический карналлит, что приводит к высоким энергетическим затратам и потерям сырья при обработке.

Известен способ получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора (пат. РФ №2182559, опубл. 20.05.2002) из хлормагниевых растворов, содержащих, мас.%: 32,7 MgCl₂, 0.9 KCl, 1,0 NaCl, 65,4 H₂O. Способ включает очистку хлормагниевых растворов, смешивание хлормагниевого раствора с твердым калийхлорсодержащим реагентом, например с отработанным электролитом состава, мас.%: 8,7 MgCl₂, 74,4 KCl, 16,9 NaCl и с порошкообразным техническим хлоридом калия состава, мас.%: 95,0 KCl, 5,0 NaCl. Процесс смешивания реагентов проводили с одновременным нагревом смеси до температуры 150°С и с одновременным удалением паров воды из зоны перемешивания. В процессе смешивания происходит образование карналлита через стадию конверсии. В результате получают карналлит состава, мас.%: 41,2 MgCl₂, 40,0 KCl, 10,8 H₂O, 8,0 NaCl, прочие примеси 0,5. Содержание кристаллизационной воды - 2,6 молей на моль KCl×MgCl₂. (Ж и Т).

Недостатком данного способа является то, что для получения синтетического карналлита необходимо приготавливать хлормагниевые растворы, что удлиняет процесс подготовки и снижает его производительность, увеличивает материальные и энергетические затраты. Кроме того, полученный синтетический карналлит не пригоден для электролиза, и его необходимо дополнительно обезвоживать, плавить и хлорировать, что приводит к высоким энергетическим затратам и потерям сырья при обработке.

Известен способ получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора (пат. РФ №2218452, опубл. 12.10.2003), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий предварительную очистку расплавленного отработанного электролита при температуре 700°С до остаточного содержания в осветленной части 0,08% MgO с выдержкой, удаление с поверхности расплавленного электролита остатков магния. Затем осветленную часть откачивают вакуум-ковшом в короба, охлаждают, измельчают до крупности 100 мм, и в твердом виде смешивают с хлормагниевым раствором. В результате синтеза получают сырой карналлит, который направляют на дальнейшее обезвоживание в печь кипящего слоя для получения глубокообезвоженного карналлита, который направляют на процесс получения магния и хлора.

Недостатком данного способа является то, что для получения синтетического карналлита необходимо приготавливать хлормагниевые растворы и отработанный электролит очищать от примесей, что удлиняет процесс подготовки и снижает его производительность, увеличивает материальные и энергетические затраты. Кроме того, полученный синтетический карналлит не пригоден для электролиза, и его необходимо дополнительно обезвоживать в печи кипящего слоя, что приводит к высоким энергетическим затратам и потерям сырья при обработке.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет исключения стадий очистки отработанного электролита и стадии дополнительного обезвоживания в печи кипящего слоя с получением глубокообезвоженного карналлита снизить материальные и энергетические затраты на получение синтетического карналлита.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора, включающий загрузку в емкость хлорида магния и отработанного электролита процесса электролитического получения магния и хлора, их смешивание, нагрев с синтезом карналлита, новым является то, что в емкость загружают твердый хлорид магния и расплавленный отработанный электролит в весовом соотношении, соответственно, равном 1:(1-1,2), смесь нагревают до температуры, превышающей температуру кристаллизации солей смеси на 200-400°С, полученный синтетический карналлит в расплавленном виде отстаивают, отбирают осветленную часть и направляют на процесс электролитического получения магния и хлора.

Кроме того, в емкость загружают сначала твердый хлорид магния и на его поверхность загружают расплавленный отработанный электролит.

Кроме того, в емкость загружают расплавленный отработанный электролит и на поверхность расплава загружают твердый хлорид магния.

Кроме того, отработанный электролит содержит более 70% хлорида калия.

Кроме того, в качестве емкости для смешивания используют плавильник хлоратора.

Кроме того, в качестве емкости для смешивания используют печь СКН.

Предложенный способ получения синтетического карналлита позволяет получить готовое сырье для получения магния и хлора, значительно снижая материальные и энергетические затраты приготовление хлормагниевых растворов, а также на их дополнительную очистку и дообезвоживание в печи кипящего слоя.

Подобранное соотношение твердая соль:расплавленная соль, равное 1:(1-1,2), и нагрев смеси до температуры, превышающей температуру кристаллизации солей на 200-400°С позволяют получить безводный карналлит, пригодный для процесса электролиза, исключив при этом дополнительные стадии очистки и обезвоживания в печи кипящего слоя.

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 получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора.

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 устройства. Заявленная совокупность признаков: последовательность операций и режимные параметры позволяют значительно снизить затраты на подготовку и обезвоживание карналлитового сырья к электролизу. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень».

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Производство синтетического карналлита для процесса электролитического получения металлического магния и хлора осуществляют в емкости, например в миксере СКН, вместимостью 11-12 тонн по готовому продукту. Для этого загружают в миксер СКН предварительно измельченную твердую соль хлорида магния с содержанием хлорида магния 99% до крупности частиц 10+5 мм в количестве 5 тонн. Твердую соль хлорида магния получают, например, в результате взаимодействия тетрахлорида титана с магнием при получении губчатого титана. Хлорид магния периодически удаляют из процесса восстановления путем слива в вакуум-ковши, а затем в короба и охлаждают. В миксер СКН на поверхность твердой соли хлорида магния заливают 5,5 тонн расплавленного отработанного электролита, получаемого в процессе электролиза карналлитового сырья состава, мас.% 75 KCl, 20 NaCl, 5 MgСl₂ (ТУ 48-0501-343-90). Содержание хлорида калия составляет 75%, т.е. выше 70%. Отработанный электролит получают в процессе электролитического получения магния и хлора и удаляют периодически из электролизера при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. Весовое соотношение твердая соль:расплавленная соль составляет 1:1,1. Смесь нагревают путем пропускания переменного электрического тока до полного расплавления до достижения температуры 700°С, что превышает температуру начала кристаллизации солей на 270°С. При этом происходит синтез хлоридов магния и калия с образованием синтетического карналлита по реакции:

KCl+MgCl₂=KMgCl₃+Q,

Q - тепловой эффект реакции, равный 20 кВт/т, который используется для нагрева расплава.

Получают синтетический карналлит состава, мас.%: 51 MgCl₂, 39 KCl, 10 NaCl в расплавленном виде, из которого методом отстаивания удаляют примеси, отбирают вакуум-ковшом осветленную часть и направляют в расплавленном виде на процесс электролиза для получения металлического магния.

Пример 2

Производство синтетического карналлита для процесса электролитического получения металлического магния и хлора осуществляют в емкости, например миксере СКН, вместимостью 11-12 тонн по готовому продукту. Для этого в емкость заливают 5,5 тонн расплавленного отработанного электролита. На поверхность расплавленной соли отработанного электролита загружают 5 тонн предварительно измельченной твердой соли хлорида магния с содержанием хлорида магния 99%. Весовое соотношение твердая соль:расплавленная соль составляет 1:1,1. Смесь нагревают путем пропускания переменного электрического тока до полного расплавления до достижения температуры 700°С, что превышает температуру начала кристаллизации солей на 270°С. При этом происходит синтез хлоридов магния и калия с образованием синтетического карналлита по реакции:

KCl+MgCl₂=KMgCl₂+Q,

Q - тепловой эффект реакции, равный 20 кВт/т, который используется для нагрева расплава.

Получают синтетический карналлит состава, мас.%: 51 MgCl₂, 39 KCl, 10 NaCl в расплавленном виде, из которого методом отстаивания удаляют примеси, отбирают вакуум-ковшом осветленную часть и направляют на процесс электролиза для получения металлического магния и хлора.

Пример 3

Получение синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора проводят в хлораторе, предназначенном для обезвоживания и расплавленного обезвоженного карналлита. Для этого в плавильник хлоратора вместимостью 12 тонн заливают 5,5 тонн расплавленной смеси хлоридов калия, натрия и магния в виде отработанного электролита, получаемого в процессе получения магния электролизом карналлитового сырья состава, мас.% 74 KCl, 21 NaCl, 5 MgCl₂ (ТУ 48-0501-343-90). Содержание хлорида калия составляет 74%, т.е. выше 70%. Отработанный электролит получают в процессе электролитического получения магния и хлора и удаляют периодически из электролизера при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. На поверхность расплавленной смеси загружают 5 тонн предварительно измельченного (соль) твердого хлорида магния с содержанием хлорида магния 99%, который получают, например, при получении губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. Хлорид магния получают как побочный продукт в результате химической реакции тетрахлорида титана с магнием, который периодически удаляют из процесса восстановления путем слива в вакуум-ковши, а затем в короба. Полученный твердый хлорид магния измельчают до крупности частиц 10+5 мм и в количестве 5 тонн загружают на поверхность расплавленного электролита. Весовое соотношение твердого хлорида магния к расплавленной соли отработанного электролита составляет 1:1,1. Смесь нагревают путем пропускания переменного электрического тока до полного расплавления до достижения температуры 500°С, затем смесь перетекает по переточным каналам в камеру хлорирования, где ее нагревают до достижения температуры 700°С, что превышает температуру начала кристаллизации солей на 200°С. При этом происходит синтез хлоридов магния и калия с образованием синтетического карналлита по реакции:

KСl+MgCl₂=KМgСl₂+Q,

где Q - тепловой эффект реакции, равный 20 кВт/т, который используется для нагрева расплава.

Затем смесь перетекает в камеру отстоя, откуда вакуум-ковшом отбирают осветленную часть и направляют на процесс электролиза. Получают синтетический карналлит состава, мас.%: 51 MgCl₂, 39 KCl, 10 NaCl в расплавленном виде.

Таким образом, предложенный способ получения синтетического карналлита позволяет значительно снизить материальные и энергетические затраты за счет исключения стадии подготовки хлормагниевых растворов, стадии предварительной очистки отработанного электролита и стадии дополнительного обезвоживания в печи кипящего слоя и получить продукт, непосредственно пригодный для стадии электролиза.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению синтетического карналлита. В емкость загружают хлорид магния и отработанный расплавленный электролит процесса электролитического получения магния и хлора в весовом соотношении, соответственно, равном 1:(1-1,2), их смешивают, нагревают до температуры, превышающей температуру кристаллизации солей смеси на 200-400°С. Полученный синтетический карналлит в расплавленном виде отстаивают, отбирают осветленную часть и направляют на процесс электролитического получения магния и хлора. В качестве емкости для смешивания используют плавильник хлоратора или печь СКН. Изобретение позволяет упростить процесс и снизить материальные и энергетические затраты. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения синтетического карналлита для процесса электролитического получения магния и хлора, включающий загрузку в емкость хлорида магния и отработанного электролита процесса электролитического получения магния и хлора, их смешивание, нагрев с синтезом карналлита, отличающийся тем, что в емкость загружают твердый хлорид магния и расплавленный отработанный электролит в весовом соотношении, соответственно, равном 1:(1-1,2), смесь нагревают до температуры, превышающей температуру кристаллизации солей смеси на 200-400°С, полученный синтетический карналлит в расплавленном виде отстаивают, отбирают осветленную часть и направляют на процесс электролитического получения магния и хлора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в емкость загружают сначала твердый хлорид магния и на его поверхность загружают расплавленный отработанный электролит.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в емкость загружают расплавленный отработанный электролит и на поверхность расплава загружают твердый хлорид магния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный электролит содержит более 70% хлорида калия.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве емкости для смешивания используют плавильник хлоратора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве емкости для смешивания используют печь СКН.