СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ТИТАНО-МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2021 года по МПК C22B26/22 C22B7/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства.

При получении губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана образуются следующие виды твердых отходов: металлические возгоны в виде колец с верхней части реторты аппарата восстановления, металлические возгоны в виде колец из-под крышки аппарата сепарации, сплесы из аппаратов восстановления, которые состоят из ценных компонентов, к которым относят магний с примесями металлического титана, оксидов титана и магния, хлоридов титана и магния. Содержание магния в отходах может достигать 55%. Большая часть отходов утилизируется. Например, для получения 1 тонны титана губчатого с отходами производства теряется до 60 кг магния.

Известен способ переработки отходов титано-магниевого производства, преимущественно тигельных остатков рафинирования магния и его сплавов (авт. свид. СССР №1731848, опубл. 07.05.1992 г ), включающий плавление, нагревание и перемешивание отходов во флюсе, содержащем хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, выдержку расплава в течение 1,5-2,5 ч и разделение образующихся продуктов. Во флюсе поддерживают соотношение хлорида натрия и хлорида кальция в пределах 1:1-3, а отходы нагревают в расплаве до 750-800°С.

Недостатком данного способа переработки отходов титано-магниевого производства является неполное (85%) извлечение магния, образование большого количества отходов в виде обедненной по металлическому магнию шламоэлектролитной смеси (40-80% от общего количества перерабатываемой металлосолевой смеси), повышенные энергетические затраты на поддержание температуры.

Наиболее близким и эффективным способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является способ переработки металлургических магнийсодержащих отходов (авт .свид. СССР №1480360, опубл. 20.04.1996 г.), включающий плавку отходов в среде флюса при 730-760°С с плотностью ниже плотности расплава отходов при расходе флюса 8-10% от массы отходов с последующей обработкой фторидом кальция при его расходе 1-2% от массы отходов. Способ используется для отходов с плотностью выше 1,75 г/см³ при плотности расплавленного флюса менее 1,7 г/см³. Плавку проводят в тигле печи СМТ-2. Отходы содержат 25-52 мас. % магния, 4-25% оксида магния. Извлечение металла достигает 74%.

Недостатком данного способа является низкая степень извлечения магния из отходов, так как 25-30% металла остается в тигле в донном остатке. Обычно такие отходы удаляются в отвал, что не позволяет в дальнейшем их использовать.

Задачей изобретения является создание способа переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства, позволяющего уменьшить потери металлического магния с магнийсодержащими отходами, и дополнительно получить металлический магний из магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства для дальнейшего его использования в производстве в качестве магния-восстановителя при производстве титановой губки.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить степень извлечения магния из магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства, снизить количество отходов и энергетические затраты.

Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства, включающий загрузку твердых магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей, их плавление в расплаве солей, отстаивание расплава и выбор магния, новым является то, что магнийсодержащие отходы загружают порциями в тигель с расплавом солей содержащим 5-15% хлорида магния, 10-40% хлорида натрия и 45-85% хлорида калия, причем плавление в расплаве солей ведут при температуре 660-710°С с добавлением флюса, при массовом соотношении флюса к расплаву солей, равном (0,01-0,1):1, и при массовом соотношении расплава солей к магнийсодержащим отходам, равном (1-5):1.

Кроме того, порционную загрузку магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей проводят в количестве 10-100 кг.

Кроме того, порционную загрузку магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей проводят с интервалом 5-30 минут.

Кроме того, в качестве флюса используют смесь фторида кальция и флюса бромидного при соотношении фторид кальция: флюс бромидный = (1-2):10.

Кроме того, в качестве флюса используют смесь используют смесь фторида магния и флюса бромидного при соотношении фторид магния: флюс бромидный = (0,5-2):10.

Кроме того, в качестве расплава солей используют отработанный расплавленный электролит.

Выбор данных условий переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства обусловлен следующим.

Нами экспериментально установлено, что магнийсодержащие отходы титано-магниевого производства имеют в своем составе хлорид магния и хлориды титана, обладающие высокой гигроскопичностью и реакционной способностью с влагой при нагревании с последующим выделением водорода, поэтому для снижения выбросов при плавлении, магнийсодержащие отходы загружают порциями в тигель с расплавом солей в количестве 10-100 кг и с интервалом в 5-30 минут.

Нами экспериментально установлено, что плавление магнийсодержащих отходов в расплаве солей при температуре 660-710°С, содержащем 5-15% хлорида магния, 10-40% хлорида натрия и 45-85% хлорида калия с добавлением флюса, при массовом соотношении флюса к расплаву солей, равном (0,01-0,1):1, и при массовом соотношении расплава солей к магнийсодержащим отходам, равном (1-5):1, позволяет улучшить разделение магния и расплава солей.

Использование флюса, при массовом соотношении флюса к расплаву солей, равном (0,01-0,1):1 утяжеляет расплав солей, повышая его плотность и тем самым способствуя более легкому отделению и рафинированию магния из отходов, что позволяет значительно интенсифицировать процесс.

Соотношение в тигле расплава солей к магнийсодержащим отходам равное (1-5):1 обеспечивает полное погружение твердых магнийсодержащих отходов в солевом расплаве, предотвращающее окисление. При соотношении в тигле расплава солей к магнийсодержащим отходам менее 1:1 возрастают потери магния при горении, и возрастет время плавки, при соотношении больше 5:1 уменьшается производительность печи по магнию.

Температура 660-710°С достаточна для стабильного процесса плавления содержащегося в магнийсодержащих отходах магния, не доводя его до горения. Понижение температуры ниже 660°С увеличивает время плавки, и расход электроэнергии, и пропорционально потери магния при горении. При температуре более 710°С возрастают потери магния при горении в тигле.

Экспериментально установлено, что использование в качестве флюса смеси фторида кальция и флюса бромидного при соотношении фторид кальция: флюс бромидный (1-2):10 позволяет улучшить сливаемость корольков магния на поверхности расплава и предотвратить его горение.

Использование в качестве флюса смеси фторида магния и флюса брмидного при соотношении фторид магния: флюс бромидный = (0,5-2):10 позволяет улучшить сливаемость корольков магния на поверхности расплава и предотвратить его горение.

Применение отхода производства электролитического получения магния - отработанного расплавленного электролита в качестве расплава солей позволяет получить магний необходимого качества, и снизить затраты на переработку магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства.

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 переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства, 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 переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства. 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 предусмотренных существенных признаков заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень».

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Экспериментальную проверку способа проводили в промышленных условиях на действующем технологическом оборудовании. Для этого в тигель, установленный в шахту печи СМТ-3 (печь сопротивления магниевая тигельная), вакуум-ковшом заливают 700 кг расплавленной соли - отработанного электролита с содержанием мас. %: 5-15 MgCl₂, 45-85 KCl, 10-40 NaCl. Отработанный электролит получают как побочный продукт в процессе электролиза карналлитового сырья для получения металлического магния. В процессе электролиза происходит накопление баластных солей, из-за периодической подгрузки сырья в расплав. Накопившуюся соль периодически в расплавленном состоянии удаляют из электролизера вакуум-насосом при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. Затем в тигель на поверхность отработанного расплавленного электролита загружают в количестве 430 кг порционно по 10-100 кг и с интервалом времени 5-30 минут магнийсодержащие отходы - металлические возгоны в виде колец с верхней части реторты аппарата восстановления, с содержанием 47% магния металлического. Плавление магнийсодержащих отходов в тигле осуществляют при соотношении 1:(1-5) к отработанному расплавленному электролиту и температуре 660-710°С с добавлением флюса в количестве 8 кг. Навеску флюса, состоящего из смеси фторида кальция (используют шпат плавиковый дробленный размером частиц 0-3 мм, содержащий, масс. % 90,0 CaF₂, 8 Si0₂, 2,0 Н₂O (ГОСТ29220)) и флюса бромидного (ТУ 1714-497-05785388) предварительно готовят в коробе при соотношении равном 1:10. После плавления расплав отстаивают 30 минут. От полученного расплава отбирают пробы металла на полный химический анализ. Химический состав магния, % масс: магний - 99,99, железо - 0,0023, никель - 0,0011, хлор - 0,003, титан - 0,002. После производят выбор расплавленного магния в короб. Полученный магний соответствует качеству магния-восстановителя, и его направляют на процесс получения губчатого титана. Таким образом, из 430 кг магнийсодержащих отходов -металлических возгонов в виде колец с верхней части реторты аппарата восстановления извлеки 200 кг магния. Извлечение магния составило - 99%.

Пример 2.

Экспериментальную проверку способа проводили в промышленных условиях на действующем технологическом оборудовании. Для этого в тигель, установленный в шахту печи СМТ-3 (печь сопротивления магниевая тигельная), вакуум-ковшом заливают 1200 кг расплавленной соли - отработанного электролита с содержанием мас. %: 5-15 MgCl₂, 45-85 KCl, 10-40 NaCl. Отработанный электролит получают как побочный продукт в процессе электролиза карналлитового сырья для получения металлического магния. В процессе электролиза происходит накопление баластных солей, из-за периодической подгрузки сырье в расплав. Накопившуюся соль периодически в расплавленном состоянии удаляют из электролизера вакуум-насосом при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. Затем в тигель на поверхность отработанного расплавленного электролита загружают в количестве 320 кг порционно по 10-100 кг и с интервалом загрузки 5-30 минут магнийсодержащие отходы - металлические возгоны в виде колец из-под крышки аппарата сепарации, с содержанием 58% магния металлического. Плавление магнийсодержащих отходов в тигле осуществляют при соотношении 1:(1-5) к отработанному расплавленному электролиту и температуре 660-710°С с добавлением флюса в количестве 6 кг. Навеску флюса, состоящего из смеси фторида магния (ТУ 2621-002-69886968) и флюса бромидного (ТУ 1714-497-05785388) предварительно готовят в коробе при соотношении равном 0,5:10. После плавления расплав отстаивают 40 минут. От полученного расплава отбирают пробы металла на полный химический анализ. Химический состав магния, % масс: магний - 99,98, железо - 0,0089, никель - 0,00103, хлор - 0,0068, титан - 0,0001. После производят выбор расплавленного магния в короб. Полученный магний соответствует качеству магния-восстановителя, и его направляют на процесс получения губчатого титана. Таким образом, из 320 кг магнийсодержащих отходов -металлических возгонов в виде колец из-под крышки аппарата сепарации извлеки 184 кг магния. Извлечение магния составило - 98,5%.

Пример 3.

Экспериментальную проверку способа проводили в промышленных условиях на действующем технологическом оборудовании. Для этого в тигель, установленный в шахту печи СМТ-3 (печь сопротивления магниевая тигельная), вакуум-ковшом заливают 1035 кг расплавленной соли - отработанного электролита с содержанием мас %: 4-9 MgCl₂, 68-70 КС1, 12-24 NaCl. Отработанный электролит получают как побочный продукт в процессе электролиза карналлитового сырья для получения металлического магния. В процессе электролиза происходит накопление баластных солей, из-за периодической подгрузки сырье в расплав. Накопившуюся соль периодически в расплавленном состоянии удаляют из электролизера вакуум-насосом при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. Затем в тигель на поверхность отработанного расплавленного электролита загружают в количестве 195 кг порционно по 10-100 кг и с интервалом загрузки 5-30 минут магнийсодержащие отходы - сплесы аппарата восстановления, с содержанием 45,1% магния металлического. Плавление магнийсодержащих отходов в тигле осуществляют при соотношении 1:(1-5) к отработанному расплавленному электролиту и при температуре 660-710°С с добавлением флюса в количестве 6 кг. Навеску флюса, состоящего из смеси фторида кальция (используют шпат плавиковый дробленный размером частиц 0-3 мм, содержащий, масс. % 90,0 CaF₂, 8 SiO₂, 2,0 Н₂O (ГОСТ29220)) и флюса бромидного (ТУ 1714-497-05785388) предварительно готовят в коробе при соотношении равном 2:10. После плавления расплав отстаивают 30 минут. От полученного расплава отбирают пробы металла на полный химический анализ. Химический состав магния, % масс: магний - 99,95, железо - 0,0125, никель - 0,02062, хлор - 0,0088, титан - 0,004. После производят выбор расплавленного магния в короб. Полученный магний соответствует качеству магния-восстановителя, и его направляют на процесс получения губчатого титана. Таким образом, из 195 кг магнийсодержащих отходов - сплесов аппарата восстановления извлеки 86 кг металлического магния. Извлечение магния составило - 97,7%.

Таким образом, предложенный способ переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства позволяет повысить степень извлечения магния из отходов до 97,7-99%, снизить количество отходов и энергетические затраты.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства. Способ включает загрузку твердых магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей, их плавление в расплаве солей, отстаивание расплава и отделение магния. Магнийсодержащие отходы загружают порциями в тигель с расплавом солей, содержащим 5-15% хлорида магния, 10-40% хлорида натрия и 45-85% хлорида калия. Плавление в расплаве солей ведут при температуре 660-710°С с добавлением флюса, при массовом соотношении флюса к расплаву солей, равном (0,01-0,1):1, и при массовом соотношении расплава солей к магнийсодержащим отходам, равном (1-5):1. Изобретение позволяет повысить степень извлечения магния из магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства до 97,7-99%, снизить количество отходов и энергетические затраты. 5 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства, включающий загрузку твердых магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей, их плавление в расплаве солей, отстаивание расплава и отделение магния, отличающийся тем, что проводят порционную загрузку магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей, содержащим 5-15% хлорида магния, 10-40% хлорида натрия и 45-85% хлорида калия, причем плавление в расплаве солей ведут при температуре 660-710°С с добавлением флюса, при массовом соотношении флюса к расплаву солей, равном (0,01-0,1):1, и при массовом соотношении расплава солей к магнийсодержащим отходам, равном (1-5):1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порционную загрузку магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей проводят в количестве по 10-100 кг.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порционную загрузку магнийсодержащих отходов в тигель с расплавом солей проводят с интервалом 5-30 минут.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют смесь фторида кальция и флюса бромидного при соотношении фторид кальция: флюс бромидный (1-2):10.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют смесь фторида магния и флюса бромидного при соотношении фторид магния: флюс бромидный (0,5-2):10.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве расплава солей используют отработанный расплавленный электролит.