СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КАРНАЛЛИТА К ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМУ ПОЛУЧЕНИЮ МАГНИЯ И ХЛОРА Российский патент 2022 года по МПК C01F5/34 B01D53/14 C22B1/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к подготовке карналлитового сырья к электролизу обезвоживанием в печи кипящего слоя и переработке пылевых отходов.

Процесс получения обезвоженного карналлита осуществляется в печах кипящего слоя, и основан на удалении гигроскопической и связанной влаги из синтетического карналлита при температуре 120-380°С при нагреве продуктами сгорания природного газа. Обезвоживание карналлита протекает в две ступени с образованием двух кристаллических форм - двухводной и условно безводной

Печь кипящего слоя состоит из трех камер, процесс обезвоживания идет в следующем порядке:

- в первой камере происходит, удаление гигроскопической влаги и нагревание материала;

- во второй и третьей камерах шестиводный карналлит обезвоживается до условно безводного.

При обезвоживании карналлита в печах кипящего слоя отходящие газы содержат значительное количество пыли, которая является недообезвоженным продуктом.

Известен способ переработки карналлитовой пыли (А.с. СССР №1255572, опубл. 07.09.1986, бюл. 33), включающий подачу карналлита в печь кипящего слоя, его обезвоживание, улавливание карналлитовой пыли в циклонах, извлечение пыли, ее гранулирование и возврат полученных гранул на стадию обезвоживания карналлита, при этом гранулирование ведут путем смешения с твердым хлоридом натрия при массовом соотношении (0,2-2):1.

Недостатком данного способа является трудоемкость процесса гранулирования пыли и большие материальные затраты. Кроме того, при смешивании пыли, нагретой до температуры 120-220°С с хлоридом натрия, находящегося при температуре 10-20°С, происходит окомкование материалов, крупные куски гранулированной пыли осаждаются на подине печи, что приводит к снижению скорости обезвоживания и заплавлению материала.

Известен способ переработки пылевых отходов, образующихся при обезвоживании хлормагниевого сырья (ст. Улавливание карналлитовой пыли. - И.Л. Резников, Ю.А. Соловьев, А.Ф. Танаев и др. - Ж. Цветные металлы. 1964 - №7, стр. 57-59), который включает подачу карналлита в печь кипящего слоя, его обезвоживание, улавливание пыли в циклонах, извлечение пыли из циклонов, возврат пыли из циклонов на стадию обезвоживания в печь КС.

Недостатком способа является то, что при возврате карналлитовой пыли из циклонов в печь кипящего слоя происходит неполное улавливание пыли, так как пыль является мелкодисперсной и выносится газами снова в циклоны. Это приводит к затратам на транспортировку пыли из циклонов в печь кипящего слоя, к нецелесообразности ее переработки в печи кипящего слоя и к потерям готового продукта с отходящими газами.

Известен способ переработки карналлитовой пыли из циклонов печи кипящего слоя при обезвоживании хлормагниевого сырья (кн. Электролитическое получение магния. - Щеголев В.И., Лебедев О.А. - М.: Изд. дом «Руды и металлы», 2002 г., стр. 75-98), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий загрузку карналлита в печь кипящего слоя, обезвоживание его в многокамерной печи кипящего слоя, улавливание карналлитовой пыли в циклонах, возврат пыли из циклонов в следующую по ходу камеру печи, а из пятого циклона пыль подают на транспортер, смешивают с обезвоженным карналлитом в бункере, и направляют на окончательное обезвоживание и очистку карналлита в хлоратор.

Недостатком способа является то, что возврат пыли в печь кипящего слоя не позволяет полностью уловить пыль вследствие того, что пыль является мелкодисперсной, и выносится газами снова в циклоны. Это приводит к затратам на транспортировку пыли из циклонов в печь кипящего слоя и к нецелесообразности их переработки в печи кипящего слоя. Кроме того, низкая степень очистки газов в циклонах (не превышает 95%) приводит к потерям сырья для производства магния и хлора.

Задачей изобретения является рациональное использование сырья для получения обезвоженного карналлита в технологическом процессе получения магния и хлора.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышение степени очистки газов и улавливания карналлитовой пыли, в снижении потерь обезвоженного карналлита с пылью, в экономии сырья, полученного от поставщика, за счет расширения сырьевой базы.

Технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки карналлита к электролитическому получению магния и хлора, включающий его подачу в трехкамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи при одновременной обработке топочными газами, обезвоживание, отвод отходящих газов через газоход, очистку отходящих газов от образующейся карналлитовой пыли в циклонах с последующим ее возвратом в следующую по ходу движения материала камеру печи, новым является то, что отходящие газы третьей камеры печи кипящего слоя дополнительно очищают от карналлитовой пыли в рукавном фильтре, при этом поддерживают вакуумметрическое давление под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,01-0,09 кПа, перепад вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа и температуру отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С, уловленную карналлитовую пыль в рукавном фильтре извлекают для дальнейшего использования в качестве сырья для электролитического получения магния и хлора.

Дополнительная очистка отходящих газов третьей камеры печи кипящего слоя от карналлитовой пыли в рукавном фильтре, при поддержании вакуумметрического давления под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,01-0,09 кПа, перепада вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа и температуре отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С, позволяет повысить степень очистки газов и улавливания карналлитовой пыли до 99,0-99,5%, снизить потери обезвоженного карналлита с пылью. Уловленная карналлитовая пыль в рукавном фильтре, в отличие от карналлитовой пыли из циклонов предыдущих камер, имеет низкое содержание MgO и H₂O и позволяет ее использовать в качестве сырья для электролитического получения магния и хлора, удовлетворяющего требованиям электролиза - содержание MgO и H₂O менее 0,3% каждого, тем самым сэкономить сырье, полученное от поставщика, за счет расширения сырьевой базы.

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 карналлитовой пыли, образующейся при обезвоживании хлормагниевого сырья, 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. 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".

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждают следующие примеры осуществления способа.

Пример 1.

Процесс обезвоживания карналлита проводят в трехкамерной печи кипящего слоя с топками, с патрубком для загрузки сырья и выгрузки готового продукта, с газораспределительной решеткой. Пространство над газораспределительной решеткой разделено двумя перегородками до свода печи. Вторая и третья камеры разделены дополнительными перегородками высотой примерно 3,5 м на полукамеры. Для перетекания карналлита от патрубка загрузки до патрубка выгрузки в перегородках между камерами и полукамерами выполнены переточные окна. В перегородках между камерами перетоки расположены выше газораспределительной решетки, а в перегородках между полукамерами на уровне решетки.

В качестве хлормагниевого сырья используют шестиводный карналлит с влажностью 37-39% (ТУ 1714-062-00209527), состава масс. %: MgCl₂ - 31,8, H₂O - 38,4, KCl - 25,6, NaCl - 4,2, который с помощью забрасывателя загружают в количестве 20 т/час на газораспределительную решетку первой камеры трехкамерной печи кипящего слоя. Через газораспределительную решетку первой камеры подают в топку при температуре 350-520°С топочные газы - смесь продуктов сгорания природного газа и вторичного воздуха - в слой материала и осуществляют подогрев и сушку до температуры 120-140°С. Во второй камере шестиводный карналлит обезвоживается до двухводного за счет подачи топочных газов и хлора при температуре 520-580°С. Температуру слоя материала поддерживают 180-190°С. В третьей камере температуру в слое поддерживают 190-360°С, температуру топочных газов - 580-690°С. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его обезвоживание за счет тепла топочных газов с получением 11,3 т/час обезвоженного карналлита следующего состава, мас. %: 49,7 MgCl₂, 0,9 MgO, 1,5 H₂O, 42,8 KCl, 5,1 NaCl, который направляют на процесс окончательного обезвоживания в хлораторах, и затем на процесс электролитического получения магния и хлора. Отходящие газы от первых двух камер печи кипящего слоя, содержащие карналлитовую пыль, очищают в системе циклонов типа СИОТ - 12,5. Уловленную после циклонов первой и второй камер печи кипящего слоя карналлитовую пыль возвращают в следующую по ходу движения материала камеру печи кипящего слоя. Очищенные от пыли в системе циклонов отходящие газы поступают на газоочистные сооружения. Отходящие газы третьей камеры печи кипящего слоя дополнительно очищают рукавным фильтром типа ФРИП-360 (фильтр рукавный импульсный площадью поверхности фильтрования 360 м² и производительностью по очищаемому газу 38400 м³/час), при этом поддерживают вакуумметрическое давление под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,01 кПа, перепад вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа и температуру отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С. При осаждении карналлитовой пыли на поверхности рукавов фильтра, поры в материале постепенно уменьшаются. Основная масса карналлитовой пыли не проникает в материал, а оседает снаружи первичного слоя пыли. По мере увеличения толщины слоя карналлитовой пыли на поверхности рукавов фильтра возрастает сопротивление движения воздуха и снижается пропускная способность рукавного фильтра, во избежание чего предусмотрена регенерация запыленных рукавов импульсом сжатого воздуха. В момент регенерации подается электрический импульс от устройства регенерации рукавного фильтра на импульсные клапана. За счет работы клапанов поток сжатого воздуха из ресивера направляется с большой скоростью в трубу раздающую. Струи сжатого воздуха, выходящие из отверстий труб раздающих, и увлекаемый ими очищенный воздух, создают внутри рукавов повышенное давление. Ткань рукавов раздувается, деформируется пылевой слой, и одновременно продувается обратным потоком. Карналлитовая пыль отряхивается с рукавов, осыпается в конус фильтра. Уловленная карналлитовая пыль накапливается в конусе, далее карналлитовую пыль извлекают пылевыми затворами на скребковый транспортер. Состав карналлитовой пыли, уловленной в рукавном фильтре типа ФРИП-360, следующий, масс. %: 45,0 MgCl₂, 1,0 MgO. Далее уловленную карналлитовую пыль из рукавного фильтра направляют на процесс электролитического получения магния и хлора в электролизеры. Очищенные от пыли в рукавном фильтре отходящие газы поступают на газоочистные сооружения. Степень очистки отходящих газов от карналлитовой пыли в рукавном фильтре составила 99,5%.

Пример 2. Процесс обезвоживания карналлита ведут при тех же условиях что и в примере 1. Отходящие газы третьей камеры печи кипящего слоя дополнительно очищают рукавным фильтром типа ФРИП-360 (фильтр рукавный импульсный площадью поверхности фильтрования 360 м и производительностью по очищаемому газу 38400 м³/час), при этом поддерживают вакуумметрическое давление под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,09 кПа, перепад вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа и температуру отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С.

При осаждении карналлитовой пыли на поверхности рукавов фильтра, поры в материале постепенно уменьшаются. Основная масса карналлитовой пыли не проникает в материал, а оседает снаружи первичного слоя пыли. По мере увеличения толщины слоя карналлитовой пыли на поверхности рукавов фильтра возрастает сопротивление движения воздуха и снижается пропускная способность рукавного фильтра, во избежание чего предусмотрена регенерация запыленных рукавов импульсом сжатого воздуха. В момент регенерации подается электрический импульс от устройства регенерации рукавного фильтра на импульсные клапана. За счет работы клапанов поток сжатого воздуха из ресивера направляется с большой скоростью в трубу раздающую. Струи сжатого воздуха, выходящие из отверстий труб раздающих, и увлекаемый ими очищенный воздух, создают внутри рукавов повышенное давление. Ткань рукавов раздувается, деформируется пылевой слой, и одновременно продувается обратным потоком. Карналлитовая пыль отряхивается с рукавов, осыпается в конус фильтра. Уловленная карналлитовая пыль накапливается в конусе, далее карналлитовую пыль извлекают пылевыми затворами на скребковый транспортер. Состав карналлитовой пыли, уловленной в рукавном фильтре типа ФРИП-360, следующий, масс. %: 45,2 MgCl₂, 1,3 MgO. Далее уловленную карналлитовую пыль из рукавного фильтра направляют на процесс электролитического получения магния и хлора в электролизеры. Очищенные от пыли в рукавном фильтре отходящие газы поступают на газоочистные сооружения. Степень очистки отходящих газов и улавливания карналлитовой пыли составила 99,0%.

Таким образом, предложенный способ переработки карналлитовой пыли, образующейся при обезвоживании хлормагниевого сырья, позволяет повысить степень очистки отходящих газов и улавливания карналлитовой пыли до 99,0-99,5%, снизить потери обезвоженного карналлита с пылью, сэкономить сырье, полученное от поставщика, за счет расширения сырьевой базы.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к подготовке карналлитового сырья к электролизу обезвоживанием в печи кипящего слоя и переработке пылевых отходов. Подготовка карналлита включает его подачу в трехкамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи при одновременной обработке топочными газами, обезвоживание. Отвод отходящих газов через газоход и очистку отходящих газов от образующейся карналлитовой пыли осуществляют в циклонах с последующим ее возвратом в следующую по ходу движения материала камеру печи. Отходящие газы третьей камеры печи кипящего слоя дополнительно очищают от карналлитовой пыли в рукавном фильтре. При этом поддерживают вакуумметрическое давление под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,01-0,09 кПа. Перепад вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа. Температура отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С. Уловленную карналлитовую пыль в рукавном фильтре извлекают для дальнейшего использования в качестве сырья для электролитического получения магния и хлора. Способ позволяет повысить степень очистки газов и улавливания карналлитовой пыли до 99,0-99,5%, снизить потери обезвоженного карналлита с пылью при экономии сырья, полученного от поставщика, за счет расширения сырьевой базы. 2 пр.

Способ подготовки карналлита к электролитическому получению магния и хлора, включающий его подачу в трехкамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи при одновременной обработке топочными газами, обезвоживание, отвод отходящих газов через газоход, очистку отходящих газов от образующейся карналлитовой пыли в циклонах с последующим ее возвратом в следующую по ходу движения материала камеру печи, отличающийся тем, что отходящие газы третьей камеры печи кипящего слоя дополнительно очищают от карналлитовой пыли в рукавном фильтре, при этом поддерживают вакуумметрическое давление под сводом третьей камеры печи кипящего слоя равным 0,01-0,09 кПа, перепад вакуумметрического давления в рукавном фильтре не более 2 кПа и температуру отходящих газов в газоходе на выходе из третьей камеры печи кипящего слоя не выше 260°С, уловленную карналлитовую пыль в рукавном фильтре извлекают для дальнейшего использования в качестве сырья для электролитического получения магния и хлора.