способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу

Формула изобретения

1. Способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, включающий первичное обезвоживание с получением твердого обезвоженного полупродукта, окончательное обезвоживание в хлораторах с получением безводного расплава, электролиз расплава с получением магния и хлора, отличающийся тем, что перед загрузкой в хлоратор твердый обезвоженный полупродукт предварительно смешивают с карбонатом натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат натрия подают в хлоратор одновременно с обезвоженным полупродуктом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат натрия загружают в хлоратор в количестве 35-65 кг на 1 т безводного расплава.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание хлорида натрия в безводном расплаве равно 12-15%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру хлорирования карбоната натрия в хлораторе поддерживают 500-800С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности хлорной металлургии, и может быть использовано при подготовке хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей.

Получение расплавленного хлормагниевого сырья для электролиза производят в электропечах сопротивления. Для подавления процесса гидролиза, хлорирования воды (Н₂O) и образовавшихся продуктов гидролиза (MgO и MgOHCl) в них подают хлор. На практике расход хлора обычно в несколько раза превышает теоретически необходимый для хлорирования MgO, MgOHCl и Н₂О. Неиспользованный хлор поступает на газоочистные сооружения, где обезвреживается с образованием гипохлоритных пульп, в основном, кальциевых (обычно магниевые заводы используют в качестве сорбента известковое молоко).

Известен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу (Патент США №3953574), по которому производят подготовку расплавленного безводного хлорида магния к электролизу путем хлорирования газообразным хлором с твердым углеродистым восстановителем при температуре ~800С. Для достижения высокой степени использования (обезвреживания) хлора в расплав хлорида магния добавляют металлическое железо, его оксиды или хлористое железо. Тем самым степень использования хлора ~40% (без добавления железа и его соединений) повышается почти в два раза.

Использование железа и его соединений для обезвреживания хлора связано со следующими недостатками. При остаточной концентрации железа в расплаве безводного хлорида магния ~0,5 мас.% происходит значительное снижение эффективности работы электролизеров. Остаточный уровень железа в расплаве слишком высок для использования в современных электролитических ячейках и поэтому необходимо проводить дополнительную электролитическую обработку расплава, чтобы снизить уровень железа до менее чем 0,1 маc.%. Кроме того, часть добавленного железа возгоняется, вызывая коррозию отводящих газоходов.

Известен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу (Патент США №4981674), в котором для повышения степени использования хлора в расплав хлорида магния кроме предварительно обезвоженного порошкообразного хлорида магния загружают магнезит (MgCO₃) или оксид магния. Хлорирование MgCO₃, СаСО₃ или MgO производят при температуре 750-850С с подачей в расплав газообразных реагентов - хлора и моноокиси углерода через газовый диспергатор.

Недостатком способа является образование вредных продуктов хлорирования типа СОСl₂, CCl₄ и хлорированных углеводородов типа C_xH_yCl_z (Цыганков Ю.М., Савинкова Е.И., Вильнянский Я.Е. Цветные металлы. 7, 81 (1967)). Т.е. при обезвреживании хлора образуются более токсичные чем хлор продукты, очистка отходящих газов от которых сложнее чем очистка от хлора.

Известен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу - прототип (кн. Лебедев О.А. Производство магния электролизом. - М.: Металлургия, 1988, с.55-79), по которому обезвоживание хлормагниевого сырья производят в две стадии. На первой стадии в твердом состоянии в печах “КС” или вращающихся печах с получением частично обезвоженного твердого полупродукта. На второй стадии окончательное обезвоживание в расплавленном состоянии в электропечах сопротивления - хлораторах.

Недостатком данного способа-прототипа является то, что на практике расход хлора в хлораторе в 2-3 раза превышает теоретически необходимый для хлорирования. Неиспользованный в хлораторе хлор поступает на газоочистные сооружения, где обезвреживается с образованием кальциевых гипохлоритных пульп (в качестве сорбента используют известковое молоко с содержанием СаО 100-150 г/дм³). Гипохлоритные пульпы не находят применения в качестве товарного продукта. Поэтому перед захоронением их необходимо обезвреживать, что приводит к значительному расходу реагентов, например, пара, гидросульфита натрия, катализаторов. В связи с этим актуальной является задача повышения степени использования хлора в хлораторе.

Задача изобретения направлена на устранение указанных недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении степени использования хлора, упрощении процесса обезвреживания хлора, получении безводного расплава оптимального состава.

Технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, включающий первичное обезвоживание с получением твердого обезвоженного полупродукта, окончательное обезвоживание в хлораторах с получением безводного расплава, электролиз расплава с получением магния и хлора, новым является то, что перед загрузкой в хлоратор твердый обезвоженный полупродукт предварительно смешивают с карбонатом натрия.

Кроме того, карбонат натрия подают в хлоратор одновременно с обезвоженным полупродуктом.

Кроме того, карбонат натрия загружают в хлоратор в количестве 35-65 кг на 1 т безводного расплава.

Кроме того, содержание хлорида натрия в безводном расплаве составляет 12-15 мас.%.

Кроме того, температуру хлорирования карбоната натрия в хлораторе поддерживают 500-800С.

Подача карбоната натрия в смеси с обезвоженным полупродуктом на расплавление позволит в несколько раз повысить степень использования (обезвреживания) хлора, поступающего на хлорирование продуктов гидролиза хлорида магния с одновременным упрощением процесса обезвреживания хлора.

Кроме того, при хлорировании карбоната натрия образуется хлорид натрия, который является полезной примесью при производстве магния электролизом расплавленных солей.

Известно положительное влияние повышения содержания хлорида натрия (NaCl) в безводном карналлите (до 10-15%) и соответственно в электролите (до 19-25%) (кн. Лебедев О.А. Производство магния электролизом. -М.: Металлургия, 1988, С.189). Это позволяет реализовать в промышленности так называемую низкотемпературную технологию электролиза карналлита. Повышение содержания хлорида натрия обеспечивают либо изменением состава обогащенного карналлита на галлургическом переделе, либо подшихтовкой хлорида натрия в процессе электролиза магния непосредственно в электролит.

Таким образом, наряду со связыванием содой хлора происходит оптимизация состава безводного расплава и в конечном итоге электролита.

Еще одним положительным результатом хлорирования карбоната натрия в расплаве, содержащем безводный хлорид магния, является повышение скорости обезводороживания расплава за счет выделяющегося при хлорировании инертного диоксида углерода (Савишева Е.И., Вильнянский Я.Е., Солянов С.П., Рассошина В.И.. Известия ВУЗов, Цветная металлургия, 6, 72, 1967 г.).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе подготовки хлормагниевого сырья к электролизу, 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”.

Примеры осуществления способа.

Предварительно обезвоженный в печи кипящего слоя карналлит с содержанием воды (2-5 маc.%) поступает по транспортной системе на вторую стадию обезвоживания в хлораторы. Перед загрузкой в хлораторы к обезвоженному карналлиту подгружают карбонат натрия (Nа₂СО₃). В хлораторе при хлорировании соды при удельном расходе хлора на 1 т безводного расплава 30-45 кг/т и температуре 500-800С образуется хлорид натрия. Степень использования хлора в хлораторе увеличивается в 2-3 раза (до 80-90%).

Для получения такой степени использования хлора и одновременно кондиционного для электролиза безводного расплава карналлита к обезвоженному карналлиту подгружают 35-65 кг соды на 1 т безводного расплава карналлита. Это эквивалентно подгрузке твердого хлорида натрия в количестве 50-75 кг на 1 т безводного расплава. Полученную смесь безводного карналлита и хлорида натрия (12-15% NaCl) подают в электролизеры.

Таким образом, предложенный способ позволит повысить степень использования хлора в хлораторах в 2-3 раза, получить оптимальный по содержанию хлоридов состав безводного расплава карналлита для питания электролиза, упростить процесс обезвреживания хлора, в том числе за счет снижения хлорной нагрузки на газоочистные сооружения.