способ получения магния из кремнийсодержащих отходов

Формула изобретения

1. Способ получения магния из кремнийсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и разделение их на фракции, выщелачивание солянокислым раствором с получением хлормагниевой суспензии, разделение раствора и осадка, очистку и концентрирование раствора, многостадийное обезвоживание раствора с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, отличающийся тем, что полученный после отделения раствора кремнеземистый осадок промывают от хлор-иона и подвергают термообработке, затем смешивают с восстановителем и обрабатывают хлором с получением тетрахлорида кремния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку и обработку хлором кремнеземистого осадка проводят в кипящем слое.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку хлором кремнеземистого осадка проводят в расплаве хлоридов щелочных металлов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешением с восстановителем кремнеземистый осадок подвергают магнитной и электростатической сепарации с получением кремнеземистого концентрата.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют пековый или нефтяной кокс.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешиванием с восстановителем кремнеземистый осадок измельчают до крупности менее 0,20 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам производства магния электролизом расплавленных солей.

Известен способ производства магния из оксидно-хлоридного сырья (пaт. RU №2118406, опубл. БИ 24, 27.08.98 г.), включающий выщелачивание магния из оксидного сырья с получением хлормагниевых растворов, их очистку и концентрирование, смешивание раствора или гидрата хлорида магния с безводным электролитом (с получением синтетического карналлита), обезвоживание смеси с использованием хлора, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, хлора, электролита, возврат хлора и электролита в процесс подготовки сырья, конверсию хлора с получением хлорида водорода.

Недостатками данного способа являются:

- большое количество неиспользуемых отходов, так из 1000 кг кремнеземистых асбестовых отходов извлечено 208,4 кг магния, что составляет ~21%, остальное количество отходов - кремнеземистый осадок, содержащий, в основном, соединения кремния, магния, железа, никеля, кобальта, алюминия и др. - не утилизируется, т.е. направляется в хранилище твердых отходов, что загрязняет окружающую среду;

- использование отходов полидисперсного состава при наличии в них асбестового волокна приводит к ухудшению качества получаемых растворов хлорида магния, что приводит к усложнению процесса очистки раствора хлорида магния, т.к. при фильтрации ткань забивается асбестовыми волокнами.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является технология производства магния из кремнийсодержащих отходов фирмы Magnola (R.W. Stanley, M.Beube, C.Celik, Y.Oosaka, J.Avedesian. Magnola process for magnesium production. 53 ^rd Annual International Magnesium Association Conference, June 2-4, 1966, Ube, Japan, pp.58-64). Способ включает выщелачивание магния из оксидного сырья, содержащего кремний, например серпентинит (асбестовые отходы), соляной кислотой с получением хлормагниевых растворов, очистка и концентрирование раствора с получением гидратированного хлорида магния; смешение гидрата хлорида магния с безводным электролитом магниевых электролизеров; обезвоживание смеси с использованием хлорирующего агента с получением безводного плава солей, содержащих хлорид магния, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, анодного хлора и электролита, возврат анодного хлора и электролита в процесс подготовки сырья, конверсия хлора с получением хлорида водорода, направляемого в голову процесса.

Основными недостатками данного способа являются:

- большое количество неиспользуемых отходов, так из 1000 кг кремнеземистых асбестовых отходов извлечено 208,4 кг магния, что составляет ~21%, остальное количество отходов - кремнеземистый осадок, содержащий, в основном, соединения кремния, магния, железа, никеля, кобальта, алюминия и др. - не утилизируется, т.е. направляется в хранилище твердых отходов, что загрязняет окружающую среду;

- использование отходов полидисперсного состава при наличии в них асбестового волокна приводит к ухудшению качества получаемых растворов хлорида магния, что приводит к усложнению процесса очистки раствора хлорида магния, т.к. при фильтрации ткань забивается асбестовыми волокнами.

Технический результат заключается в снижении количества отходов, образующихся при получении магния, в получении из отходов нового товарного продукта - тетрахлорида кремния.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения магния из кремнийсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и разделение их на фракции, выщелачивание солянокислым раствором с получением хлормагниевой суспензии, разделение раствора и кремнеземистого осадка, очистку и концентрирование раствора, многостадийное обезвоживание раствора с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, новым является то, что кремнеземистый осадок после отделения раствора промывают от хлор-иона и подвергают термообработке, затем смешивают с восстановителем и обрабатывают хлором с получением тетрахлорида кремния.

Кроме того, термообработку и обработку хлором кремнеземистого осадка проводят в кипящем слое.

Кроме того, обработку хлором кремнеземистого осадка проводят в расплаве хлоридов щелочных металлов.

Кроме того, перед смешиванием с восстановителем кремнеземистый осадок подвергают магнитной и электростатической сепарации с получением кремнеземистого концентрата.

Кроме того, в качестве восстановителя используют пековый или нефтяной кокс.

Кроме того, перед смешиванием с восстановителем кремнеземистый осадок измельчают до крупности менее 0,20 мм.

Осуществление процесса производства магния из кремнийсодержащих отходов в заявляемых условиях обеспечивает практически полную переработку кремнийсодержащих отходов на товарные продукты, упрощает процесс их получения.

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, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе производства магния из кремнийсодержащих отходов, 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 преобразования для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Для производства магния берут 7038,6 кг/ч кремнеземистых отходов, содержащих, мас.%: МgО - 38,0, SiO₂ - 38,0, FeO - 5,5, Fe₂O₃ - 3,1, H₂O - 13,5, Са - 1,0, Mn - 0,07, Ni - 0,27, Со - 0,05, Al - 0,26, Cr - 0,17, Ti - 0,08, которые измельчают (крупнозернистая посыпка фракции 0,8 мм) с содержанием асбестового волокна 0,3 мас.% Процесс выщелачивания проводят 22976 кг/ч соляной кислотой с концентрацией 26 мас.%. Выщелачивание проводят при температуре 90°С, при Ж:Т=6:1, в течение 4 часов при непрерывном перемешивании суспензии. В результате выщелачивания и фильтрации получают кислый (1,5 мас.% HCl) раствор хлорида магния (23,9 мас.%) в количестве 7882,4 кг/ч с содержанием твердых 4729,4 кг/ч, в том числе оксид кремния - 2674,7 кг/ч, вода - 3153,0 кг/ч и хлор-иона - 982 кг/ч. По способу-прототипу остаток после выщелачивания 42000 тонн в год выводится из процесса и направляется на хранилище твердых отходов.

По заявляемому способу осадок после отделения раствора отмывают водой от хлор-иона и подвергают термообработке при температуре 100-900°С, при этом получают кремнеземистый концентрат с содержанием оксида кремния - 85-94 маc.%, остальное - вода и примеси магния, кальция, железа, марганца, никеля, кобальта, меди, алюминия и др. в количестве ~0,8 мас.%. Насыпной вес концентрата парогазовая смесь ~0,55 г/см³, удельная поверхность 50-350 м²/г, радиус пор 15-20 , что позволяет использовать его в качестве сорбента. Проведение магнитной сепарации увеличивает содержание оксида кремния в концентрате на ~2%. Кремнеземистый осадок смешивают с восстановителем (нефтяным или пековым коксом), приготовленную шихту загружают в печь кипящего слоя, туда же подают хлор. При температуре 700°С в кипящем слое происходит хлорирование кремнеземистого осадка по реакциям:

SiO₂+2Cl₂+С=SiCL₄+СO ₂+Q₁

SiO₂+2Cl₂+2С+SiCl ₄+2СО+Q₂

Парогазовую смесь, образующаяся при хлорировании, удаляют через свод печи и конденсируют с получением жидкого тетрахлорида кремния в количестве 4200 кг/ч. Огарок удаляют из нижнего кожуха печи.

Хлормагниевый раствор направляют на двухступенчатую очистку, сначала до рН 3,5-4,0 магнезитом или бруситом, а затем до рН 10-11 гидросульфидом натрия или гидроксидом натрия. В результате получают 21458 кг/ч очищенного раствора концентрацией хлорида магния 27,1% и нерастворимый остаток (железо-никель-кобальтовый концентрат) в количестве 3253,7 кг/ч, содержащий, мас.%: железо - 17,0, никель - 0,5, кобальт - 1,0.

Очищенный хлормагниевый раствор направляют на многостадийное обезвоживание с получением безводного хлормагниевого сырья (9497,8 кг/ч безводного по 50% хлормагниевому сырью). Безводный хлорид магния подвергают электролизу с получением 1141,6 кг/ч хлора и 4749,0 кг/ч электролита. Электролит и хлор возвращают на стадию подготовки сырья.

Пример 2.

То же, что и в примере 1, но полученную шихту загружают в расплав хлоридов щелочных металлов. Процесс ведут при температуре 700-800°С. При подаче хлора в расплав кремнеземистый осадок и кокс находятся во взвешенном состоянии по всему объему расплава. Для обеспечения процесса "кипения" твердых частиц их предварительно измельчают до крупности менее 0,2 мм. Парогазовая смесь, содержащая тетрахлорид кремния, поступает в систему конденсации с получением тетрахлорида кремния в количестве 4,200 т/ч. Отработанный расплав периодически сливают.

Таким образом, предлагаемый способ получения магния из кремнийсодержащих отходов позволяет значительно снизить отходы производства и, тем самым, уменьшить загрязнение окружающей среды, а также позволит получать дополнительно товарный продукт - тетрахлорид кремния.