способ переработки карналлитовой пыли, образующейся при обезвоживании хлормагниевого сырья

Формула изобретения

1. Способ переработки карналлитовой пыли, образующейся при обезвоживании хлормагниевого сырья, включающий подачу сырья в печь кипящего слоя, его обезвоживание, улавливание пыли в циклонах, отличающийся тем, что пыль извлекают из циклонов в емкость, загружают в циклонную камеру, плавят в закрученном потоке продуктов горения топлива и хлора с одновременным обезвоживанием и очисткой от примесей хлорированием, получают расплав безводного карналлита, который направляют на дальнейшее использование.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плавление карналлитовой пыли осуществляют при температуре 700-1200°С.

3. Способ по 1, отличающийся тем, что скорость продуктов горения топлива на входе в циклонную камеру поддерживают 60-200 м/с.

4. Способ по 1, отличающийся тем, что в качестве хлорирующего агента используют хлористый водород.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовый расплав безводного карналлита используют в качестве карналлитового флюса.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовый расплав безводного карналлита направляют в электролизеры для получения магния.

Описание изобретения к патенту

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

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 за счет процесса гранулирования пыли и большие материальные затраты. Кроме того, при смешивании пыли, нагретой до температуры 120-220°С с хлоридом натрия, находящейся при температуре 10-20°С, происходит окомкование материалов, крупные куски гранулированной пыли осаждаются на подине печи, что приводит к снижению скорости плавления.

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

Недостатком способа является то, что возврат карналлитовой пыли в печь кипящего слоя не позволяет полностью уловить пыль, так как 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 ее переработки в печи кипящего слоя.

Известен способ переработки карналлитовой пыли, получаемой при обезвоживании хлормагниевого сырья (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 четвертого 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, обезвоженный карналлит, выгружаемый из последней камеры печи кипящего слоя, и карналлитовая пыль в циклонах, различаются по своим физическим свойствам (по крупности частиц пыли - диаметр обезвоженного карналлита ˜ 2000 мкм, диаметр частиц пыли ˜ 40 мкм) и химическим свойствам (содержание вредных примесей, мас.%: в пыли Н₂О - 9,0; - 0,07; Fe_общ - 0,03; в обезвоженном карналлите Н₂О - 1,5; - 0,03; Fe_общ - 0,02). При смешивании обезвоженного карналлита и карналлитовой пыли содержание вредных примесей составляет, мас.%: Н₂О - 3,5; - 0,57; Fe_общ - 0,025, что не позволяет полученный обезвоженный карналлит загружать в электролизеры без предварительного обезвоживания и очистки в хлораторах. Это приводит к увеличению затрат электроэнергии, к безвозвратным потерям сырья, выносимого в циклоны с пылью (2-3,8%), а также к увеличению затрат на газоочистку за счет увеличенного расхода химических реагентов. Повторное обезвоживание пыли в смеси с обезвоженным карналлитом нежелательно, так как ухудшается качество расплавленного безводного карналлита. При переплавке пыли в хлораторе образуется окись магния очень мелкой фракции, которая в хлораторе не осаждается и остается в расплавленном безводном карналллите. Повышенное содержание окиси магния в расплаве безводного карналлита нежелательно для процесса электролиза из-за осаждения окиси магния на катодах, что приводит к снижению выхода магния по току.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении качества безводного карналлита за счет исключения возврата карналлитовой пыли в процесс обезвоживания карналлита и снижении удельных норм расхода сырья и электроэнергии на процесс обезвоживания, в снижении потерь сырья с пылью, уносимого в циклоны до 100-150 кг в час.

Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки карналлитовой пыли, образующейся при обезвоживании хлормагниевого сырья, включающий подачу сырья в печь кипящего слоя, его обезвоживание, улавливание пыли в циклонах, новым является то, что карналлитовую пыль извлекают из циклонов в емкость, загружают в циклонную камеру, плавят в закрученном потоке продуктов горения топлива и хлора с одновременным обезвоживанием и очисткой от примесей хлорированием, получают расплав безводного карналлита, который направляют на дальнейшее использование.

Кроме того, плавление карналлитовой пыли осуществляют при температуре 700-1200°С.

Кроме того, скорость продуктов горения топлива на входе в циклонную камеру поддерживают 60-200 м/с.

Кроме того, в качестве хлорирующего агента используют хлористый водород.

Кроме того, готовый расплав безводного карналлита используют в качестве карналлитового флюса.

Кроме того, готовый расплав безводного карналлита направляют в электролизеры для получения магния.

Переработка пыли плавлением в токе газов позволяет исключить возврат пыли в процесс подготовки карналлитового сырья и тем самым улучшить качество безводного карналлита, снизить удельные нормы на сырье и электроэнергию, снизить количество пылевых отходов и тем самым снизить загрязнение окружающей среды.

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, 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. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, 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". Пример осуществления способа (по прототипу).

Обогащенный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 31,8, Н₂ О - 38,4, KCl - 42,0, - 0,02, Fe_общ - 0,005 загружают в многокамерную печь кипящего слоя. Карналлит обезвоживают путем термообработки в токе топочных газов, полученных сжиганием природного газа в топках. Температура карналлита изменяют по ходу передвижения карналлита из камеры в камеру от 20 до 220°С. Состав карналлита, выгружаемого из последней камеры печи, мас.%: MgCl ₂ - 49,7, H₂O - 1,5, KCl - 42,0, MgO - 0,9, NaCl - 5,1, - 0,03, Fe_общ - 0,02. Состав карналлитовой пыли из последнего циклона, мас.%: MgCl - 45,5, Н ₂O - 9,0, MgO - 0,5, KCl - 35,1, NaCl - 10,0, - 0,05, Fe_общ - 0,025. После смешивания карналлита, выгружаемого из последней камеры, и карналлитовой пыли последнего циклона получают обезвоженный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 48,9, MgO -0,8, H ₂O - 3,5, KCl - 40,8, NaCl - 6,5, который направляют на окончательное обезвоживание термообработкой в электропечь сопротивления - карналлитовый хлоратор. Обезвоженный карналлит расплавляют при температуре 500-550°С, обрабатывают хлором для удаления образующихся продуктов гидролиза при температуре 700-800°С. Полученный безводный расплав отстаивают с целью удаления твердых включений и получают готовый безводный карналлит, мас.%: MgCl ₂ - 50,0, MgO - 0,8, H₂O - 0,05, KCl - 39,0, NaCl - 10,5, - 0,05, Fe_общ - 0,02, который направляют на электролиз для получения магния и хлора. Удельный расход электроэнергии при окончательном обезвоживании - 0,44 тыс. кВт·ч на одну тонну безводного карналлита, удельный расход обезвоженного карналлита на одну тонну безводного карналлита - 1,0135 т, расход хлора на одну тонну безводного карналлита - 80 кг. Безвозвратные потери сырья с пылью с печей кипящего слоя составляют около 300-480 кг в час. Это приводит к увеличению затрат на газоочистку за счет увеличенного расхода химических реагентов.

Пример 2 по изобретению

Обогащенный карналлит состава, мас.%: MgCl - 31,8, Н₂O - 38,4, KCl - 42,0, - 0,02, Fe_общ - 0,005 загружают в многокамерную печь кипящего слоя. Карналлит обезвоживают путем термообработки в токе топочных газов, полученных сжиганием природного газа в топках. Температура карналлита изменяют по ходу передвижения карналлита из камеры в камеру от 20 до 220°С. Состав карналлита, выгружаемого из последней камеры печи, мас.%: MgCl ₂ - 49,7, H₂O - 1,5, KCl - 42,0, - 0,02, MgO - 0,9, NaCl - 5,1, Fe_общ - 0,02. Карналлитовую пыль, осажденную в циклонах, выгружают в емкость и подают на плавление и на переработку в вертикальную циклонную камеру, оборудованную щелевой тангенциальной газовой горелкой и щелевым тангенциальным вводом вторичного дутья, расположенными в верхней части камеры. Состав загружаемой карналлитовой пыли состава, мас.%: MgCl₂ - 45,5, MgO - 0,5, H₂O - 9,0, KCl - 33,1, NaCl - 10,0, - 0,05, Fe_общ - 0,025.

Карналлитовую пыль расплавляют в циклонной камере в закрученном потоке продуктов горения топлива и хлора при скорости продуктов горения топлива на входе в циклонную камеру 60-200 м/с и температуре 700-1200°С. Одновременно происходит обезвоживание пыли и очистка расплава от примесей (оксида магния) хлорированием хлористым водородом, который получают при смешивании хлора с продуктами горения топлива. Расплав, имеющий температуру 500-550°С, перегревают до температуры 700-800°С с получением безводного карналлита состава, мас.%: MgCl₂ - 48,0, MgO - 0,4, Н ₂O - 0,05, KCl - 39,0, NaCl - 12,5, - 0,03, Fe_общ - 0,01, который направляют на стадию электролитического получения магния или на приготовление карналлитового флюса.

Удельный расход электроэнергии (с учетом затрат природного газа на плавление карналлитовой пыли) при окончательном обезвоживании - 0,4 кВт·ч на 1 тонну безводного карналлита, удельный расход обезвоженного карналлита на 1 тонну безводного карналлита - 0,985 т. Безвозвратные потери сырья с пылью с печей кипящего слоя составляют около 100-150 кг в час.

Таким образом, способ переработки карналлита для электролитического получения магния позволяет повысить качество безводного карналлита и снизить удельные нормы расхода сырья и электроэнергии на процесс обезвоживания, снизить потери сырья с пылью до 100-150 кг в час.