поточная линия получения магния из безводного карналлита

Формула изобретения

1. Поточная линия получения магния из безводного карналлита, содержащая проточные электролизеры, разделительный миксер, печи для получения безводного карналлита и транспортные каналы с системами принудительной подачи расплава солей и магния по поточной линии, отличающаяся тем, что она снабжена емкостями-дозаторами, при этом печи для получения безводного карналлита соединены транспортным каналом с поточной линией электролизеров через емкости-дозаторы для обеспечения непрерывного питания электролизеров безводным карналлитом.

2. Поточная линия по п.1, отличающаяся тем, что печи для получения безводного карналлита выполнены с возможностью непрерывной подачи карналлита в транспортный канал, имеющий затворы для периодической подачи карналлита в емкости-дозаторы.

3. Поточная линия по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена рафинировочным электролизером, при этом разделительный миксер подсоединен к каналам хвостового и рафинировочного электролизеров под углом 90° к продольной оси миксера.

4. Поточная линия по п.3, отличающаяся тем, что сборные ячейки рафинировочного электролизера расположены параллельно рабочим плоскостям его анодов и катодов.

Описание изобретения к патенту

Известна поточная линия для производства магния, которая включает в себя головной миксер, рафинировочные и проточные электролизеры, транспортные и соединительные каналы, разделительный миксер, насос для циркуляции электролита и приемный канал оборотного электролита [1].

Основным недостатком описанной поточной линии является большой расход электроэнергии и значительные капитальные вложения на сооружение головного миксера поточной линии. Кроме того, залповая загрузка безводного карналлита из ковшей приводит к увеличению количества рафинировочных электролизеров в линии и в процессе эксплуатации приводит к снижению технических показателей поточной линии.

Известна поточная линия для производства магния [2], где электролизеры гидравлически соединяются с помощью соединительных каналов. В начале потока устанавливается головной миксер, из которого расплав поступает в рафинировочные электролизеры. Перед концевыми электролизерами расположен разделительный миксер, из которого удаляют магний-сырец и отработанный электролит. Основная масса электролита насосом перекачивается в поточную линию через головной миксер, куда периодически из ковшей заливается расплав безводного карналлита из хлораторов. Для оценки основных показателей поточной линии проводились исследования по питанию ее глубокообезвоженным карналлитом.

Основным недостатком описанной поточной линии является высокий расход электроэнергии на рафинирование сырья в головном миксере и в рафинировочных электролизерах, а при питании потока глубокообезвоженным карналлитом (ГОК) идет быстрое разрушение анодов во всех аппаратах потока, выходят из строя хлорные коммуникации при увеличении содержания HCl в анодном хлоргазе.

Плавление ГОКа в головном миксере приводит к извлечению из головных аппаратов потока большого количества шлама, что приводит к увеличенному расходу сырья и ухудшению технических показателей поточной линии (производительность, выход магния по току и удельный расход электроэнергии постоянного тока).

Известна поточная линия для производства магния и способ получения магния из кислородсодержащего сырья в этой линии [3], включающая загрузку ГОКа в поточную линию. Поточная линия включает в себя соединенные гидравлически проточные электролизеры, имеющие между собой транспортные каналы. Способ получения магния и хлора в описанной выше поточной линии включает загрузку твердого сырья в электролит в нескольких точках поточной линии, принудительную подачу расплава магния из электролизера в электролизер по транспортным каналам, централизованное удаление магния и отработанного электролита из поточной линии взят за (прототип).

Однако в известной поточной линии загрузка твердого сырья в электролизеры приводит к значительному увеличению скорости износа анодов, это влечет за собой снижение срока службы электролизеров, магистральных хлоропроводов, снижение выхода магния по току с соответствующим снижением производительности поточной линии и повышением эксплуатационных затрат на удаление шлама. Кроме того, при загрузке ГОКа в электролизеры происходит частичное или полное растворение в расплаве солей, имеющихся в этом продукте вредных примесей в виде MgOHCl и MgO. Растворенные в расплаве примеси MgOHCl и Mg₂OCl ₂ не успевают при температуре электролизера термически разложиться и потоками циркуляции электролита достигают анода, где вступают в реакцию окисления углерода анода с образованием СО₂, СО и HCl. Этот процесс приводит к значительному износу анодов и ведет к снижению срока службы электролизеров и к повышению удельного расхода электроэнергии на одну тонну магния. Появление повышенного содержания HCl в анодном хлоргазе приводит к конденсации паров HCl в магистральном хлоропроводе и преждевременному разрушению корпуса хлоропровода и устройств для удаления возгонов из системы.

Технической задачей изобретения является повышение производительности, снижение эксплуатационных затрат и обеспечение безопасных условий при непрерывном получении магния из безводного карналлита в поточной линии.

Решение технической задачи состоит в следующим. Поточная линия получения магния из безводного карналлита включает проточные электролизеры, разделительный миксер. Печи для получения безводного карналлита и транспортные каналы с системами принудительной подачи расплава солей магния по поточной линии, которая снабжена емкостями-дозаторами, при этом печи для получения безводного карналлита соединены транспортным каналом с поточной линий электролизеров через емкости-дозаторы для обеспечения непрерывного питания электролизеров безводным карналлитом.

В предложенном изобретении печи для получения безводного карналлита выполнены с возможностью подачи карналлита в транспортный канал, имеющий затворы для периодической подачи карналлита в емкости-дозаторы, что предотвращает утечки тока по соединительным каналам через расплав при непрерывной работе всех агрегатов поточной линии, и обеспечиваются условия электрической безопасности от поражения током эксплуатационного персонала, обслуживающего все транспортные каналы и аппараты поточной линии.

Поточная линия снабжена рафинировочным электролизером, при этом разделительный миксер подсоединен к каналам хвостового и рафинировочного электролизеров под углом 90° к продольной оси миксера, что позволяет уменьшить длину развязки каналов и сократить до минимума время работы электролизеров поточной линии в режиме выборки магния из концевой группы электролизеров, что приведет к повышению производительности поточной линии.

Кроме того, сборные ячейки рафинировочного электролизера расположены параллельно рабочим плоскостям его анодов и катодов, что улучшает условия труда при ручном удалении шлама из электролизеров и повышает срок службы анодного хлоропровода за счет сброса анодного хлоргаза с повышенным содержанием HCl из первого анодного пространства рафинировочного электролизера в систему сантехнических газов на газоочистные сооружения.

Пример выполнения предложенной поточной линии получения магния из безводного карналлита показан схематично на чертеже.

Поточная линия состоит из электрических печей 6, соединенных между собой транспортным каналом 5 с затворами 8 для периодического наполнения емкостей-дозаторов 9, обеспечивающих непрерывное питание безводным карналлитом электролизеров 2 и 13 по каналам 11, 14, 1 и 3.

Регулирование потока расплава, непрерывное питание безводным карналлитом и разрыв струи потока расплава между емкостями-дозаторами 9 и питательным каналом 11 осуществляют затворами 8 и 10. Во время опорожнения емкости-дозатора 9 она отключена от транспортного канала 5 затвором 8. Разделительный миксер подсоединен к каналам 11 и 3 проточного 2 и рафинировочного электролизера 13 под углом 90° к продольной оси миксера 4. В рафинировочном электролизере 13 сборные ячейки расположены параллельно рабочим плоскостям анодов и катодов.

Краткое описание основного оборудования предлагаемой поточной линии, изображенного на схеме (см. чертеж), приведено ниже в таблице 1.

Таблица 1

№№ поз. Схемы	Наименование аппарата	Характеристика технологического процесса и конструктивных параметров
1 3 11 14	Соединительные каналы поточной линии	Соединительные каналы выполнены из огнеупорного материала, заключенного в стальной кожух. Сверху канал закрыт бетонным перекрытием. Температура расплава внутри канала 680-720°С. На внешней стенке температура 40-50°С. Сечение канала снаружи 1000×1000, внутри 250×600 мм. Длина каналов от 2 до 20 метров.
5	Транспортный канал безводного карналлита	Транспортный канал по габаритам соответствует соединительным каналам. Внутри огнеупорный кирпич облицован графитом толщиной 30-40 мм. Температура расплава внутри канала 700-720°С, а на внешней стенке канала 40-50°С. В канале смонтировано два сливных устройства для заполнения емкостей-дозаторов. Длина канала 35-40 метров.
6	Электрическая печь	Печь состоит из стального кожуха, в котором зафутеровано три камеры: - камера плавления карналлита при температуре 500-520°С; - камера перегрева карналлита до температуры 720-740°С; - камера гравитационного осветления карналлита при температуре 700-720°С. Объем расплава карналлита: - камера плавления - 4 м 3; - камера перегрева - 15 м3 ; - камера осветления - 8 м3. Габариты печи: ширина - 4 м; длина - 6 м; высота - 6 м.
9	Емкость-дозатор	Емкость-дозатор состоит из стального кожуха, зафутерованного огнеупорным кирпичом, в днище которого установлен затвор для выпуска расплава. Температура расплава 700-720°С. Объем расплава карналлита - 10 м3. Габариты аппарата: ширина - 3 м; длина - 5 м; высота - 3 м.
4 12	Разделительный миксер	Разделительный миксер состоит из стального кожуха, в котором зафутеровано две камеры: камера для сбора магния на 8 т и камера для циркуляционных насосов на 10 т по отработанному карналлиту. Габариты миксера: ширина - 4 м; длина - 9 м; высота - 4,5 м. Рабочая температура расплава - 680-720°С.
2	Проточный электролизер	Электролизер состоит из стального кожуха, зафутерованного огнеупорным материалом, в который вмонтированы стальные катоды и графитовые аноды, подключенные к ошиновке постоянного тока. Рабочая температура электролиза карналлита 680-700°С. Габариты электролизера: ширина - 4 м; длина - 6 м; высота - 4,5 м. Объем расплава электролита - 17-18 м3.
13	Рафинировочный электролизер	Рафинировочный электролизер состоит из стального кожуха, зафутерованного огнеупорным материалом, в который вмонтированы стальные катоды, а графитовые аноды установлены сверху, через перекрытие для периодической замены по мере сработки рабочего сечения. Аноды и катоды подключены к ошиновке постоянного тока. Рабочая температура процесса рафинирования и электролиза 700-710°С. Габариты аппарата: ширина - 4 м; длина - 6 м; высота - 4,5 м. Объем расплава электролита - 15-16 м3.
7 8 10	Затвор аппарата для расплавов при производстве магния (по патенту РФ № 2245401, С25С 7/00, опубл. БИПМ № 3, 27.01.2005 г.)	Затвор выполнен из стального литья, обеспечивает регулирование струи расплава и надежность перекрытия потока расплавленной среды. Затвор содержит сливную летку, пробку и снабжен корпусом. Пробка выполнена конусной со сливным каналом и неподвижно закреплена в сливной летке в дне аппаратов. Корпус установлен с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси пробки для совмещения отверстий корпуса с каналом в пробке.

Поточная линия получения магния из безводного карналлита работает следующим образом.

В электрические печи 6 поступает обезвоженный карналлит, где он после расплавления, перегрева и гравитационного отстоя, через затворы 7 непрерывно сливается в транспортный канал 5. Установленные в транспортном канале 5 затворы 8 работают в режиме поочередного заполнения емкостей-дозаторов 9. Слив расплава безводного карналлита в канал 11 из емкостей-дозаторов 9 осуществляется в непрерывном режиме, если из одной емкости-дозатора 9 идет слив расплава безводного карналлита, то запорное устройство 10 открыто, а запорное устройство 8 закрыто. В период непрерывного слива расплава безводного карналлита из одной емкости-дозатора 9 во вторую емкость 9 непрерывно поступает расплав из транспортного канала 5 через открытый затвор 8. Затвор 10 в период заполнения емкости-дозатора 9 закрыт. Такой режим работы обеспечивает безопасную работу обслуживающего персонала поточной линии от поражения переменным током и обеспечивает снижение влияния вредных примесей в безводном карналлите на головные электролизеры поточной линии.

Безводный карналлит в питательном канале 11 смешивается с оборотным электролитом, который насосами перекачивается из разделительного миксера 4 и направляется в рафинировочный электролизер 13. Далее отрафинированный расплав рабочего электролита самотеком по транспортным каналам 14, 1 поступает в проточные электролизеры 2, где происходит разложение хлористого магния безводного карналлита на магний и хлор. Магний потоком электролита по транспортным каналам 14, 1 и 3 поступает в разделительный миксер 4 и периодически вакуум-ковшом извлекается и передается на литейный передел, а отработанный электролит для последующей переработки - на товарную продукцию.

Параллельно разделительному миксеру 4 установлен резервный разделительный миксер 12, что позволяет при капитальном ремонте одного из агрегатов исключить период работы поточной линии в режиме удаления магния из хвостовых электролизеров и уменьшить длину транспортных каналов при подключении резервного и рабочего разделительных миксеров к поточной линии.

Заявленная поточная линия позволяет объединить два разобщенных передела - подготовки сырья к электролизу и его последующий электролиз - в одну поточную линию. При ее осуществлении становится возможным отказаться от трудоемкой транспортировки расплава из сырьевого в электролизный цех и обеспечить высокое качество подготовки сырья к электролизу, т.к. при расплавленном питании электролизеров поточной линии безводным карналлитом через емкости-дозаторы 9 в непрерывном режиме изменяется характер поступления вредных примесей (MgO, MgOHCl, SO₄ ^2-). Резко (в разы) меняется отношение их содержания в рабочем электролите поточной линии к содержанию примесей в порции расплава безводного карналлита, поступающей в единицу времени из емкости-дозатора 9 в поточную линию электролизеров 2. При существующей технологии питания расплавом безводного карналлита электролизеров 2 поточной линии разовая максимальная загрузка сырья из 4,5-тонных ковшей составляет величину 25000 г/с. Скорость загрузки расплава в предлагаемой поточной линии колеблется от 4000 до 6000 г/с. Эта скорость подачи сырья позволяет резко изменить отношение поступления примесей во времени к общему объему электролита, циркулирующего в поточной линии, и позволяет работать электролизерам 2 в потоке с минимальным кипением электролита и без головного рафинировочного миксера.

Кроме того, непрерывное питание поточной линии электролизеров 2 безводным карналлитом позволяет резко изменить график ручного удаления шлама в сторону увеличения сроков, т.к. основная доля оксида магния и взвесь углерода задерживаются в емкостях-дозаторах 9 и периодически раз в двое суток удаляются сливом через затворы 10 в рядом установленные короба.

Организация непрерывного питания поточной линии безводным карналлитом позволяет работать электролизерам головы потока в режиме оптимального перекрытия окон циркуляционных каналов в разделительных стенках, а это приводит к увеличению срока службы электролизеров, повышению выхода магния по току и снижению количества рафинировочных электролизеров в голове поточной линии с трех в настоящее время до одного в предлагаемой поточной линии.

Принципиально новым и отличным от выбранного прототипа и от других известных поточных линий для получения магния из безводного карналлита является то, что она снабжена емкостями-дозаторами, при этом печи для получения безводного карналлита соединены транспортным каналом с поточной линией электролизеров через емкости-дозаторы для обеспечения непрерывного питания электролизеров безводным карналлитом, при этом печи для получения безводного карналлита выполнены с возможностью непрерывной подачи карналлита в транспортный канал, имеющий затворы для периодической подачи карналлита в емкости-дозаторы. Кроме того, разделительный миксер подсоединен к каналам хвостового и рафинировочного электролизеров под углом 90° к продольной оси миксера, а сборные ячейки рафинировочного электролизера расположены параллельно рабочим плоскостям его анодов и катодов. Сочетание перечисленных признаков в общем технологическом процессе поточной линии получения магния из безводного карналлита являются специфичными для заявляемого изобретения. Следовательно, по сравнению с прототипом новая поточная линия имеет признаки, которые существенно отличаются от признаков аналогов.

Предложенная поточная линия позволяет повысить производительность по магнию, снизить эксплуатационные затраты и обеспечить безопасные условия при непрерывном получении магния из безводного карналлита в поточной линии.

Ниже в таблице приведены показатели работы поточной линии, состоящей из 30 электролизеров и разделительного миксера, относящиеся к прототипу и к предложенной поточной линии.

Таблица 2

№ п/п	Наименование показателя	Прототип	Предложенная поточная линия
1	Сила тока, кА	170	180
2	Выход по току, %	80	85
3	Производительность поточной линии, т/сут	44,5	50,0
4	Количество рафинировочных электролизеров, шт	3	1
5	Количество проточных электролизеров, шт	27	29

ЛИТЕРАТУРА

1. Поточная линия для производства магния. Цветные металлы, № 9, 1971, с.36-37.

2. О.А.Лебедев. Производство магния электролизом. Москва, Металлургия, 1988, с.227-229.

3. Патент РФ № 2 107 113 (АООТ «ВАМИ»), 20.03.98 г.