Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ

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

Известен способ получения магния и хлора (а.с. СССР №398695, опубл. 27.09.1973 г.), включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, извлечение в процессе электролиза шламо-электролитной смеси, загрузку после удаления шлама в электролит твердой соли хлорида натрия равными порциями при концентрации хлорида магния не менее 8% и температуре 690-700°С. Это позволяет увеличить выход магния по току.

Недостатком данного способа является повышенный гидролиз хлорида магния в электролите с образованием вредной примеси оксида магния из-за загрузки влажной соли хлорида натрия. Оксид магния осаждается на поверхности катодов и пассивирует ее, что приводит к снижению выхода магния по току. Кроме того, при введении влажной соли хлорида натрия резко повышается циркуляция электролита, что приводит к образованию пены. Это также снижает выход магния по току, повышает потери хлора и приводит к загрязнению зоны обслуживания хлором.

Известен способ получения магния электролизом расплавленных солей (кн. Производство магния электролизом. - О.А.Лебедев. - М.: Металлургия, 1988, стр.203-213), включающий заливку хлормагниевого сырья в электролизер, периодическое удаление шламо-электролитной смеси в отдельную емкость, загрузку в электролизер после удаления шламо-электролитной смеси твердой соли хлорида натрия равными порциями, отстаивание шламо-электролитной смеси и возврат осветленной части в электролизер. Твердую поваренную соль - хлорид натрия - загружают в сборную ячейку электролизера порциями по 100-200 кг.

Недостатком данного способа является повышенный гидролиз хлорида магния в электролите с образованием вредной примеси оксида магния из-за загрузки влажной соли хлорида натрия. Оксид магния осаждается на поверхности катодов и пассивирует ее, что приводит к снижению выхода магния по току. Кроме того, при введении влажной соли хлорида натрия резко повышается циркуляция электролита, что приводит к образованию пены. Это также снижает выход магния по току, повышает потери хлора и приводит к загрязнению зоны обслуживания хлором.

Известен способ получения магния электролизом расплавленных солей (кн. Металлургия магния и других легких металлов. - Эйдензон М.А. - М.: Металлургия; - 1974, стр.107-113), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, извлечение в процессе электролиза шламо-электролитной смеси, подгрузку в электролизер твердой соли хлорида натрия, заливку шламо-электролитной смеси в обогреваемую емкость (миксер), отстаивание и возвращение осветленной части в электролизер.

Недостатками данного способа является то, что при осветлении в обогреваемом миксере шламо-электролитной смеси примеси соединений железа не осаждаются и возвращаются в электролизер, что приводит к насыщению расплавленных хлоридов соединениями железа. Вредное влияние ионов железа приводит к образованию пассивной пленки на катоде (пассивации) и к выделению магния в мелкодисперсной форме. Из промышленной практики известно, что оптимальный выход магния по току (77-85%) достигается при содержании ионов железа в электролите не более 0,04-0,06%. При увеличении содержания железа выход магния по току резко уменьшается (см. аналог-прототип, стр.97). Загрузка в электролизер твердой соли хлорида натрия приводит к повышенному гидролизу хлорида магния из-за присутствия в соли хлорида натрия влаги, что приводит к образованию вредной примеси оксида магния. Оксид магния осаждается на поверхности катодов и пассивирует ее, а это приводит к снижению выхода магния по току. Кроме того, при введении влажной соли хлорида натрия резко повышается циркуляция электролита, что приводит к образованию пены. Это также снижает выход магния по току, повышает потери хлора и приводит к загрязнению зоны обслуживания хлором. Наличие в твердой соли хлорида натрия сернистых соединений приводит к накоплению сульфатов в расплаве, которые являются вредными примесями для процесса электролиза.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить пассивацию катодов за счет исключения ввода в электролизер соединений железа и влажных солевых добавок, например хлорида натрия, предотвратить пенообразование и за счет этого повысить выход магния по току, снизить потери хлора и исключить выделение хлора в зону обслуживания.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения магния электролизом расплавленных солей, включающий загрузку хлормагниевого сырья и хлоридов щелочных металлов в электролизер, периодическое удаление шламо-электролитной смеси из электролизера и загрузку ее в обогреваемую емкость, отстаивание и возврат осветленной части смеси в электролизер, новым является то, что в обогреваемую емкость, содержащую шламо-электролитную смесь, подают твердый хлорид натрия и оксид кальция, а полученную смесь перед отстаиванием и возвратом осветленной части в электролизер расплавляют.

Кроме того, твердый хлорид натрия и оксид кальция смешивают перед загрузкой в обогреваемую емкость.

Кроме того, твердый хлорид натрия и оксид кальция загружают в обогреваемую емкость одновременно.

Кроме того, твердый хлорид натрия и оксид кальция загружают в обогреваемую емкость последовательно.

Кроме того, твердый хлорид натрия загружают в обогреваемую емкость при соотношении хлорид натрия : электролит, равном 1:(15-25).

Кроме того, оксид кальция загружают в обогреваемую емкость при соотношении оксид кальция : электролит, равном 1:(300-600).

Кроме того, смесь в обогреваемой емкости расплавляют при температуре 700-720°С.

Кроме того, содержание хлорида натрия в расплавленной смеси поддерживают в количестве не менее 40%.

Переработка шламо-электролитной смеси в обогреваемой емкости с одновременным смешиванием с твердым хлоридом натрия позволяет исключить попадание в электролизер влаги, это значительно снижает образование оксида магния в электролизере как нежелательной примеси. Обработка шламо-электролитной смеси оксидом кальция позволяет перевести находящийся в расплаве хлорид железа в виде примеси в нерастворимый осадок - оксид железа, который осаждается в донной части обогреваемой емкости. За счет этого происходит очистка осветленной части расплава от нежелательных соединений железа. Таким образом, очистка от примесей железа и оксида магния возвратной осветленной смеси расплава позволяет значительно снизить пассивацию катодов и повысить выход магния по току.

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 позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения магния электролизом расплавленных солей.

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 устройства. 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".

Примеры осуществления способа.

Пример 1

Процесс электролитического получения магния ведут в электролизерах, заполненных электролитом в количестве 25-30 тонн. Электролит состоит из хлоридов натрия, калия и магния. По мере разложения хлорида магния на магний и хлор в электролизер подгружают расплавленный хлорид магния 6 раз в сутки по 1-1,5 тонны. Магний извлекают из электролизера 6 раз в сутки, хлор непрерывно отводят через систему отсоса, температуру электролита поддерживают в пределах 665-670°С. В процессе электролиза в донной части электролизера оседают оксиды магния, кремния, алюминия, соединения титана и железа, так называемый шлам, накопление которого приводит к снижению показателей процесса. Шлам удаляют один раз в 7 дней с помощью вакуум-ковша совместно с донной частью электролита в количестве 3-3,5 тонн.

Шламо-электролитную смесь состава, мас.%: 2-4 MgO, 5-10 MgCl₂, 0,5-1 Mg, 0,5-1,0 SiO₂+Al₂О₃, остальное хлориды калия, натрия, кальция, загружают в обогреваемую емкость, например миксер-отстойник в количестве 3-3,5 тонн. В загрузочное отделение миксера загружают твердый хлорид натрия в количестве 150 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению хлорид натрия : электролит, равному 1:20. Затем вводят твердый оксид кальция в количестве 6 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению 1:500. Полученную смесь с содержанием хлорида натрия не менее 40% расплавляют при температуре 710°С, перемешивают, затем отстаивают и осветленную смесь расплава, обогащенную хлоридом натрия, извлекают из миксера-отстойника и загружают в электролизер. После чего в электролизер добавляют отработанный электролит с содержанием хлорида калия не менее 65%, полученный при карналлитовой схеме питания электролизеров.

Пример 2

Процесс электролитического получения магния ведут в электролизерах, заполненных электролитом в количестве 25-30 т. Электролит состоит из хлоридов натрия, калия и магния. По мере разложения хлорида магния на магний и хлор в электролизер подгружают расплавленный хлорид магния 6 раз в сутки по 1-1,5 тонны. Магний извлекают из электролизера 6 раз в сутки, хлор непрерывно отводят через систему отсоса, температуру электролита поддерживают в пределах 665-670°С. В процессе электролиза в донной части электролизера оседают оксиды магния, кремния, алюминия, соединения титана и железа, так называемый шлам, накопление которого приводит к снижению показателей процесса. Шлам удаляют один раз в 7 дней с помощью вакуум-ковша совместно с донной частью электролита в количестве 3-3,5 тонн.

Шламо-электролитную смесь состава, мас.%: 2-4 MgO, 6-10 MgCl₂,0,5-1 Mg, 0,5-1,0 SiO₂+Al₂О₃, остальное хлориды калия, натрия, кальция, загружают в обогреваемую емкость, например миксер-отстойник, в количестве 3-3,5 тонн. В загрузочное отделение миксера вводят предварительно приготовленную в отдельной емкости смесь твердый хлорид натрия в количестве 150 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению хлорид натрия : электролит, равному 1:20, и твердый оксид кальция в количестве 6 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению 1:500. Полученную смесь с содержанием хлорида натрия в расплавленной смеси не менее 40% расплавляют при температуре 710°С, перемешивают, затем отстаивают и осветленную смесь расплава, обогащенную хлоридом натрия, извлекают из миксера-отстойника и загружают в электролизер. После чего в электролизер добавляют отработанный электролит с содержанием хлорида калия не менее 65%, полученный при карналлитовой схеме питания электролизеров.

Пример 3

Процесс электролитического получения магния ведут в электролизерах, заполненных электролитом в количестве 25-30 т. Электролит состоит из хлоридов натрия, калия и магния. По мере разложения хлорида магния на магний и хлор в электролизер подгружают расплавленный хлорид магния 6 раз в сутки по 1-1,5 тонны. Магний извлекают из электролизера 6 раз в сутки, хлор непрерывно отводят через систему отсоса, температуру электролита поддерживают в пределах 665-670°С. В процессе электролиза в донной части электролизера оседают оксиды магния, кремния, алюминия, соединения титана и железа, так называемый шлам, накопление которого приводит к снижению показателей процесса. Шлам удаляют один раз в 7 дней с помощью вакуум-ковша совместно с донной частью электролита в количестве 3-3,5 тонн.

Шламо-электролитную смесь состава, мас.%: 2-4 MgO, 6-10 MgCl₂, 0,5-1 Mg, 0,5-1,0 SiO₂+Al₂О₃, остальное хлориды калия, натрия, кальция, загружают в обогреваемую емкость, например миксер-отстойник, в количестве 3-3,5 тонн. В загрузочное отделение миксера одновременно вводят твердый хлорид натрия в количестве 150 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению хлорид натрия : электролит, равному 1:20, и твердый оксид кальция в количестве 6 кг на 3 тонны электролита, что соответствует соотношению 1:500. Полученную смесь с содержанием хлорида натрия не менее 40% расплавляют при температуре 710°С, перемешивают, затем отстаивают и осветленную смесь, обогащенную хлоридом натрия, извлекают из миксера-отстойника и загружают в электролизер. После чего в электролизер добавляют отработанный электролит с содержанием хлорида калия не менее 65%, полученный при карналлитовой схеме питания электролизеров.

Таким образом, предложенный способ получения магния позволяет снизить пассивацию катодов за счет исключения ввода в электролизер влажного хлорида натрия и соединений железа, предотвратить пенообразование и за счет этого повысить выход магния по току, снизить потери хлора и исключить выделение хлора в зону обслуживания.