Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КАРНАЛЛИТОВОГО СЫРЬЯ К ПРОЦЕССУ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к подготовке карналлитового сырья методом обезвоживания к процессу электролитического получения магния и хлора, а также к переработке и утилизации отходящих газов второй стадии обезвоживания карналлитового сырья в хлораторах.

Известен способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора (см.кн. Металлургия магния и других легких металлов.- Стефанюк С.Л. - Учебник для техникумов, М.: Металлургия, 1985, стр.55-66 и 137-138), включающий подачу карналлитового сырья из бункера на газораспределительную решетку многокамерной печи кипящего слоя. Первоначальное обезвоживание хлормагниевого сырья производят путем подачи топочных газов в слой сырья. Топочные газы получают в выносных топках печи путем сжигания природного газа воздухом. Для снижения температуры топочных газов до 420-450°С в топки подают вторичный воздух. Получают обезвоженный карналлит с содержанием около 5,0% воды и около 2% оксида магния. Отходящие газы вместе с пылью направляют в циклоны. Затем обезвоженный карналлит подают на вторую стадию обезвоживания в хлоратор, где сначала сырье плавят, затем во вторую камеру подают хлор и обезвоженный карналлит хлорируют с получением безводного карналлита, отстаивают в миксере, отделяют от шлама и направляют в расплавленном виде в электролизер для получения магния и хлора. Отходящие газы состава, об.%: 1-7 Cl₂, 6-16 HCl, 1,3-4,0 CO₂, 0,1-0,5 CO, 11 O₂, 44 N₂, 33-37 H₂O, поступают в систему газоочистки в скруббер, где их обрабатывают водой или известковым молоком. Газы после очистки выбрасывают в атмосферу.

Недостатками данного способа являются высокие материальные затраты на обезвреживание и очистку отходящих газов второй стадии обезвоживания карналлитового сырья в хлораторах, а именно: затраты на газоочистное оборудование в виде скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, затраты на приобретение и подготовку химического реагента - известкового молока, затраты на обезвреживание сточных вод, получаемых в процессе обезвреживания отходящих газов процесса хлорирования.

Известен способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения мания и хлора (Ас. СССР №161493, опубл. БИ 7, 1964), включающий обезвоживание карналлитового сырья в многокамерной печи кипящего слоя с подачей хлора в топочные газы в количестве, обеспечивающем концентрацию хлорида водорода в соотношении, равном от 2:1 до 1 к концентрации водяных паров, причем хлор подают в топки последних камер печи кипящего слоя, поддерживая температуру в слое в пределах 250-270°С. Получают обезвоженный карналлит с содержанием оксида магния 0,3% мас., воды 0,2% мас. Данный способ позволяет снизить расход хлора и упростить технологию обезвоживания.

Недостатком данного способа является использование анодного хлоргаза процесса электролитического получения магния для его конверсии в хлорид водорода и подавления процесса гидролиза, что значительно повышает затраты на процесс обезвоживания.

Известен способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора (см.кн. Щеголев В.И., Лебедев О.А. - Электролитическое получение магния. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2002. - стр.75-81, 89-94), включающий подачу карналлитового сырья из бункера на газораспределительную перегородку первой камеры многокамерной печи кипящего слоя, первоначальное обезвоживание карналлитового сырья путем подачи топочных газов в слой сырья. Топочные газы получают в топке печи путем взаимодействия хлора с компонентами топлива и с водяным паром. Это позволяет осуществить конверсию хлора до хлорида водорода:

Cl₂+H₂O=2HCl+1/2O₂

Полученную смесь газов подают во вторую и третью камеры печи. В результате взаимодействия хлора с компонентами топлива и с водяным паром получается хлористый водород, который значительно снижает гидролиз карналлита. Обезвоженный карналлит с содержанием около 0,4-0,6% воды и около 1-1,3% оксида магния направляют на вторую стадию обезвоживания, а отходящие газы вместе с пылью направляют в циклоны. Обезвоженный карналлит в хлораторе плавят, затем хлорируют с получением безводного карналлита, отстаивают в миксере, отделяют от шлама и направляют в расплавленном виде с содержанием оксида магния 0,2-0,8% в сборные ячейки электролизера для получения магния и хлора. Отходящие газы из хлоратора имеют состав, об.%: 1-7 Сl₂, 6-16 HCl, 1,3-4,0 CO₂, 0,1-0,5 CO, 33-37 H₂O, 11,0 O₂ и 44,0 N₂, а также твердые взвеси хлоридов железа, алюминия и кремния, которые направляют в систему газоочистки - в скруббер, промывные воды которого направляют на нейтрализацию.

Недостатками данного способа являются высокие материальные затраты на обезвреживание и очистку отходящих газов, а именно: затраты на газоочистное оборудование в виде скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, затраты на приобретение и подготовку химического реагента - известкового молока, затраты на обезвреживание сточных вод, получаемых в процессе обезвреживания отходящих газов процесса хлорирования. Кроме того, применение дефицитного и дорогостоящего анодного хлоргаза приводит к повышению материальных затрат на обезвоживание карналлитового сырья.

Известен способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора (Ст. Оптимизация использования хлора при обезвоживании для карналлитовой схемы производства магния. - Цветные металлы, №9, 2006 - стр.79-82), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий подачу сырья в многокамерную печь кипящего слоя, первую стадию обезвоживания сырья путем последовательного передвижения сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи и подачи в камеры печи топочных газов, образованных путем сжигания в топке печи смеси природного газа и хлорсодержащих газов, вторую стадию обезвоживания в хлораторе с получением безводного карналлита для электролитического получения магния и хлора и утилизацию отходящих газов. Для обезвоживания карналлитового сырья в печах кипящего слоя и в хлораторах используют и для утилизации анодного хлора анодный хлоргаз с процесса электролитического получения магния и хлора с содержанием хлора 75-80% мас. На второй стадии обезвоживания в хлораторах степень использования хлора не превышает 40-50% мас. Низкое использование хлора усложняет очистку отходящих газов и снижает технико-экономические показатели процесса в целом.

Недостатками данного способа являются высокие материальные затраты на обезвреживание и очистку отходящих газов, а именно: затраты на газоочистное оборудование в виде скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, затраты на приобретение и подготовку химического реагента - известкового молока, затраты на обезвреживание сточных вод, получаемых в процессе обезвреживания отходящих газов процесса хлорирования. Кроме того, применение дефицитного и дорогостоящего анодного хлоргаза приводит к повышению материальных затрат на обезвоживание карналлитового сырья.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет использования отходящих газов хлоратора с содержанием не более 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода снизить материальные затраты на утилизацию и извлечение хлора из отходящих газов и тем самым снизить использование большого количества скрубберов, баков, насосов и каплеуловителей, снизить затраты на приобретение и подготовку химического реагента, снизить затраты на утилизацию кислых стоков, уменьшить количество стоков, направляемых в кислую канализацию и на очистные сооружения, что позволит предотвратить загрязнение окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора, включающий подачу сырья в многокамерную печь кипящего слоя, первую стадию обезвоживания сырья путем последовательного передвижения сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи и подачи в каждую камеру печи топочных газов, образованных путем сжигания в топке печи смеси природного газа и хлорсодержащих газов, вторую стадию обезвоживания в хлораторе с получением безводного карналлита для электролитического получения магния и хлора и утилизацию отходящих газов второй стадии обезвоживания, новым является то, что отходящие газы второй стадии обезвоживания подают в топку каждой камеры печи кипящего слоя на сжигание с природным газом, поддерживая в смеси соотношение отходящих газов к природному газу равным (15-25):1.

Кроме того, отходящие газы второй стадии обезвоживания подают в топки печи при температуре не менее 125°С.

Подача отходящих газов второй стадии обезвоживания в хлораторе одновременно с природным газом в топки многокамерной печи кипящего слоя вместо воздуха и анодного хлора позволяет снизить затраты на утилизацию и извлечение хлора из отходящих газов в виде использования скрубберов, напорных баков, циркуляционных насосов, каплеуловителей, затраты на приобретение и подготовку химического реагента - известкового молока, затраты на обезвреживание сточных вод, получаемых в процессе обезвреживания отходящих газов процесса хлорирования.

Экспериментально установленное соотношение отходящих газов второй стадии обезвоживания карналлитового сырья к природному газу в соотношении, равном (15-25):1, позволяет полностью утилизировать и извлечь хлор и хлорид водорода, содержащийся в отходящих газах, подаваемых в камеры печи кипящего слоя, и тем самым снизить затраты на обезвоживание за счет замены дорогостоящего и дефицитного анодного хлоргаза на хлор, содержащийся в отходящих газах карналлитового хлоратора.

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 обезвоживания карналлитового сырья, 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. В результате поиска не было обнаружено новых источников и заявленные объекты 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 критерию «изобретательский уровень».

Пример осуществления способа

В качестве хлормагниевого сырья использован обогащенный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 31,8; H₂O - 38,4, KCl - 25,6, NaCl - 4,2 (обогащенный карналлит по ТУ 1714-0622-00209527-94), который загружают на первую стадию обезвоживания из бункера с помощью забрасывателя через патрубок подачи сырья на газораспределительную решетку печи кипящего слоя. Печь кипящего слоя разделена перегородками с переточными окнами на камеры, соединенные с топками. В топки печи подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в общем количестве 1100 нм³/час и по существующим трубопроводам с помощью газодувки (вентилятора) подают отходящие газы хлоратора в количестве 22000 нм³/час при соотношении 1:20. При этом в топку первой камеры печи кипящего слоя подают 11000 нм³/час отходящих газов и 500 нм³/час природного газа, поддерживая соотношение 20:1, в топку второй камеры печи подают 6600 нм³/час отходящих газов и 330 нм³/час природного газа, поддерживая соотношение 20:1, в топку третьей камеры печи подают 4400 нм³/час отходящих газов и 220 нм³/час природного газа, поддерживая соотношение 20:1. В топках печи происходит конверсия хлора до хлорида водорода:

Cl₂+H₂O=2HCl+ЅO₂

В первой камере хлорид водорода частично подавляет процесс гидролиза карналлита, а во второй и в третьей камерах печи хлорирует образовавшиеся продукты гидролиза.

По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его постепенное обезвоживание в токе газов, содержащих хлороводород, за счет тепла подаваемых в печь топочных газов. Процесс обезвоживания идет последовательно: в первой камере происходит частичное обезвоживание шестиводного карналлита до двухводного, нагрев материала при температуре 120-150°С и удаление гигроскопичной влаги. Во второй камере при температуре 130-240°С шестиводный карналлит полностью обезвоживается до двухводного и частично безводного карналлита. А в третьей камере при температуре 190-350°С двухводный карналлит обезвоживается до содержания воды 0,4-0,6%. Готовый продукт - обезвоженный карналлит с содержанием воды 0,4-0,6%, оксида магния - 1,0-1,3% поступает на вторую стадию обезвоживания - в хлоратор 4, где обезвоженный карналлит плавят, в расплавленном состоянии обрабатывают через фурмы 5 хлором, отстаивают и получают безводный карналлит состава, мас.%: 50 MgCl₂, 39 KCl, 10,2 NaCl, 0,8 MgO, пригодный для процесса электролиза. В хлораторе 4 происходит полное обезвоживание карналлита по реакции:

KMgCl₂·2H₂O=KMgCl₂+2H₂O

Для хлорирования оксида магния, образующегося в результате гидролиза, в хлоратор 4 через фурмы 5 подают анодный хлор из электролизеров. Отходящие газы, образующиеся в хлораторе 4 и содержащие 20 г/м³ хлора и не более 15 г/м³ хлорида водорода, удаляют через систему отвода газов и направляют по газоходу к топкам печи КС. Полученный в хлораторе 4 безводный карналлит с помощью вакуум-ковшей направляют на процесс электролитического получения магния и хлора.

Таким образом, предложенный способ подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния и хлора позволяет снизить материальные затраты на дорогостоящий и дефицитный анодный хлоргаз, затраты на газоочистку отходящих газов хлоратора за счет снижения количества скрубберов, баков, насосов и каплеуловителей, затраты на приобретение и подготовку химического реагента, снизить затраты на утилизацию кислых стоков, уменьшить количество стоков, направляемых в кислую канализацию и на очистные сооружения, что позволит предотвратить загрязнение окружающей среды.