УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ КАРНАЛЛИТА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройствам для подготовки хлормагниевого сырья, например карналлита, для электролитического получения магния и хлора.

Известна камерная электропечь для производства безводного хлорида магния хлорированием магнезии (авт. свид. СССР №61075, опубл. 26.05.1962), включающая кожух, огнеупорную футеровку с образованием емкости, которая разделена перегородками на несколько камер, из которых крайние предназначены: первая по ходу материала -для хлорирования, а последняя - для приема и выпуска расплавленного продукта. Между обогреваемыми камерами размещена промежуточная камера без обогрева, предназначенная для дохлорирования расплава, содержащего окись магния. В крайних камерах (хлораторе и копильнике) вблизи футеровки размещены вертикальные угольные электроды, питаемые от однофазного трансформатора. Свод печи имеет отверстия для загрузки сырья и подачи хлора, для установки электродов, отсоса газов.

Недостатком данного устройства является то, что устройство предназначено для получения безводного хлорида магния путем хлорирования магнезиального сырья. И не может быть использовано для обезвоживания карналлита.

Известна электропечь для получения расплава безводных солей (Авт. свид. СССР №412453, опубл. 25.01.1974, бюл.3), включающая металлический футерованный кожух, разделенный перегородками на камеру плавления, камеру хлорирования и камеру отстоя. Все три камеры обогреваются графитированными электродами.

Недостатком данного устройства является то, что на его обогрев тратиться большое количество электроэнергии, что значительно повышает стоимость готового продукта.

Известен аппарат для хлорирования карналлита, магнезита и других окислов металлов в расплаве (Авт. свид. СССР №142028, опубл. бюл. №20 за 1961 г.), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий емкость, образованную металлическим футерованным кожухом и разделенную перегородками на камеру плавления, камеру хлорирования и камеру отстоя. По переточным каналам расплав перетекает из камеры в камеру. Камера хлорирования снабжена фурмой для подачи хлорсодержащего газа и выполнена в виде двух полукамер. В камере плавления и камере хлорирования через свод установлены вертикальные графитированные электроды. Возможна установка электродов и в каждую из полукамер камеры хлорирования. Это позволяет вести процесс хлорирования расплава при более высокой температуре в обеих полукамерах, что дает возможность повысить производительность аппарата примерно в два раза без увеличения его габаритов.

Недостатком данного устройства является то, что оно включает дополнительные перегородки и конструкции, усложняющие устройство, что не позволяет осуществлять циркуляцию расплава и равномерно прогревать расплав в камере. Это приводит к расходу электроэнергии и ухудшению качества очистки безводного карналлита.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет выбора оптимального размещения электродов в хлорирующей камере увеличить скорость прогрева расплава в камере хлорирования, снизить время пребывания расплава и тем самым снизить расход электроэнергии на 1 тонну готового продукта; за счет равномерного прогрева по всей камере хлорирования расплавленного безводного карналлита повысить степень хлорирования воды и оксида магния в расплавленном безводном карналлите и тем самым повысить степень очистки расплавленного безводного карналлита от примесей.

Технический результат достигается тем, что предложено устройство подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора, включающее емкость в виде футерованного кожуха, разделенную перегородками на камеру плавления карналлита, камеру хлорирования расплава, выполненные с возможностью обогрева графитированными электродами, и камеру отстоя расплава, фурмы для подачи хлорсодержащего газа, летки для слива расплава, в котором новым является то, что камера хлорирования расплава выполнена с возможностью обогрева четырьмя электродами, размещенными парами со смещением в сторону боковых стенок, причем расстояние расстояние L между стенкой камеры хлорирования и парой электродов, равно 600-700 мм, отношение расстояния L между осями двух электродов к расстоянию L₁ между осями двух пар электродов равно 1:(2-3), отношение общей площади электродов S₁ к общей площади S₂ камеры хлорирования равно 1: (25-50), а соотношение высоты h заглубления электродов в расплав к высоте Н электродов равно 1:(3-6).

Выбор оптимального варианта размещения электродов в камере хлорирования расплава позволяет сократить время обработки хлором расплавленного безводного карналлита и тем самым уменьшить расход электроэнергии, обеспечить равномерный обогрев расплава в камере хлорирования и тем самым повысить степень очистки расплавленного безводного карналлита от примесей оксида магния и воды.

Подбор опытным путем соотношения расстояний между осями электродов позволяет обеспечить равномерный обогрев расплава в камере хлорирования и тем самым повысить степень очистки расплавленного безводного карналлита от примесей оксида магния и воды.

Подбор опытным путем соотношения общей площади всех электродов к общей площади камеры хлорирования позволяет увеличить скорость прогрева расплава камеры хлорирования, снизить время пребывания расплава и тем самым снизить расход электроэнергии на 1 тонну готового продукта.

Подбор опытным путем соотношения высоты заглубления электродов в расплав к общей высоте электродов позволяет увеличить скорость прогрева расплава в камере хлорирования и за счет снижения времени пребывания расплава в камере хлорирования снизить расход электроэнергии на 1 тонну готового продукта.

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 устройстве подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора. 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. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень».

На фиг.1 показан вертикальный разрез устройства подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора, на фиг 2 - горизонтальный разрез, на фиг.3 - вид камеры хлорирования.

Устройство подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора включает емкость 1, кожух 2, футеровку 3, перегородки 4, камеру плавления 5, камеру хлорирования 6, камеру отстоя 7, электроды 8 камеры плавления, электроды 9 камеры хлорирования, фурменное устройство 10, летку 11.

Примеры работы устройства подготовки карналлита для получения магния и хлора.

Для осуществления работы устройства в своде устройства над камерой хлорирования 6 размещают графитированные электроды 9 на расстояниях, подобранных опытно-экспериментальным путем. Так, расстояние L между стенкой емкости 1 и электродами 9 равно 690 мм, расстояние L₁ между осями двух электродов равно 845 мм, расстояние L₂ между осями двух пар электродов равно 1600 мм, соотношение L₁/L₂=1:1,8. Высота Н графитированного электрода 9 равна 2500 мм, глубина h погружения электродов в расплав равна 430 мм, отношение h/H=1:5,8. Площадь S₁ четырех электродов 9 равна 0,21 м² (размер 1 электрода 0,350×0,150=0,0525 м², всего электродов 4), площадь S₂ камеры хлорирования 6 равна 5,68 м², (размер камеры - ширина 1700 мм, длина - 3340 мм), отношение площадей S₁/S₂=1:27.

Процесс подготовки карналлита для электролитического получения магния проводят в устройстве, предназначенном для расплавления и окончательного обезвоживания обезвоженного карналлита, поступающего из печи кипящего слоя (первой стадии обезвоживания). Устройство выполнено в виде емкости 1 из кожуха 2 с футеровкой 3, разделенную перегородкой 4 на камеру плавления 5, камеру хлорирования 6 и камеру отстоя 7. Из расходных бункеров дозаторами в плавильную камеру 5 загружают 7200 кг/час обезвоженного карналлита из печи кипящего слоя. В камере плавления 5 установлены электроды 8, с помощью которых поддерживают температуру 490-520°С, и обезвоженный карналлит плавят. В расплавленном виде карналлит через переточный канал поступает в камеру хлорирования 6, куда для хлорирования примесей под слой расплава через фурмы 10 подают хлор. При обработке хлором расплав нагревают с помощью графитированных электродов 9 до температуры 700-850°С, и затем путем перетока направляют в камеру отстоя 7, где расплав отстаивается от твердых взвешенных частиц. Осветленную часть расплава через летку 11 сливают в ковши и направляют на процесс электролиза. Состав полученного сырья, масс.%: 49-50 MgCl₂, 39-40 KCl, 10-12 NaCl. Содержание вредных примесей: содержание воды составляет 0,013-0,016 масс.%, гидрооксида магния (MgOHCl) - 0,11-0,13 масс.%, железа - 0,04 масс.%, серы в виде SO^2- ₄ - 0,05 масс.%.

Таким образом, предложенное устройство подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора позволяет за счет выбора оптимального размещения электродов в камере хлорирования увеличить скорость прогрева расплава в камере хлорирования, снизить время пребывания расплава и тем самым снизить расход электроэнергии на 1 тонну готового продукта; за счет равномерного прогрева по всей камере хлорирования расплавленного безводного карналлита повысить степень хлорирования воды и оксида магния в расплавленном безводном карналлите и тем самым повысить степень очистки расплавленного безводного карналлита от примесей. Так, по прототипу содержание воды составляет 0,029-0,05 масс.%, гидрооксида магния (MgOHCl) - 0,25-0,59 масс.%, по предлагаемому устройству содержание воды составляет 0,013-0,016 масс.%, гидрооксида магния (MgOHCl) - 0,11-0,13 масс.%. То есть содержание воды и гидрооксида магния снижается в 2 раза.