Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КАРНАЛЛИТОВОЙ ПЫЛИ ИЗ ЦИКЛОНОВ ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

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

Известен способ переработки карналлитовой пыли из циклонов печи кипящего слоя при обезвоживании хлормагниевого сырья (Улавливание карналлитовой пыли. - Резников И.Л., Соловьев Ю.А., Танаев А.Ф. и др. - 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 при возврате карналлитовой пыли из циклонов в печь кипящего слоя происходит неполное улавливание пыли, 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 из циклонов печи кипящего слоя при обезвоживании хлормагниевого сырья (Электролитическое получение магния. - Щеголев В.И., Лебедев О.А. - М.: Изд. дом «Руды и металлы», 2002 г., стр.75-98), 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 последнего 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 при возврате пыли в печь кипящего слоя она не остается в кипящем слое, а вследствие того что пыль является мелкодисперсной, выносится газами снова в циклон. Это приводит к непроизводительным затратам на транспортировку пыли из циклонов в печь кипящего слоя, к увеличению затрат на электроэнергию, к безвозвратным потерям сырья, выносимого в циклоны с пылью (2-3,8%), а также к увеличению затрат на газоочистку за счет повышения 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 карналлите. 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.

Известен способ переработки карналлитовой пыли из циклонов печи кипящего слоя, образующейся при обезвоживании карналлита (патент 2333153, опубл. 10.09.2008 г., бюл.25), по количеству общих признаков принятый за ближний аналог-прототип и включающий подачу сырья в печь кипящего слоя, его обезвоживание, улавливание пыли в циклонах с последующим извлечением ее из циклонов, плавление ее в емкости, например в печи СКН или в миксере, добавку в расплавленную карналлитовую пыль расплавленного хлорида магния при массовом соотношении расплавленной карналлитовой пыли к расплавленному хлориду магния, равном (4-6):1, полученную смесь прогревают до температуры 720-850°С, отстаивают для отделения расплава от твердых частиц и затем направляют на дальнейшее использование в качестве сырья для электролитического получения магния и хлора. Это позволяет рационально использовать отходы производства, расширить сырьевую базу и тем самым экономить сырье, получаемое от поставщиков.

Недостатком данного способа являются большие затраты электроэнергии на расплавление твердой карналлитовой пыли, на дополнительный подогрев смеси из карналлитовой пыли и хлорида магния до температуры 720-850°С.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в снижении затрат на электроэнергию за счет использования тепла экзотермической реакции на получение синтетического карналлита. Кроме того, позволяет рационально использовать отходы производства в технологическом процессе получения титана и магния, комплексно перерабатывать эти отходы производства, расширить сырьевую базу и тем самым осуществить экономию сырья, получаемого от поставщиков.

Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки карналлитовой пыли из циклонов печи кипящего слоя, включающий загрузку карналлитовой пыли и расплавленного хлорида магния в емкость, отстаивание с получением сырья для электролитического получения магния и хлора, в котором в емкость перед загрузкой карналлитовой пыли последовательно загружают расплавленный отработанный электролит и расплавленный хлорид магния, при массовом соотношении, равном 1:(1,1-1,4), карналлитовую пыль загружают на поверхность полученной расплавленной смеси при массовом соотношении загружаемой карналлитовой пыли и расплавленной смеси отработанного электролита и хлорида магния, равном 1:(08:1,2), и перемешивают.

Кроме того, загрузку карналлитовой пыли в емкость проводят при температуре 700-720°С.

Кроме того, перемешивание карналлитовой пыли в расплавленной смеси отработанного электролита и хлорида магния проводят сжатым воздухом.

Смешивание твердой карналлитовой пыли с расплавленной смесью отработанного электролита и хлорида магния позволяет снизить расход электроэнергии на расплавление твердой карналлитовой пыли за счет использования тепла, выделяемого при экзотической реакции получения синтетического карналлита. Выбор массового соотношения количества карналлитовой пыли и расплавленной смеси отработанного электролита и хлорида магния равным 1:(0,8-1,2) позволяет получить готовый продукт заданного состава, пригодного для процесса электролиза хлормагниевого сырья.

Выбор массового соотношения расплавленной смеси отработанного электролита и хлорида магния равным 1:(1,1-1,4) позволяет использовать отходы производства магния и титана в производственном процессе подготовки хлормагниевого сырья, пригодного для процесса электролиза хлормагниевого сырья.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили 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 1

Обогащенный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 31,8, H₂O - 38,4, KCl - 25,6, NaCl - 4,2, загружают в многокамерную печь кипящего слоя. Карналлит обезвоживают путем термообработки в токе топочных газов, полученных сжиганием природного газа в топках. Температуру карналлита изменяют по ходу передвижения карналлита из камеры в камеру от 20 до 220°С. Состав карналлита, выгружаемого из последней камеры печи, мас.%: MgCl₂ - 49,7, H₂O - 1,5, KCl - 42,8, NaCl - 5,1, MgO - 0,9, состав карналлитовой пыли из последнего циклона, мас.%: MgCl₂ - 45,5, H₂O - 9,0, MgO - 0,4, KCl - 33,1, NaCl - 12,0. В процессе обезвоживания в печи кипящего слоя происходит большой пылеунос карналлитового сырья, которое улавливают в циклонах. Карналлитовую пыль в твердом виде в количестве 2,0 тонны извлекают из последнего циклона печи КС и по системе транспортеров направляют в сборный бункер емкости вместимостью 12 тонн, например миксера печи СКН. После заполнения бункера карналлитовой пылью в емкость, например миксер печи СКН, заливают 2,0 тонны расплавленного отработанного электролита. Затем загружают 2,6 тонны расплавленного хлорида магния с содержанием хлорида магния 99 мас.%, остальное - примеси, являющегося побочным продуктом процесса магниетермического восстановления тетрахлорида титана с получением губчатого титана (кн. Магниетермическое производство губчатого титана. - В.В.Родякин, В.Э.Гегер и В.М.Скрыпнюк. - М.: Металлургия, 1971, стр.113). Отработанный электролит получают в процессе электролиза карналлитового сырья для получения магния и хлора, который является отходом производства состава, мас.%: 75,0 хлорида калия, 20,0 хлорида натрия, остальное - примеси. Процесс электролиза осуществляют при циркуляции расплавленных солей в электролизере и при подаче постоянного электрического тока на электроды с получением магния и хлора. По мере работы происходит снижение содержания хлорида магния в расплаве солей и при концентрации его менее 7% производят подгрузку сырья, одновременно удаляя некоторое количество так называемого отработанного электролита. Отработанный электролит удаляют в процессе электролиза не реже двух раз в сутки, при этом на 1 тонну готового продукта образуется 4-5 тонн отработанного электролита. При смешивании расплавленного отработанного электролита с расплавленным хлоридом магния при соотношении, равном 1:1,3, происходит образование синтетического карналлита с выделением тепла по реакции

KCl+MgCl₂=KMgCl₃+Q

При этом расплавленная смесь нагревается до температуры 720°С. После смешения в емкость из бункера шнековым питателем при температуре 720°С загружают в полученную смесь карналлитовую пыль в количестве 4,6 тонны со скоростью подачи 0,2 тонны в минуту, в соотношении с расплавленной смесью, равном 1:1. После загрузки карналлитовой пыли полученную смесь перемешивают, например, сжатым воздухом, подаваемым в слой расплава с помощью трубки, установленной в емкость. При этом температура расплава снижается до 680°С.

Для осаждения вредных примесей расплав отстаивают в течение 30 минут. Осветленную часть расплава в количестве 9,0 тонн состава, мас.%: MgCl - 50.0, KCl - 40.0, NaCl - 10.0, сливают в ковши и направляют на заливку в магниевый электролизер. Примеси, осажденные на дне емкости, в виде смеси расплава и окислов металлов в количестве 200 кг извлекают и направляют на утилизацию.

Таким образом, предложенный способ переработки карналлитовой пыли из циклонов печи кипящего слоя позволяет рационально использовать отходы производства в технологическом процессе получения титана и магния, в комплексной переработке отходов производства, расширить сырьевую базу и тем самым осуществить экономию сырья, снизить затраты на электроэнергию в процессе подготовки хлормагниевого сырья для электролитического получения магния в 2 раза.