Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам подготовки хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья (Стефанюк С.Л. - Металлургия магния и других легких металлов. - М.: Металлургия, 1985. - стр.58-59), включающий подачу хлормагниевого сырья в первую камеру печи кипящего слоя, последовательное обезвоживание обогащенного карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя при противоточной подаче топочных газов - продуктов горения природного газа и воздуха при температуре газов в первой камере 400°С, во второй камере 410°С, в третьей камере 450°С. Температуру слоя в каждой камере поддерживают соответственно 120-130°С, до 180°С и до 200°С. В первой камере обогащенный карналлит в виде шестиводного кристаллогидрата состава, масс.%: MgCl₂ 31,6, KCl 23,2, NaCl 6,0, CaCl₂ 17,6, H₂O 38,1 - подсушивают, во второй камере он обезвоживается до двухводного кристаллогидрата состава, масс.%: MgCl₂ 42,8, KCl 31,4, NaCl 8,1, CaCl₂ 1,5, Н₂O 16,2 - практически без гидролиза. Единственный вид потерь хлорида магния - это пылеунос (0,2%). Во второй камере степень гидролиза составляет 3%, а пылеунос 0,4%, вода удаляется на 60%. В третьей камере получают обезвоженный карналлит состава, масс.%: MgCl₂ 46,2, KCl 35,1, NaCl 9,0, CaCl₂ 1,7, Н₂O 7,3. Гидролиз в третьей камере составляет 5%, пылеунос 0,9% и остается до 4,1% воды.

Недостатком данного способа является то, что способ не позволяет получить продукт высокого качества с низким содержанием воды и оксида магния, необходимый для последующего электролитического разложения сырья, например глубокообезвоженный карналлит с содержанием воды 0,3% и оксида магния 0,3%. Для этого необходимо проводить дополнительное обезвоживание и хлорирование обезвоженного карналлита в хлораторах.

Известен способ обезвоживания хлормагниевого сырья (Пат. РФ №2223349, опубл. 10.02.2004, бюл.4), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог - прототип и включающий загрузку сырья в многокамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение хлормагниевого сырья через ряд горизонтально расположенных камер печи, с одновременным обезвоживанием при обработке топочными газами, содержащими хлорид водорода, полученными путем сжигания природного газа и воздуха с подачей хлора, загрузку твердой соли хлорида натрия в третью камеру печи. Твердую соль хлорида натрия загружают из расчета содержания его в полученном безводном сырье 9-14%. На обезвоживание подают предварительно обезвоженное сырье с содержанием воды 2-5%. Процесс обезвоживания проводят при следующих параметрах температуры: в первой камере температуру слоя материала поддерживают равной 300-330°С, во второй - 330-350°С, в третьей камере за счет снижения подачи топочных газов температуру в слое уменьшают до 240-360°С. В первой и второй камерах под воздействием хлорида водорода производят обезвоживание и хлорирование сырья до содержания воды 0,2% и оксида магния до 0,2%. Это позволяет получить готовый к электролизу продукт без последующих стадий хлорирования, исключить стадию подсушки хлорида натрия и смешения с хлормагниевым сырьем.

Недостатком данного способа является то, что способ включает последовательное обезвоживание сначала в одной печи кипящего слоя, затем обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5% снова обезвоживают в дополнительных печах кипящего слоя. Это приводит к увеличению затрат на обезвоживание, а при загрузке твердой соли хлорида натрия в последнюю камеру качество готового продукта резко ухудшатся за счет подгрузки влажной соли. Твердая соль хлорида натрия при загрузке в третью камеру увлажняет готовый продукт - обезвоженный хлорид магния, что приводит к его гидролизу и ухудшению качества.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить затраты на обезвоживание хлормагниевого сырья за счет уменьшения количества печей и за счет одновременного обезвоживания хлорида натрия и хлормагниевого сырья, исключить гидролиз и получить продукт необходимого качества, пригодного для последующего электролитического разложения сырья, например глубокообезвоженный карналлит с содержанием воды 0,3% и оксида магния 0,3%.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевого сырья, включающий загрузку сырья в многокамерную печь кипящего слоя, последовательное передвижение его через ряд горизонтально расположенных камер печи с переводом шестиводного кристаллогидрата в двухводный во второй камере и получением обезвоженного карналлита в третьей камере при одновременной обработке топочными газами, содержащими хлорид водорода, загрузку твердого хлорида натрия в печь, новым является то, двухводный кристаллогидрат смешивают с твердой солью хлорида натрия во второй камере печи с получением смеси обезвоженного карналлита и хлорида натрия при массовом содержании воды в смеси не более 15-20%, полученную смесь обезвоживают последовательно при температуре 180-190°С, затем при температуре 190-360°С.

Получение смеси двухводного карналлита с твердой солью хлорида натрия во второй камере печи кипящего слоя позволяет произвести процесс удаления воды одновременно как из сырья, так из твердой соли хлорида натрия, снизить тем самым гидролиз обезвоженного карналлита в третьей камере печи, что позволяет снизить содержание вредных примесей (оксида магния) в продукте. При содержании воды в смеси обезвоженного карналлита и твердого хлорида натрия более 20% мас. смесь не успеет обезводиться, что приведет к ухудшению качества целевого продукта - обезвоженного карналлита за счет увеличения количества воды до 7-8% масс. (норма не более 6%). Высокое содержание воды в целевом продукте приведет к увеличению затрат электроэнергии на последующей стадии обезвоживания - хлорировании.

При содержании воды в смеси менее 15% масс. произойдет ухудшение качества обезвоженного карналлита за счет увеличения в нем содержания продуктов гидролиза (оксида магния и гидроксида магния). Это связано с тем, что на смешение поступает более обезвоженный карналлит, который уже содержит практически безводный карналлит. При смешивании с твердым хлоридом натрия вода, содержащаяся в хлориде натрия, вступит в реакцию с этими компонентами, произойдет их увлажнение и гидролиз.

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 обезвоживания хлормагниевого 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. 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 осуществления способа.

Шестиводный карналлит с влажностью 37-39% ГОСТ 16109-70 с помощью забрасывателя загружают на газораспределительную решетку первой камеры трехкамерной печи кипящего слоя. Через газораспределительную решетку первой камеры подают в топку при температуре 350-520°С топочные газы - смесь продуктов сгорания природного газа и вторичного воздуха - в слой материала, приводя его в псевдоожиженное состояние и осуществляя подогрев и сушку до температуры 120-140°С. Во второй камере шестиводный карналлит обезвоживается до двухводного за счет подачи топочных газов и хлора при температуре 520-580°С. Температуру слоя материала поддерживают 180-190°С. В третьей камере температуру в слое поддерживают 190-360°С, температуру топочных газов 580-690°С. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его обезвоживание и хлорирование за счет тепла топочных газов. Для получения качественного продукта во вторую камеру печи кипящего слоя загружают через летку хлорид натрия с получением смеси двухводного карналлита и хлорида натрия при массовом содержании воды в смеси 18%, полученную смесь обезвоживают последовательно при температуре 130-190°C, затем при температуре 190-360°С. При этом при обработке смеси при температуре 190-220°C получают обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5%, который направляют на дальнейшую стадию хлорирования. При обработке смеси при температуре 220-360°C получают обезвоженный карналлит при содержании воды 0,3%, оксида магния - 0,3%, который направляют на процесс электролиза.

Таким образом предложенный способ обезвоживания хлормагниевых солей позволяет снизить затраты на обезвоживание хлормагниевого сырья за счет уменьшения количества печей и за счет одновременного обезвоживания хлорида натрия и хлормагниевого сырья исключить гидролиз и получить продукт необходимого для последущего электролитического разложения сырья продукт заданного качества, например глубокообезвоженный карналлит с содержанием воды 0,3% и оксида магния 0,3%.