способ подготовки хлормагниевого сырья к электролитическому производству магния и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подготовки сырья к электролитическому получению магния и хлора, включающий загрузку хлормагниевого сырья, смешение его с отработанным электролитом или шламоэлектролитной смесью, гравитационную очистку от примесей, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют хлормагниевое сырье с содержанием не менее 95% MgCl₂, отработанный электролит или шламоэлектролитную смесь магниевых электролизеров индивидуального питания с содержанием MgCl₂ от 3,5 до 7%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов смешиваемых расплавов хлормагниевого сырья и отработанного электролита или шламоэлектролитной смеси поддерживают равным 1:0,9-1:1,2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение ведут до получения расплава, содержащего 48-52% MgCl₂ .

4. Устройство для подготовки сырья к электролитическому получению магния и хлора, представляющее собой миксер, выполненный в виде укрытой перекрытием футерованной емкости, разделенной перегородкой на две камеры: камеру смешения хлормагниевого сырья с отработанным электролитом электролизеров индивидуального питания или шламо-электролитной смесью и камеру отстоя готового расплава с переточными окнами в разделительной перегородке, отличающееся тем, что оно снабжено выносным заливочным устройством для заливки расплава с входным горизонтально выполненным патрубком, верхний срез которого находится ниже минимального уровня расплава в камере смешения, при этом выносное заливочное устройство и камера смешения разделены перегородкой, обеспечивающей гидрозатвор.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выносное заливочное устройство снабжено герметичной крышкой.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выносное заливочное устройство имеет санитарно-технический отсос.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, две пары переточных окон в разделительной перегородке между камерами выполнены на двух уровнях: верхние сообщают газовые пространства камер и заглублены в расплав при минимальном уровне на 50-70 мм, нижние - ниже минимального уровня на 150 мм с равномерным размещением пар окон по ширине миксера.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в перекрытиях камер выполнены проемы с крышками для удаления шлама грейфером и откачки готового расплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому способу получения магния из смеси хлормагниевого сырья с отработанным электролитом или шламоэлектролитной смесью из электролизеров с нижним вводом анодов и к устройству для его приготовления.

Известен способ получения магния и хлора в поточной линии из сырья, полученного разбавлением насыщенного по хлориду магния безводного карналлита оборотным электролитом (О.А.Лебедев. Производство магния электролизом. М.: Металлургия, 1988. - с.227). Подготовка обогащенного электролита, который циркулирует в поточной линии, проводится в промежуточной емкости в голове потока. В этой емкости оборотный электролит смешивается с карналлитом до получения расплава с 20-23% MgCl ₂.

Недостатком такого способа получения магния и хлора и устройства для приготовления сырья являются:

- необходимость электрохимической очистки сырья после смешения в специальных агрегатах (рафинировочных электролизерах),

- увеличение удельного расхода электроэнергии на производство магния,

- быстрый износ электродов в агрегатах для подготовки сырья,

- большое количество твердого шлама в рафинировочных электролизерах, который извлекается вручную,

- использование в качестве сырья только безводного карналлита.

Известен способ получения магния и хлора в поточной линии и поточная линия для его осуществления (Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1987 г. - с.304-305), включающий централизованную загрузку сырья, смешение его с электролитом до 20-24% в агрегате для подготовки сырья и электрохимическую и гравитационную очистку расплава в рафинировочных электролизерах. Недостатками такого способа получения магния и хлора являются:

- низкое содержание в подготовленном расплаве MgCl₂,

- недостаточно полная очистка расплава в рафинировочном электролизере от примесей, обусловленная постоянной циркуляцией электролита,

- повышенный расход электроэнергии и графита,

- небольшой срок службы агрегата для подготовки сырья.

Известен способ получения магния и хлора, поточная линия для его осуществления и ее части, взятый за прототип (Патент РФ № 2128730, С25С 3/04, опубл. 10.04.1999 г., Бюл. №10), включающий способ получения магния и хлора в поточной линии, поточную линию и ее агрегаты. Подготовка сырья производится в агрегате для подготовки сырья, состоящего из камеры смешения сырья с оборотным электролитом, камеры отстоя и камеры переработки шламоэлектролитной смеси. Далее обогащенный электролит поступает в агрегат для электрохимической очистки, состоящий из камеры электрохимической очистки и камеры электролиза, разделенные между собой перегородкой с переточными окнами.

Недостатками данной технологии являются:

- невозможность использования сырья с высоким содержанием MgCl ₂ из-за значительных тепловыделений при его заливке в камеру смешения в количестве, рассчитанном на все электролизеры поточной линии питания,

- большие массопотоки подготовленного расплава, обусловленные низким содержанием MgCl₂ в нем,

- дополнительные затраты электроэнергии постоянного тока для электрохимической очистки расплава,

- для поддержания необходимого температурного режима в камере переработки шламоэлектролитной смеси требуется использование дополнительных подогревных электродов и питающих их переменным током трансформаторов.

Известен агрегат (головной миксер), принятый за прототип, рабочее пространство которого разделено перегородкой на две камеры: в первой оборотный отработанный электролит смешивается с безводным карналлитом, а во второй полученный расплав очищается отстаиванием от окиси магния и других твердых взвесей. Камеры снабжены электродами (М.А.Эйдензон. Металлургия магния и других металлов. М.: Металлургия, 1974 г. - С.157-159).

Недостатками такого агрегата являются:

- невозможность использовать сырье с высоким содержанием MgCl ₂,

- небольшой срок эксплуатации из-за большого износа электродов,

- недостаточная очистка расплава от примесей в головном миксере за счет циркуляции электролита,

- необходимость применения агрегата для электрохимической очистки расплава,

- невозможность использования для питания электролизеров в индивидуальном режиме.

Целью настоящего изобретения являются:

- использование сырья на основе хлормагниевого сырья с содержанием не менее 95% MgCl₂ для питания электролизеров с нижним вводом анодов,

- улучшение качества сырья, подготавливаемого для электролитического производства магния и хлора,

- повышение выхода по току,

- снижение удельного расхода электроэнергии,

- снижение массопотоков за счет получения сырья, более концентрированного по хлориду магния,

- сокращение отходов магниевого производства при индивидуальном режиме обслуживания.

Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки сырья к электролитическому получению магния, состоящему из загрузки хлормагниевого сырья, смешения его с отработанным электролитом или шламоэлектролитной смесью, гравитационной очистки от примесей, новым является то что, в качестве исходного сырья используют хлормагниевое сырье с содержанием не менее 95% MgCl₂, отработанный электролит или шламоэлектролитную смесь магниевых электролизеров индивидуального питания, с содержанием MgCl₂ от 3,5 до 7%. Причем соотношения объемов заливаемых расплавов поддерживают равным 1:0,9-1:1,2 с получением смеси с содержанием 48-52% MgCl₂.

Для осуществления способа предложено устройство для подготовки сырья к электролитическому получению магния и хлора, представляющее собой миксер, выполненный в виде укрытой перекрытием футерованной емкости, разделенной перегородкой на две камеры: камеру смешения хлормагниевого сырья с отработанным электролитом электролизеров индивидуального питания или шламоэлектролитной смесью и камеру отстоя готового расплава с переточными окнами в разделительной перегородке, с выносным заливочным устройством для заливки расплава с входным горизонтально выполненным патрубком, верхний срез которого находится ниже минимального уровня расплава в камере смешения, при этом выносное заливочное устройство и камера смешения разделены перегородкой, обеспечивающей гидрозатвор.

Кроме того, выносное заливочное устройство снабжено герметичной крышкой и имеет санитарно-технический отсос.

Кроме того, по меньшей мере, две пары переточных окон в разделительной перегородке между камерами выполнены на двух уровнях: верхние сообщают газовые пространства камер и заглублены в расплав при минимальном уровне на 50-70 мм, верх нижних окон - ниже минимального уровня на 150 мм с равномерным размещением пар окон по ширине миксера.

Кроме того, в перекрытиях камер выполнены проемы с крышками для удаления шлама грейфером и откачки готового расплава.

На чертеже показан продольный разрез устройства для приготовления сырья.

Устройство для приготовления сырья выполнено в виде двухкамерного миксера, представляет собой закрытую перекрытием футерованную емкость 1, разделенную перегородкой 2 с переточными окнами 3 на две камеры: камеру смешения 4 и камеру отстоя готового расплава 5. Для заливки расплавов предусмотрено выносное заливочное устройство 6 с герметичной крышкой 7 и санитарно-техническим отсосом 8. Выносное заливочное устройство 6 и камера смешения 4 разделены перегородкой 9, обеспечивающей гидрозатвор. Патрубок 10 выносного заливочного устройства 6 выполнен горизонтально, а верхний срез его находится ниже минимального в камере смешения уровня расплава. Переточные окна 3 в разделительной перегородке 2 выполнены на двух уровнях: верхние сообщают газовые пространства камер и заглублены в расплав при минимальном уровне на 50-70 мм, верх нижних окон - ниже минимального уровня на 150 мм с равномерным размещением пар окон по ширине миксера. Для удаления шлама грейфером и откачки готового расплава в перекрытиях камер выполнены проемы с крышками 11.

Пример работы устройства.

Высоко концентрированное по MgCl₂ (не менее 95%) сырье (например, возвратный хлористый магний титанового производства), отработанный электролит или шламоэлектролитная смесь с электролизеров индивидуального питания с содержанием от 3,5 до 7% MgCl₂ заливаются в выносное заливочное устройство 6 в соотношении 1:09-1:1,2. Соотношения компонентов 1:09-1:1,2 являются оптимальными по технологическим показателям: при соотношении менее 1:0,9 происходит значительный подъем температуры расплава в камере смешения в результате экзотермической реакции комплексообразования. При соотношения более 1:1,2 возрастают отходы производства.

Заливаемые расплавы через патрубок 10 перетекают в камеру смешения 4. Горизонтальный входной патрубок 10 заливочного устройства предотвращает взмучивание шлама в камере смешения 4. Гидрозатвор заливочного устройства обеспечивает герметичную заливку хлормагниевого сырья со снижением его гидролиза, что повышает качество готового расплава, увеличивает производительность электролизеров, снижает количество шлама.

Размещение в разделительной перегородке 2 переточных окон 3 на двух уровнях обеспечит лучший обмен расплавов между камерами без взмучивания шлама, что также благоприятно скажется на качестве готового сырья.

Из камеры смешения 4 через проем 11 в перекрытии миксера грейфером периодически удаляется накопившийся шлам.

Из камеры отстоя расплава 5 через проем 11 с помощью вакуум-ковша откачивается готовый расплав с содержанием 48-52% MgCl₂ для электролитического получения магния и хлора.

Таким образом, предложенное техническое решение по подготовке сырья для электролитического получения магния и хлора позволяет:

- улучшить качество сырья,

- повысить выход по току на электролизерах на 2-3%

- снизить удельный расход электроэнергии на 340-500 кВт·ч/т Mg,

- использовать для производства магния из хлористого магния титановых аппаратов электролизеры с нижним вводом анодов,

- утилизировать отработанный электролит или шламоэлектролитную смесь из электролизеров, снизить потери ценных компонентов и отходы производства, сократить расход сырья.