Патент на изобретение №2167816

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ ХЛОРИДА МАГНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для металлургии и может быть использовано при получении металлического магния электролизом. Готовят раствор MgCl₂ с концентрацией 30-55 мас.% при температуре 120-200°С в расходном резервуаре (1). Раствор с помощью насоса (2) подают через форсунки (3), работающие под давлением, в зону псевдоожижения (4). Предварительно подогретый воздух (6) подают центробежным вентилятором (7) через горелки (8) в камеру предварительного распределения (9). С помощью перфорированной тарелки (10) нагретый воздух распределяют равномерно по всему псевдоожиженному слою (11). Температуру псевдоожиженного слоя поддерживают на уровне 100-170°С. Расстояние от форсунок (3) до перфорированной тарелки (10) регулируют. Над перфорированной тарелкой (10) размещены нагревающие панели (21). Частицы пыли отделяют от выходящего газа (12) в циклоне (13). Очищенный воздух возвращают в псевдоожиженный слой (11). Мельчайшие частицы, не отделившиеся в циклоне (13), собирают во влажном скруббере (14) и возвращают в сырье. Затравочные частицы MgCl₂ из бункера (16) вводят с помощью шнекового дозатора (15) в псевдоожиженный слой (11). Гранулы MgCl₂ подают на сито (17). Фракцию частиц с завышенными размерами подают в дробилку (19), сортируют на сите (20). Материал с завышенными размерами рециркулируют в дробилку (19). Фракцию с необходимым размером подают с пылевидными частицами из циклона (13) и с сита (17) в шнековый дозатор (16). Способ экономичен. Полученные гранулы MgCl₂ имеют размер 0,4 – 3,0 мм. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к получению металлического магния и, более конкретно, к получению частиц безводного хлорида магния из рассолов хлорида магния, причем эти частицы используются в качестве сырья в энергоемком процессе электролиза.

Известно несколько способов получения крупных гранул хлорида магния, например, способ, описанный в патенте США N 3742100, который включает стадии:
а) упаривания рассола до концентрации MgCl₂ 55%;
б) гранулирования концентрированного рассола с получением крупных MgCl₂ 4-6 H₂O с размером частиц в интервале от 0,5 до 1 мм;
в) двухстадийной дегидратации в псевдоожиженном слое с помощью воздуха;
г) многостадийной дегидратации в псевдоожиженном слое с помощью безводного газообразного HCl с получением частиц безводного хлорида магния.

Наиболее близким к заявленному является способ получения гранул хлорида магния, описанный в а.с. СССР N 1192609, включающий стадии: получение исходного раствора MgCl₂ с концентрацией MgCl₂ 32-39 мас.%, его нагревание, удерживания его при температуре в интервале от 120 до 200^oC из расходного резервуара к форсункам распыления исходного раствора под давлением или с помощью сжатого воздуха в слой уже высушенных частиц, пропускания предварительного нагретого воздуха по направлению вверх через слой, удерживания частиц в псевдоожиженном состоянии и при температуре слоя 100-170^oC, непрерывного выделения захваченных частиц в циклонном сепараторе, непрерывной выгрузки частиц хлорида магния, сортировки выгруженного материала и рециркулирования фракции с заниженными размерами и измельченной фракции с завышенными размерами вместе с пылевидными частицами из циклонного сепаратора в псевдоожиженный слой для дополнительного гранулирования.

В соответствии с настоящим изобретением слой частиц водного хлорида магния подвергают псевдоожижению при температуре от 100 до 150^oC, предпочтительно при температуре 120-130^oC. Слой частиц содержит 1,5-4 моля H₂O на моль MgCl₂ и MgOHCl в интервале 1-5%. Предпочтительно частицы должны содержать воду в интервале 2,7-2,9 моля H₂O на моль MgCl₂. Исходный раствор хлорида магния готовят с концентрацией 30-55% и предпочтительно с концентрацией 45-55 вес. % из расчета на безводный хлорид магния. Более концентрированный рассол MgCl₂ гранулировать намного сложнее, но общее потребление энергии уменьшается.

Раствор подают при температуре его кипения, которая находится в интервале от 120 до 190^oC, из оборудования, расположенного выше по потоку. Раствор впрыскивают в зону псевдоожижения, что может быть осуществлено с помощью форсунок, расположенных внизу, вверху или сбоку слоя гранулирования в зоне псевдоожижения. Последний вариант является предпочтительным. Форсунки осуществляют разбрызгивание по направлению вверх или вниз, причем предпочтительно направление вниз от уровня высоты слоя, но может быть использована любая высота в слое. Раствор может быть диспергирован с помощью сжатого воздуха, предпочтительно воздуха с давлением 1-6 бар (0,1-0,6 МПа) и предпочтительно с той же температурой, что и сырье, но предпочтительно сырье диспергируют под давлением.

Распылительные форсунки без воздуха для диспергирования при давлении до 60 бар (6 МПа) (предпочтительно 20-30 бар (2-3 МПа)) также могут быть использованы в данном случае. При высоких концентрациях рассола для предупреждения отверждения или замерзания рассола требуется оборудование для подачи сырья, такое как трубопроводы, вентили и насосы, с тепловыми спутниками. Тепловой спутник может быть электрическим, но предпочтительно использование парового спутника. Предпочтительно температуру сырья контролируют с помощью насыщенного пара с упругостью насыщенного пара, которая дает необходимую температуру пара. Слой переводят в псевдоожиженное состояние с помощью предварительно нагретого воздуха, который пропускают через слой и который имеет достаточно высокую температуру, чтобы поддерживать температуру слоя приблизительно в интервале 100-170^oC, предпочтительно приблизительно в интервале 120-130^oC.

Температура на входе в псевдоожиженный слой находится в интервале 180-400^oC, предпочтительно в интервале 230-240^oC. Выходящие газы проходят через сепаратор пылевидных частиц, такой как циклонный сборник пыли, который отделяет захваченные пылевидные частицы и возвращает их назад в слой гранулирования. Гранулы непрерывно удаляются из псевдоожиженного слоя, и частицы или гранулы с различными размерами затем подвергаются просеиванию или другой сортировке по размерам. Частицы с заниженными размерами или пылевидные частицы возвращаются в слой для последующего гранулирования. Частицы с завышенными размерами измельчаются и возвращаются в псевдоожиженный слой или просеиваются, чтобы таким образом получить средство контроля продукта и средство для стабилизации параметров работы псевдоожиженного слоя. В псевдоожиженный слой непрерывно подаются или рециркулируются затравочные частицы.

Затравочные частицы смешиваются с пылевидными частицами, собранными в сборнике пыли, частицами с заниженными размерами и измельченными частицами с завышенными размерами, отделенными при просеивании. Внутри слоя затравочные частицы и любые образованные в слое частицы растут как за счет агломерации, так и за счет наслаивания в результате поступления исходного раствора и определенных условий, существующих в слое. Частицы растут, и их размер увеличивается за время пребывания в слое. Способ настоящего изобретения приводит к получению свободно текучих и не пылящих гранул. Полученные частицы также прочнее и более устойчивы к истиранию и разрушению в оборудовании, расположенном внизу по потоку, что делает транспортировку и последующую обработку более легкими. Частицы, полученные с помощью этого способа, также более легко подвергаются дополнительной сушке, при этом хлорирующие свойства также лучше, чем у крупных гранул. В соответствии с настоящим изобретением рабочие условия могут меняться так, чтобы получить желаемый результат с точки зрения качества гранул и энергетических требований.

Изобретение описывается также более подробно с помощью чертежа, на котором схематично представлена технологическая линия (схема), приемлемая для получения безводного MgCl₂ в соответствии с настоящим изобретением. Расходный резервуар 1 содержит нагретый рассол хлорида магния, который подается с помощью насоса 2 к распылительным форсункам 3, предпочтительно форсункам, работающим под давлением, которые распыляют рассол в зону псевдоожижения 4. Также могут быть использованы двухфазные форсунки, в которых применяется сжатый воздух приблизительно с той же температурой, что и температура сырья, поступающего в точку 5.

Воздух предварительно нагревают, например, с помощью электрокалорифера или непрямой газовой горелки для того, чтобы исключить увлажнение воздуха. Воздух 6, с помощью которого достигается получение псевдоожиженного слоя, подается с помощью центробежного вентилятора 7 и нагревается с помощью электричества или в теплообменниках, если используются газовые горелки 8, чтобы частицы слоя находились при температуре в интервале 100-170^oC. Воздух поступает в камеру предварительного распределения 9, перед тем, как перфорированная тарелка 10 распределяет воздух равномерно по всему псевдоожиженному слою 11. Расстояние от распылительных форсунок 3 до перфорированной тарелки 10 регулируется, и форсунки располагаются справа выше псевдоожиженного слоя или в любом другом приемлемом месте.

Из узла псевдоожиженного слоя 11 воздух, захвативший пыль или пылевидные частицы, отделяется от выходящего газа 12 в циклоне 13 и возвращается в псевдоожиженный слой 11 для последующего гранулирования. Мельчайшие частицы пыли, которые не отделились в циклонном сепараторе 13, собираются во влажном скруббере 14 и возвращаются в сырье. Затравочные частицы вводятся с помощью шнекового дозатора 15 из бункера 16 и состоят из рециркулируемых материалов. Из выходного отверстия для порошка слоя частицы подаются на сито 17 для сортировки на три фракции: фракция частиц с завышенными размерами, фракция продукта и фракция частиц с заниженными размерами. Фракция частиц с завышенными размерами подается в дробилку 19. Измельченные гранулы хлорида магния затем сортируются оптимальным образом на дополнительном сортировочном сите 20.

Материал с завышенными размерами рециркулируется с сита 20 на дробилку 19, и фракция, имеющая необходимый размер частиц (макс. 0,5 мм), подается вместе с пылевидными частицами из циклона 13 и пылевидными частицами с сита 17 в шнековый дозатор 16. Если нестандартных фракций, полученных на сите 17, недостаточно для получения затравочного материала для псевдоожиженного слоя, может быть добавлена часть фракции продукта. Если количество частиц с завышенными и заниженными размерами больше, чем требуется в качестве затравочного материала, то часть его может быть добавлена в расходный резервуар. Вместо нагревания только с помощью воздуха для более эффективного ввода тепла дополнительно могут быть использованы нагревающие панели 21.

Пример
Для проведения нескольких опытов по гранулированию смонтирована пилотная установка, аналогичная установке, представленной на чертеже.

В расходном резервуаре готовят раствор рассола хлорида магния из гранул хлорида магния, воды и 32% HCl, получая раствор с 43 вес.% MgCl₂. Исходное сырье находится при температуре кипения 150^oC. Трубопроводы, вентили и насос в системе подачи сырья имеют паровые спутники, предварительно нагретые до температуры кипения исходного раствора. Сырье распыляется с помощью двух жидкостных форсунок, расположенных в слое на расстоянии приблизительно 20 см от газораспределительного устройства 10, с распылением вверх по потоку. Скорость подачи сырья доводится до 300 кг/час. Площадь поперечного сечения в узле псевдоожиженного слоя составляет 0,65 м². Скорость воздуха для создания псевдоожиженного слоя составляет 1,7 м/сек, и входящий воздух предварительно нагревают до 200^oC, чтобы сохранить температуру слоя 125^oC. Рециркулированные материалы в количестве 150 кг/час вводятся через входное отверстие с помощью шнекового дозатора.

Полученные результаты показывают, что экономия энергии в новом способе по сравнению с названным выше способом составляет 1,16 МВт/т Mg. Новый способ также позволяет объединить две операции б) и в) на одном участке установки, что будет давать существенное снижение капитальных затрат на новую установку. Кроме того, стадия а) может совмещаться с этой новой стадией процесса, что в какой-то степени неожиданно будет снижать затраты.

Формула изобретения

1. Способ получения гранул хлорида магния с размером частиц в интервале от 0,4 до 3,0 мм, приемлемых для псевдоожижения, воздушной сушки и хлорирования до безводного состояния, включающий стадии получения исходного раствора MgCl₂, имеющего концентрацию 30-55 вес.% MgCl₂, подачи раствора и удерживания его при температуре в интервале от 120 до 200°С из расходного резервуара к форсункам, распыления исходного раствора под давлением или с помощью сжатого воздуха в слой уже высушенных частиц, пропускания предварительно нагретого воздуха по направлению вверх через слой, удерживания частиц в псевдоожиженном состоянии и при температуре слоя 100-170°С, непрерывного выделения захваченных частиц в циклонном сепараторе, непрерывной выгрузки частиц хлорида магния, сортировки выгруженного материала и рециркулирования фракции с заниженными размерами и измельченной фракции с завышенными размерами вместе с пылевидными частицами из циклонного сепаратора в псевдоожиженный слой для дополнительного гранулирования.

2. Способ по п. 1, в котором оборудование для подачи сырья нагревают паром при температуре в интервале от 120 до 200°С.

3. Способ по п. 1, в котором псевдоожиженный слой содержит частицы хлорида магния с содержанием воды в интервале от 1,5 до 4 молей Н₂O/моль MgCl₂ и с содержанием MgOHCl в интервале 1-5%.

4. Способ по п. 1, в котором воздух для псевдоожижения имеет скорость 1-2 м/с и вместе с панелями в псевдоожиженном слое нагрет в достаточной степени, чтобы удерживать слой при температуре в интервале от 100 до 170°С, путем непрямого нагрева или с помощью электрокалорифера, чтобы сохранить влажность возможно более низкой.

5. Способ по п. 1, в котором используют осушающий воздух при возможно более низкой влажности.

6. Способ по п. 1, в котором температуру сырья контролируют с помощью насыщенного пара с упругостью насыщенного пара, которая дает необходимую температуру пара.

7. Способ по п. 1, при котором внутри псевдоожиженного слоя устанавливают нагревающие панели.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.10.2005

Извещение опубликовано: 27.12.2006 БИ: 36/2006