Спосіб переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію

Реферат: Спосіб переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію включає завантаження дробленого магнезиту у верхню частину вертикального шахтного реактора, хлорування магнезиту реакційною газовою сумішшю хлору та оксиду вуглецю. У шахтному реакторі на висоті 0,5-0,7 висоти шахти, вище зони реакції хлорування, здійснюється спалювання надлишкового оксиду вуглецю, що міститься у відпрацьованих реакційних газах, шляхом подачі повітря або кисню ззовні реактора через спеціальний патрубок. UA 88980 U (54) СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ МАГНЕЗИТУ В РОЗПЛАВЛЕНИЙ ХЛОРИД МАГНІЮ UA 88980 U UA 88980 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі кольорової металургії, зокрема до технології переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію для електролітичного виробництва магнію. Відомий спосіб отримання розплавленого хлориду магнію з магнезиту (Патент США № 4269816 (A), Preparation of anhydrous magnesium chloride, 1981.05.26, C01F5/32, C01F5/34). Суть способу полягає в наступному. Тверді шматки карбонату магнію безперервно завантажують у вертикальний реактор з насадкою і оброблюють газоподібним хлором у присутності окису вуглецю при температурі менше 1200 °C і вище температури плавлення MgCh. Гази, що відходять, в основному двоокис вуглецю, відводять з верхньої зони реактора, а розплавлений безводний хлорид магнію - із зони нижче шару насадки. Недоліком відомого способу є те, що при співвідношенні в реакційних газах компонентів CO: CI2=1:1 досягається неповне використання хлору 58,2-78,8 %, що вимагає подальшої переробки газів, які відходять, шляхом їх компримування або газоочищення. Це знижує економічність процесу, підвищує собівартість одержуваного хлориду магнію. Найбільш близьким аналогом є (А.С. СРСР № 1312930 "Способ переработки магнезита в расплавленный хлорид магния", 1985.05.20, C01F5/32). Спосіб включає введення подрібненого магнезиту у верхню частину вертикального реактора, обладнаного насадкою з вуглецевого матеріалу, і подачу реакційної газової суміші хлору та оксиду вуглецю під насадку, взятих в об'ємному співвідношенні CI2: СО = 1: (2-4). Піднімаючись, реакційні гази реагують з магнезитом, утворюючи розплавлений хлорид магнію, який, стікаючи, фільтрується через насадку і скупчується в нижній частині реактора. Ступінь використання хлору становить 97,399,6 %. Необхідність вилучення хлору з відпрацьованих газів компримуванням усувається, спрощується апаратурно-технологічна схема процесу, знижується енергоємність способу. Недоліками способу є можливе періодичне неповне використання хлору і періодична нестабільність сходу шихти в ході процесу. Даний спосіб взятий як найближчий аналог. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу переробки магнезиту, бруситу або іншої руди, яка містить оксид магнію, в розплавлений хлорид магнію, який дозволяє вести технологічний процес хлорування магнезиту та інших оксидних магнезіальних руд з повним використанням хлору і стабільним сходом шихти. Поставлена задача вирішується за рахунок додаткового підведення тепла до верхньої частини реактора шляхом введення повітря або кисню і спалювання в шахті реактора надлишкового оксиду вуглецю, присутнього у відпрацьованих реакційних газах. Це дозволяє стабілізувати тепловий баланс реактора, підвищити швидкість процесів сушіння, нагріву і дисоціації магнезиту, створити запас свіжовипаленого магнезиту на вході в зону реакції хлорування, що в підсумку стабілізує процес хлорування, забезпечує повне використання хлору і стабільний сход шихти. Для вирішення поставленої задачі розроблено спосіб переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію, що включає завантаження дробленого магнезиту у верхню частину вертикального шахтного реактора, хлорування магнезиту реакційною газовою сумішшю хлору та оксиду вуглецю в співвідношенні 1: (2-4), згідно з корисною моделлю, у шахтному реакторі на висоті 0,5-0,7 висоти шахти, вище зони реакції хлорування; здійснюється спалювання надлишкового оксиду вуглецю, що міститься у відпрацьованих реакційних газах, шляхом подачі повітря або кисню ззовні реактора через спеціальний патрубок. Хлоруванню може піддаватися подрібнений брусит або інший матеріал, що містить оксид магнію. Як встановлено дослідженнями, для стабільного перебігу процесу хлорування за реакцією (1) з повним використанням хлору MgO+CI2+CO  MgCl2 (p) + CO2+267,15 кДж / моль (1) необхідні дві умови: - підведення реакційних газів (CI2+CO) до поверхні шматочків MgO в еквімольному співвідношенні 1:1. Оскільки транспорт розчинених газів до поверхні MgO через плівку Mg CI 2(p), контролюється стадією їх спільної дифузії в розплаві Mg CI2, для рівномолекулярної доставки газів необхідно в реакційній газовій суміші підтримувати співвідношення CI 2: CO=1: (2-4), що і було встановлено і·заявлено раніше в А. с. № 1312930. - необхідно попереднє протікання в реакторі процесу термічної дисоціації магнезиту MgCO3  MgO + СО2-98,7 кДж / моль (2) та наявність в реакторі на шляху реакційної газової суміші шматочків свіжовипаленого магнезиту (MgO). Тоді реакційна газова суміш вступає у взаємодію з обпаленим магнезитом, протікає реакція його хлорування. У зв'язку з тепловими втратами через поверхню реактора, тепла, що виділяється за реакцією (1), може не вистачати для сушіння, нагріву і дисоціації магнезиту з необхідною для 1 UA 88980 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 реакції (1) швидкістю. Тоді швидкість подання обпаленого магнезиту в зону хлорування може бути нижчою, ніж подання хлору, і в результаті спостерігаються проскоки хлору. Надходження в зону реакції деякого надлишку обпаленого магнезиту дозволяє стабілізувати процес хлорування і досягти повного використання хлору. Для ув'язки теплового балансу шахтного реактора і його стабільної роботи, необхідно своєчасне підведення до магнезиту достатньої кількості тепла, що може бути досягнуто шляхом додаткового підведення тепла у верхню половину реактора. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Подрібнений магнезит з завантажувального бункера порціями завантажують в реактор. У технологічному процесі в реакторі по висоті утворюється кілька технологічних зон. У верхній зоні реактора відбувається сушіння і нагрівання магнезиту при проходженні через нього розігрітих відпрацьованих газів. По ходу процесу магнезит опускається в шахті реактора і потрапляє в зону спалювання відпрацьованих реакційних газів, розташовану на висоті 0,5-0,7 висоти шахти реактора, в яку по спеціальному патрубку подають розрахункову кількість повітря або кисню і здійснюють спалювання надлишкового оксиду вуглецю, що міститься у відпрацьованих реакційних газах: 2 CO + О2  2 СО2+246,62 кДж / моль (3). У цій зоні за рахунок тепла реакції (3) магнезит розігрівають до температури 500-600 °C. Спалювання газів вище 0,7 висоти шахти неефективне, оскільки тепло реакції (3) не буде встигати засвоюватися шаром магнезиту в реакторі і виноситиметься газами за межі реактора. Спалювання газів у зоні нижче 0,5 висоти реактора може призводити до небажаного зростання температури в зоні реакції хлорування і втрат хлориду магнію з відпрацьованими газами. Надалі магнезит надходить до зони випалу. У цій зоні при температурі 600-660 °C здійснюється процес термічної дисоціації магнезиту за реакцією (2) за рахунок використання тепла реакції (1),· акумульованого відпрацьованими реакційними газами. Обпалений магнезит далі по ходу процесу опускається в зону реакції хлорування, що знаходиться над вуглецевою насадкою, де, зустрічаючись з потоком реакційної газової суміші (CI2+CO), яку вводять в реактор в об'ємному співвідношенні CI2: CO=1: (2-4), вступає в процес хлорування за реакцією (1) MgO+CI2+CO  MgCl2(p) + СО2+267,15 кДж/моль (1). Температура в реакційній зоні досягає 900-1000 °C. Утворений хлорид магнію, що має температуру плавлення 714 °C, стікає по шматочках магнезиту, який хлорують, через шар графітової насадки в копильник реактора, де розплав накопичують, потім зливають в ковші і транспортують на електроліз. Приклад здійснення способу. Заявлений спосіб переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію реалізовано на експериментальній установці. У вертикальний реактор, обладнаний газопропускаючою решіткою і копильником розплаву, на решітку завантажують насадку із дробленого графіту і природний магнезит фракції +1,6-2,5 мм. Висота шару магнезиту - 0,24 м. Реактор встановлюють, в шахтну електропіч і розігрівають таким чином, що в нижній зоні шару магнезиту досягається температура початку процесу хлорування -900 °C, а у верхній зоні шару магнезиту температура становить 250 – 300 °C. Під решітку в реактор починають подавати суміш хлору та оксиду вуглецю зі швидкістю 1,2 см/с. Температура в реакторі підвищується, що свідчить про початок процесу хлорування. Гази, що відходять з реактора, шляхом відбору проб аналізують на вміст хлору. Аналіз газових проб через 20-30 хвилин після початку процесу показує, що при співвідношенні CI2: CO=1: 2,5 в відпрацьованих газах періодично спостерігаються проскоки хлору, а розрахункова ступінь використання хлору становить 95,0-97,0 %. При збільшенні вмісту СО в реакційних газах CI2: СО = 1: 3,5 ступінь використання хлору зростає до 97,0-99,0 %. До цієї стадії експеримент повторює технологію аналога. Після цього, приблизно в середину шару магнезиту по висоті, по патрубку починають подавати кисень зі швидкістю 0,4 м/с. Температура у верхній зоні реактора підвищується, і через 15 хвилин в пробах відпрацьованих газів хлор відсутній, що свідчить про його 100-%-не засвоєння в реакторі. По завершенні процесу, отриманий розплавлений хлорид магнію зливають з копильника реактора. Отже, заявлений спосіб дозволяє спалювати надлишковий оксид вуглецю, який міститься у відпрацьованих реакційних газах, і тим самим отримувати додатковий прихід тепла в шахті реактора, інтенсифікувати процес нагріву, сушки і випалення магнезиту, отримати певний надлишок проти. стехіометрії оксиду магнію на вході в зону реакції хлорування, і в результаті стабілізувати процес хлорування, гарантовано вести його з 100 %-вим засвоєнням хлору. 2 UA 88980 U Наведені відомості підтверджують можливість промислового застосування придатності вдосконаленого способу переробки магнезиту, бруситу або іншої руди, що містить оксид магнію, в розплавлений хлорид магнію, який виконується на відомому устаткуванні і може знайти широке застосування в кольоровій металургії. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1 Спосіб переробки магнезиту в розплавлений хлорид магнію, що включає завантаження дробленого магнезиту у верхню частину вертикального шахтного реактора, хлорування магнезиту реакційною газовою сумішшю хлору та оксиду вуглецю в співвідношенні 1 : (2-4), який відрізняється тим, що у шахтному реакторі на висоті 0,5-0,7 висоти шахти, вище зони реакції хлорування, здійснюється спалювання надлишкового оксиду вуглецю, що міститься у відпрацьованих реакційних газах, шляхом подачі повітря або кисню ззовні реактора через спеціальний патрубок. 2 Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що хлоруванню може піддаватися подрібнений брусит або інший матеріал, що містить оксид магнію. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3