СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО ХЛОРИДА МАГНИЯ ОТ ПРИМЕСЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ
PROCEDURE FOR CHEMICAL PURIFICATION OF MELTED MAGNESIUM CHLORIDE FROM IMPURITIES FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF MAGNESIUM

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам подготовки и очистки хлормагниевого сырья - хлорида магния для электролитического получения магния.
Хлормагниевое сырье, в частности расплавленный хлорид магния, получаемый в процессе магниетермического восстановления тетрахлорида титана, содержит примеси хлоридов титана, оксидов титана и металлического титана, которые ухудшают процесс электролитического получения магния. Особенно соединения титана влияют на выход магния по току при производстве магния, поэтому в промышленном производстве при подготовке хлормагниевого сырья к процессу электролитического получения магния производят его очистку химическим реагентом или электрохимической очисткой с последующим отделением примесей отстаиванием.
Известен способ химической очистки расплавленного хлорида магния от примесей для электролитического получения магния (Авт. свид. СССР №196319, опубл. 16.05.1967, бюл.11), включающий заливку расплавленного хлорида магния в емкость, загрузку химического реагента в расплавленный хлорид магния. При этом в качестве химического реагента используют металлы щелочных (калий или натрий) и щелочно-земельных металлов (кальций, или барий, или рубидий). Химический реагент вводят в расплавленный хлорид магния в количестве не более стехиометрически необходимого количества в течение 10 минут.
Недостатком данного способа является высокая стоимость химических реагентов и их большой расход на очистку.
Известен способ химической очистки расплавленного хлорида магния от примесей для электролитического получения магния (Авт. свид. СССР №1076498, опубл. 28.02.1984, бюл. 8), включающий заливку расплавленного хлорида магния в емкость, загрузку химического реагента в расплавленный хлорид магния. При этом в качестве химического реагента используют карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов, в частности карбонат натрия или калия. Химический реагент вводят в количестве 0,5-3% от веса расплава, выдерживают в течение 15-30 минут (отстаивают) до содержания титана в расплаве 0,01-0,02% примесей титана, что позволяет повысить выход магния по току на 3-5%.
Недостатком данного способа является низкая степень очистки и длительность отстоя расплава из-за высокой вязкости чистого хлорида магния, а также образование в результате реакции углекислого газа, который приводит к вспениванию расплава.
Известен способ химической очистки расплавленного хлорида магния от примесей для электролитического получения магния (Щеголев В.И., Лебедев О.А. Электролитическое получение магния. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2002, стр.109-139), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий заливку расплавленного хлорида магния в емкость, разбавление его электролитом магниевого электролизера, загрузку химического реагента, перемешивание и отстаивание. В качестве химического реагента используется металлические магний или натрий. Количество натрия, используемого при очистке, соответствует стехиометрии, а магний необходимо брать с большим избытком против стехиометрии (1:2-4). В процессе очистки достигается содержание титана - 0,002-0,003%, выход по току возрастает на 2-3%.
Недостатком данного способа является высокая стоимость химических реагентов - металлических магния или натрия - и их большой расход на очистку.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в использовании более дешевого химического реагента - оксида кальция. Это приведет к снижению расхода химического реагента на очистку расплавленного хлорида магния от примесей и тем самым к снижению затрат на очистку.
Технический результат достигается тем, что предложен способ химической очистки расплавленного хлорида магния от примесей для электролитического получения магния, включающий заливку расплавленного хлорида магния в емкость, разбавление его электролитом магниевого электролизера, загрузку химического реагента, перемешивание и отстаивание, новым является то, что в качестве химического реагента используют оксид кальция в количестве 0,1-1% от веса смеси расплавленных хлорида магния и электролита, после отстаивания осветленную часть отбирают и направляют в электролизер, а донную часть - на утилизацию хлорида магния.
Кроме того, химический реагент загружают на поверхность смеси расплавленных хлорида магния и электролита.
Кроме того, в качестве оксида кальция используют негашеную известь.
Кроме того, расплавленный хлорид магния разбавляют электролитом магниевого электролизера в соотношении 1:(0,05-0,5).
Кроме того, очистку ведут при температуре 670-720°С.
Кроме того, расплавленную смесь отстаивают в течение 10-20 минут.
Химическая очистка расплавленного хлорида магния от примесей (титансодержащих соединений) оксидом кальция и выбранное весовое соотношение химического реагента к смеси расплавленных хлорида магния и электролита, равное 0,1-1% от веса смеси расплавленных хлорида магния и электролита, позволяет без снижения качественных показателей очистки (степень очистки от титановых соединений и повышение выхода магния по току при электролизе хлормагниевого расплава) значительно снизить расход химического реагента на очистку и тем самым уменьшить затраты на очистку.
Загрузка химического реагента - оксида кальция в количестве менее 0,1% не позволяет достичь степени очистки более 90%. Загрузка оксида кальция более 1% приведет к взаимодействию избыточного оксида кальция с хлоридом магния по реакции:
2
2
CaO+MgCl=MgO+CaCl
В результате повышается содержание вредной примеси - оксида магния в расплавленном хлориде магния, что приведет к снижению показателей электролитического получения магния и хлора.
Разбавление расплавленного хлорида магния электролитом магниевого электролизера в соотношении, равном ниже 1:0,05, не позволит достаточно эффективно снизить вязкость и температуру плавления расплавленной смеси, и тем самым процесс осаждения титана и его соединений будет замедлен, что не позволит осуществлять процесс очистки до требуемой степени очистки. Разбавление хлорида магния в соотношении, равном более 1:0,5, приведет к снижению хлорида магния до 40-50%, в результате чего возникает необходимость увеличения массы разовой загрузки химического реагента в расплав, а также при загрузке такого состава расплавленной смеси в электролизер произойдет нарушение технологического режима и снижение показателей электролиза.
Использование в качестве негашеной извести состава MgO+CaO (в пересчете на оксид кальция) не менее 85% и при содержании оксида магния не более 5% позволяет использовать известь, производимую на титаномагниевых предприятиях для получения известкового молока для нейтрализации хлорсодержащих газов, что значительно снижает расходы на химический реагент.
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, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе химической очистки расплавленного хлорида магния от примесей для электролитического получения магния. 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 устройства. 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.
В предварительно разогретую до температуры 600°С емкость, например миксер печи СКН, заливают из ковша 10 т расплавленного хлорида магния химического состава, мас.%: 99,0 хлорида магния, 0,2 оксида магния, 0,04 диоксида титана, 0,012 железа, другие примеси - остальное. Расплавленный хлорид магния (ТУ 1714-492-05785388-2007) получают, например, при получении губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. Хлорид магния является побочным продуктом, который получают в результате химической реакции тетрахлорида титана с магнием и периодически удаляют в процессе восстановления (Гармата В.А и др. Титан. - М.: Металлургия, 1983, стр.370-381). Затем в емкость заливают 1,5 тонны расплавленного электролита магниевых электролизеров химического состава, мас.%: 10 хлорида магния, 35,0 хлорида натрия, 55,0 хлорида калия, 1,5-2,0 хлорида кальция, 0,25-0,27 фтора (ТУ 48-0501-343-90). Электролит получают в процессе разложения постоянным током расплавленных хлормагниевых солей на магний и хлор и периодически удаляют из электролизера (Щеголев В.И., Лебедев О.А. Электролитическое получение магния. - М.: Издательский дом «Руды и металлы», 2002, стр.212-215, 255-266). Загрузка электролита составляет 0,15% от веса загрузки расплавленного хлорида магния. На поверхность расплава загружают 0,06 т молотого оксида кальция (негашеная известь ТУ 5744-014-00545484-96), что составляет 0,5% от веса смеси расплавленных хлорида магния и электролита магниевого электролизера. Оксид кальция получают путем термического разложения карбоната кальция при температуре 200-450°С (Монастырев А.В. Производство извести. - М.: Высшая школа, 1978, стр.42-204). Полученную смесь перемешивают в течение 2 минут при температуре 700°С и отстаивают в течение 15 минут. После отстаивания осветленную часть в количестве 11 тонн с содержанием, мас.%: 88 хлорида магния и 0,002 диоксида титана заливают в магниевые электролизеры, а донный остаток в количестве 0,5 т с содержанием, мас.%: 87 хлорида магния и 0,8 диоксида титана направляют на утилизацию. Степень очистки составляет 95%.
Таким образом, изобретение позволяет снизить затраты на очистку расплавленного хлорида магния за счет применения в качестве химического реагента оксида кальция, снижения расхода реагента. Учитывая, что стоимость оксида кальция составляет 2 руб. за 1 кг, а стоимости металлического магния 750 руб. за 1 кг и металлического натрия 850 руб. за 1 кг, то затраты на химическую очистку снижаются в сотни раз.