Способ получения магния из серпентинита

Способ получения магния из серпентинита

Реферат

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению магния из магнийсодержащего сырья, например из серпентинита, с последующим электролизом полученного хлормагниевого сырья.

Известен способ производства магния из серпентинита фирмы Magnola (R.W.Stanley, M.Berube, C.Ctlik-Noranda Tachnology Centre, Y.Osaka-Aisin seiki Co.Ltd., Avedesian-Noranda Metallurgy Inc.: Magnola, The Magnola process for magnesium production. 53^rd Annual International Magnesium Association Conference, June 2-4,1966, Ube, Japan, pp.58-64). Сырьем для получения магния является оксидное сырье - минерал, содержащий кремний, например серпентинит (асбестовые отходы). Способ включает выщелачивание магния из серпентинита соляной кислотой с получением хлормагниевых растворов, очистку и концентрирование раствора хлорида магния; смешивание раствора хлорида магния с безводным электролитом магниевых электролизеров; обезвоживание смеси с использованием хлорирующего агента с получением безводного плава солей, содержащих хлорид магния, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, анодного хлора и электролита, возврат анодного хлора и электролита в процесс подготовки сырья, конверсию хлора с получением хлорида водорода, направляемого в голову процесса.

Основным недостатком данного способа является то, что затраты на извлечение магния из сырья неоправданно большие, что приводит к повышению стоимости конечного продукта - магния.

Известен способ производства магния из оксидно-хлоридного сырья (заявка WO 99/39026, опубл.05.08.99, патент-аналог RU №2082826), по количеству общих признаков взятый за ближайший аналог-прототип и включающий измельчение сырья, выщелачивание магния из оксидного сырья с получением хлормагниевых растворов в системе бак-абсорбер и его циркуляцию, очистку раствора бруситовой суспензией и отделение раствора от твердых взвесей фильтрованием при температуре 50-180°С и рН 2-9 до получения раствора с содержанием хлорида магния 29,4 мас.%, концентрирование раствора путем упаривания до содержания хлорида магния до 36 мас.%, смешивание раствора или гидрата хлорида магния с безводным электролитом с получением синтетического карналлита, обезвоживание синтетического карналлита, электролиз безводного хлорида магния с получением магния, хлора, электролита, возврат хлора и электролита на процесс подготовки сырья, конверсию хлора с получением хлорида водорода. После конверсии полученные топочные газы направляют на получение соляной кислоты, которую подогревают до температуры 85°С и направляют на выщелачивание магния из оксидного сырья до остаточного содержания хлорида водорода в растворе 1,05%.

Недостатки данного способа

При выщелачивании серпентинита соляной кислотой в раствор переходят все содержащиеся в серпентините примеси, особенно железо и кремний, очистка от которых приводит к большим материальным затратам. Использование в качестве очищающего реагента брусита или магнезита не позволяет достичь большой степени очистки хлормагниевого раствора из-за того, что, во-первых, брусит и магнезит являются природным сырьем и также содержат большое количество примесей, которые переходят в раствор хлорида магния. Кроме того, брусит в холодной воде практически нерастворим, а при нагревании до температуры 60-80°С нейтрализует раствор только до рН 5, что недостаточно для полного удаления примесей из раствора хлорида магния (для полного удаления примесей раствор нужно нейтрализовать до рН 7-8). Магнезит при взаимодействии с хлормагниевым раствором затвердевает, при этом степень очистки раствора резко снижается.

Использование в качестве реагента для очистки раствора хлорида магния брусита или магнезита приводит к большим материальным затратам на приобретение, складирование и хранение.

Технический результат заключается в снижении затрат на реагенты для очистки хлормагниевого раствора, повышение степени очистки хлорида магния, получаемого из серпентинитового сырья, получение новых видов товарных продуктов.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения магния из серпентинита, включающий измельчение отходов, выщелачивание концентрированной соляной кислотой с получением хлормагниевого раствора, разделение раствора и осадка, очистку и концентрирование раствора, загрузку отработанного электролита с получением синтетического карналлита, многостадийное обезвоживание его с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза и на получение соляной кислоты, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, новым является то, что после очистки и концентрирования хлормагниевый раствор разделяют на две части, одну часть направляют на получение синтетического карналлита, а другую часть обрабатывают раствором кальцинированной соды, разделяют, осадок в виде гидрокарбонатной пасты направляют на очистку и концентрирование хлормагниевого раствора, а маточный раствор – на приготовление товарных продуктов.

Кроме того, соотношение части раствора, направляемого на приготовление гидрокарбонатной пасты, и другой части, направляемой на синтез карналлита, составляет 1:(0,7-7,0).

Кроме того, часть гидрокарбонатной пасты направляют на стадию очистки отходящих газов.

Кроме того, обработку раствором кальцинированной соды проводят при температуре 70-95°С.

Кроме того, концентрацию раствора кальцинированной соды поддерживают в пределах 100-400 г/л.

Кроме того, гидрокарбонатная паста содержит, вес.%: карбонат магния 27-30, гидроксид магния 6-8, хлорид натрия 12-14 и воду 50.

Кроме того, маточный раствор направляют на производство кристаллического хлорида натрия.

Разделение концентрированного хлормагниевого раствора на две части и приготовление из одной части гидрокарбонатной пасты, которую направляют на стадию очистки хлормагниевого раствора, позволяет повысить степень нейтрализации раствора до рН 7-8 и тем самым повысить степень очистки хлормагниевого раствора от примесей.

При взаимодействии предварительно очищенного хлормагниевого раствора, нагретого до температуры 70-95°С, с раствором кальцинированной соды происходит осаждение химически чистой гидрокарбонатной пасты (без примесей).

Маточные растворы после отделения гидрокарбонатной пасты практически не содержат вредных примесей и могут быть переработаны на высокочистый хлорид натрия.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет 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 производства магния из серпентинита, изложенных в формуле 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. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, 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.

Магнийсодержащее сырье - серпентинит (3MgO2SiO₂2H₂O) состава 23,9 мас.% магния, 6,4 мас.% железа и 34,3% оксида кремния в количестве 1000 кг измельчают до крупности 20-70 мм, загружают в абсорбер-выщелачиватель, куда подают концентрированную 20-35% соляную кислоту. Выщелачивание проводят при температуре 90°С в течение 4 часов при непрерывном перемешивании суспензии. В результате выщелачивания получают слабокислый раствор хлорида магния, содержащий 208,4 (37,2%) кг магния и 52,9 (82,4%) железа, содержание соляной кислоты в растворе 0,3-3,0%. Серпентинит, будучи трудно вскрываемой породой, взаимодействует только с сильно концентрированной кислотой. При выщелачивании в раствор переходят практически все примеси и особенно кремний и железо, которые отрицательно влияют на процесс электролиза хлорида магния. Более полную очистку хлормагниевого раствора можно достичь при нейтрализации раствора до рН 7-8. Очистку производят гидрокарбонатной пастой, которую получают путем взаимодействия части очищенного от примесей хлорида магния с раствором кальцинированной соды. Для этого готовят раствор кальцинированной соды, нагретый до 70-85°С, концентрацией 360 г/л в баке с мешалкой. В реактор с обогреваемой рубашкой загружают раствор хлорида кальция, нагревают до температуры 70-85°С и затем подают при перемешивании раствор кальцинированной соды концентрации 100-400 г/л. В реакторе происходит реакция осаждения с получением гидрокарбоната магния состава МgСО₃ Мg(ОН)₂ 3Н₂О при содержании МgСО₃ - 29,9%, Мg(ОН)₂ - 6,8%, NaCl -13,3%, вода - 50%. Суспензию фильтруют на вакуум-фильтре, получают гидрокарбонат магния в виде пасты состава 310 г/л карбоната магния, 15 г/л гидроксида магния и 120 г/л хлорида натрия.

Очищенный хлормагниевый раствор разделяют на две части в соотношении 1:(0,7-7,0), одну направляют на стадию получения гидрокарбонатной пасты, а другую часть обрабатывают отработанным электролитом, полученным в процессе электролиза хлористых солей и содержащего 5,8% хлорида магния и 73,4% хлорида калия с получением синтетического карналлита. Полученный синтетический карналлит направляют на многостадийное обезвоживание с получением безводного хлормагниевого сырья. Для этого сначала его обезвоживают в печи кипящего слоя до содержания хлорида магния 45,4%, 1,9% оксида магния, 3,4% воды и остальное - хлорид калия. Обезвоженный карналлит плавят в хлораторе и обрабатывают хлоридом водорода при температуре 450-540°С и затем хлором при температуре 650-800°С. Получают безводный карналлит с содержанием хлорида магния 49%, 0,6% оксида магния. Безводный хлорид магния подвергают электролизу, где под воздействием электрического тока безводный карналлит разлагается на магний и анодный хлор. Отработанный электролит периодически извлекают в процессе электролиза, измельчают и направляют на процесс получения синтетического карналлита. Хлор направляют на стадию конверсии с целью получения хлорида водорода, который используют для хлорирования хлормагниевого раствора и получения соляной кислоты.

Маточный раствор после отделения гидрокарбонатной пасты содержит 20-24 вес.% хлорида натрия, который упаривают в баке с аппаратом погружного горения, затем подают на центрифугу и получают товарный хлорид натрия, который практически не содержит примесей железа и сульфат-иона и может быть использован в процессе электролиза, а также переработан на высокочистый кристаллический хлорид натрия.

Таким образом, предлагаемый способ получения магния из серпентинита позволяет снизить затраты на реагенты для очистки хлормагниевого раствора, повысить степень очистки хлорида магния, получить новые виды товарных продуктов.

1. Способ получения магния из серпентинита, включающий измельчение отходов, выщелачивание концентрированной соляной кислотой с получением хлормагниевого раствора, разделение раствора и осадку, очистку и концентрирование раствора, загрузку отработанного электролита с получением синтетического карналлита, многостадийное обезвоживание его с получением безводного хлормагниевого сырья для электролиза, электролиз с получением магния, хлора и электролита, конверсию хлора с получением хлорида водорода и направление его на стадии подготовки сырья для электролиза и на получение соляной кислоты, возврат электролита на стадию подготовки сырья для электролиза, отличающийся тем, что после очистки и концентрирования хлормагниевый раствор разделяют на две части, одну часть направляют на получение синтетического карналлита, а другую часть обрабатывают раствором кальцинированной соды, осадок в виде гидрокарбонатной пасты направляют на очистку и концентрирование хлормагниевого раствора, а маточный раствор - на приготовление товарных продуктов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение части раствора, направляемого на приготовление гидрокарбонатной пасты, и другой части, направляемой на синтез карналлита, составляет 1:(0,7-7,0).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть гидрокарбонатной пасты направляют на стадию очистки отходящих газов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку раствором кальцинированной соды проводят при температуре 70-95°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию раствора кальцинированной соды поддерживают в пределах 100-400 г/л.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрокарбонатная паста содержит карбонат магния - 27-30%, гидрооксид магния - 6-8%, хлорид натрия 12-14% и воду - 50%.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что маточный раствор направляют на производство кристаллического хлорида натрия.