Тема 1.2 Технологические схемы получения хлорида магния

Исходным сырьем для электролитического получения магния является его хлорид. Поэтому природное сырье необходимо переработать с целью получения данного соединения. Существуют различные технологические схемы, выбор которой зависит от вида перерабатываемого сырья. Основные ТС:

- карналлитовая;

- хлормагниевая.

1.2.1 Карналлитовая атс

По данной технологической схеме получают искусственный карналлит. ТС представлена на рисунке 1.1.

Дробление и измельчение являются подготовительными операциями. Служат для уменьшения крупности материала и увеличения реакционной поверхности (повышается скорость реакции). Проводятся в дробилках и мельницах различных конструкций.

Растворение служит для получения пульпы, состоящей из жидкой и твердой фаз. Проводится в вертикальных растворителях, где смешивается с маточным раствором и реагентами при температуре 110 – 115 ⁰С. При этом в раствор переходят MgCl₂ и KCl.

NaCl и другие нерастворимые примеси отфильтровываются с помощью операции фильтрации на ситах. Рабочий раствор при этом становится более концентрированным.

Кристаллизация протекает в две стадии:

1 стадия - при температуре 60 – 100 ⁰С в вакуум – кристаллизаторах непрерывного и периодического действия: нагрев пульпы и выпадение первых кристаллов карналлита. Вакуумная кристаллизация в отличие от обычной более производительна, но дает сравнительно мелкие кристаллы. Пересыщение раствора достигается здесь в результате одновременного испарения растворителя и охлаждения раствора. На интенсивное испарение воды затрачивается скрытая теплота испарения. Теряя её, раствор охлаждается.

2 стадия - в вертикальных кристаллизаторах охлаждение пульпы проточной водой до температуры 20 ⁰С.

Сгущение и уплотнение в отстойниках (декантация) – отделение маточного раствора и получение более плотной пульпы.

Фильтрация на центрифугах - окончательное отделение маточного раствора и получение искусственного карналлита. Маточный раствор содержит бром, поэтому поступает на очистку в бромные колонки для извлечения брома, а затем на стадию растворения. Полученный карналлит обладает высокой чистотой и постоянной концентрацией основных компонентов. Имеет состав, %: 31 - 32,5 MgCl₂; 5 – 6 NaCl; 34 – 36 H₂O.

2 – х стадийное обезвоживание – полное удаление воды:

1 стадия – печи ТВ или КС;

2 стадия – печи СКН или хлораторы.

Недостатки схемы:

1 Высокие затраты, большой расход тепловой энергии;

2 Большие грузопотоки сырья, отходов и полуфабрикатов;

Природный карналлит KCl * MgCl₂ * 6H₂O 1,55 тонн

Дробление

Измельчение

Вода Пар, коагулянты

Промвода Растворение Маточный раствор

Пульпа

Фильтрация и сгущение на ситах

Шлам Раствор щелока MgCl₂ * KCl

Промывка Кристаллизация в вакуум – кристаллизаторах

Промвода Шлам

Кристаллизация в вертикальных кристаллизаторах

В отвал

Сгущение и уплотнение в отстойниках

Пульпа Маточный раствор

Фильтрация на центрифугах

Кристаллы искусственного карналлита (1 тонна) Маточный раствор

2 – х стадийное обезвоживание

Вода

Обезвоженный искусственный карналлит

Рисунок 1.1 - Технологическая схема получения искусственного карналлита

Обезвоживание карналлита

Химизм обезвоживания

При комнатной температуре карналлит кристаллизуется с 6 – тью молекулами воды: MgCl₂ * KCl * 6 H₂O

При повышении температуры происходит дегидратация, т.е. отдача молекул воды.

1 стадия: При температуре 90 ⁰С происходит отсоединение 4 молекул воды по реакции: MgCl₂ * KCl * 6 H₂O → MgCl₂ * KCl * 2 H₂O + 4 H₂O

Степень гидролиза (т.е. процесса, обратного дегидратации) составляет менее 1 %.

2 стадия: Начинается при температуре 150 ⁰С, заканчивается при температуре 180 – 200 ⁰С. Отсоединяются 2 молекулы воды:

MgCl₂ * KCl * 2 H₂O → MgCl₂ * KCl + 2 H₂O

Степень гидролиза составляет около 6 %.

Гидролиз может протекать по реакциям:

1) KCl * MgCl₂ + H₂O → KCl * MgОНCl + HCl при t = 240 ⁰C;

2) KCl * MgCl₂ + H₂O → KMg(OH)₂Cl + HCl при t > 240 ⁰C.

Аппаратурное оформление обезвоживания

1. Обезвоживание в печи ТВ (трубчатая вращающаяся)

АТС представлена на рисунке 1.2.

Исходный сырой карналлит загружается с помощью транспортера в питающий бункер печи, откуда с помощью питателя подается в головную часть печи. Печь ТВ имеет длину 35 – 40 м, диаметр 3 – 3,5 м. Печь состоит из 3 частей:

1 часть (холодная) – сушка карналлита; 2 часть (средняя) – начало обезвоживания; 3 часть (горячая) – интенсивное обезвоживание. Барабан печи имеет угол наклона 2 – 3 ⁰ .Первая часть печи расположена выше, в нее загружается карналлит, который самотеком движется вниз. Для более лучшего перемещения и равномерного перемешивания печь имеет приваренные внутри барабана спиральные перегребающие уголки. Скорость вращения печи 0,8 – 1,2 об/мин. У разгрузочного конца печи находится топочная камера, где за счет сжигания природного газа образуется парогазовая смесь. Затем эта смесь движется по печи противотоком карналлиту. По мере продвижения по печи газы остывают, поэтому с карналлитом контактируют наиболее холодные топочные газы, что исключает оплавление карналлита.

Показатели и параметры печи:

- производительность по обезвоженному карналлиту – 150 т/сут;

- степень обезвоживания – 90- 95 %;

1 - карналлит; 2 – грейферный кран; 3 - транспортеры; 4 - печь ТВ; 5 – смесительная камера и топка; 6 - вентилятор; 7 - грохот; 8 - дробилка; 9 - элеватор; 10 - силосная башня; 11 – переходная камера; 12 - циклон; 13 - дымосос; 14 - скруббера.

Рисунок 1.2 – АТС обезвоживания карналлита во вращающейся печи

- степень гидролиза – 10 – 12%;

- температура топочных газов, ⁰С :

на входе в печь – 500 – 600

на выходе из печи – 110 – 130;

- температура карналлита на выходе из печи, ⁰С – 200 – 250.

Достоинство – стабильность работы.

Недостатки: - высокая степень гидролиза;

- высокий пылеунос;

- необходимость четкого соблюдения температурного режима

(слишком высокая температура – слеживание карналлита, низкая – налипание карналлита на стенки печи и коррозия барабана);

- трудность полной механизации и автоматизации.

2. Обезвоживание в печи КС (кипящего слоя)

Схема печи КС представлена на рисунке 1.3.

Печь представляет собой шахту, сваренную из стального листа и футерованную внутри термостойким кирпичом. Для уменьшения уноса пыли печь, начиная от газораспределительной решетки, расширена кверху.

1 – стальной кожух; 2 – перегородки камер; 3 – подина; 4 - перегородки отделений; 5 – разгрузочное устройство; 6 – газоотсосные патрубки; 7 – отверстия для подачи топочных газов в печь; 8 – предохранительные клапаны.

Рисунок 1.3 – Печь кипящего слоя (КС)

Газораспределительная решетка изготовлена из толстых стальных плит с отверстиями, в которые вставлены чугунные колпачки. Через эти колпачки подается греющий газ по всему сечению печи. Печь делится на 3 газораспределительные камеры, в которые подается газ и воздух. Вторая камера делится перегородками на 3 отделения, а третья – на 2. В перегородках имеются окна, через которые перетекает карналлит. Движение карналлита за счет перегородок имеет зигзаообразный вид. Температура в первой камере, где происходит подсушивание, 120 – 150 ⁰С. Во второй происходит первая стадия обезвоживания. Температура карналлита 160 – 180 ⁰С. В третье – 210 – 215 ⁰С. Обезвоженный карналлит выпускается через специальный патрубок. Эффект кипящего слоя создается за счет потоков газа, подаваемых снизу. Газы проходят через слой карналлита, создавая эффект «кипения воды». Газ образуется за счет сжигания природного газа в присутствии воздуха в трех топках, расположенных под камерами.

Параметры процесса:

- производительность печи по обезвоженному карналлиту - 9,8 т/ч;

- степень обезвоживания - 92,5 %;

- степень гидролиза - 8 %;

- пылеунос -1,5%;

- расход природного газа - 1240 м³/ч.