RU2095479C1

RU2095479C1 - Magnesium and chlorine in-line production process

Info

Publication number: RU2095479C1
Application number: RU95103820A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Свалов
Original assignee: Акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния"
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: electrolytic metal production. SUBSTANCE: process includes providing magnesium chloride raw material, transporting and loading it into in- line units, circulation of return electrolyte in closed circuit, withdrawing produced magnesium, and removing sludge. According to invention, solid magnesium chloride raw material is loaded into separate electrolyzers of closed circuit and temperature of electrolyte in these electrolyzers is maintained by varying raw material loading rate. Average rate of loading raw material into single closed-circuit electrolyzer (P_s) is found from formula: P_s = [PP_mg-P_mC_m+(C₂-C₁)M]/C_sEt where P is regulatory magnesium chloride intake per unit weight of produced metal; P_mg amount of produced magnesium on entire flow line for specified period of time; P_m amount of raw material loaded into in-line units in molten state for specified period of time; C_m average magnesium chloride content in loaded molten raw material; C_s the same in solid state; C₁ and C₂ are average magnesium chloride contents in system within specified and preceding periods of time, respectively; M weight of melt in all units of flow line; E number of in-line electrolyzers receiving raw material; and T duration of specified period of time. Criteria are proposed according to which necessity to vary temperature is determined. In order to maintain desired temperature within 650-730 C, rate of loading raw material is varied. Raw material when transported is proposed to be cooled to a temperature which by 5-50 C exceeds temperature at which raw material begins interacting with air humidity. EFFECT: increased yield of magnesium and chlorine; reduced raw material and power consumption. 8 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к производству цветных металлов, а именно к производству магния и хлора электролизом расплавленных солей в поточной линии. The invention relates to the production of non-ferrous metals, namely the production of magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts in a production line.

Известен и реализован в промышленном масштабе способ получения магния и хлора в электролизерах, объединенных в поточную линию, включающую головной агрегат для подготовки сырья путем смешения оборотного электролита и карналлита, расплавленного в предназначенных для этой цели хлораторах или специальных печах, разделительный агрегат для отделения магния от солевого расплава оборотного электролита и накапливания его компактной массой, насосы для перекачки оборотного электролита на смешение с расплавленным сырьем (Ж. Цветные металлы. 1991, N 9, с. 42-44). Known and implemented on an industrial scale, a method of producing magnesium and chlorine in electrolyzers, combined into a production line, including a head unit for the preparation of raw materials by mixing reverse electrolyte and carnallite, molten in chlorinators or special furnaces designed for this purpose, a separation unit for separating magnesium from salt molten circulating electrolyte and its accumulation in a compact mass, pumps for pumping circulating electrolyte for mixing with molten raw materials (J. Non-ferrous metals. 1991, N 9, p. 42-44).

Недостатком способа является наличие передела подготовки сырья со специальным оборудованием, которое нуждается в обслуживании и энергозатратах на нагрев и плавление карналлита. The disadvantage of this method is the redistribution of the preparation of raw materials with special equipment that needs maintenance and energy consumption for heating and melting carnallite.

В качестве ближайшего аналога выбран способ получения магния и хлора в поточной линии при использовании в качестве сырья для загрузки в головной агрегат как расплавленного безводного, так и твердого обезвоженного карналлита с содержанием оксида магния до 2% и воды до 3% (Н.М. Зуев, А.В. Иванов, В.В. Вуколов и др. Разработка поточной технологии производства магния. "Производство магния и титана". Труды ВАМИ N 72, Из-во "Металлургия". М. 1970 г. с. 48-55). Сущность способа по прототипу заключается в том, что твердое сырье с указанным содержанием примесей загружают в головной агрегат, в который подают оборотный электролит с содержанием MgCl₂ 7-10% и получают для электролиза расплав, содержащий 20-22% MgCl₂. Расход электроэнергии на плавление составляет 290 кВт-ч на одну тонну обезвоженного карналлита, что ниже расхода при плавлении в хлораторах, равного 380-440 кВт-ч/т. Получаемый расплав освобождается от содержащих кислород примесей (MgO и другие оксиды) осаждением в шлам частично в головном агрегате, частично в рафинировочных электролизерах, в которых наряду с образованием шлама имеет место хлорирование оксида магния с расходом углерода из графитовых анодов, что требует периодической их замены.As the closest analogue, the method of producing magnesium and chlorine in the production line was selected using both molten anhydrous and solid dehydrated carnallite with magnesium oxide content of up to 2% and water up to 3% as feedstock for loading into the head unit (N.M. Zuev , A.V. Ivanov, V.V. Vukolov, et al. Development of an in-line technology for the production of magnesium. "Production of magnesium and titanium." Proceedings of the Moscow Aviation Institute N 72, Izd-vo Metallurgy. M. 1970. pp. 48-55 ) The essence of the prototype method is that solid raw materials with the indicated impurity content are loaded into the head unit, into which a reverse electrolyte with a MgCl ₂ content _of 7-10% is fed and a melt containing 20-22% MgCl _{2 is} obtained for electrolysis. The energy consumption for melting is 290 kWh per ton of dehydrated carnallite, which is lower than the consumption for melting in chlorinators, equal to 380-440 kWh / t. The resulting melt is freed from oxygen-containing impurities (MgO and other oxides) by precipitation into the sludge, partly in the head unit, partly in refining electrolyzers, in which, along with the formation of sludge, magnesium oxide is chlorinated with the consumption of carbon from graphite anodes, which requires periodic replacement.

Наиболее существенные недостатки способа по аналогу:
пониженный выход по току магния и хлора из-за недостаточной стабильности температурного и концентрационного режима в электролизерах;
потребность в специальном агрегате для плавления твердого сырья, отличающегося повышенным расходом электроэнергии и высокими потерями MgCl₂ со шламом, увеличивающими расход сырья.The most significant disadvantages of the method by analogy:
reduced current efficiency of magnesium and chlorine due to insufficient stability of temperature and concentration conditions in electrolyzers;
the need for a special unit for melting solid raw materials, characterized by increased energy consumption and high losses of MgCl ₂ with sludge, increasing the consumption of raw materials.

Другие недостатки способа по аналогу. Other disadvantages of the method by analogy.

Проточная линия должна иметь в своем составе два типа электролизеров: рафинировочные (для окончательной очистки расплава, идущего из головного плавильного агрегата на электролиз) и проточные, причем первые должны иметь верхний ввод анодов, чтобы можно было производить их замену из-за быстрого износа рабочей части в связи с расходом на хлорирование MgO при доочистке. Снижение содержания кислородсодержащих примесей в твердом сырье приведет к увеличению срока службы анодов, но операция по их замене сохранится. The flow line should include two types of electrolysis cells: refining (for the final cleaning of the melt coming from the head of the smelting unit to electrolysis) and flow lines, the former must have an upper input of anodes so that they can be replaced due to rapid wear of the working part due to the cost of chlorination of MgO during post-treatment. A decrease in the content of oxygen-containing impurities in solid raw materials will lead to an increase in the service life of the anodes, but the operation to replace them will continue.

В системе имеет место перепад концентрации MgCl₂ от 20-22% в головном агрегате и 1-ом рафинировочном электролизере до 7-10% в последнем электролизере замкнутого цикла. Шлам также распределяется неравномерно: от максимального количества в первом электролизере с понижением по ходу потока в несколько раз до постоянной величины. Часть шлама удаляется из головного агрегата. Поскольку при удалении шлама захватывается жидкая фаза, содержащая MgCl₂, поэтому имеют место большие потери ценного компонента, увеличивающие расход сырья пропорционально количеству удаляемого шлама.In the system, there is a difference in the concentration of MgCl ₂ from 20-22% in the head unit and the 1st refining cell to 7-10% in the last closed-cycle cell. Sludge is also distributed unevenly: from the maximum amount in the first cell with a decrease in the direction of flow by several times to a constant value. Part of the sludge is removed from the head unit. Since when removing the sludge, the liquid phase containing MgCl _{2 is} captured, therefore there are large losses of the valuable component, increasing the consumption of raw materials in proportion to the amount of sludge removed.

Техническим результатом является:
повышение выхода по току магния и хлора за счет стабилизации концентрационного и температурного режимов в электролизерах;
снижение энергетических затрат и расхода сырья на производство товарной продукции.The technical result is:
increasing current efficiency of magnesium and chlorine due to stabilization of concentration and temperature conditions in electrolyzers;
reduction of energy costs and consumption of raw materials for the production of marketable products.

Сущность способа: получение магния и хлора в поточной линии включает приготовление хлормагниевого сырья, транспортирование и загрузку его в агрегаты поточной линии, циркуляцию оборотного электролита в замкнутом контуре поточной линии, извлечение магния и удаление шлама. The essence of the method: the production of magnesium and chlorine in the production line includes the preparation of chloromagnesium raw materials, transportation and loading it into the units of the production line, the circulation of the circulating electrolyte in a closed loop of the production line, the extraction of magnesium and the removal of sludge.

Новым в способе является:
то, что загрузку хлормагниевого сырья производят в отдельные электролизеры замкнутого контура со средней скоростью, определяемой из уравнения (I):
p_э [p • P_м P_а • C_а + (C₂ - C₁) • M_р] С_э Э Т, /1/
где
p_э задаваемая средняя скорость загрузки сырья в единичный электролизер замкнутого контура;
p нормальный расход хлористого магния на единицу массы получаемого металла;
P_м количество получаемого в расчетный промежуток времени магния во всей поточной линии;
P_а количество сырья, загружаемого в расчетный промежуток времени в агрегаты поточной линии помимо электролизеров, входящих в замкнутый контур, равное 0 при отсутствии такой загрузки;
C_а среднее содержание хлористого магния в загружаемом в агрегаты поточной линии помимо электролизеров сырье;
C_э среднее содержание хлористого магния в загружаемом в электролизеры замкнутого контура сырье;
C₁ и C₂ среднее содержание хлористого магния в системе за расчетный и предшествующий ему промежутки времени;
М_р масса расплава во всех агрегатах поточной линии;
Э количество электролитов, работающих в замкнутом контуре, в которые в расчетный промежуток времени производится загрузка сырья;
Т длительность расчетного промежутка времени.New in the method is:
the fact that the loading of chloromagnesium raw materials is carried out in separate closed-circuit electrolyzers with an average speed determined from equation (I):
p _e [p • P _m P _a • C _a + (C ₂ - C ₁ ) • M _p ] C _e E T, / 1 /
Where
p _{e the} set average speed of loading of raw materials into a single cell of a closed loop;
p is the normal consumption of magnesium chloride per unit mass of the obtained metal;
P _{m the} amount received in the estimated time period of magnesium in the entire production line;
P _{a the} amount of raw material loaded in the estimated period of time in the units of the production line in addition to electrolyzers included in a closed loop, equal to 0 in the absence of such a load;
C _{a the} average content of magnesium chloride in the feed line loaded into the aggregates in addition to the electrolyzers;
C _{e the} average content of magnesium chloride in the feed loaded into the electrolytic cells of a closed circuit;
C ₁ and C _{2 the} average content of magnesium chloride in the system for the calculated and preceding time intervals;
M _{p the} mass of the melt in all units of the production line;
E is the number of electrolytes operating in a closed circuit, in which the raw materials are loaded in the estimated time period;
T is the duration of the estimated time period.

то, что загрузку хлормагниевого сырья в агрегаты поточной линии производят в расплавленном и/или в твердом состоянии, и температуру электролита в электролизерах замкнутого контура поддерживают изменением скорости загрузки твердого сырья. the fact that the loading of chloromagnesium raw materials in the units of the production line is carried out in the molten and / or in the solid state, and the temperature of the electrolyte in the electrolyzers of the closed loop is maintained by changing the loading speed of the solid raw materials.

то, что среднюю скорость загрузки твердого сырья в один электролизер рассчитывают по уравнению (2):
p_т [p • P_м P_р • C_р + (C₂ - C₁) • M_р] C_т Э Т, /2/
где
p_т задаваемая средняя скорость загрузки твердого сырья в единичный электролизер замкнутого контура;
p нормативный расход хлористого магния на единицу массы полученного металла;
P_м количество полученного в расчетный промежуток времени магния во всей поточной линии;
P_р количество сырья, загруженного в агрегаты поточной линии в расплавленном состоянии в расчетный промежуток времени, если такая загрузка произведена. При ее отсутствии P_р 0;
C_р среднее содержание хлористого магния в загружаемом в агрегаты поточной линии расплавленном сырье;
C_т среднее содержание хлористого магния в загружаемом в электролизеры замкнутого контура твердом сырье;
C₂ и C₁ среднее содержание хлористого магния в системе за расчетный и предшествующий ему промежутки времени;
M_р масса расплава во всех агрегатах поточной линии;
Э количество электролизеров, работающих в замкнутом контуре, в которые в расчетный промежуток времени производится загрузка сырья;
T длительность расчетного промежутка времени;
то, температуру в отдельном электролизере регулируют, изменяя скорость загрузки твердого сырья на 5-50% по отношению к средней величине на один градус изменения температуры в час, и поддерживают в интервале 650-730^oC. Для регулирования температуры электролита в отдельном электролизере предлагается в дополнение к меняющейся скорости загрузки твердого сырья использовать способы принудительного отвода тепла непосредственно от расплава с помощью движущихся газов (меняя количество газов санитарно-технического отсоса) и/или с помощью хладагента, проходящего через устройства для отвода тепла в конструктивных элементах электролизера.the fact that the average loading rate of solid raw materials into one cell is calculated according to equation (2):
p _t [p • P _m P _r • C _p + (C ₂ - C ₁ ) • M _p ] C _t E T, / 2 /
Where
p _{t the} set average load rate of solid raw materials in a single cell closed loop;
p the standard consumption of magnesium chloride per unit mass of the obtained metal;
P _{m the} amount received in the estimated time period of magnesium in the entire production line;
P _{p the} amount of raw material loaded into the units of the production line in the molten state in the estimated period of time, if such a load is made. In its absence, P _p 0;
C _{p the} average content of magnesium chloride in the molten raw materials loaded into the units of the production line;
C _{t the} average content of magnesium chloride in the solid feed loaded into the closed cell electrolysers;
C ₂ and C _{1 the} average content of magnesium chloride in the system for the calculated and preceding time intervals;
M _{p the} mass of the melt in all units of the production line;
E is the number of electrolyzers operating in a closed circuit, in which the raw materials are loaded in the estimated time period;
T is the duration of the estimated time period;
then, the temperature in a separate electrolyzer is controlled by changing the loading rate of solid raw materials by 5-50% relative to the average value by one degree of temperature change per hour, and is maintained in the range of 650-730 ^o C. To control the temperature of the electrolyte in a separate electrolyzer is proposed in In addition to changing the loading speed of solid raw materials, use methods of forced heat removal directly from the melt using moving gases (changing the amount of sanitary exhaust gases) and / or using refrigerant and passing through a device for removing heat in the structural elements of the electrolyzer.

то, что твердое сырье охлаждают в процессе транспортировки, так как чем ниже его температура перед загрузкой в электролизер, тем более высокой будет сила тока, при которой должен работать электролизер, и соответственно больше производительность. Температура, до которой необходимо охладить сырье, выбирается с учетом его свойств (главным образом, склонности к взаимодействию с влагой воздуха) и условий транспортировки. При использовании негерметичного транспорта температура сырья должна на 5-50^o превышать температуру начала взаимодействия с влагой воздуха.the fact that solid raw materials are cooled during transportation, since the lower its temperature before loading into the electrolyzer, the higher the current strength at which the electrolyzer should work, and therefore the greater the productivity. The temperature to which it is necessary to cool the raw material is selected taking into account its properties (mainly its tendency to interact with air moisture) and transportation conditions. When using leaky transport, the temperature of the raw materials should be 5-50 ^o exceed the temperature of the beginning of interaction with air moisture.

Использование в способе получения магния и хлора нового признака - загрузки хлормагниевого сырья в отдельные электролизеры замкнутого контура поточной линии со средней скоростью, определяемой из уравнения (1), позволит стабилизировать концентрационный и температурный режимы процесса электролиза за счет регулирования скорости загрузки сырья, что приведет к повышению выхода по току магния и хлора. The use of a new feature in the method of producing magnesium and chlorine — the loading of chloromagnesium raw materials into separate electrolyzers of a closed loop of the flow line at an average speed determined from equation (1), will stabilize the concentration and temperature conditions of the electrolysis process by controlling the feed rate of the feed, which will increase current efficiency of magnesium and chlorine.

Применение для загрузки в электролизеры твердого сырья позволит исключить потребность в специальном агрегате для плавления сырья и снизить энергетические и материальные затраты на его обслуживание. The use of solid raw materials for loading into electrolyzers will eliminate the need for a special unit for melting raw materials and reduce energy and material costs for its maintenance.

Применение уравнения (2) для расчета средней скорости загрузки твердого сырья в отдельный электролизер позволит стабилизировать концентрацию MgCl₂ вблизи оптимальных значений и уменьшить расход сырья, а также определять расход твердой загрузки при смешанном питании поточной линии твердым и расплавленным сырьем.The use of equation (2) to calculate the average rate of loading of solid raw materials into a separate cell will stabilize the concentration of MgCl ₂ near the optimal values and reduce the consumption of raw materials, as well as determine the flow rate of solid load with mixed feeding of the production line with solid and molten raw materials.

Дополнительный выигрыш получается за счет унификации электролизеров, входящих в замкнутый контур поточной линии. An additional gain is obtained due to the unification of electrolyzers included in the closed loop of the production line.

Кроме того, загрузка сырья в электролизеры в твердом виде позволяет повысить производительность электролизера примерно на 15% при работе на карналлите и на 6-8% при использовании хлористого магния. In addition, the loading of raw materials into the electrolytic cells in solid form can increase the productivity of the electrolyzer by about 15% when working on carnallite and by 6-8% when using magnesium chloride.

Максимальный эффект от применения способа достигается при использовании только твердого сырья благодаря полной ликвидации затрат на стадии подготовки сырья: энергетических, материальных или рабочей силы на обслуживание оборудования. При смешанном питании твердым и расплавленным сырьем эффект будет снижаться по мере уменьшения доли сырья, загружаемого в твердом виде до минимального значения при использовании только расплавленного сырья. The maximum effect of the application of the method is achieved when using only solid raw materials due to the complete elimination of costs at the stage of preparation of raw materials: energy, material or labor for maintenance of equipment. With mixed feeding of solid and molten raw materials, the effect will decrease as the proportion of raw materials loaded in solid form decreases to a minimum when using only molten raw materials.

Осуществление способа получения магния и хлора. Рассматривается здесь на примерах с использованием твердого сырья. The implementation of the method of producing magnesium and chlorine. Considered here by way of example using solid raw materials.

Производство имеет два предела: подготовки сырья и его электролиз в поточной линии. Production has two limits: the preparation of raw materials and its electrolysis in the production line.

На переделе подготовки сырья используются тепловые агрегаты: сушилки, печи вращающиеся, кипящего слоя (КС) и др. При наличии второй стадии на ней применяются плавильные печи, хлораторы, или печи КС с обработкой твердого материала газами, содержащими хлористый водород. In the process of preparing raw materials, thermal units are used: dryers, rotary kilns, fluidized bed (KS), etc. If there is a second stage, melting furnaces, chlorinators, or KS furnaces with processing solid material with gases containing hydrogen chloride are used on it.

На переделе электролиза используется поточная линия, которая включает электролизеры с соединительными каналами, разделительный агрегат для отделения оборотного электролита от магния и накапливания последнего компактной массой, включенные в замкнутый контур по оборотному электролиту, устройство для циркуляции оборотного электролита, систему транспорта и распределения твердого сырья по отдельным электролизерам с регулирующими расход устройствами на каждом из них. Часть электролизеров может не входить в замкнутый контур и работать без загрузки сырья так называемые хвостовые электролизеры. Они отличаются от входящих в замкнутый контур электролизеров энергетическими и конструктивными характеристиками. Через них выводятся поступающие с сырьем балластные соли в количестве, пропорциональном их приходу, с пониженным до экономически целесообразного уровня содержанием хлористого магния. At the redistribution of electrolysis, a production line is used, which includes electrolyzers with connecting channels, a separation unit for separating the circulating electrolyte from magnesium and accumulating the latter in a compact mass, included in the closed circuit along the circulating electrolyte, a device for circulating circulating electrolyte, a system for transporting and distributing solid raw materials to separate electrolyzers with flow control devices on each of them. Some electrolytic cells may not enter a closed loop and work without loading raw materials, the so-called tail electrolyzers. They differ from those included in the closed loop of electrolyzers by their energy and structural characteristics. Through them, the ballast salts arriving with raw materials are discharged in an amount proportional to their arrival, with a magnesium chloride content reduced to an economically feasible level.

Поточная линия по аналогу имеет в замкнутом контуре дополнительно (или взамен одного из электролизеров) головной агрегат и рафинировочные электролизеры со своими технологическими характеристиками и конструктивными особенностями. The production line, by analogy, additionally (or instead of one of the electrolysers) in the closed circuit has a head unit and refining electrolyzers with their technological characteristics and design features.

Подготовка сырья к электролизу. Preparation of raw materials for electrolysis.

В случае применения в качестве сырья карналлита, основным веществом в котором является шестиводная калийно-магниевая соль, он проходит обработку в печи кипящего слоя или другом тепловом агрегате с получением обезвоженного карналлита, который затем:
по аналогу обезвоженный карналлит загружается в головной агрегат, имеющий повышенную электрическую мощность;
по предлагаемому решению в наиболее эффективном варианте обезвоженный карналлит из печи КС загружается с заданной скоростью либо непосредственно, либо после дополнительной обработки для снижения, в основном кислородсодержащих примесей магния, в электролизеры замкнутого контура поточной линии (все или часть их).In the case of using carnallite as a raw material, the main substance of which is six-water potassium-magnesium salt, it is processed in a fluidized bed furnace or other thermal unit to obtain dehydrated carnallite, which then:
by analogy, dehydrated carnallite is loaded into the head unit, which has increased electric power;
According to the proposed solution, in the most effective embodiment, dehydrated carnallite from the KS furnace is loaded at a given speed either directly or after additional processing to reduce, mainly oxygen-containing magnesium impurities, into the electrolyzers of the closed loop of the flow line (all or part of them).

Доставка сырья к электролизерам осуществляется транспортом непрерывного (конвейеры) или порционного (контейнеры) действия. Конструктивное оформление транспортных устройств зависит от температуры, которую имеет сырье при загрузке, и склонности его к взаимодействию с влагой воздуха. Например, известно, что глубокообезвоженный карналлит интенсивно поглощает влагу при температуре ниже 120^oC (Ж. Цветные металлы. 1994, N 5, с.33-37), поэтому для транспортировки этого сырья с температурой ниже указанной следует применять герметичные устройства. Если температура карналлита выше указанного значения, требования к герметичности становятся менее жесткими.Raw materials are delivered to electrolyzers by continuous transport (conveyors) or batch (containers). The design of transport devices depends on the temperature that the raw material has when loading, and its tendency to interact with air moisture. For example, it is known that deep-dehydrated carnallite intensively absorbs moisture at temperatures below 120 ^o C (J. Non-ferrous metals. 1994, N 5, p. 33-37), therefore, for the transportation of this raw material with a temperature below the specified should be used sealed devices. If the carnallite temperature is higher than the specified value, the tightness requirements become less stringent.

Возможна загрузка всего карналлита либо части его в расплавленном состоянии в электролизеры замкнутого контура, либо в головной агрегат, если предусмотрено его наличие в составе поточной линии, в режиме, который определяется конкретными условиями производства. It is possible to load all of the carnallite or its parts in the molten state into closed cell electrolyzers, or into the head unit, if it is provided for as part of the production line, in a mode that is determined by the specific production conditions.

В случае применения хлористого магния, получаемого кристаллизацией из водных растворов и последующим обезвоживанием в тепловых агрегатах в твердом состоянии, он загружается непосредственно с заданной скоростью в электролизеры замкнутого контура (все или часть их), причем в связи с отсутствием отработанного электролита отпадает необходимость в хвостовых электролизерах. In the case of using magnesium chloride obtained by crystallization from aqueous solutions and subsequent dehydration in thermal units in the solid state, it is loaded directly at a given speed into closed-circuit electrolyzers (all or part of them), and due to the lack of spent electrolyte, tail electrolyzers are no longer needed .

Показана возможность электролиза карналлита с содержанием примесей MgO и H₂O до 2% и более каждой (Ж. Цветные металлы. 1987 г. N 7, с. 64-68). Однако, с целью снижения расхода графита на хлорирование указанных примесей и исключения операции по замене анодов предпочтительно применение карналлита, содержащего MgO и H₂O не более 0,4% каждой, особенно для загрузки в электролизеры с нижним вводом анодов, где их замена без ремонта электролизера невозможна.The possibility of electrolysis of carnallite with a content of MgO and H ₂ O impurities of up to 2% or more each was shown (J. Non-ferrous metals. 1987 N 7, pp. 64-68). However, in order to reduce the consumption of graphite for the chlorination of these impurities and to exclude the operation of replacing the anodes, it is preferable to use carnallite containing MgO and H ₂ O of not more than 0.4% each, especially for loading into electrolytic cells with a lower input of anodes, where they are replaced without repair electrolyzer is impossible.

Для обезвоженного хлористого магния содержание MgO устанавливается на уровне не более 0,3%
Процесс электролиза.For dehydrated magnesium chloride, the MgO content is set at no more than 0.3%
The electrolysis process.

В первый электролизер замкнутого контура (или головной миксер при его наличии) подают из разделительного агрегата оборотный электролит в количестве, достаточном для поддержания заданного концентрационного режима и сбора металла в разделительном агрегате. В каждый электролизер замкнутого контура или большую их часть загружают твердое сырье, содержащее хлористый магний. Величину загрузки сырья устанавливают такой, чтобы температура расплава в электролизерах находилась в интервале 650-730^oC и как можно ближе к заданной величине значению, оптимальному для данного состава электролита и данной конструкции электролизера, которая выбирается с учетом свойств электролитов, применяемых в производственной практике, согласно данным табл. 1.A circulating electrolyte is supplied from the separation unit to the first closed-circuit electrolyzer (or the head mixer, if any) in an amount sufficient to maintain a given concentration mode and to collect metal in the separation unit. A solid feed containing magnesium chloride is charged into each closed loop cell or a large part thereof. The feed load is set so that the melt temperature in the electrolytic cells is in the range 650-730 ^o C and as close as possible to the specified value, the optimal value for this electrolyte composition and this design of the electrolyzer, which is selected taking into account the properties of electrolytes used in industrial practice, according to the table. one.

Приняты названия электролитов: 1,2 калиевый, 3 натриево-калиевый, 4 - натриево-кальциевый. Приведена температура начала кристаллизации с учетом содержания MgCl₂ в расплаве.The names of electrolytes are accepted: 1.2 potassium, 3 sodium-potassium, 4 - sodium-calcium. The temperature of crystallization onset is given taking into account the content of MgCl ₂ in the melt.

Калиевый электролит получается естественным способом при использовании в качестве сырья карналлита, с которым в электролизер поступают балластные соли. Их периодически удаляют в виде отработанного электролита, содержащего около 5% MgCl₂, имеющего температуру начала кристаллизации 675^oC. Составу 1 соответствует расплав, применяемый по аналогу, составу 2 по предлагаемому способу с загрузкой твердого сырья. При загрузке в электролизеры только расплавленного сырья значения концентраций MgCl₂ и других компонентов принимают значения из интервала между 1-м и 2-м составами.Potassium electrolyte is obtained in a natural way when using carnallite as a raw material, with which ballast salts enter the electrolyzer. They are periodically removed in the form of a spent electrolyte containing about 5% MgCl ₂ having a crystallization onset temperature of 675 ^o C. Composition 1 corresponds to the melt used by analogy, composition 2 according to the proposed method with the loading of solid raw materials. When loading only electrolytic raw materials into the electrolyzers, the concentrations of MgCl ₂ and other components take values from the interval between the 1st and 2nd compositions.

Состав других электролитов, применяемых при использовании хлористого магния, поддерживается искусственно введением корректирующих добавок. The composition of other electrolytes used when using magnesium chloride is supported artificially by the introduction of corrective additives.

Во избежание образования настылей в электролизере оптимальной считается температура, на 10-20^oC превышающая температуру начала кристаллизации наиболее тугоплавкого состава электролита.In order to avoid the formation of crusts in the electrolyzer, the optimum temperature is considered to be 10-20 ^o C higher than the temperature at which crystallization starts on the most refractory electrolyte composition.

Среднюю для электролизеров замкнутого контура величину загрузки сырья устанавливают пропорциональной количеству получаемого в поточной линии металла в соответствии с уравнением (2), поддерживания содержание MgCl₂ на заданном уровне в интервале 7-12%
Загрузку сырья производят через известные дозирующие устройства для сыпучих материалов. Величина загрузки в конкретный электролизер зависит от температуры расплава в нем. При температуре, меньшей нижнего значения оптимального интервала, загрузку снижают или прекращают совсем, при температуре, превышающей верхнее значение, увеличивают, сохраняя рассчитанное для всех электролизеров среднее значение.The average load of raw materials for closed cell electrolyzers is set proportional to the amount of metal produced in the production line in accordance with equation (2), maintaining the MgCl ₂ content at a given level in the range of 7-12%
Raw materials are charged through known metering devices for bulk materials. The magnitude of the load in a particular cell depends on the temperature of the melt in it. At a temperature less than the lower value of the optimal interval, the load is reduced or completely stopped, at a temperature exceeding the upper value, it is increased, while maintaining the average value calculated for all electrolysis cells.

Возможен режим, при котором сырье загружается в один электролизер с учетом потребности нескольких электролизеров. A mode is possible in which the feed is loaded into one cell taking into account the needs of several cells.

Место загрузки выбирают в зависимости от конкретных условий производства. The loading location is selected depending on the specific production conditions.

Для оперативного управления температурой, которую определяют с помощью измерительного устройства (термопары в комплекте с измерительным прибором), в отдельном электролизере производят изменение величины загрузки сырья, т.е. увеличение или уменьшение при росте или снижении температуры, на 5-50% по отношению к среднему значению на каждый один градус изменения температуры в час, пока температура не стабилизируется вблизи заданной величины. For operational control of the temperature, which is determined using a measuring device (thermocouples complete with a measuring device), in a separate electrolyzer, a change in the load value of the raw material is made, i.e. increase or decrease with increasing or decreasing temperature, by 5-50% relative to the average value for every one degree of temperature change per hour, until the temperature stabilizes near a predetermined value.

В поточной линии электролиза твердого сырья могут быть применены электролизеры с устройствами для принудительного отвода тепла (холодильниками), которые дают возможность в дополнение к меняющейся загрузке регулировать температуру электролита на отдельном электролизере, а также отводить избыточное тепло, что позволяет менять (увеличивать или уменьшать) производительность поточной линии за счет изменения силы тока. Изменение загрузки применяется как средство оперативного регулирования при кратковременных изменениях температуры, вызванных чаще случайными причинами. После выявления и устранения этих факторов температура и загрузка возвращаются к норме. Изменение отвода тепла используется в случае длительно действующих возмущений, связанных, например, с изменением омического сопротивления электролизера в процессе его эксплуатации. In the production line of electrolysis of solid raw materials, electrolyzers with devices for forced heat removal (refrigerators) can be used, which make it possible, in addition to changing loading, to regulate the temperature of the electrolyte on a separate electrolyzer, as well as to remove excess heat, which allows changing (increasing or decreasing) productivity production line due to changes in current. Changing the load is used as a means of operational regulation for short-term temperature changes caused more often by accidental reasons. After identifying and eliminating these factors, the temperature and load return to normal. A change in heat removal is used in the case of long-acting disturbances associated, for example, with a change in the ohmic resistance of the electrolyzer during its operation.

Пример 1. В печи кипящего слоя получали обезвоженный карналлит состава 1 (табл. 2), из которого после дополнительной тепловой обработки в твердом состоянии (печь КС) газами, содержащими хлористый водород, получали продукт состава 2 с температурой 250 350^oC.Example 1. In a fluidized bed furnace, dehydrated carnallite of composition 1 (Table 2) was obtained, from which after additional heat treatment in the solid state (KS furnace) with gases containing hydrogen chloride, a product of composition 2 was obtained with a temperature of 250 350 ^o C.

Этот продукт использовали для загрузки в агрегаты поточной линии и получили результаты, приведенные в табл. 3, при указанных средних за весь период испытаний скоростях загрузки и точности соблюдения температуры электролиза. Задание на скорость загрузки сырья уточнялось по формуле /1/ при P_р=0.This product was used for loading into the units of the production line and the results are shown in table. 3, at the indicated average for the entire period of testing the loading speeds and the accuracy of observing the electrolysis temperature. The task for the feed rate of the feed was specified by the formula / 1 / at P _p = 0.

При работе поточной линии по предлагаемому способу количество электролизеров в замкнутом контуре по сравнению с прототипом увеличили на один за счет установки вместо головного миксера и все они стали однотипными. Поточная линия работала на твердом безводном карналлите состава 2 (табл. 2) и включала 24 электролизера, входящих в замкнутый по расплаву контур, разделительный агрегат для накапливания магния с отделением для установки насоса, обеспечивающего циркуляцию оборотного электролита, в котором поддерживалось содержание хлористого магния преимущественно 7 10% и 2 электролизера вне замкнутого контура, предназначенных для вывода балластных солей в виде отработанного электролита, содержащего 4 6% хлористого магния. Хвостовые электролизеры работали без загрузки сырья и имели свои энергетические и конструктивные характеристики для теплового балансирования при одной силе тока с входящими в замкнутый контур. В каждый электролизер замкнутого контура загружали 445 кг/час твердого карналлита и поддерживали температуру 675±5^oC при скорости циркуляции оборотного электролита 50 70 т/час. Она потребляла постоянный ток силой 135 кА, выход по току магния составлял 80% Выход шлама составил около 100 кг/т при составе: 20% MgO, 8% MgCl₂. Расход сырья снизился до 8,32 т на 1 т магния.When the production line was operating according to the proposed method, the number of electrolytic cells in a closed circuit was increased by one due to the installation instead of the head mixer and they all became of the same type. The production line worked on solid anhydrous carnallite of composition 2 (Table 2) and included 24 electrolysers included in the melt-closed circuit, a separation unit for the accumulation of magnesium with a compartment for installing a pump that circulated the circulating electrolyte, in which magnesium chloride was maintained mainly 7 10% and 2 electrolyzers outside the closed loop, designed to withdraw ballast salts in the form of a spent electrolyte containing 4 to 6% magnesium chloride. Tail electrolyzers worked without loading raw materials and had their own energy and design characteristics for heat balancing at the same current strength as those entering into a closed loop. 445 kg / h of solid carnallite was charged into each closed-circuit cell and the temperature was maintained at 675 ± 5 ^° C at a circulation electrolyte circulation rate of 50–70 t / h. It consumed a constant current of 135 kA, the current efficiency of magnesium was 80%. The sludge output was about 100 kg / t with the composition: 20% MgO, 8% MgCl ₂ . The consumption of raw materials decreased to 8.32 tons per 1 ton of magnesium.

Задаваемую скорость загрузки сырья определяли таким способом. По количеству магния, полученного за расчетный промежуток времени, которое определяли взвешиванием, вычисляли общий расход хлористого магния в поточной линии. Одновременно по результатам химического анализов расплава из нескольких электролизеров на содержание хлористого магния определяли поправку к расходу хлористого магния и затем рассчитывали скорость загрузку в единичный электролизер по уравнению (2). The target feed rate was determined in this way. Based on the amount of magnesium obtained during the calculated time period, which was determined by weighing, the total consumption of magnesium chloride in the production line was calculated. At the same time, according to the results of chemical analyzes of the melt from several electrolyzers for the content of magnesium chloride, the correction to the consumption of magnesium chloride was determined and then the loading rate into a single electrolyzer was calculated by equation (2).

Полученную величину, при необходимости, корректировали с учетом температуры в данный момент. В электролизеры с повышенной температурой по сравнению с заданной величиной устанавливали более высокую скорость загрузки, в электролизеры с пониженной температурой уменьшенную скорость, вплоть до полного прекращения, после чего поддерживали заданную температуру периодическим изменением загрузки сырья с частотой 1 раз в 1 2 ч. The resulting value, if necessary, was adjusted taking into account the temperature at the moment. A higher loading speed was established in electrolyzers with increased temperature compared to a predetermined value, a reduced speed was reduced in electrolyzers with a reduced temperature, until they were completely stopped, after which a predetermined temperature was maintained by periodically changing the feed loading with a frequency of 1 time in 1 2 hours.

При колебаниях температуры в отдельном электролизере применяли регулирование, меняя скорость загрузки сырья на 5 40% от среднего значения (уменьшая или увеличивая ее в зависимости от направления изменения температуры) согласно табл. 4. During temperature fluctuations in a separate electrolytic cell, regulation was applied, changing the feed rate of the feedstock by 5–40% of the average value (decreasing or increasing it depending on the direction of the temperature change) according to table. 4.

Испытания проводили с карналлитом, охлажденным до 120 150^oC. При понижении температуры твердого карналлита перед загрузкой до 20 30^oC (температура окружающей среды) сила тока и производительность увеличились на 1,5%
Пример 2. Поточная линия по аналогу переведена на смешанное питание сырьем. Расплавленный в хлораторе карналлит состава 3 (табл. 2) загружали в головной миксер, твердый обезвоженный карналлит состава 2 в электролизеры замкнутого контура. Скорость загрузки сырья в электролизеры задавали по формуле (2) с учетом количества сырья (P_р), загруженного в течение расчетного промежутка времени в расплавленном состоянии. Полученные результаты приведены в табл. 3, на которой видно, что по сравнению с прототипом выросла производительность поточной линии и снизился удельный расход электроэнергии, но изменения меньше, чем по предлагаемому способу.The tests were carried out with carnallite cooled to 120 150 ^o C. When lowering the temperature of solid carnallite before loading to 20 30 ^o C (ambient temperature), the current strength and performance increased by 1.5%
Example 2. The production line analogously transferred to a mixed feed of raw materials. Carnallite of composition 3 melted in a chlorinator (Table 2) was loaded into the head mixer, and solid dehydrated carnallite of composition 2 was loaded into closed-circuit electrolyzers. The feed rate of the feed into the electrolytic cells was set by the formula (2) taking into account the amount of feed (P _p ) loaded during the estimated time period in the molten state. The results are shown in table. 3, which shows that, compared with the prototype, the productivity of the production line has increased and the specific energy consumption has decreased, but the changes are smaller than in the proposed method.

Пример 3. Предлагаемая поточная линия при использовании в качестве сырья твердого хлористого магния с содержанием основного вещества не менее 95% потребляла ток 129 кА при выходе по току 81 82% средней загрузке сырья в электролизер 190 кг/час, скорости циркуляции оборотного электролита 40 60 т/час и работала при содержании хлористого магния в расплаве 8 14% (состав 3, табл. 1), температуре электролита 670^oC без головного агрегата и хвостовых электролизеров. При колебаниях температуры применяли ее регулирование путем изменения величины загрузки сырья из расчета 10 50% от среднего значения согласно табл. 4. Причем отклонение температуры от заданного значения не превышало 5^oC.Example 3. The proposed production line when using solid magnesium chloride as a raw material with a basic substance content of at least 95% consumed a current of 129 kA with a current output of 81 82%, the average load of raw materials into the electrolytic cell was 190 kg / h, the circulating electrolyte circulation speed was 40-60 t / hour and worked when the content of magnesium chloride in the melt was 8 14% (composition 3, table. 1), the temperature of the electrolyte was 670 ^o C without a head unit and tail electrolyzers. With temperature fluctuations, its regulation was applied by changing the load of raw materials at the rate of 10 50% of the average value according to table. 4. Moreover, the temperature deviation from the set value did not exceed 5 ^o C.

Пример 4. Предлагаемая поточная линия работала на твердом карналлите состава 2 (табл. 2) при охлаждении анодов водой, причем дополнительно отводимая мощность составляла около 30 кВт на один электролизер, что позволило при температуре электролита 680±5^oC использовать силу тока 145 кА и повысить производительность на 7,5%
При колебаниях температуры применяли изменение мощности теплоотвода на 12 15 кВт на каждый градус отклонения температуры от заданной величины и удерживали ее в оптимальном интервале. При снижении изменения мощности теплоотвода до 6 9 кВт/градус в час использовали дополнительно изменение загрузки в половинной доле от значений, указанных в табл. 4, причем изменение величины загрузки сырья было более оперативным средством воздействия из-за непосредственного влияния на температуру электролита.Example 4. The proposed production line worked on solid carnallite of composition 2 (Table 2) while cooling the anodes with water, with an additional power output of about 30 kW per electrolyzer, which made it possible to use a current strength of 145 kA at an electrolyte temperature of 680 ± 5 ^o C and increase productivity by 7.5%
With temperature fluctuations, a heat sink power change of 12-15 kW was applied for each degree of temperature deviation from a given value and kept it in the optimal range. When reducing the change in heat dissipation capacity to 6 9 kW / degree per hour, an additional load change was used in half of the values indicated in the table. 4, moreover, the change in the load of raw materials was a more rapid means of influence due to the direct effect on the temperature of the electrolyte.

При стабилизации температуры на заданном уровне с помощью меняющегося расхода сырья варьирование мощностью теплоотвода увеличение или уменьшение на 10 кВт позволяло менять: повышать или понижать силу тока и производительность на 2 2,5%
Таким образом, предложенный способ и его усовершенствования позволяют стабилизировать условия процесса получения магния в поточной линии электролиза, снизить удельный расход электроэнергии и сырья, увеличить производительность оборудования и улучшить его технико-экономические показатели.When the temperature was stabilized at a predetermined level using a varying flow rate of raw materials, varying the heat sink capacity by increasing or decreasing by 10 kW made it possible to change: increase or decrease the current strength and productivity by 2 2.5%
Thus, the proposed method and its improvements make it possible to stabilize the conditions of the process of producing magnesium in the production line of electrolysis, reduce the specific consumption of electricity and raw materials, increase the productivity of equipment and improve its technical and economic indicators.

Claims

1. The method of producing magnesium and chlorine in the production line, including the preparation of chloromagnesium raw materials, transportation and loading it into the units of the production line, the circulation of the circulating electrolyte in a closed loop of the production line with maintaining the temperature of the electrolyte in the electrolytic cells, the extraction of magnesium and the removal of sludge, characterized in that loading of chloromagnesium raw materials in closed-circuit electrolyzers is carried out at an average speed determined from the equation
R _e [r • R _m R _a • C _a + (C ₂ - C ₁ ) • M _r ] C _e E T,
where R _{e the} set average speed of loading of raw materials into a single cell of a closed loop;
p the standard consumption of magnesium chloride per unit mass of the obtained metal;
P _{m the} amount received in the estimated time period of magnesium in the entire production line;
P _{a the} amount of raw material loaded in the estimated time period in the units of the production line in addition to electrolyzers included in a closed circuit, equal to 0 in the absence of such a load;
C _{a the} average content of magnesium chloride in the feed line loaded into the units in addition to the electrolyzers;
C _{e the} average content of magnesium chloride in the feed loaded into the electrolytic cells of a closed circuit;
C ₂ and C _{1 the} average content of magnesium chloride in the system for the calculated and preceding time intervals;
M _{p the} mass of the melt in all units of the production line;
E is the number of electrolyzers operating in a closed circuit, in which the raw materials are loaded in the estimated time period;
T is the duration of the estimated time period.

2. The method according to p. 1, characterized in that the loading of the chloromagnesium raw materials in the individual units of the production line is carried out in the molten and / or in the solid state, and the temperature of the electrolyte in the electrolyzers of the closed loop is maintained by changing the loading speed of the solid raw materials.

3. The method according to p. 2, characterized in that the average loading rate of solid raw materials in a closed loop electrolyzer is calculated by the formula
R _t [r • R _m R _p • C _p + (C ₂ - C ₁ ) • M _p ] C _t E T,
where R _{t is the} set average loading rate of solid raw materials into a single closed-circuit cell;
p the standard consumption of magnesium chloride per unit mass of the obtained metal;
P _{m the} amount received in the estimated time period of magnesium in the entire production line;
P _{p the} amount of raw material loaded into the units of the production line in the molten state in the estimated time period equal to 0 in the absence of such a load;
C _{p is the} average content of magnesium chloride in the molten feed loaded into the aggregates of the production line;
C _{t is the} average content of magnesium chloride in the solid feed loaded into the closed cell electrolysers;
C ₂ and C _{1 the} average content of magnesium chloride in the system for the calculated and preceding time intervals;
M _{p the} mass of the melt in all units of the production line;
E is the number of electrolyzers operating in a closed circuit, in which the raw materials are loaded in the estimated time period;
T is the duration of the estimated time period.

4. The method according to p. 2, characterized in that the loading rate of solid raw materials into a separate cell is changed by 5 to 50% with respect to the average value for every 1 ^o C temperature in 1 hour

5. The method according to p. 2, characterized in that the temperature of the electrolyte is maintained in the range of 650 730 ^o C.

6. The method according to p. 5, characterized in that the temperature of the electrolyte in a separate cell is supported by forced heat removal using moving gases directly from the melt and / or using a refrigerant passing through heat removal means in the structural elements of the cell.

7. The method according to p. 2, characterized in that the solid raw materials during transportation are cooled.

8. The method according to p. 7, characterized in that the raw material is cooled to a temperature exceeding by 5 50 ^o C the temperature of the beginning of the interaction of the raw material with air moisture.