Хлоратор для получения безводного расплавленного карналлита

Союз Соаетскию Социалистическик Республик(22) Заявлено 15.12.78 (21) 2696026/22-02 (51)М. Кл. Г 27 В 19/00 С 25 С 3/04 С 01 В 9/02 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) ХЛОРАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО РАСПЛАВЛЕННОГО КАРНАЛЛИТА 2 Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к усовершенствованию конструкции аппаратов для получения безводных расплавов, питающих электролизеры при электролитическом производстве магния.Известны конструкции решеточных хлораторов для получения безводного расплава из предварительно обезво-, женного твердого карналлита.Хлоратор состоит нз гидравлически последовательно соединенных плавиль-. ника, двух камер хлорирования и отстойника-накопителя готового расплава, смонтированных в общем кожухе. В каждой камере хлорирования расположены газораспределительные решетки, вы.полненные из шамотовых плит, В нижней части установлены фурмы для подачи хлора в каждую камеру. Камеры хлорирования отделены одна от другой вертикальной перегородкой с переточным каналом у подины, Объемы первой и второй камер хлорирования одинаковы 1 1.звестные хлораторы обладают рядом существенных недостатков, основным нэ которых является малый срок службы гаэораспределнтельных решеток. Решетки в ходе эксплуатации разрушаются, что приводит к ухудшениюкачества готового расплава, увеличению потерь хлора и сырья, снижениепроизводительности хлоратора и его5 срока службы.Известен также хлоратор, особенностью которого является совмещение плавильника с верхней частьюкамеры хлорирования (2).10 Этот хлоратор не ашел применения в промышленной практике вследствие трудности изготовления гаэораспределительной решетки и малого срока ее службы. Кроме того, затрудня ется поддержание разных температурв зонах плавления и хлорирования, наблюдаются большие утечки тока и течирасплава через футеровку в местахввода электродов.20 Эти недостатки частично устраненыв хлораторе, содаржащем гидравлически последовательно соединенные по ходу расплава плавильник, разделенные. вертикальной перегородкой первую и 25 вторую камеры хлорирования с фурмамидля подачи хлора отдельно в каждую ка.меру и отстойник-накопитель.Особенность хлоратфг; состоит втом, что площадь горизонтального се чения камеры хлорирования на уровневнода хлора составляет менее 1/3 площади горизонтального сечения камеры хлорирования на уровне перелива расллана, причем газораспределительные решетки не предусмотрены. В реэульта те исключается осаждение твердой оки 1 и магния на подине камеры хлорирования и обес(ечивается такое же или лучшее использование хлора (при требуемой степени хлорирования окиси магния), как "и в цэвестных решеточных хлора- торах 3 11.10 15 40 50 60 65 Однако в известном хлораторе отношение объемов камер хлорирования (равное единице) резко отличается от оптимального, что приводит к ухудшениютехнико-экономических показателей процесса хлорирования. Неоптимальйбстьуказанного отношения связана с тем,что первая и вторая камеры хлорирования работают при одинаковых расходаххлора, но их роль в процессе различна. Первая камера предназначена дляхлорирования воды и предварительногохлорирования окиси магния при повы"шенном содержании И 90 в расплаве,вторая камера - для дополнительного 2хлорирования окиси магния при болеенизком содержании И 90 в расплаве.Содержание М 90 в расплаве первойкамеры хлорирования составляет 1,31,7, крупность частиц оснонной массы окиси магния составляет 5-10 мкм,содержание НО в расплаве достигает0,1. При этом скорость хлорирования окиси магния относительно слабозависит от общей поверхности твердых частиц окиси магния и углеродис" того восстановителя, а определяется,в основном, мгновенной суммарной поверхностью хлорирующей газовой фазы в расплаве. Однако при существующем объеме первой камеры в ней возни-,кает. интенсивная циркуляция расплава(образуются восходящий поток расплава над фурмой и нисходящий поток умежкамерной перегородки). При этомвосходящий поток расплава способствует снижению времени пребывания газав расплане и уменьшению поверхностигазовой фазы, в результате уменьшается скорость хлорирования окиси магния и увеличиваются потери хлора,Существенно снизить потоки циркулирующего расплава можно, уменьшивширину камеры и унеличив число установленных в ней фурм таким образом,чтобы большая часть горизонтальногосечения камеры. при подаче хлора оказалась перекрытой восходящим гаэожидкостнйм потоком, в этом случаепри неизменных расходе хлора и рабочей высоте камеры поверхность газовой фазы может быть увеличена на30-50 и, соответственно, интенсифйцйровайо хлорирование окиси маг-ния,Содержание М 90 в расплаве второйкамеры при ее эффективном испольэовании должно быть 0,7-0,8, причем крупность частиц основной массы окиси магния составляет 15-25 мкм, а содержание НО не превышает 0,05. В этом случае скорость хлорирования окиси магния определяется в первую очередь общей поверхностью твердых частиц окиси магния и углерода и в значительно меньшей степени зависит от поверхности газа в расплавеОднако при заданных величинах содержания и крупности окиси магния и углерода в расплаве второй камеры общая поверхность твердых частиц пропорциональна рабочему объему этой камеры, а этот объем в известном хлора- торе недостаточен для того, чтобы обеспечить общую поверхность твердых частиц и скорость процесса, необходимые для хлорирования окисимагния до 0,7-0,8 М 90 в расплаве, Поэтому содержание И 90 в расплаве второй камеры хлорирования составляет 0,9-1,1.Вследствие того, что объем второй камеры хлорирования равен объему в первой камеры хлориронания, известный хлоратор характеризуется повьшенными потерями сырья и хлора, невысоким качеством продукта (безводного расплавленного карналлита), пониженной производительностью.Цель изобретения в оптимизация условий хлориронания, снижение потерь сырья и хлора, улучшение качествпродукта и повышение производительщсти хлоратора.Цель достигается тем, что в хлораторе для получения безводного расплавленного карналлита из предварительно обезвоженкого твердого карналлита, включающем гидравлически последовательно соединенные плавильник и разДеленные вертикальной перегородкой первую и вторую камеры хлорирования с фурмами для подачи хлора отдельно в каждую камеру, и отстойник-накопитель, отношение объема нторой Камеры хлорирования к объему первой камеры хлорирований составляет 1,5-5,0.При этом целесообразно, чтобы отношение числа фурм для подачи хлора в первую камеру хлорирования к числу фурм для подачи хлора во вторую камеру хлорирования составляло 1,5-3,0.На фиг. 1 представлен хлоратор в плане, на фиг. 2 - то же, продольный разрез.Хлоратор имеет плавильник 1, первую камеру 2 хлорирования, втор/ю камеру 3 хлорирования и отстойник-накопитель 4 готового расплава, последователъно соединенные переточными каналами 5, б, 7, У подины камер 2, 3 через вертикальные стенки хлоратора введены фурмы 8 для подачи хлора (две фурмы - в камеру 2 и одна фурма - в камеру 3). Между камерами 2 и 3 установлена вертикальная перегородМа 9. Камера 3 э своей нижней части )выполнена сужающейся сверху вниз к фурме 8, что исключает накопление шлама на нодине. Для обогрева плавильника 1 и камер 2, 3 хлорирования, в них введены сверху электроды 10, 11, которыми в расплав подводится переменный ток, Отношение объема камеры 3 к объему камеры 2 равно трем. Под объемом камеры подразумевается объем, занятый расплавом и содержащимся в расплаве газом, иными слова-" ми, рабочий объем камерыОтстойник-накопитель 4 снабжен сливным устройством-леткой 12. На верхнем перекрытии 13 имеются пат-рубки 14 для удаления отходящих газов.Хлоратор работает следующим образом.В плавильник 1 непрерывно загружают обезвоженный карналлит, подводя в расплав переменный ток электродами 10. Температуру в плавильнике поддерживают в пределах 470-510 С. В камеры 2, 3 через фурмы 8 непрерывно подают хлор в количестве, на 10 превышающем теоретически необходимое для полного хлорирования окиси магния и воды, поступающей с расплавом из плавильника. Расход хлора по-. ровну распределяют между камерами 2 и 3. Камеры 2, 3 обогревают переменным током, подводимым электродами 11. Расплав, содержащий, эес.: М 9 С 1 45, КС 1 41, йаС 1 11, М 90 2,2, НО 0,5 по каналу 5 поступает в первую камеру 2 хлорирования, где содержание М 90 в расплаве снижается до 1,4, а содер" жанне НО - до 0,08. Из камеры 2 расплав по каналу б перетекает во вторую камеру 3 хлорирования, где со" держание М 90 в расплаве .снижается до 0,7, а содержание НО - до 0,03. Сечение канала б выбйрают таким, чтобы этот канал работал в режиме полного вытеснения, для чего скорость направленного потока расплава в нем должна быть не менее 10 см/с, а ближайшая фурма 8 в камере 2 удалена от входа э канал на расстояние не менее 1 м. Температуру расплава в камере 2 поддерживают в пределах 760-770 фС, в камере 3 - в пределах 770-800 С. Иэ камеры 3 по каналу 7 расплав поступает в отстойник-накопитель 4, где расплав отстаивают до 0,2 М 90 в готовом продукте. Готовый расплав периодически сливают в специальные ковши для его транспортировки. Одновременно в отстойнике-накопите ле 4 образуется шлам, который периодически сливают через летки 12 в кристаллизаторы, Конструкция летки 12 обеспечивает раздельный слив с двух уровней, что исключает загрязнение расплава шламом. Отходящие газы отводят через патрубки 14.Газосодержание расплава э камере составляет около 20, э камере 3 около 5, поэтому уровень расплавав камере 2 на 0,5 м выше, чем в камере 3. Поскольку подина камеры 3 расположена ниже подины камеры 2 пример"но на ту же величину, то глубина расплава в обеих камерах хлорирования практически одинакова, составляя 3- 4 м.Ф При тех же, что и в известном, величинах суммарного объема и глубины камер хлорирования и управляемых параметров (скорость загрузки твердого карналлита, т/ч; расход хлора, нм/ч температура), предложенный хлоратор в описанном конкретном примере исполнения позволяет В первой камере уве личить общую поверхность хлорирующейгазовой фазы на 25-30, а во второй камере - общую поверхность твердых частиц окиси магния на 8-10 и углеродистого восстановителя на 30-40 йо 20 сравнению с известным, для которогообъем первой камеры хлорирования равен объему второй камеры. В результате использование хлора увеличивается на 5-7, выход хлористого магния в готовый расплав возрастает на 1,0- 1,5 и, соответственно, повышается производительность хлоратора по хлористому магнию. Готовый расплав из отстойника-на 30 копителя содержит 0,2-0,3 М 90 (0,40,5 для известного), это позволяетповысить выход по току при электро"лизе на 2-3 и уменьшить шламообраэованне в электролизерах,35 Предпочтительно иметь отношениеобъема второй камеры хлорирования кобъему первой камеры хлорирования,заключенное в пределах 2-4. Уменьшение этого отношения ниже 1,5 приводитк существенному проявлению недостатка, характерного для известного (неоптимального распределения межфазныхреакционных поверхностей по камерамхлорирования). При увеличении отношения выше.5,0 затрудняется размещение45 электродов в. первой камере хлорирования, кроме того, разность уровнейрасплава в камерах становится более1,5 м и выполнение камеры хлорирования в общем кожухе затрудняется,50Поскольку первая камера хлорирования в важнейших случаях реализацииимеет в плане узкую вытянутую формуи характеризуется высокой газодинамической напряженностью, особое вни"мание должно быть уделено равномерности подачи газового потока по горизонтальному сечению первой камеры.Поэтому рекомендуемое отношение числа фурм для подачи хлора в первую ка"60 меру хлорирования к числу фурм для по.дачи хлора во вторую камеру составлят1,5-3,0 (например, три фурмы дляервой и две для второй камеры, дветри фурмы для первой и одна для это 65 рой). Выход за указанные пределы приводит либо к неравномерному распределению газового потока по горизонтальному сечению первой камеры, либо к нецелесообразному чрезмерному уве.личению числа фурм. Распределение газа в первой камере будет еще более равномерным, если установить в ней ,горизонтальную решетку иэ шамота, срок службы которой будет в данном случае год и более, благодаря небольшой ширине камеры.В предложенном хлораторе по сравнению с известным, имеющим ту же стоимость, удельный расход обезвоженного карналлита (на 1 т хлористого магния в готовом расплаве) ниже на 20 кг/т М 9 С 1, удельный расход хлора ниже на 2 кг/т МдС 1, удельные потери свободного хлора с отходящими газами меньше на 7 кг/т М 9 С 1, готовый расплав имеет более высокоекачество по содержанию окиси магния, Производительность хлоратора выше на 15.Формула изобретения1. Хлоратор для получения безводного расплавленного карналлита, включающий гидравлически последова 779787тельно соединенные по ходу расплава плавильник, разделенные вертикальной перегородкой первую и вторую ка" меры хлорирования с фурмами для подачи хлора отдельно в каждую камеру и отстойник-накопитель, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью оптимизации условий хлорирования, снижения потерь сырья и хлора, улучшения качества продукта и повышения производительности хлоратора, отношение10 объема второй камеры хлорирования кобъему первой камеры хлорирования составляет 1,5-5,0. 2. Хлоратор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что отношениечисла фурм для подачи хлора в первую камеру хлорирования к числу фурм дляподачи хлора во вторую камеру хлорирования составляет 1,5-3,0.20Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Локшин Р. Г. и др. Механизацияи автоматизация производства магнияэлектролитическим способом. М.,Составитель Г. ТитоКешеле Техеед т .Маеечка Ре акт орректор Н. Швыдка одписное з 8007/55 Тираж 671ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 13035 Москва, Ж, Раушск ака Помитета СССРоткрытийая еаа д. 45иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектн