Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных операций в технологии получения магния электролизом является получение исходного хлормагниевого сырья, которым для российских предприятий является природный карналлит (KClMgCl26H2O). Существующие технологии шахтной добычи и обогащения карналлитовых руд являются затратными, что в большой степени определяет высокую стоимость металлического магния.
В связи с этим актуальными становятся разработка и совершенствование технологий получения синтетического карналлита из различных видов сырья. В качестве перспективного источника MgCl2 рассматриваются растворы хлорида магния, полученные выщелачиванием серпентинита, масштабного отхода производства асбеста, содержащего 20-25 % магния. С целью переработки многомиллионных тонн серпентинитовых отходов и удовлетворения возрастающей потребности в магнии, кремнеземе и др. продукции в г. Асбест реализуется проект строительства магниевого завода.
В качестве основного источника хлорида калия планируется использование отработанного электролита магниевого производства, содержащего, % мас.: 65-75 KCl, 15-25 NaCl, 3-7 MgCl2, 0,5-1,5 CaCl2.
Целью диссертационной работы является совершенствование невозвратной гидрометаллургической технологии получения синтетического карналлита, обладающей экономической и экологической эффективностью.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. изучение процессов, протекающих в системе при смешении хлормагниевого раствора и отработанного магниевого электролита (ОМЭ);
2. изучение влияния основных параметров на качество получаемого продукта и продолжительность процесса;
3. изучение изменения содержания кристаллизационной и свободной воды в реакционной смеси по ходу процесса;
4. выбор предпочтительных технологических параметров для процесса получения синтетического карналлита в изучаемой системе.
Методы исследования. Исследования выполнены в лабораторном масштабе и подтверждены анализом результатов опытно-промышленных испытаний. Применены методы планирования эксперимента, математического моделирования.
Для определения химического и фазового составов исходных материалов и полученных продуктов использовали следующие физико-химические методы: рентгенофазовый, синхронно-термический, атомно-абсорбционный.
Научная новизна результатов работы
1. Впервые для невозвратной карналлитовой системы установлено влияние начальной концентрации хлорида магния в растворе, крупности частиц отработанного электролита, герметизации системы на стадии растворения, предварительного нагрева ОМЭ, добавок обезвоженного карналлита, температурного режима на продолжительность процесса и качество продукта;
2. выявлена стадийность процесса, отображающаяся в характере изменения температуры реакционной смеси;
3. разработана методика оценки изменения содержания кристаллизационной воды в системе в ходе процесса;
4. предложены механизмы образования карналлита в необоротной системе – с образованием карналлита в приповерхностном слое частиц KCl, кристаллизацией из насыщенного раствора, гидратацией обезвоженного карналлита, связыванием раствором бишофита свободного хлорида калия.
Практическая значимость работы. Усовершенствована гидрометаллургическая технология получения синтетического карналлита в условиях невозвратной системы, позволяющая сократить длительность процесса и улучшить качество получаемого продукта.
Предложенные предпочтительные значения основных параметров процесса позволяют интенсифицировать его, улучшить экономические и экологические показатели технологии.
Технология представляет интерес для магниевых заводов, работающих по карналлитовой схеме питания электролизеров в связи с периодически возникающим дефицитом карналлитового сырья.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования, разработке методов исследования, планировании и выполнении эксперимента, обработке экспериментальных данных, анализе полученных результатов, формулировании выводов.
На защиту выносится:
1. влияние основных параметров процесса на его продолжительность и качество получаемого продукта;
2. результаты лабораторных исследований;
3.взаимосвязь температурного режима процесса с конкретной стадией его прохождения;
4. механизм образования карналлита в необоротной системе;
5. анализ результатов опытно-промышленных испытаний;
6. принципиальная конструкция аппарата синтеза карналлита и технологическая схема его производства.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись на Международной конференции «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения». Москва, 2010; 1-й и 2-й Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург, 2011; 5-й и 6-й заочной международной научно-практической конференции «Система управления экологической безопасностью». Екатеринбург, 2011, 2012; Международном конгрессе «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов». Екатеринбург, 2012; 4-м Международном конгрессе «Цветные металлы – 2012». Красноярск, 2012.
Публикации. По результатам работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 118 страницах машинописного текста и содержит 31 таблицу, 31 рисунок и список использованной литературы, содержащий 85 наименований.
