Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертационная работа посвящена решению актуальных задач усовершенствования технологии и повышения эффективности подготовки сырья для электролитического производства магния, которые в силу ряда причин встали перед отечественной магниевой промышленностью, ориентированной на переработку хлоридного (карналлитового) магниевого сырья. Основными из,этих причин являются: во-первых, китайская экспансия на мировом рынке магния, заставляющая изыскивать пути дальнейшего снижения затрат при электролитическом производстве магния для повышения его конкурентоспособности, во-вторых, возникшие проблемы с утилизацией хлора, являющегося вторым основным продуктом электролитического производства.
Недавние разработки ОАО «ВАМИ» позволили создать высокоэффективную технологию конверсии хлора в хлористый водород при использовании дешевого углеводородного топлива непосредственно в топках печей кипящего слоя (КС), используемых при обезвоживании хлоридного магниевого сырья. Это помимо интенсификации процесса обезвоживания синтетического карналлита, получаемого галургическим способом, открывает возможность вовлечения в производство оксидного магниевого сырья при использовании хлористого водорода, содержащегося в отходящих газах печей КС. Инкогру-энтная растворимость карналлита приводит к необходимости использовать для его получения сложную технологическую схему (галургический способ), с использованием выпарки, кристаллизации и фильтрации. В последние годы предлагаются различные способы получения солевых композиций хлоридов магния, калия и натрия и их обезвоживания без предварительной галургиче-ской переработки. Однако сведения о технологических параметрах подобных процессов крайне ограничены и противоречивы.
Карналлитовой схеме электролитического производства магния присущи определенные недостатки, как на переделе обезвоживания, так и при электролизе вследствие необходимости использования электролита не оптимального состава. Одной из перспективных альтернатив является использование в качестве промежуточного соединения при подготовке сырья так называемого аммониевого карналлита (NH4ClxMgCl2x6H20). Проведенные ВАМИ в 1960-70-х годах исследования основных переделов хлораммоний-ной схемы показали принципиальную возможность ее осуществления, однако, выявили ряд существенных проблем, как при обезвоживании, так и при разложении аммониевого карналлита, которые не были решены.
Целью работы является усовершенствование технологии и повышение эффективности подготовки сырья для электролитического производства магния, путем решения следующих задач:
1*
изучения влияния содержания хлорида калия на гидролиз хлорида магния при обезвоживании солевых композиций системы MgCl2-KCl-NaCl-H20;
определения технологических параметров для эффективного обезвоживания солевых композиций системы MgCl2-KCI-NaCI-H20 в кипящем слое;
исследования влияния содержания паров НС1 и Н20 в теплоносителе на технологические параметры обезвоживания и разложения аммониевого карналлита в кипящем слое;
изучения разложения обезвоженного аммониевого карналлита в расплавах электролитов.
Методы исследования. Исследования осуществлялись с использованием физико-химических методов анализа. Моделирование и расчеты полученных закономерностей проводились с использованием современных средств вычислительной техники.
На защиту выносятся:
результаты исследования влияния содержания хлорида калия на гидролиз хлорида магния при обезвоживании солевых композиций системы MgCl2-KCl-NaCl-H20;
предложенная технология переработки солевых композиций системы MgCl2-KCl-NaCl-H20 не прошедших галургический передел;
результаты исследования влияния содержания паров НС1 и Н20 в теплоносителе на технологические параметры обезвоживания и разложения аммониевого карналлита в кипящем слое и разложения обезвоженного аммониевого карналлита в расплавах электролитов;
- предложенная хлораммонийная технологическая схема производства маг
ния.
Научная новизна заключается в том, что на основании результатов проведенных исследований:
определены температурные зависимости степени обезвоживания и степени гидролиза хлорида магния в солевых композициях систем MgCl2-KCl-NaCl-H20 и MgCl2-NH4Cl-H20 в кипящем слое при использовании теплоносителя, с различным содержанием паров НС1 и Н20, в температурном интервале 100-350С и 100-300С, соответственно.
изучены закономерности разложения аммониевого карналлита в кипящем слое при использовании теплоносителя, с различным содержанием паров НС1 и Н20 в диапазоне температур 200-380С.
установлена зависимость содержания MgO в расплавах натрий-калиевого и натрий-кальциевого электролитов при разложении в них обезвоженного аммониевого карналлита с различным содержанием MgO и Н20.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
определены оптимальные составы солевых композиций системы MgCl2-KCI-NaCl-H20 не прошедших галургический передел, и предложена относительно простая технологическая схема с вовлечением в технологический цикл карналлитовой схемы производства магния оксидного магниевого сырья с использованием существующего оборудования, позволяющая утилизировать избыточный хлор;
на основании результатов исследований рекомендована технологическая схема обезвоживания растворов хлорида магния с использованием аммониевого карналлита, обеспечивающая при использовании оксидного магниевого сырья замкнутый цикл по хлору.
Личный вклад автора выразился в планировании экспериментов и непосредственном проведении исследований, а также в обработке полученных результатов и предложении новых научно-технических решений на их основе.
Апробация работы. Основные положения работы изложены и обсуждены на международной конференции "Металлургия легких металлов на рубеже веков. Современное состояние и стратегия развития" (г.Санкт-Петербург, 2001 г.) и международной научно-технической конференции молодых специалистов и ученых алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (г. Санкт-Петербург, 2000 г.).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 5 научных публикациях, в том числе 2 патентах РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунков и таблиц.
