NO309260B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av magnesiumklorid-granuler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av magnesiumklorid granuler egnet for fluidisering, lufttørking og klorinering til vannfri tilstand fra magnesiumklorid saltløsninger, hvor partiklene anvendes som føde i en energikrevende elektrolyseprosess for fremstilling av magnesium metall.

Det er kjent mange prosesser for å fremstille vannfrie magnesiumklorid granuler, for eksempel fremgangsmåten beskrevet i US patent nr. 3 742 100 og som består av følgende trinn:

a) Fordamping av saltløsning til en konsentrasjon på 55% MgCb

b) Prilling av konsentrert saltløsning for fremstilling av granuler av MgCb 4-6 H2O med en partikkelstørrelse fra 0,5-1 mm

c) To-trinns tørking med luft i fluidisert sjikt

d) Flertrinns tørking i fluidisert sjikt med vannfri HCI gass for å gi vannfri

magnesiumkloridpartikler.

En slik fremstilling av vannfri magnesiumklorid er imidlertid forløpig en kapitalintensiv prosess og følgelig er formålet med foreliggende oppfinnelse å redusere investerings- og driftskostnader for de ovenfor nevnte trinnene b) og c), som krever bruk av mye energi.

Fra tysk patent 31 19 968 er det kjent en fremgangsmåte til fremstilling av magnesiumkloridgranuler i en ett-trinns prosess. Her benyttes det imidlertid løsninger med et innhold på 32-39 vekt % som tilsettes ved en temperatur mellom 15 og 130°C. Man må bruke svært varm gass, 400-600 °C, for å opprettholde temperaturen i det fluidiserte sjikt. Denne prosessen kan ikke anvendes på svært konsentrerte magnesiumkloridløsninger som er vanskeligere å håndtere og er i tillegg svært energikrevende.

Et annet formål med oppfinnelsen er således å komme frem til en effektiv prosess som muliggjør bruk av mer konsentrerte løsninger og som således vil være energisparende.

Disse og andre formål med oppfinnelsen oppnås ved bruk av en ny og forbedret metode

for dehydrering og granulering av av MgCI2 som beskrevet i krav 1.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir et sjikt av vannholdige magnesiumkloridpartikler fluidisert ved en temperatur mellom 100 °C til 170°C, foretrukket mellom 120-130°C. Partiklene i sjiktet inneholder 1,5 til 4 mol H20 pr mol MgCI2og MgOHCI verdier i området 1-5%. Fortrinnsvis skal partiklene ha et vanninnhold i området fra 2,7-2,9 mol H2O pr mol MgCI2. En fødeløsning av magnesiumklorid blir fremstilt med en konsentrasjon på 43-55 vekt % vannfri magnesiumklorid. Det er mer komplisert å granulere MgCI2saltløsning ved høyere konsentrasjoner, men det totale energiforbruk blir redusert. Det fremstilles magnesiumklorid granuler i størrelsesorden 0,4-3 mm.

Løsningen tilføres på kokepunktet, som er i området 120-200<0>C, fra oppstrømsutstyret. Løsningen injiseres inn i fluidiseringssonen noe som kan utføres ved hjelp av dyser fra bunnen, ovenfra eller fra siden av granuleringssjiktet i fluidiseringssonen. Det sistnevte er foretrukket. Dysene sprøyter nedover eller oppover, nedover fra et nivå på høyde med sjiktet er foretrukket, men enhver høyde i sjiktet kan benyttes. Løsningen kan dispergeres ved å bruke komprimert luft, foretrukket luft ved et trykk mellom 1-6 bar, og foretrukket ved samme temperatur som føden, men foretrukket blir den dispergert under trykk. Trykkdyser uten luft for dispergering ved trykk så høyt som 60 bar (foretrukket 20-30 bar) kan også anvendes her.

Oppvarming av tilførselsutstyr slik som rør, ventiler og pumper er nødvendig ved høye saltkonsentrasjoner for å unngå størkning eller frysing av saltløsningen pga. temperaturgradienter. Oppvarmingen kan utføres med elektrisitet, men foretrukket med damp. Temperaturen på føden kontrolleres ved bruk av mettet damp med metningstrykk som gir den ønskede damptemperatur. Sjiktet blir fluidisert med forvarmet luft som passerer gjennom sjiktet og ved tilstrekkelig høy varme ved hjelp av varmepaneler installert i det fluidiserte sjiktet, til å opprettholde sjiktet mellom 100 og 170°C, foretrukket mellom ca. 120-130<0>C. Fluidiseringsluften har en hastighet på 1-2 m/s og er sammen med panelene i det fluidiserte sjikt oppvarmet tilstrekkelig til å opprettholde sjiktet ved en temperatur i området 100-170°C, ved indirekte oppvarming eller elektriske kaloriferer for å holde fuktigheten så lav som mulig. Innløpstemperaturen for fluidiseringsluften er i området 180-400°C, men foretrukket 230-240°C. Det er foretrukket å bruke tørkeluft med så lav luftfuktighet som mulig. Eksosgassene passerer gjennom en finstoffseparator slik som en syklon støvsamler, som fjerner finstoff og og returnerer det tilbake til granuleringssjiktet. Granuler tas ut kontinuerlig fra fluidiseringssjiktet og partiklene eller granulene, av forskjellig størrelse, blir deretter siktet eller klassifisert på annet vis. For små partikler eller finstoff blir returnert til sjiktet for ytterligere granulering. For store partikler blir knust og returnert til fluidiseringssjiktet eller til sikten for å gi en mulighet for produktkontroll og stabilisering av driften av fluidiseringssjiktet. Seed partikler blir kontinuerlig tilført og resirkulert til det fluidiserte sjikt. Seed partiklene er en kombinasjon av finstoff oppsamlet i støvoppsamleren, for små partikler og knuste for store partikler separert fra sikten. Innenfor sjiktet vokser seed partiklene og enhver annen partikkel dannet i sjiktet, både ved agglomering og lagtilvekst som et resultat av den innkomne fødeløsningen og og de særlige forholdene som råder i sjiktet. Partiklene vokser og størrelsen øker med oppholdstiden i sjiktet. Fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen resulterer i fritt-flytende og støvfrie granuler. Partiklene synes også å være sterkere og mer motstandsdyktig overfor abrasjon og brekkasje i nedstrøms utstyr, noe som gjør transport og videre behandling enklere. Partikler fremstilt ved denne fremgangsmåten er også lettere å tørke ytterligere og kloreringsegenskapene er også bedre enn forgranuler. Driftsbetingelsene kan varieres ifølge foreliggende oppfinnelse til å oppnå det ønskede resultat med hensyn på kvalitet av granulene og energibehov.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj med referanse til tegningen (Figur 1) som skjematisk illustrerer en prosesslinje (krets) egnet for fremstilling av vannfri MgCI2 ifølge foreliggende oppfinnelse. En fødetank 1 inneholder a oppvarmet løsning av magnesiumklorid saltløsning som transporteres ved hjelp av en pumpe til spreder dysene 3 hvor løsningen atomiseres inn i den fluidiserte sone 4, fortrinnsvis med trykkdyser. Det

kan også benyttes to-fase dyser som bruker komprimert luft med omtrent samme temperatur som føden som tilføres ved 5. Fluidisert luft 6 blir transportert ved hjelp av en sentrifugalvifte 7 og elektrisk oppvarmet eller indirekte med varmevekslere hvis gassbrennere 8 blir benyttet for å sikre at partiklene i sjiktet 4 holder en temperatur på 100-170 °C. Luften entrer et pre-distribusjonskammer 9 før en perforert plate 10 distribuerer luften jevnt gjennom det fluidiserte sjiktet 11. Avstanden fra atomiseringsdysene 3 til den perforerte platen 10 kan justeres, og dysene er anbrakt rett ovenfor det fluidiserte sjikt eller andre passende steder. Fra fluidiseringsenheten 11 blir støv eller fine partikler i lufta separart fra avgassene i en syklon 13 og returnert til fluidiseringssjiktet 11 for ytterligere granulering. Det fine støvet som ikke separeres fra i syklonen 13 blir samlet i en våtskrubber 14 og returnert til føden. Seed partikler innføres med en skruemater 15 fra en silo 16 og består av resirkulert materiale. Fra pulverutløpet

blir partikler transportert til en sikt 17 og blir klassifisert i tre fraksjoner: en fraksjon med for store partikler, en produktfraksjon og en fraksjon med for små partikler. De store partiklene blir sendt til knuseren 19. De knuste magnesiumklorid-partiklene blir deretter optimalt klassifisert i et sikt- sorteringsapparat 20.

Materiale med for stor størrelse blir resirkulert fra sikten 20 til knuseren 19, og fraksjonen med ønsket partikkel-størrelse (maks. 0,5mm) føres inn sammen med finstoffet fra syklonen 13 og finstoffet fra sikten 17 til skruemateren 16. Hvis fraksjonene med for store fraksjoner fra sikten 17 ikke er tilstrekkelig til å danne fødemateriale for det fluidiserte sjikt, kan en del av produktfraksjonen tilsettes. Hvis mengden av for store og for små fraksjoner er høyere enn hva som kreves som seed kan en del tilsettes til fødetanken 1. Varmepaneler 21 brukes i tillegg for mer energieffektiv varmetilførsel istedet for kun oppvarming med luft.

Eksempel

Et prøveanlegg likt det som er vist på tegningen ble bygd og flere granuleringsforsøk utført.

I fødetanken ble en saltoppløsning av magnesiumklorid fremstilt fra magnesiumklorid granuler, vann og 32 % HCI som ga en løsning med omtrent 43 vekt % MgCb. Føden er ved koketemperatur på 150 °C. Rør, ventiler og pumpen i tilførselssystemet for føde blir dampbehandlet og forvarmet til fødeløsningens koketemperatur. Føden blir atomisert ved hjelp av to væskedyser som sprøyter oppover plassert ca. 20 cm fra gassdistributøren 10 i sjiktet. Fødehastigheten blir justert til 300 kg/t. Tverrsnittsarealet av det fluidiserte sjikt er 0,65 m<2>. Hastigheten for fluidiseringsluften er 1,7 m/s og innløpsluften blir forvarmet til 200°C for å opprettholde en sjikt-temperatur på 125°C. Resirkulerte materialer i en mengde av 150 kg/t innføres gjennom innløpet ved hjelp av en mateskrue.

De oppnådde testresultatene indikerer at energibesparelsene for den nye prosessen sammenlignet med den ovenfor nevnte prosess er 1,16 MWh/t Mg. Den nye prosessen tillater også de to enhetsoperasjonene b) og c) å bli kombinert i en apparatur, og dette vil også resultere i en betydelig reduksjon av investeringskostnader for nye installasjoner. Også trinn a) kan kombineres med dette prosesstrinnet, noe som også tilfeldigvis resulterer i reduksjon av kostnader.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av magnesiumklorid granuler egnet for fluidisering, lufttørking og klorinering til vannfri tilstand, hvor en fødeløsning av MgCI2 føres fra en fødetank til dyser og atomiseres ved trykk eller komprimert luft inn i et sjikt av allerede tørkede partikler, og hvor forvarmet luft passerer opp gjennom sjiktet hvor partiklene opprettholdes i fluidisert tilstand og partikler gjenvinnes kontinuerlig i en syklon, magnesiumklorid-partikler fjernes kontinuerlig, materialet klassifisiseres og fraksjoner med for liten partikkelstørrelse og knuste partikler fra fraksjoner med for stor størrelse sammen med finstoff fra syklonen resirkuleres til fluidiserings sjiktet for videre granulering, karakterisert vedat det fremstilles magnesiumklorid granuler med en partikkelstørrelse i størrelsesorden 0,4 til 3,0 mm fra en løsning som inneholder 43-55 vekt % MgCb, som tilføres ved en temperatur mellom 120-200°C, og hvor sjikttemperaturen holdes mellom 100-170°C ved hjelp av varmepaneler installert i det fluidiserte sjikt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat tilførselsutstyret blir oppvarmet med damp ved temperaturer i området 120-200°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat fluidiseringssjiktet omfatter magnesiumkloridpartikler med et vanninnhold fra 1,5-4 mol H20/ mol MgCb og MgOHCI verdier i området 1-5%.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat fluidiseringsluften har en hastighet på 1-2 m/s og er, sammen med panelene i det fluidiserte sjikt oppvarmet tilstrekkelig til å opprettholde sjiktet ved en temperatur i området 100-170°C, ved indirekte oppvarming eller elektriske kaloriferer for å holde fuktigheten så lav som mulig.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedbruk av tørkeluft med så lav fuktighet som mulig.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat temperaturen på føden kontrolleres ved å bruke mettet damp med et metningstrykk som gir den ønskede damptemperatur.