Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для получения магния и хлора из расплавов хлоридов. Цель изобретения - повышение выхода по току и производительности электролизера за счет полноты и ускорения вывода магния из хлоронасыщенной рабочей зоны. Катоды выполнены из двух пластин 8, между которыми каскадно закреплены полочки 9 под углом 5 - 40° к горизонтали в сторону сборной ячейки. Верхняя полочка закреплена на расстоянии от верха катода 1/10 - 2/3 его высоты. Расстояние между полочками по вертикали составляет 1/25 - 1/10 высоты катода. Полочки по горизонтали перекрывают одна другую на 1/20 - 1/10 своей длины. Расстояние между катодными пластинами составляет 0,8 - 1,5 межэлектродного расстояния. Полочки выполнены из стали. 2 з.п. ф-лы, 2 фиг., 1 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для получения магния и хлора из расплавов хлоридов. Известен электролизер для получения магния, включающий сборные ячейки и электролитические с установленными в них анодами и катодами, выполненными из двух пластин переменного сечения, так, что расстояние между ними увеличивается в сторону сборной ячейки. Недостатком этого электролизера является то, что уменьшение расстояния между катодными пластинами со стороны токоподводящей штанги создает сопротивление входящему в него потоку электролита с металлом. В результате образуется дополнительный контур циркуляции электролита, направленный в противоположную от основного потока сторону и захватывающий выделившийся в этом районе магний. Это приводит к значительным потерям магния в результате его хлорирования при многократном прохождении через хлоронасыщенную зону и к снижению выхода магния по току. И, наоборот, увеличение расстояния между катодными пластинами со стороны сборной ячейки гасит скорость потока внутри катода и обеспечивает благоприятные условия сепарации не только хлора, но и магния. В результате значительная часть магния всплывает на поверхность электролита в рабочих отделениях и взаимодействует с хлором. Доля магния, выводимого из газонасыщенной зоны, сокращается, выход по току снижается. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для реализации электролитического процесса, имеющее электролитическую ячейку с чередующимися анодами и катодами двойного действия. Электролитические ячейки от сборной отделяются перегородкой. Отделение электролита и металла от газообразного хлора достигается противотоком электролита и пропусканием этого потока через катоды в сборную ячейку. Катоды имеют наклонное основание, один или несколько входных каналов в верхней горизонтальной части и вертикальный выходной канал. Работа электролизера с катодом данной конструкции изучалась на гидродинамической модели. Установлено, что сплошное наклонное основание катода гасит скорость потока электролита с магнием, направленного внутрь его. Это отрицательно сказывается на полноту выноса магния в сборную ячейку, а следовательно, снижает выход по току. Кроме того, вместе с потоком электролита и металла внутрь катода заносится и шлам, который частично накапливается на основании катода, взмучивается циркулирующим электролитом, бронируя мелкие капли магния, утяжеляя их и увлекая на подину, что также приводит к дополнительным потерям металла. Целью изобретения является увеличение выхода по току и повышение производительности электролизера. Поставленная цель достигается тем, что в бездиафрагменном электролизере для получения магния и хлора, имеющем электролизное отделение с электродами и сборную ячейку, разделенные перегородкой катоды выполнены из параллельно расположенных пластин, между которыми размещены полочки, спускающиеся в сторону сборной ячейки под углом 5-40ок горизонтали. Верхняя полочка находится от верха катода на расстоянии, равном 1/10-2/3 его высоты, каждая нижняя расположена от верхней по вертикали на расстоянии 1/25-1/10 высоты катода. Полочки перекрывают одна другую на 1/20-1/10 своей длины. Оптимальное расстояние между катодными пластинами равно 0,8-1,5 межэлектродного расстояния (МЭР). На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез. Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора включает в себя стальной кожух 1, футерованный огнеупорным материалом 2, перегородкой 3, разделенной на рабочее отделение 4 и сборную ячейку 5. В рабочем отделении установлены аноды 6 и катоды 7, введенные через продольные стенки. Катод состоит из двух параллельных пластин 8, приваренных к токоподводящей штанге и расположенных одна от другой на расстоянии, равном 0,8-1,5 межэлектродных расстояний. Между пластинами каскадно размещены стальные полочки 9, выполненные с наклоном к сборной ячейке под углом 5-40о к горизонтали. Верхняя полочка размещена от верха катода на 1/10-2/3 его высоты, а каждая следующая нижняя находится от соседней верхней на расстоянии 1/25-1/10 высоты катода. Полочки перекрываются одна другой на 1/20-1/10 своей длины. Электролизер работает следующим образом. На аноде 6 выделяется газообразный хлор, на катоде 7 - жидкий магний. Газонасыщенный электролит поднимается в межэлектродном пространстве вверх, увлекая с собой капли металла, выделенные на катодах. Достигая верха катода, поток электролита с магнием в основной массе поворачивает внутрь катода, где отпускается до каскада полочек 9, по ним направляется в сторону сборной ячейки 5. Каскадное расположение полочек в катоде обеспечивает равномерный и направленный выход магния с расплавом под разделительной перегородкой 3 в сборную ячейку 5, где магний всплывает на поверхность, а электролит возвращается в рабочее отделение 4. Малая часть электролита с незначительной долей металла через промежутки между полочками направляется к низу катода, попадает в межэлектродное пространство, где захватывается восходящим циркуляционным потоком и возвращается внутрь катода. Длина и угол наклона полочек препятствуют прохождению больших масс металла в промежутки между ними и обеспечивают полное смывание шлама полочек циркулирующим электролитом. Направленное движение электролита в придонном слое обеспечивает подгонку шлама к сборной ячейке, что значительно облегчает его удаление. Организация циркуляции электролита из межэлектродного пространства через рабочий лист внутрь катода, где практически отсутствуют газовые пузырьки, позволяет не только равномерно и наиболее полно, но и более быстро выводить магний из хлоронасыщенной зоны в сборную ячейку. При исследованиях на гидромодели электрохимических ячеек электролизера с разработанной конструкцией катода установлено, что время пребывания капель магния в рабочем отделении сокращается по сравнению с прототипом почти в два раза. Это достигается благодаря каскадному расположению полочек при оптимальных соотношениях, что обеспечивает максимальный заход потока электролита с магнием внутри катода. Соотношение гидродинамических напоров на входе в катод и выходе из него обеспечивает направленный и быстрый вывод металла в сборную ячейку. Экспериментальное обоснование параметров приведено в таблице. Работа предлагаемого электролизера сравнивается с показателями прототипа, которые взяты на единицу. Конструкция катода, схемы циркуляционных потоков электролита, движения магния и залегание шлама изучены на гидродинамической модели с измерением скоростей потоков. Установлено, что оптимальное заглубление верхней полочки от верха катода находится в пределах 1/10-2/3 высоты катода. Заглубление менее 1/10 высоты катода уменьшает долю выводимого из хлоронасыщенной зоны магния и создает большое сопротивление входящему потоку. Расположение верхней полочки ниже 2/3 высоты катода не обеспечивает каскадного их размещения и тормозит вывод магния из удаленной от места сбора части катода. Расстояние между полочками по высоте должно быть равным 1/25-1/10 высоты катода. Более близкое их расположение в процессе эксплуатации приводит к зашламлению зазора, при разведении полочек на большее, чем оптимальные пределы, расстояние основной циркуляционный контур замкнется вокруг катодных листов, уменьшится доля магния, выносимого в сборную ячейку, что приведет к падению выхода по току. Опытным путем установлена необходимость смещения полочек относительно одна другой на 1/20-1/10 своей длины для организации направленного потока электролита с магнием к сборной ячейке, для препятствия проходу магния между полочками к подине электролизера и повторного заноса в газонасыщенную зону. Это обеспечивает максимальный вывод магния в сборную ячейку и сокращение его потерь. Опыты проводились с двумя и тремя стальными полочками. Но их может быть и четыре. Количество полочек обусловлено длиной катода, углом наклона и необходимостью выведения магния под перегородку в сборную ячейку. На гидромодели электролизера определено, что рабочие листы катода отстоят друг от друга на 0,8-1,5 (МЭР). Более близкое размещение пластин создает большое сопротивление входящему вместе с металлом потоку электролита, в результате чего часть магния всплывает в газонасыщенную зону и теряется в результате его хлорирования. Размещение пластин в катоде дальше, чем на 1,5 межэлектродных расстояний, приводит к снижению скорости циркуляционного потока и сепарации металла в электрохимических ячейках, что также увеличивает потери магния и снижает выход по току. Результаты экспериментов позволили выбрать параметры, изложенные в формуле и представляющие отличительные признаки электролизера. Новыми признаками являются: - выполнение в катоде каскадно расположенных направляющих полочек; - угол наклона и взаимное расположение прерывающихся полочек; - экспериментально установленные соотношения размеров новых элементов в катоде, их заглубление и взаиморасположение; - определение оптимального расстояния между катодными пластинами. Это позволило отнести предложенный электролизер к соответствующему критерию "существенные отличия". Организация циркуляции электролита из межэлектродного пространства через рабочий лист внутрь катода, где практически отсутствуют газовые пузырьки, позволила не только равномерно и наиболее полно, но и более быстро выводить магний из хлоронасыщенной зоны в сборную ячейку. При исследованиях на гидродинамической модели электрохимических ячеек электролизера с разработанной конструкцией катода установлено, что время пребывания капель магния в рабочем отделении сокращается почти в два раза по сравнению с катодами двойного действия, имеющими закрытое основание, в которых магний, выносимый в сборную ячейку, в значительной мере вновь заносится в рабочие отделения. В результате на электролизерах с катодами, имеющими внутри каскадно расположенные полочки, выход по току выше на 3-7%, тепловой баланс такого электролизера обеспечивается при более высокой плотности тока, так как производительность его может быть увеличена на 8-12%.
Формула изобретения
1. БЕЗДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА, содержащий электролизное отделение и сборную ячейку, разделенные перегородкой, аноды и катоды в виде параллельно расположенных пластин, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода по току производительности электролизера за счет ускорения вывода магния из хлоронасыщенной рабочей зоны, катоды выполнены с полочками, расположенными между пластинами и закрепленными с уклоном в сторону сборной ячейки под углом 5 - 40o к горизонтали, причем верхняя полочка расположена от верха катода на расстоянии 1/10 - 2/3 его высоты, каждая следующая полочка расположена на расстоянии по вертикали 1/25 - 1/10 высоты катода от предыдущей, а перекрытие полочек одна другой по горизонтали составляет 1/20 - 1/10 длины. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что расстояние между катодными пластинами составляет 0,8 - 1,5 межэлектродного расстояния. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что полочки выполнены из стали.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 14.12.2000
Номер и год публикации бюллетеня: 9-2003
Извещение опубликовано: 27.03.2003
