Электролизер для получения металлов в жидком виде

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения металлов в жидком виде электролизом расплавленных солей. Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение выхода продукта и увеличение срока службы электролизера. Электролизер содержит ванну с указателем уровня электролита, анод и катод с токоподводом, катод выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров с зазором, причем между дном внутреннего и наружного цилиндров вмонтирован канал, к верхней плоскости которого подсоединены токоподвод и переливная труба, расположенная вдоль ее оси цилиндров, а по бокам канала размещен ферромагнитный материал. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения металлов в жидком виде электролизом расплавленных солей при условии, что плотность полученного металла меньше плотности электролита.

Известен электролизер для получения алюминия (А.И. Беляев. Получение чистого алюминия, М. Металлургия, 1967). Сварной кожух выполнен в форме прямоугольника. Угольная подина и сплав алюминия с медью являются анодом. Футеровка ванны производится магнезитовым кирпичом. Слой рафинированного алюминия служит катодом. Ток к алюминию подводится с помощью графитовых электродов, которые предохранены от разрушения алюминиевой оболочкой.

Выделяющийся в процессе электролиза алюминий всплывает на поверхность электролита и накапливается до заданного количества, после чего извлекается из аппарата вакуум-ковшом.

Для получения некоторых весьма активных металлов применение графита как конструкционного материала подины не технологично, так как в этом случае происходит образование карбидов целевого металла, что приводит к полному разрушению графита и выводу электролизера из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электролизер для получения металлов в жидком виде электролизом в расплавах солей [1] Электролизер содержит ванну с указателем уровня электролита, анод и катод с токоподводом, установленный с возможностью перемещения по высоте. Корпус-ванна выполнена из высокоглиноземистого кирпича, а катод имеет форму диска. Технологические продуты расположены послойно: анодный сплав, электролит, катодный металл. Работает электролизер также, как и описанный выше. Однако электролизер имеет существенные недостатки.

Извлечение целевого продукта из электролизера требует наличия вакуумной магистрали и герметичной емкости (вакуум-ковша), которую необходимо транспортировать по всей площади электролизного цеха.

Послойное расположение технологических продуктов исключает возможность изготовления ванны из металла, поскольку это приведет к короткому замыканию анода с катодом.

При получении в описанном аппарате металлов, обладающих сильными восстановительными свойствами, происходит быстрое разрушение керамических материалов ванны, что уменьшает выход продукта. Кроме того, это приводит к частым остановкам электролизера на ремонт, т.е. уменьшает срок его службы и увеличивает себестоимость конечного продукта.

Продукты химического взаимодействия восстановительного металла с керамикой попадают через электролит в целевой металл, снижая его качество.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение выхода продукта и увеличение срока службы электролизера.

Для достижения поставленной цели в известном электролизере для получения металлов в жидком виде, содержащем ванну с указателем уровня электролита, анод и катод с токоподводом, установленный с возможностью перемещения по высоте ванны, катод выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров с зазором, причем между дном внутреннего и наружного цилиндра вмонтирован канал, к верхней плоскости которого подсоединены токоподвод и переливная труба, расположенная вдоль оси цилиндров, а по бокам канала размещен ферромагнитный материал. Причем катодный узел и ванна электролизера выполнены из стали Ст. 3.

На фиг. 1 изображен общий вид электролизера, разрез; на фиг.2 разрез катодного узла.

Электролизер содержит ванну 1, выполненную из стали, с указателем 2 уровня электролита и крышку 3, через которую в полость ванны пропущен токоподвод 4 к плоской шине 5, нижний торец которой присоединен к верхней плоскости канала 6. Нижняя плоскость канала соединена с дном 7 наружного цилиндра 8, верхняя с дном 9 внутреннего цилиндра 10. Торцы канала открыты. В центральной части верхней плоскости канала имеется переливная труба 11, которая верхним концом выходит в приемник металла 12. Последний может находиться как в полости электролизера, так и за его пределами. При расположении приемника металла за пределами корпуса электролизера переливная труба теплоизолируется и при необходимости обогревается. По бокам канала между дном внутреннего и дном наружного цилиндров расположены ферромагнитные пластины 13, электрически изолированные 14 от основной конструкции электрода. Анодом служит сплав 15 целевого металла с медью или другим электроположительным металлом, а электролитом 16 расплав соли.

Работает электролизер следующим образом. При пропускании постоянного тока целевой металл из анодного сплава электрохимическим путем переходит на катод. Выделившийся на погруженных в электролит наружных поверхностях катода металл всплывает вверх и собирается вокруг наружного цилиндра 8, заполняя канал 6 через открытые его торцы. Постоянный электрический ток по токоподводу 4 подводится к плоской шине 5 и по ней к верхней плоскости канала 6. Далее ток протекает по жидкому металлу, находящемуся в канале 6 и по боковым стенкам канала. Магнитное поле, созданное протекающим таким образом электрическим током, замыкается через ферромагнитные пластины 13, усиливается ими и вытесняется в канал.

При взаимодействии магнитного поля с осевой компонентой электрического тока в канале возникает пондермоторная сила, действующая на жидкий металл вдоль оси канала к переливной трубе 11. Под действием этих сил металл увлекается от открытых торцов канала к переливной трубе, через которую вытесняется в приемник металла 2.

Выполнение катода в виде двух коаксиальных цилиндров с зазором приводит к тому, что исключается возможность протекания постоянного тока электролиза через боковые стенки внутреннего цилиндра и весь ток проходит через канал и жидкий металл, находящийся в нем. Сам же канал служит в качестве токо- и металлопровода. Через переливную трубу целевой металл удаляется в металлоприемник.

Ферромагнитные пластины необходимы для усиления магнитного поля.

Описанная конструкция позволяет непрерывно отводить поступающий на катод металл, полностью исключая тем самым возможность контакта катодного металла со стенкой ванны. Поэтому ванна может быть изготовлена из электропроводного материала (например, железо, вольфрам, молибден, нержавеющая сталь). Использование коррозионностойких конструкционных материалов позволяет значительно увеличить срок службы электролизера и исключает загрязнение целевого металла продуктами взаимодействия керамической футеровки ванны с электролитом, что позволяет увеличить выход продукта и качество его.

Технико-экономические преимущества данного электролизера по сравнению с прототипом заключается в следующем.

Предлагаемый электролизер позволяет исключить из технологической цепочки операцию извлечения металла с помощью вакуум-ковша. Эта операция осуществляется с помощью постоянного тока электролизера.

Использование в качестве конструкционных коррозионностойких в данных условиях материалов позволяет значительно увеличить срок службы электролизера и повысить выход продукта и его качество.

Полностью исключается возможность короткого замыкания анода с катодом, что позволяет получить высокий выход металла по току (до 98%).

Из литературных данных не известны признаки, сходные с признаками заявляемого решения, таким образом, решение обладает существенными отличиями.

Формула изобретения

Электролизер для получения металлов в жидком виде, содержащий ванну с указателем уровня расплава, анод, катод с возможностью перемещения по вертикали и токоподвод к нему, отличающийся тем, что катод выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров с зазором, а между дном внутреннего и дном наружного цилиндров выполнен канал, к верхней плоскости которого подсоединены токоподвод и переливная труба, расположенная вдоль оси цилиндров, а по бокам канала установлены ферромагнитные пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2