Электролизер для получения магния

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства магния. В электролитических ячейках электролизера предлагаемой конструкции электролитические ячейки выполнены смежными и разделены перегородкой, катоды вплотную прилегают к стенке ванны и к перегородке футеровки, при этом каналы для выноса магния выполнены в перегородке и/или в стенках ванны, причем их глубина не превышает 0,15 высоты катода, что обеспечивает максимально благоприятные условия для выноса магния в сборную ячейку. Между анодом и катодом может быть установлен, по крайней мере, один биполярный электрод, охватывающий анод со всех сторон, при этом часть его анодной стороны окружена катодом, вплотную прилегающим к стенкам ванны. Биполярные электроды могут быть выполнены из графита или иметь стальную пластину на катодной стороне. Такая конструкция позволяет повысить выход магния по току, производительность электролизера и снизить расход электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства магния.

Известны бездиафрагменные электролизеры для производства магния, имеющие электролитические ячейки с двухсторонне работающими анодами и катодами и сборные ячейки для накопления магния /1, 2/. Сборные и электролитические ячейки разделены перегородками с отверстиями в верхней и нижней части, через которые циркулирует электролит и магний выносится в сборную ячейку. Эксплуатация и моделирование бездиафрагменных электролизеров со сборной ячейкой, перпендикулярной электродам /1, стр. 294,295/, показали, что в непосредственной близости от перегородки поток электролита имеет достаточно высокую скорость, чтобы захватить корольки магния и занести их в электролитическую ячейку, где они хлорируются. Это приводит к потерям металла. Увеличение ширины сборной ячейки несколько снижает скорость потока, но не может его исключить полностью. При этом в сборной ячейке при увеличении ее ширины возникают застойные зоны, в которых магний сгорает, опускается на дно и также теряется.

В электролизере, принятом за прототип /3/, сборная ячейка параллельна поверхностям электродов, и явление заноса магния из сборной ячейки в электролитическую менее существенно. В этом случае вывод магния в сборную ячейку происходит не вдоль рабочих поверхностей электродов, а перпендикулярно им по каналам, образованным стенкой электролизера и торцевыми поверхностями анодов над экранами и зазором между экраном и анодом и экраном и стенкой электролизера. При этом выносящийся магний хлорируется хлором, выделяющимся на торцевой поверхности анода, а также захватывается потоком электролита, циркулирующим вокруг экрана, и заносится обратно в электролитическую ячейку. Ликвидировать зазор между стенкой электролизера и экраном нельзя, так как в этом случае уменьшится ширина канала для выноса магния, который будет застаиваться в электролитических ячейках.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода по току магния, увеличение производительности электролизера и снижение расхода электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в электролизере для получения магния, содержащем футерованную огнеупорными материалами ванну со стенками, электролитические ячейки с графитированными анодами и стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам, все ячейки соединены между собой каналами для выноса магния и имеют общее пространство у подины, электролитические ячейки выполнены смежными и разделены перегородкой, катоды вплотную прилегают к стенке ванны и перегородке, каналы для выноса магния выполнены в перегородке и/или стенках ванны, а их глубина не превышает 0,15 высоты катода. Между анодом и катодом установлен, по крайней мере, один биполярный электрод, охватывающий анод со всех сторон, а часть его анодной стороны окружена катодом, вплотную прилегающим к стенке ванны. Биполярные электроды выполнены из графита или со стальной пластиной на катодной стороне.

На фиг. 1 показан поперечный разрез электролизера с четырьмя электролитическими и одной сборной ячейками (на уровне каналов).

На фиг. 2 показан разрез по А-А.

На фиг. 3 изображен электролизер с одним биполярным электродом.

Электролизер для получения магния включает футерованную ванну 1, электролитические ячейки 2, перегородку 3 между смежными электролитическими ячейками. В электролитических ячейках расположены графитированные аноды 4, введенные сверху, как показано на фиг. 1, 2, но может быть применен ввод анодов и через подину ванны. Через боковую стенку введены стальные катоды 5. Параллельно электродам расположена сборная ячейка 6 для магния, отделенная от катодов и анодов перегородкой 7, имеющей у подины общее пространство с электролитическими ячейками.

Чтобы избежать замыкания потока электролита вокруг катодного экрана и других завихряющих потоков, стальные катоды и электрически связанные с ними катодные экраны выполнены вплотную прилегающими к вертикальным стенкам футеровки и перегородки 3, разделяющей смежные электролитические ячейки. При такой конструкции катода отсутствует возможность создания дополнительных завихряющих потоков, и весь магний потоком электролита по каналам 8 между электролитическими ячейками и по каналам 9 в стенках футеровки выносится в сборную ячейку 6.

Сечение каналов должно обеспечить вынос электролито-магниевой смеси из электролитических ячеек 2 в сборную ячейку 6. Количество электролито-магниевой смеси зависит от междуэлектродного расстояния, плотности тока, размеров электродов. В пределах параметров, используемых на практике, соответствие сечения каналов количеству электролито-магниевой смеси обеспечивается тем, что изменяется глубина канала для выноса магния, при максимальном потоке подина канала не должна быть ниже верхнего среза катода более чем на 0,15 его высоты. При этом соответствие потоков поддерживается за счет колебания уровня электролита в электролизере в пределах 150-250 мм выше верхнего среза катода. При минимальных потоках подина канала может быть даже на уровне верхнего среза катода. Таким образом, изменяя уровень электролита и глубину канала, можно обеспечить полный вынос даже мелких капель магния в сборную ячейку при любых параметрах электролиза. Уровень электролита подбирается при эксплуатации электролизера, что позволяет регулировать поток электролито-магниевой смеси так, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для выноса магния в сборную ячейку.

При установке между анодом 4 и катодом 5 биполярного электрода 10 (фиг. 3), охватывающего анод 4, принцип циркуляции не меняется, то есть и в этом случае обеспечивается полный вынос магния в сборную ячейку 6. Конструкция катода, примыкающего к вертикальным стенкам футеровки, позволяет сделать биполь, работающий со всех сторон. Биполярный электрод 10 выполняется полностью из графита или на катодной стороне может быть стальная пластина. Наличие биполярных электродов позволяет существенно повысить производительность предложенного электролизера и снизить удельный расход электроэнергии.

Работа электролизера протекает следующим образом.

Аноды 4 и катоды 5 подключают к источнику постоянного тока. Хлор, выделяясь на анодах 10, образует восходящую циркуляцию электролита. Корольки магния подхватываются этим потоком, и образовавшаяся электролито-магниевая смесь выносится в сборную ячейку 6. Благодаря наличию катодов, вплотную прилегающих к вертикальным стенкам футеровки, и каналов в перегородке и футеровке для выноса магния, в электролитических ячейках не образуется завихряющих потоков, и весь магний попадает в сборную ячейку. Здесь магний собирается на поверхности, а электролит через отверстие у подины электролизера попадает в электролитические ячейки. При наличии биполярного электрода 10 хлор будет выделяться также на его анодных частях, характер циркуляции остается тем же.

Электролизер по настоящему изобретению может быть скомпонован с одним или несколькими биполярными электродами и с различным числом электролитических и сборных ячеек.

Таким образом, техническое решение обеспечивает направленное движение электролита для полного выноса магния в сборную ячейку, что позволяет повысить выход магния по току, производительность электролизера и снизить расход электроэнергии.

Источники информации 1. М.М. Ветюков, А.Н. Цыплаков, С.Н. Школьников. Электрометаллургия алюминия и магния. М.: Металлургия, 1987, 320 с.

2. А. И. Иванов, М.Б. Ляндрес, О.В. Прокофьев. Производство магния. М.: Металлургия, 1979, 376 с.

3. МУЖЖАВЛЕВ К.Д. и др. Новый принцип компоновки электродов в магниевых бездиафрагменных электролизерах. Цветные металлы. Москва, 1980, N1, с. 76-78.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния, содержащий футерованную огнеупорными материалами ванну со стенками, электролитические ячейки с графитированными анодами и стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам, все ячейки соединены между собой каналами для выноса магния и имеют общее пространство у подины, отличающийся тем, что электролитические ячейки выполнены смежными и разделены перегородкой, катоды вплотную прилегают к стенке ванны и к перегородке, каналы для выноса магния выполнены в перегородке и/или стенках ванны, а их глубина не превышает 0,15 высоты катода.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что между анодом и катодом установлен, по крайней мере, один биполярный электрод, охватывающий анод со всех сторон, а часть его анодной стороны окружена катодом, вплотную прилегающим к стенке ванны.

3. Электролизер по п.1 или 2, отличающийся тем, что биполярный электрод выполнен из графита.

4. Электролизер по п.2 или 3, отличающийся тем, что биполярный электрод выполнен со стальной пластиной на его катодной стороне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3