Катод электролизера для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей. Техническим результатом является увеличение срока службы катодных пластин и снижение удельного расхода электроэнергии. Для этого в катоде, состоящем из катодной секции, содержащей два рабочих листа, сваренных под углом, сверху закрытых накидным листом и образующим между собой внутреннюю полость, оба рабочих листа выполнены перфорированными с отверстиями, суммарное проходное сечение которых равно сечению между рабочими листами, причем горизонтальные ряды отверстий равноудалены друг от друга, внутренняя полость выполнена снизу открытой, расстояние между рядами отверстий равно 200-250 мм и отверстия выполнены одинакового диаметра. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен катод бездиафрагменного магниевого электролизера (а.с. CCCР 223366, опубл. БИ 24, 1968 г.), включающий металлические пластины, выполненные в виде двух клиньев, соединенных между собой уширенными торцами. Это позволяет более интенсивно выводить магний из межполюсного пространства.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет снизить электросопротивление катода, что приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Известен бездиафрагменный магниевый электролизер (а. с. СССР 390185, опубл. БИ N 30, 1973 г.), включающий футерованную ванну, в которой установлены аноды, клиновидные катоды, выполненные в виде двух листов, сваренных под углом, что способствует упрощению изготовления катодов и повышению выхода магния по току. Для придания жесткости листы крепят между собой электрозажимами и заклепками снизу и сверху сваривают накидным листом, образуя внутреннее пространство между листами.

Недостатком данного устройства является то, что в пусковой период происходит длительная проработка рабочей поверхности, в связи с потерями углерода из стали и кристаллизацией ее. В это период поверхность катода подвергнута пассивации, что удлиняет пусковой период с понижением выхода магния по току. Кроме того, наличие сверху и снизу накладных листов препятствует заполнению пространства между рабочими листами магнием (способность магния скапливаться в тихой зоне). Поэтому катод имеет повышенное электросопротивление и, следовательно, повышенное потребление электрической энергии.

Задача данного изобретения направлена на увеличение срока службы катодных пластин за счет исключения деформации и снижения электросопротивления, что приведет к общему снижению удельного расхода электроэнергии на 2-3%, за счет перфорации поверхности рабочих листов и организации пузырькового истечения магния из пространства между листами через отверстия в листах. Так как усилие сопротивления отверстий равно усилию поверхностного натяжения магния на рабочей поверхности листа катода, то в отверстиях образующийся пузырек магния сливается с другими пузырьками отверстий, вызывая депассивацию листа катода, то время пускового периода электролизера снижается, что в конечном итоге привет к повышению выхода магния по току.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы катодных пластин и снижение удельного расхода электроэнергии.

Данная задача решается тем, что в известном катоде электролизера для получения магния и хлора, состоящем из катодной секции, включающей два рабочих листа, сваренных под углом, сверху закрытых накидным листом и образующим между собой внутреннюю полость, новым является то, что оба рабочих листа выполнены перфорированными с отверстиями, суммарное проходное сечение которых равно сечению между рабочими листами, причем горизонтальные ряды отверстий равноудалены друг от друга.

Кроме того, внутренняя полость выполнена снизу открытой.

Кроме того, расстояние между рядами отверстий равно 200-250 мм.

Кроме того, отверстия выполнены одинакового диаметра.

Выполнение катодов перфорированными с суммарным проходным сечением отверстий, равных сечению между рабочими листами, позволяет увеличить проходное сечение катодной секции и соответственно уменьшить электрическое сопротивление катода и снизить удельное электросопротивление.

Выбор количества горизонтальных отверстий в рядах, равноудаленных друг от друга, и расстояния между рядами 200-250 мм позволяет поддерживать оптимальные условия сохранения прочностных характеристик катода и к повышению срока его службы.

Кроме того, открытая нижняя часть полости между рабочими листами устраняет внутреннее напряжение листов, что приводит к увеличению срока службы катода.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня заявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения "Катод электролизера для получения магния и хлора".

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже показан катод магниевого электролизера, который состоит из катодной секции 1, в которой под углом, например 15-30^o, установлены стальные пластины 2, образующие между собой полость 3, заполненную магнием, на пластинах 2 выполнены отверстия 4, размещенные горизонтальными рядами 5. Сверху полость закрыта накидным листом 6, а снизу полость выполнена открытой.

Монтаж и изготовление катодной секции. На стальных пластинах высотой 800-1000 мм изготавливают отверстия 4 с одинаковым диаметром, например 2-3 мм, горизонтальными рядами 5 с расстоянием между ними 200-250 мм. Количество рядов равно 3-4. Стальные пластины сваривают под углом, например 15-30^o и закрепляют накидным листом 6 без перфорации.

Электролизер работает следующим образом.

После монтажа и пуска электролизера загружают расплавленное хлоридное сырье. К анодам и катодам подают постоянный электрический ток и проводят процесс электролиза при температуре 685-+5^oС. Выделяющийся на аноде хлор сепарируется от электролита и поступает в газовое пространство рабочего отделения электролита, откуда выводится через систему отвода газов из электролизера. Выделяющийся на катодах магний циркуляционным потоком электролита выносится в сборную ячейку, откуда вакуумным ковшом выводится из процесса. Некоторое количество магния, прежде всего мелкие корольки (5-10%) увлекается циркуляционным потоком обратно в зону, где установлены аноды и катоды. Часть этого магния попадает во внутреннюю полость 3 между рабочими листами 2 катодной секции 1. По мере заполнения полости 3 магнием электролит вытесняется из пространства между рабочими листами 2 катодной секции 1 через нижнее отверстие полости. С целью ускорения заполнения магнием указанного пространства газодинамическое сопротивление на входе и выходе из него должно быть одинаковым. Это достигается равенством проходного сечения между рабочими листами 2 катодной секции 1 и с суммарным проходным сечением отверстий 4 каждого горизонтального ряда 5. Магний, проходя через отверстия 4, образует пузырьки, которые, сливаясь с другими пузырьками отверстий, депассивирует сталь катода.

Увеличение срока службы катодного листа происходит за счет организации открытого внутреннего объема катодного узла, что приводит к ликвидации внутренних напряжений в катоде при тепловом расширении материалов и снижению электросопротивления листа. При этом срок службы катодов увеличивается в 2 раза, расход электроэнергии снижается на 2-3%.

Формула изобретения

1. Катод электролизера для получения магния и хлора, состоящий из катодной секции, включающей два рабочих листа, сваренных под углом, сверху закрытых накидным листом и образующих между собой внутреннюю полость, отличающийся тем, что оба рабочих листа выполнены перфорированными с отверстиями, суммарное проходное сечение которых равно сечению между рабочими листами, причем горизонтальные ряды отверстий равноудалены друг от друга.

2. Катод электролизера по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя полость снизу выполнена открытой.

3. Катод электролизера по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между рядами отверстий равно 200-250 мм.

4. Катод электролизера по п. 1, отличающийся тем, что отверстия выполнены одинакового диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1