Электролизер для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей. Техническим результатом изобретения является повышение выхода магния по току и повышение срока службы сборной ячейки и, тем самым, всего электролизера в целом. Электролизер для получения магния и хлора содержит электролитическое отделение, в котором размещены чередующиеся между собой аноды и катоды, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы с выступом, расположенным ниже входного отверстия канала, нижнего переточного канала между подиной и перегородкой. Сборная ячейка выполнена с площадью горизонтального сечения, равной площади вертикального сечения нижнего переточного канала, и составляет 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродных расстояний между катодами и анодами, а ее футеровка напротив переточного канала выполнена из электрохимически стойкого материала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния (авт. свид. СССР 393356, опубл. БИ 33, 1973г.), включающий чередующиеся катоды и аноды, установленные в один ряд в электролитическом отделении, а сборная ячейка и площадка для обслуживания электролизера расположены у борта ванны со стороны, противоположной размещению ошиновки.

Недостатком данного устройства является то, что циркуляция электролита из электролитического отделения в сборную ячейку происходит очень интенсивно, что приводит к низкой степени разделения магния от электролита, уносу магния снова в электролитическое отделение, что значительно снижает выход магния по току.

Известен электролизер для получения магния (авт. свид. СССР 458614, опубл. БИ 4, 1975г.), включающий футерованную ванну, выполненную с перекрытием, в котором установлены катоды и аноды, собранные из отдельных графитированных брусьев и размещенные в электролитическом отделении. Сборная ячейка отделена от электролитических отделений перегородкой с переточным каналом. Отношение рабочей ширины электродов к ширине сборной ячейки составляет 2-4. При таком соотношении размеров частота удаления магния из сборной ячейки значительно уменьшается, что приводит к улучшению сепарации магния от электролита и осаждению шлама на подине электролизера. И это приводит к увеличению выхода магния по току.

Недостатками данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что электролитическая смесь (магний+электролит) на высоких скоростях выносится в сборную ячейку, вызывая перемешивание магния и шлама в сборной ячейке, что приводит к ухудшению разделения магния и шлама. Кроме того, магний при циркуляции электролита выносится из сборной ячейки через арочные каналы в электролитические отделения, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Сборная ячейка выполнена из стандартных огнеупорных изделий низкой электрохимической стойкости, что снижает стойкость огнеупоров в расплаве, сокращая срок службы электролизера.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния, взятый в качестве прототипа (авт.свид. СССР 583204, опубл. БИ 45, 1977г.), включающий электролитические и сборные отделения, разделенные между собой разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы, в нижней части которого размещен выступ, и каналом между перегородкой и подиной электролизера в нижней части. В электролитическом отделении размещены сбоку катоды, а в перекрытии установлены аноды.

Недостатками данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что электролитическая смесь (магний+электролит) на высоких скоростях выносится в сборную ячейку, вызывая перемешивание магния и шлама в сборной ячейке, что приводит к ухудшению разделения магния и шлама. Кроме того, магний при циркуляции электролита выносится из сборной ячейки через арочные каналы в электролитические отделения, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Сборная ячейка выполнена из стандартных огнеупорных изделий низкой электрохимической стойкости, что снижает стойкость огнеупоров в расплаве, сокращая срок службы электролизера.

Задачей изобретения является снижение турбулентности магний-электролитной смеси и создание ламинарного потока электролита, снижение образования шлама и улучшение отстоя шлама в сборной ячейке.

Технический результат направлен на повышение срока службы сборной ячейки и тем самым всего электролизера в целом и повышение выхода магния по току.

Данная задача решается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, включающем электролитическое отделение, в котором размещены чередующиеся между собой аноды и катоды, образующие между собой межэлектродное расстояние, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с выступом, расположеным ниже входного отверстия канала, между подиной и перегородкой выполнен нижний переточный канал, новым является то, что сборная ячейка выполнена с площадью горизонтального сечения, равной площади вертикального сечения нижнего переточного канала, и составляет 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродных расстояний между катодами и анодами, а ее футеровка напротив переточного канала выполнена с покрытием из электрохимически стойкого материала.

Кроме того, в качестве электрохимически стойкого материала используют муллит.

Кроме того, в качестве электрохимически стойкого материала используют фторфлогопит.

Оптимальные условия конструктивного оформления электролизера подбирают так, чтобы площадь горизонтального сечения сборной ячейки была равна площади вертикального сечения нижнего переточного канала и площадь горизонтального сечения сборной ячейки составляла 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродного расстояния между катодом и анодом, что позволит снизить турбулентность электролита в сборной ячейке, уменьшить шламообразование и тем самым повысить выход магния по току.

Защита сборной ячейки напротив переточного V-образного канала электрохимически стойким материалом, например муллитом или фторфлогопитом, позволяет повысить срок службы сборной ячейки и тем самым срок службы всего электролизера. Сборная ячейка напротив переточного канала подвергается большому воздействию потока электролита с магнием, выходящему из электролитического отделения через переточный V-образный канал в сборную ячейку, вызывая разрушение огнеупорного материала.

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 изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном электролизере, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "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 способа. 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 фиг.1, 2 показан электролизер для получения магния и хлора.

Электролизер состоит из футерованной ванны 1, электролитического отделения 2, катодов 3, анодов 4, межэлектродного расстояния 5 сборной ячейки 6, перекрытия 7, разделительной перегородки 8, переточного канала 9 V-образной формы, выступа 10, нижнего канала 11, покрытия 12 из электрохимически стойкого материала, например муллита или фторфлогопита.

Монтаж электролизера производят следующим образом. В ванну 1 устанавливают перекрытие 7, отлитое вместе с верхней частью разделительной перегородки 8. В перекрытии 7 закрепляют аноды 4. Сбоку в футеровке устанавливают катоды 3 на межэлектродном расстоянии 5 от анода. Изготавливают переточный V-образный канал 9. Для этого перегородку 8 выше входного отверстия переточного канала 9 отливают из огнеупорного материала V-образной формы и устанавливают соединением типа шип-паз к верхней части перегородки. Устанавливают выступ 10 и изготавливают нижнюю часть перегородки из трех и более нижних арочных каналов 11, внутри сборной ячейки 6 напротив переточного канала 9 устанавливают покрытие 12 из электрохимически стойкого материала, например муллита или фторфлогопита. Электролизер монтируют таким образом, чтобы площадь горизонтального сечения сборной ячейки 6 (S₁) была равна площади (S₂) горизонтального сечения нижнего канала между перегородкой 8 и подиной электролизера и составлять 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений между рабочими поверхностями анода и катода (s₁+s₂+s₃+...s_n).

Электролизер работает следующим образом.

Сырье - безводный карналлит или хлорид магния - в виде расплава заливают в сборную ячейку 6. По нижним арочным каналам 6 разделительной перегородки 8 расплав поступает в электролитическое отделение 2 ванны 1. Под воздействием постоянного электрического тока, подаваемого на катоды 3 и аноды 4, хлорид магния разлагают на магний и хлор. Хлор выводят через систему отвода газов в электролитическом отделении потребителю. Поток электролита с магнием и хлором, не уловленным в электролитическом отделении, поступает в V-образный переточный канал 9, расплавленный магний вместе с электролитом поступает в сборную ячейку 6. Магний извлекают из сборной ячейки с помощью вакуум-ковша и направляют потребителю.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную огнеупорным материалом ванну, в которой размещено электролитическое отделение с установленными в нем чередующимися между собой анодами и катодами и образующими межэлектродное расстояние, сборная ячейка, отделенная от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с выступом, расположенным ниже входного отверстия канала, между перегородкой и подиной электролизера выполнен нижний переточный канал, отличающийся тем, что сборная ячейка выполнена с площадью горизонтального сечения, равной площади вертикального сечения нижнего переточного канала, и составляет 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродных расстояний между катодами и анодами, а ее футеровка напротив переточного канала выполнена с покрытием из электрохимически стойкого материала.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электрохимически стойкого материала используют муллит.

3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электрохимически стойкого материала используют фторфлогопит.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2