Электролизер для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству магния электролизом расплавленных солей, и направлено на снижение потерь магния за счет его хлорирования, повышение выхода магния по току и снижение удельного расхода электроэнергии. Предложен электролизер, содержащий кожух с огнеупорной футеровкой, электролитическое отделение, в котором размещены на подине хлоротводящие аноды и в боковой стенке катоды, образующие между собой межэлектродное расстояние, сборную ячейку, отделенную от электролитических отделений перегородкой с переточными каналами. Аноды и катоды установлены с постоянным расстоянием между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катода, равным 1-2 межэлектродным расстояниям. 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству магния электролизом расплавленных солей.

По литературным данным основные потери магния при электролизе (около 80%) происходят за счет взаимодействия жидкого магния с газообразным хлором (Лебедев О.А. Производство магния электролизом. - М.: Металлургия, 1988 г., с.177). Поэтому высокий выход магния по току можно получить при условии тщательного разделения продуктов электролиза - магния и хлора, и ускорения вывода магния из электролитической ячейки в сборную за счет направленной циркуляции электролита.

Известен электролизер для получения магния и хлора (авт. св. СССР 1702716, опубл. БИ 15 27.05.99 г.), содержащий электролитические отделения с катодами и анодами, сборные ячейки и разделительные перегородки с переточными каналами, причем верхние кромки катодов и анодов расположены на одной горизонтальной прямой.

В электролизере обеспечивается надежное разделение хлора и электролита, но нет направленной циркуляции электролита в сборную ячейку, что не исключает внутренней циркуляции его в электролитической ячейке. Длительное пребывание магния в электролитической ячейке нежелательно, так как идет обратный процесс взаимодействия магния с хлором, что значительно снижает выход магния по току и повышает удельный расход электроэнергии.

Известен электролизер для получения магния и хлора (патент РФ 2166006, опубл. БИ 12 27.04.2002 г.), взятый по количеству общих признаков за ближайший аналог-прототип и состоящий из кожуха с футеровкой, сборной ячейки и электролитических отделений, в которых размещены катоды с ребрами и аноды с хлоротводящими каналами, выполненными в виде чередующихся между собой впадин и выступов на наружной поверхности анода, причем часть ребер на катоде со стороны сборной ячейки расположена напротив впадин анода и составляет 0,15-0,25 от их общего количества, а другая часть - напротив выступов на аноде, впадины и выступы выполнены трапецеидальной формы. В электролизере организована направленная циркуляция электролита из электролитической ячейки в сборную за счет перераспределения плотности тока на участках электродов.

Однако такая конструкция не обеспечивает надежного и полного разделения хлора и расплава, хлорирование магния в электролизере остается значительным, что повышает потери магния, выход магния снижается, а удельный расход электроэнергии возрастает.

Технический результат направлен на снижение потерь магния за счет его хлорирования, повышения выхода магния по току и снижение удельного расхода электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий кожух с огнеупорной футеровкой, электролитическое отделение, в котором размещены на подине хлороотводящие аноды и в боковой стенке катоды, образующие между собой межэлектродное расстояние, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения перегородкой с переточным каналом, новым является то, что аноды и катоды установлены с постоянным расстоянием между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катодов, равным 1-2 межэлектродным расстояниям.

В этом случае в электролите выше уровня катодов создается направленная циркуляция электролита от поверхности анодов, где образуется избыточное давление, в сторону катодов. Встречные газожидкостные потоки над катодом гасятся, обеспечивая надежное и полное разделение хлора и электролита. Хлор выделяется в газовую фазу, а электролит с магнием выводится через переточные каналы разделительной перегородки в сборную ячейку. При этом на электролизере снижается напряжение и соответственно удельный расход электроэнергии за счет более низкой плотности на анодах и в электролите. При расстоянии между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катода менее одного межэлектродного расстояния снижается эффективность разделения продуктов электролиза из-за понижения избыточного давления на аноде и соответственно снижения скорости газожидкостного потока от анода к катоду. При расстоянии между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катода более двух межэлектродных расстояний в верхних слоях электролита возникают потоки, которые препятствуют полному разделению продуктов электролиза.

На фиг.1 и 2 показана конструкция электролизера с нижним вводом анодов и вводом катодов через продольные стенки электролизера. Ввод анодов может быть и через продольные стенки футеровки, а катодов - через торцевые. Электролизер состоит из кожуха 1, огнеупорной футеровки 2, сборной ячейки для магния 3, электролитических отделений 4, в которых размещены аноды 5 с хлоротводящими каналами и катоды 6. Электролитические отделения 4 и сборная ячейка 3 разделены между собой перегородкой 7 с переточными каналами. Электролизер имеет перекрытие 8, межэлектродное расстояние 9 и расстояние между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катодов 10.

Монтаж электролизера производят следующим образом. В кожухе 1 устанавливают из огнеупорного кирпича футеровку 2 и с помощью перегородок 7 с переточными каналами размещают электролитические отделения 4 и сборную ячейку 3. В подине футеровки 2 в электролитических отделениях 4 устанавливают предварительно изготовленные с каналами для отвода хлора глубиной 30 мм аноды 5, а в боковой стенке футеровки 2 - катоды 6. Аноды 5 и катоды 6 изготавливают таким образом, что расстояние по высоте соответствовало 1-2 межэлектродным расстояниям 9. Электролизер герметично закрывают перекрытием 8.

Электролизер для получения магния и хлора работает следующим образом.

Хлормагниевое сырье с содержанием хлорида магния 48-50% загружают в сборную ячейку 3, и через проточный канал разделительной перегородки 7 расплавленное сырье поступает в электролитические отделения 4, где под воздействием постоянного электрического тока с плотностью тока, равного 0,25 А/см², сырье разлагают на магний на катоде 6 и хлор на аноде 5. Полученный на катодах 6 магний, вместе с расплавленным электролитом через разделительные перегородки поступает в сборную ячейку 3, откуда его периодически извлекают. Хлор с концентрацией 90-95% накапливается в пространстве между перекрытием 8 и электролитом и по трубопроводу непрерывно отводится потребителю. Выделяющийся на аноде 5 хлор создает избыточное давление, поднимая газожидкостный поток в межэлектродном пространстве вверх. Достигая верхней кромки катода 6, избыточное давление хлора на аноде 5 меняет направление движения потока, который перемещается от анода 5 к катоду 6. Встречные потоки над катодом 6 гасятся, обеспечивая разделение продуктов электролиза - магния и хлора.

Таким образом, надежное и полное разделение магния и хлора и направленная циркуляция электролита из электролитических отделений в сборную ячейку позволяют сократить потери магния за счет его хлорирования и повысить выход магния по току на 0,8-1,2%, соответственно снижается удельный расход электроэнергии.

Формула изобретения

Электролизер для получения магния и хлора, включающий кожух с огнеупорной футеровкой, электролитическое отделение, в котором размещены на подине хлоротводящие аноды и в боковой стенке катоды, образующие между собой межэлектродное расстояние, сборную ячейку, отделенную от электролитических отделений перегородкой с переточными каналами, отличающийся тем, что аноды и катоды установлены с постоянным расстоянием между верхним уровнем анодов и верхней кромкой катодов, равным 1-2 межэлектродным расстояниям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2