Биполярный электрод магниевого электролизера

 

Изобретение относится к цветной металлургии. Биполярный электрод содержит анодную часть из графита, катодную часть из железа, между которыми размещен промежуточный контактный слой меди. Промежуточный контактный слой выполнен нанесением слоя меди 0,01-2 мм способом электродугового напыления. Изобретение позволяет исключить диффузионные и электрохимические процессы в порах графита, повысить надежность работы биполя, снизить расход электроэнергии.

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности к конструкции электродов биполярного электролизера для получения магния и хлора.

Известен биполярный электрод, авт. св. 258612, кл. С 25 С 3/04, 1968 г., анодная часть которого изготовлена из углеродистого материала, а катодная часть из металла, например из железа.

Использование таких биполярных электродов в процессе электролиза приводит к науглероживанию катодной части, что ведет к ухудшению смачивания катода магнием и как следствие к снижению выхода магния по току.

По авт. св. 678091 поставленная цель, исключающая науглероживание, достигается наличием между анодной и катодной частью биполярного электрода промежуточного слоя меди, препятствующего диффузии углерода из анодной части в катодную.

Покрытие графита медью осуществляли последовательно электролизом в трех электролитах: 7. CuSO₄•5Н₂О=2г/л; Na₄P₂O₇=100 г/л; 8. CuSO₄•5Н₂О=40 г/л; Nа₄P₂O₇=150 г/л; Na₂HPO₄=90 г/л; 9. CuSO₄•5Н₂О=240 г/л; H₂SO₄=40 г/л.

Длительность электролиза при плотности тока δ_к = 0,02-0,1 a/см² до 3,5 часов.

Покрытие меди железом осуществляется в электролите FeCl₂•Н₂О=455 г/л + NaCl= 60 г/л + МnСl=5 г/л при катодной плотности тока δ_к = 0,2 a/см², при температуре Т=100^oС.

Недостатком такого биполярного электрода является сложность его изготовления, расход реагентов, электроэнергии и требующего специального производства.

По авторскому свидетельству 203269, кл. 40 с, 3/02, бюллетень 20, 1967 г. , "Способ изготовления контакта между графитом и алюминием вне расплава". Контактную поверхность графита меднят в растворе сернокислого электролита при плотности тока 20-30 а/см², после чего промывают водой и сушат при температуре 300^oС с последующим травлением нанесенной меди в концентрированном растворе соляной кислоты. Осуществление такого способа меднения графита требует специального производства, расхода реагентов и создает опасность при эксплуатации биполей в хлоридных расплавах при температуре 680-720^oС и может привести к взрыву в случае оставшихся водородных соединений в порах графита.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является исключение диффузионных и электрохимических процессов в порах графита, надежность работы биполя, снижение расхода электроэнергии за счет промежуточного контактного слоя между катодной и анодной частями, выполняется нанесением слоя меди 0,01-2 мм способом электродугового напыления.

Биполярный электрод имеет ширину 820 мм, высоту 950 мм, толщину 100 мм. Анодная часть изготовлена из трех графитовых брусьев, которые соединены между собой типа "шип-паз" и склеены смолой СФЖ на этиловом спирте. Катодная часть изготовлена из стального листа толщиной 3 мм.

В биполярном электроде графит-сталь, которые будут работать при температуре 700^oС в агрессивной среде хлоридов магния, калия, натрия, кальция, под действием тока происходит диффузия железа в графит и углерода в слой стального покрытия. Чтобы устранить диффузию, графит напыляют медью. Режимы напыления: - рабочий ток дуги 50-400 ампер; - рабочее напряжение дуги 17-40 вольт; - рабочее давление сжатого воздуха 5-6 кгс/см²; - расход воздуха 50-90 м³/час.

Затем графитовая часть с медным напылением скрепляется с катодной частью с помощью болтов. Количество болтов 36 шт., закрепленных с шагом 150 мм. Болты обеспечивают равномерный натяг всей поверхности и плотное прилегание стального листа к графитовому блоку электрода.

Формула изобретения

Биполярный электрод для магниевого электролизера, содержащий анодную часть из графита, катодную часть из железа, между которыми размещен промежуточный контактный слой меди, отличающийся тем, что промежуточный контактный слой выполнен нанесением слоя меди 0,01-2 мм способом электродугового напыления.