Электролизер для получения магния и способ получения магния в нем

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства магния. Электролизер для получения магния содержит футерованную огнеупорными материалами ванну, электролитические отделения с графитовыми анодами, чередующимися со стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам и отделенные от электролитических отделений перегородками. Электроды в электролитических отделениях соединены электрически параллельно, а электроды каждого электролитического отделения соединены с электродами соседнего отделения последовательно. Сборная ячейка, расположенная между последовательно соединенными электролитическими отделениями, размещена между разноименными электродами, имеющими одинаковый электрический потенциал. Магний получают в электролизере данной конструкции при установлении междуэлектродного расстояния в электролитических отделениях 20-30 мм и катодной плотности тока 0,40-0,60 А/см². 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

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

Известен бездиафрагменный электролизер для производства магния, имеющий электролитические отделения 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. В электролизере электроды всех электролитических отделений соединены параллельно.

Известен также электролизер для получения металлов, например магния, из расплава солей, выполненный в виде ванны с электродами, разделенными на группы и соединенными последовательно при параллельном включении электродов в каждой группе [3]. Последовательное подключение групп электродов может повысить производительность электролизера без увеличения силы тока в серии электролизеров. Для исключения биполярной работы смежных электродов соседних групп нерабочие поверхности их покрыты электроизоляционными материалами. Предложена изоляция нерабочих поверхностей катодов или анодов плитками из окиси магния или муллита. Однако применение подобной изоляции электродов не даст положительный эффект из-за недостаточно надежной изоляции, ненадежности предложенного способа крепления плиток и значительных утечек тока в процессе эксплуатации электролизера. За прототип принят электролизер [2]. Недостатком прототипа является недостаточно высокий удельный съем магния с 1 м² пода электролизера.

В электролизере сборная ячейка параллельна поверхностям электродов и вывод магния в сборную ячейку происходит не вдоль рабочих поверхностей электродов, а перпендикулярно им по каналам, расположенным в перегородке и/или в стенках электролизера. Благодаря наличию катодов, вплотную прилегающих к вертикальным стенкам футеровки, и каналов в футеровке и перегородке для выноса магния в электролитических отделениях не образуется завихряющихся потоков, и весь магний попадает в сборную ячейку. Это обеспечивает направленное движение электролита для полного выноса магния в сборную ячейку и способствует повышению выхода по току. Вариант конструкции электролизера с двумя электролитическими отделениями и одной или тремя сборными ячейками наиболее пригоден для предложенного нового технического решения.

Технической задачей изобретения является повышение удельной производительности цеха электролиза, снижение потерь напряжения в ошиновке.

Технический результат изобретения достигается тем, что электролизер для получения магния содержит футерованную огнеупорными материалами ванну, электролитические отделения с графитовыми анодами, чередующимися со стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам и отделенные от электролитических отделений перегородками, электроды в электролитических отделениях соединены параллельно, а электроды каждого электролитического отделения соединены с электродами соседнего отделения последовательно, при этом между последовательно соединенными электролитическими отделениями расположена сборная ячейка. Сборная ячейка, расположенная между электролитическими отделениями, размещена между разноименными электродами, имеющими одинаковый электрический потенциал. Электролиз в бездиафрагменных электролизерах [1, 2] ведут при междуэлектродном расстоянии - 5-7 мм и рекомендованной при этом плотности тока 0,20-0,30 А/см² для поддержания оптимальных условий процесса электролиза [см.4, с.266].

Способ электролитического получения магния в электролизере предложенной конструкции состоит в том, что в электролитических отделениях устанавливается междуэлектродное расстояние 20-30 мм при катодной плотности тока 0,40-0,60 А/см², что позволяет сбалансировать электролизер по тепловому режиму и получить при этом стабильно высокие технологические показатели при значительном увеличении удельного съема магния с 1 м² пода электролизера.

На чертеже изображена схема подключения электролизера к ошиновке.

Электролизер для получения магния включает футерованную ванну 1, электролитические отделения 2, 3. В электролитических отделениях расположены графитовые аноды 4 и стальные катоды 5. Параллельно электродам расположена сборная ячейка 6 для магния, отделенная от катодов и анодов электролитических отделений перегородками 7 и 8.

В каждом электролитическом отделении 2 и 3 аноды и катоды подключены параллельно к ошиновке 9, подводящей постоянный ток, причем на каждое электролитическое отделение подводится серийная сила тока. Катоды электролитического отделения 2 подключены к анодам электролитического отделения 3 последовательно через ошиновку 10. В электролитическом отделении 2 крайним электродом, расположенным у разделительной перегородки 7, является катод, а в электролитическом отделении 3 крайним электродом, расположенным у перегородки, 8 является анод. Анод и катод электрически подключены последовательно и имеют одинаковый электрический потенциал. Это позволяет снизить утечки тока и уменьшить разрушение футеровки между электролитическими ячейками (см. таблицу).

Данная конструкция электролизера наиболее целесообразна для реконструкции действующих серий электролиза. В этом случае серийную силу тока можно подвести поочередно к каждой половине электролизера, при этом половина электролизера будет иметь производительность, равную всему электролизеру до реконструкции, и без замены кожухов электролизера, ошиновки и строительных конструкций можно удвоить производительность корпуса электролиза. Естественно при этом по сравнению с электролизером до реконструкции плотность тока увеличится почти вдвое. Если бездиафрагменные электролизеры в промышленности работают при плотности тока 0,20-0,30 А/см², то после реконструкции плотность тока должна составлять 0,40-0,60 А/см².

Если при междуэлектродном расстоянии 5-7 мм увеличить плотность тока, то возрастет напряжение между электродами и резко увеличится количество выделенного тепла, что приведет к разогреву электролизера и нарушению технологического процесса. Чтобы избежать этого, надо уменьшить междуэлектродное расстояние. Расчеты теплового баланса электролизера показывают, что междуэлектродное расстояние должно быть в пределах 20-30 мм. Конструкция предложенного электролизера позволяет уменьшить междуэлектродное расстояние, т.к. схема циркуляции электролита способствует быстрому выносу магния из электролитического отделения в сборную ячейку и выход по току при этом не уменьшится. Результаты технологического и теплового расчетов приведены в таблице.

Источники инфориации 1. К. Д.Мужжавлев и др. Новый принцип компоновки электродов в магниевых бездиафрагменных электролизерах. - Цветные металлы, 1980, 1, с.76-78.

2. Патент RU 2176291 C1, 27.11.2001.

3. Авт. св. 161496 С 25 С 7/00, 3/04, 06.08.1962.

4. В.И.Щеголев, О.А. Лебедев. Электролитическое получение магния. - М.: Руда и металлы, 2002, с.266.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния, содержащий футерованную огнеупорными материалами ванну, электролитические отделения с графитовыми анодами, чередующимися со стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам и отделенные от электролитических отделений перегородками, при этом электроды в электролитических отделениях электрически соединены параллельно, а электроды каждого электролитического отделения соединены с электродами соседнего отделения последовательно, отличающийся тем, что сборная ячейка, расположенная между последовательно соединенными электролитическими отделениями, размещена между разноименными электродами, имеющими одинаковый электрический потенциал.

2. Способ получения магния, отличающийся тем, что магний получают в электролизере по п.1, при этом междуэлектродное расстояние в электролитических отделениях устанавливают 20-30 мм при катодной плотности тока 0,40-0,60 А/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.01.2008

Извещение опубликовано: 10.01.2008        БИ: 01/2008