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, повышение срока службы футеровки электролизера и уменьшение затрат на капитальный ремонт. Электролизер содержит футерованный кожух, электролитическое отделение с установленными в нем чередующимися между собой анодами и катодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с нижним каналом. Футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена переменной ширины, причем верхняя часть футеровки шире нижней, и имеет выступ ниже переточного канала перегородки. Футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена из съемных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего. Выступ имеет скос 30-45° или выполнен изогнутой формы. Отношение ширины верхней части футеровки к нижней части равно (1,5-2,0):1. 4 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, 1973), включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение, в котором размещены чередующиеся катоды и аноды, установленные в один ряд, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения перегородкой. Причем 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, 1975), включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение, в котором установлены катоды и аноды, собранные из отдельных графитированных брусьев, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения 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.

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 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 кирпичей низкой электрохимической стойкости, что снижает стойкость огнеупоров в расплаве, сокращая срок службы электролизера.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния (а.с.СССР № 583204, опубл. БИ № 45, 1977), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение и сборную ячейку, разделенные между собой разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и каналом между торцом перегородки и подиной электролизера. 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 в электролитическое отделение, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Футеровка сборной ячейки под воздействием расплава быстро выходит из строя, а капитальный ремонт такой футеровки очень дорогостоящий.

Задачей изобретения является улучшение разделения шлама и электролита и создание ламинарного потока электролита, улучшение отстоя шлама в сборной ячейке, увеличение срока службы футеровки сборной ячейки.

Технический результат направлен на повышение выхода магния по току, а также на повышение срока службы футеровки электролизера и уменьшение затрат на капитальный ремонт.

Данная задача решается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, содержащем футерованный кожух, электролитическое отделение с установленными в нем чередующимися между собой анодами и катодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с нижним каналом, новым является то, что футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена переменной ширины, причем верхняя часть футеровки шире нижней и имеет выступ ниже переточного канала перегородки.

Кроме того, футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена из съемных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего.

Кроме того, выступ имеет скос 30-45°.

Кроме того, выступ выполнен изогнутой формы.

Кроме того, отношение ширины верхней части футеровки к нижней части равно (1,5-2,0):1.

Подбор оптимальных условий конструктивного оформления электролизера осуществлен так, чтобы боковая стенка футеровки сборной ячейки была выполнена разной ширины, из отдельных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего, позволяет снизить турбулентность электролита в сборной ячейке, уменьшить шламообразование и тем самым повысить выход магния по току.

Выполнение футеровки боковой стенки с выступом позволяет снизить скорость движения электролита из электролитического отделения, тем самым улучшить разделение магния и электролита, магния и шлама, повысить выход магния по току.

Выполнение футеровки боковой стенки сборной ячейки из отдельных съемных блоков позволяет снизить затраты на капитальный ремонт электролизера.

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 позволило 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 и 2 показан электролизер для получения магния и хлора с вариантами выполнения выступа.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, электролитического отделения 3, катода 4, анода 5, сборной ячейки 6, перекрытия 7, разделительной перегородки 8, пepeтoчного канала V-образной формы 9, нижнего канала 10, боковой стенки 11 футеровки сборной ячейки с выступом 12, блоками 13 и 14, соединенными между собой через шип - паз. Монтаж электролизера производят следующим образом. Предварительно укладывают футеровку 2 в кожухе 1 электролизера. Боковую стенку 11 футеровки сборной ячейки 6 изготавливают разъемной с помощью, например крепления типа шип - паз, из блока 13 верхней широкой части с выступом 12 под углом 30-45° (или выступ выполнен изогнутым) и блока 14 нижней узкой части, поддерживая соотношение ширины футеровки верхней части к нижней равным (1,5-2.0):1. Над электролитическим отделением 3 устанавливают перекрытие 7, отлитое вместе с верхней частью разделительной перегородки 8. В перекрытии 7 закрепляют аноды 5. Сбоку в футеровке электролитического отделения 3 устанавливают катоды 4. Изготавливают переточный V-образный канал 8. Для этого перегородку 7 выше входного отверстия переточного канала 8 отливают из огнеупорного материала V-образной формы и устанавливают соединением типа шип - паз к верхней части перегородки, а также нижнюю часть перегородки из трех и более нижних арочных каналов 10.

Электролизер работает следующим образом.

Сырье - безводный карналлит или хлорид магния - в виде расплава заливают в сборную ячейку 6. По нижним арочным каналам 10 разделительной перегородки 8 расплав поступает в электролитическое отделение 3. Под воздействием постоянного электрического тока, подаваемого на катоды 4 и аноды 5, хлорид магния разлагают на магний и хлор. Хлор выводят через систему отвода газов в электролитическом отделении потребителю. Поток электролита с магнием поступает через V-образный переточный канал 9 в сборную ячейку 6. Магний извлекают из сборной ячейки с помощью вакуум-ковша и направляют потребителю.

Таким образом, данное изобретение позволит:

- повысить выход магния по току до 80%;

- повысить межремонтный пробег до 32 месяцев;

снизить затраты на капитальный ремонт электролизера.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий футерованный кожух, электролитическое отделение с установленными в нем чередующимися между собой анодами и катодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с нижним каналом, отличающийся тем, что футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена переменной ширины, причем верхняя часть футеровки шире нижней и имеет выступ ниже переточного канала перегородки.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена из съемных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что выступ имеет скос 30-45°.

4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что выступ выполнен изогнутой формы.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что отношение ширины верхней части футеровки к нижней части равно (1,5-2,0):1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2