Способ электролитического получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению магния и хлора из хлормагниевого сырья. Техническим результатом изобретения является снижение пассивации катодов и образования шлама в сборной ячейке, а также улучшение условий труда и уменьшение загазованности в цехе. Способ включает загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, герметизацию электролитических и сборных ячеек, электролитическое разложение сырья на магний и хлор, удаление хлорсодержащих и санитарно-технических газов из электролитических ячеек при отключенном санитарно-техническом отсосе, периодическое извлечение шлама и измерение температуры в верхнем и нижнем слоях электролита. Извлечение шлама начинают при достижении разности температур в верхнем и нижнем слоях электролита 5-20°С и ведут при разгерметизации сборной ячейки и включенном санитарно-техническом отсосе. Температуру в верхнем слое электролита измеряют в электролитических ячейках у катода, а в нижнем слое электролита - в сборной ячейке у подины. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению магния и хлора из хлормагниевого сырья.

Известен способ электролитического получения магния и хлора (кн. Производство магния. - Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. - М., Металлургия, 1979 г. - стр.183-194), включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, электролитическое разложение его на магний и хлор, непрерывный отвод хлорсодержащих газов из электролитических ячеек и санитарно-технических газов из сборной ячейки, извлечение магния и периодическое удаление из сборной ячейки в процессе электролиза шлама вручную.

Недостатком данного способа является то, что при выборке шлама вручную происходит взмучивание шлама, частицы которого налипают на поверхность катода, вызывая его пассивацию. Кроме того, попадание воздуха в электролизер ведет к гидролизу хлорида магния и к образованию большого количества шлама, что ухудшает работу электролизера и снижает выход магния по току.

Известен способ электролитического получения магния и хлора (Авт.свид. СССР №1592400, опубл. БИ 34 от 15.09.90 г.), включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, электролитическое разложение его на магний и хлор при токовой нагрузке на электролизеры, удаление из них шлама и периодическое введение в электролит хлорида магния. Перед удалением шлама отключают токовую нагрузку на электролизеры и электролит охлаждают на 10-15°.

Недостатком данного способа является низкий выход магния по току из-за образования большого количества шлама.

Известен способ электролитического получения магния и хлора (Авт.свид. СССР №1586279, опубл. БИ №19 10.07.2000 г.), по количеству общих признаков, принятый за ближайший аналог-прототип и включающий подачу хлормагниевого сырья в электролизер, его электролитическое разложение, герметизацию электролитических и сборных ячеек, отвод хлорсодержащих газов и санитарно-технических газов из электролитических отделений. При этом отвод санитарно-технических газов ведут через электролитические отделения при градиенте разрежения между сборными ячейками и электролитическими отделениями 0.5-7,0 мм вод.ст. и при выключеном санитарно-техническом отсосе. Данный способ позволяет при герметизации электролитических и сборных ячеек уменьшить образование шлама и снизить загазованность цеха.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет оптимизировать процесс удаления шлама из электролизера. При невозможности учета образования шлама по времени работы электролизера, а также при частом удалении шлама приходится значительно чаще разгерметизировать сборную ячейку, что повышает степень гидролиза хлорида магния и тем самым увеличивает количество шлама в электролизере; происходит окисление графитовых анодов и снижается их срок службы; снижается качество хлорсодержащих газов за счет разбавления их воздухом; создается загазованность при извлечении шлама; повышается пассивация катода. По всем этим причинам значительно снижается выход магния по току.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить пассивацию катодов за счет учета образования шлама по времени работы электролизера, снижения образования количества шлама в сборной ячейке, а также улучшить условия труда и уменьшить загазованность в цехе.

Технический результат достигается тем, что предложен способ электролитического получения магния и хлора, включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, герметизацию электролитических и сборных ячеек, электролитическое разложение сырья на магний и хлор, удаление хлорсодержащих газов и санитарно-технических газов из электролитических ячеек при отключенном санитарно-техническом отсосе и периодическое извлечение шлама, новым является то, что измеряют температуру в верхнем и нижнем слоях электролита, извлечение шлама начинают при достижении разности температур в верхнем и нижнем слоях электролита 5-20°С и ведут при разгерметизации сборной ячейки и включенном санитарно-техническом отсосе. Кроме того, температуру в верхнем слое электролита измеряют в электролитических ячейках у катода.

Кроме того, температуру в нижним слое электролита измеряют в сборной ячейке у подины.

Осуществление процесса извлечения шлама при достижении заданной разности температур 5-20°С в верхних и нижних слоях электролита позволяет производить удаление шлама при максимальном накоплении его в электролизере за счет учета образования шлама по времени работы электролизера, тем самым уменьшить число операций разгерметизации электролизера и уменьшить степень гидролиза хлорида магния.

Включение санитарно-технического отсоса в период извлечения шлама позволит снизить загазованность в цехе и улучшить условия труда.

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 способе электролитического производства магния и хлора, изложенных в пунктах формулы 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”.

Пример осуществления способа.

В бездиафрагменный электролизер с верхним вводом анодов подают хлормагниевое сырье - расплавленный карналлит при температуре 700±20°С. В период между операциями обслуживания перекрытие электролитической ячейки и крышка сборной ячейки уплотнены засыпкой из карналлита. В процессе электролиза происходит электролитическое разложение хлорида магния на магний и хлор. Магний выводят в сборные ячейки, а хлор удаляют из электролитических ячеек.

Санитарно-технический отсос в процессе электролиза от сборных ячеек отключен, и отсос хлорсодержащих газов ведут через электролитические ячейки, поддерживая градиент разрежения между сборной ячейкой и электролитическими ячейками равным 0,5-7,0 мм вод.ст. Газы из сборных ячеек в электролитические ячейки поступают через неплотности в разделительной перегородке. В электролитических ячейках непрерывно измеряют температуру в среднем слое электролита у катода и в сборной ячейке - температуру нижнего слоя электролита у подины. Предложенный способ основан на том, что по мере накопления на подине шлама температура в нижних слоях электролита понижается. Измерение температуры осуществляют с помощью термопар, разность температуры фиксируется при помощи потенциометра. В начальный период работы электролизера спаи термопар показывают одинаковую температуру, например 700°С и разность температур равна нулю. По мере накопления шлама на подине и увеличения его уровня температура в нижних слоях электролита понижается. При достижении уровня предельно допустимого значения, например 150 мм, нижний спай термопары погружается в слой шлама на 10-20 мм, его температура снижается до 680°С, и разность температур равна 20°С, что позволяет приступить к операции удаления шлама. Для этого снимают со сборной ячейки герметичное укрытие. Открывают запорное устройство санитарно-технического отсоса и производят отвод санитарно-технических газов с одновременным извлечением шлама из сборной ячейки. После извлечения шламо-электролитной смеси закрывают запорное устройство системы отсоса, устанавливают герметичное укрытие и продолжают процесс электролиза.

Результаты исследований приведены в таблице

Пример	Заданная разница температур, °С	Выход по току, %	Период между извлечениями шлама, сут	Загазованность при извлечении шлама
1	0-3	83	7	Нет
2	5-15	86	45	нет
3	5-20	83	56	нет
4	Прототип	80	14	Превышает ПДК

Таким образом, предложенный способ позволяет оптимизировать процесс удаления шлама из электролизера. При учете образования шлама по времени работы электролизера, и уменьшении периодичности выборки шлама из электролизера приходится меньше разгерметизировать сборную ячейку, что снижает степень гидролиза хлорида магния и тем самым:

- снижается количество шлама в электролизере;

- повышается срок службы графитовых электродов за счет уменьшения их окисления;

- улучшается качество хлорсодержащих газов за счет исключения разбавления их воздухом.

Кроме того, при извлечении шлама уменьшается загазованность в цехе, снижается пассивация катода. Все это позволит повысить выход магния по току.

1. Способ электролитического получения магния и хлора, включающий загрузку хлормагниевого сырья в электролизер, герметизацию электролитических и сборных ячеек, электролитическое разложение сырья на магний и хлор, удаление хлорсодержащих газов и санитарно-технических газов из электролитических ячеек при отключенном санитарно-техническом отсосе и периодическое извлечение шлама, отличающийся тем, что измеряют температуру в верхнем и нижнем слоях электролита, извлечение шлама начинают при достижении разности температур в верхнем и нижнем слоях электролита 5-20°С и ведут при разгерметизации сборной ячейки и включенном санитарно-техническом отсосе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру в верхнем слое электролита измеряют в электролитических ячейках у катода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру в нижнем слое электролита измеряют в сборной ячейке у подины.