Электролизер для получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей. Техническим результатом является снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения электросопротивления электролита между анодом и катодом. Электролизер для получения магния и хлора включает футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхним и нижним переточными окнами на сборную ячейку и электролитическую ячейку, в которой размещены аноды и катоды, выполненные в виде двух параллельных пластин, между которыми размещены наклонные направляющие полочки с уклоном к сборной ячейке. Электролизер содержит две полочки, размещенные параллельно верхней грани катода и выполненные от торцов катода до наклонных полочек с образованием горизонтального циркуляционного канала. Две другие направляющие полочки размещены наклонно с образованием канала переменного сечения, при этом верхняя часть наклонного канала соединена с горизонтальным каналом, а нижняя часть наклонного канала размещена ниже нижнего переточного окна. В средней части анода выполнены хлоротводящие каналы, а катоды выполнены с наклонной поверхностью. Кроме того, в нижней части анод выполнен со скосом с уменьшением ширины сверху вниз, скос анода в нижней части выполнен параллельно наклонной поверхности катода, а хлоротводящие каналы выполнены от скоса анода до верхнего переточного окна. Кроме того, хлоротводящие каналы выполнены в виде чередующихся треугольных впадин с переменной глубиной впадины, наклонный циркуляционный канал катода размещен ниже нижнего края разделительной перегородки на 15-20 мм, а горизонтальный канал выполнен глубиной 25-35 мм. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей.

Снижение межэлектродного расстояния и увеличение рабочей высоты электродов является самым эффективным техническим направлением дальнейшей интенсификации и улучшения технико-экономических показателей электролизеров.

Известен электролизер для получения магния и хлора (а.с. СССР №398690, опубл. 27.09.73, бюл.38; а.с. СССР №544716, опубл. 10.02.2000, бюл.4; а.с. 1027287, опубл. бюл.25, 1983; пат. РФ №2087594, опубл. 20.08.97, бюл.23; пат. РФ № 2128245, опубл. 27.03.1999, бюл.9; пат. РФ 2166006, опубл. 27.04.2001, бюл.12), с хлоротводящими каналами. Аноды с хлоротводящими каналами отличаются друг от друга формой и расположением каналов. Каналы для отвода хлора могут находиться как внутри тела анода, так и на его рабочей поверхности. Все это позволяет избежать попадания хлора на поверхность катода и исключить снижения выхода магния по току.

Закрытые каналы, расположенные в теле анода, позволяют почти полностью удалять хлор из межэлектродного пространства, но они трудоемки и сложны по своему изготовлению. Открытые сквозные и несквозные хлоротводящие каналы, расположенные на рабочей поверхности анода, наиболее просты в изготовлении, однако каждый из них в отдельности не достаточно эффективен по отводу хлора из межэлектродного пространства.

Известен электролизер для получения магния (А.с. 585237, опубл. 25.12.77, бюл. 47) с верхним вводом анодов, включающий сборную, электролитическую и катодные ячейки, аноды, анодные перекрытия с разделительной перегородкой, катоды, выполненные в виде металлических листов, установленных по обеим сторонам анодов под углом относительно их рабочих поверхностей, в катодных ячейках по всей длине катода укреплены в наклонном положении металлические листы, выполненные со щелями, а катоды укреплены под углом относительно горизонтальной плоскости, вследствие чего межполюсное расстояние уменьшено сверху вниз.

Недостатком данного электролизера является то, что при равномерном распределении плотности тока на катоде не создается направленной циркуляции электролита с магнием в сторону сборной ячейки и потери магния за счет взаимодействия его с хлором сравнительно высоки, так как в межэлектродном пространстве не исключаются встречные потоки и замкнутая циркуляция газожидкостных потоков.

Известен электролизер для получения магния и хлора (Пат. РФ №1782065, опубл. 20.03.95 г., бюл.8), по количеству общих признаков принятый за ближайщий аналог-прототип и включающий кожух, футерованный корпус, разделенный перегородкой на сборную ячейку и электролитические отделения, в которых установлены сверху аноды и сбоку катоды. В разделительной перегородке выполнены верхние и нижние переточные окна. Катоды выполнены в виде двух параллельных пластин с закрепленными между ними с наклоном к сборной ячейке полочками. Данная конструкция электролизера позволяет за счет создания оптимальных гидродинамических условий снизить потери магния и повысить таким образом выход магния по току.

Недостатком данного электролизера является то, что данная конструкция не позволяет снизить расход электроэнергии, так как при подобном размещении катода и анода нельзя уменьшить межэлектродное расстояние, и тем самым уменьшить электросопротивление электролита между катодом и анодом, что приводит к большим потерям электроэнергии во время проведения процесса электролиза.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в снижении расхода электроэнергии за счет уменьшения электросопротивления электролита между анодом и катодом.

Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхним и нижним переточными окнами на сборную и электролитическую ячейку, в которой размещены аноды и катоды, выполненные в виде двух параллельных пластин, между которыми размещены наклонные направляющие полочки с уклоном к сборной ячейке, новым является то, что он содержит две полочки, размещенные паралельно верхней грани катода от его торцов до наклонных полочек с образованием горизонтального циркуляционного канала, а направляющие наклонные полочки размещены с образованием наклонного циркуляционного канала переменного сечения, верхняя часть которого соединена с горизонтальным каналом, а нижняя часть размещена ниже нижнего переточного окна, в средней части анода выполнены хлоротводящие каналы, а катоды выполнены с наклонной поверхностью.

Кроме того, в нижней части анод выполнен со скосом с уменьшением ширины сверху вниз.

Кроме того, скос анода в нижней части выполнен параллельно наклонной поверхности катода.

Кроме того, хлоротводящие каналы выполнены от скоса анода до верхнего переточного окна.

Кроме того, хлоротводящие каналы выполнены в виде чередующихся треугольных впадин с переменной глубиной впадины.

Кроме того, нижняя часть наклонного циркуляционного канала размещена ниже нижнего переточного окна на 15-20 мм.

Кроме того, горизонтальный канал выполнен глубиной 25-35 мм.

Данная конструкция электролизера позволяет значительно уменьшить межэлектродное расстояние между анодом и катодом и тем самым уменьшить электросопротивление электролита и снизить расход электроэнергии.

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 устройстве - электролизере для получения 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 устройства. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, 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 показан электролизер с верхним вводом анодов для получения магния и хлора. На фиг.2 - компоновка анодов и катодов в электролизере, на фиг.3 - анод с хлоротводящими каналами. Электролизер содержит кожух 1, огнеупорную футеровку 2, разделительную перегородку 3 с верхним переточным окном 4 и нижним переточным окном 5, сборную ячейку 6, электролитическая ячейка 7, в которой размещены аноды 8 с хлоротводящими каналами 9, со скосом 10 и два катода 11, размещенные наклонно и параллельно скосу анода, с двумя полочками 12 с образованием горизонтального канала 13, и с двумя наклонными полочками 14 с образованием переменного канала 15, направленного нижним концом к нижнему переточному окну.

Монтаж электролизера к работе.

Предварительно готовят два металлических листа катода 11, скрепленных между собой сваркой полочками 12 и 14. В середине анода 8 выше скоса 10 вырезают хлоротводящие каналы 9 переменной глубины, при этом хлоротводящие каналы выполнены в виде чередующихся треугольных впадин. Устанавливают аноды 8 в перекрытие электролизера, устанавливают с двух сторон анода 8 катоды 11 с подводом тока сбоку через футеровку. Электролизер герметизируют и начинают пуск электролизера.

Пример работы электролизера.

Электролизер для получения магния однорядный с верхним вводом анодов и фронтальной сборной ячейкой на силу тока 168-170 кА с удельным расходом электроэнергии постоянно тока не более 12,5 кВт/т магния. В качестве сырья используют возвратный хлорид магния с процесса получения губчатого титана.

В сборную ячейку заливают расплав хлоридов металлов, на аноды и катоды подают постоянный электрический ток. Под воздействием электрического тока хлорид магния разлагается на магний и хлор, в процессе электролиза осуществляют постоянную циркуляцию электролита из электролитических ячеек 7 в сборную ячейку 6 по переточным окнам 4 и 5 разделительной перегородки 3. По каналам 13 и 15 магний направляют к нижнему переточному окну 5 в сборную ячейку 6 и по мере накопления периодически извлекают из сборной ячейки, по хлоротводящим каналам 9 анода 8 хлор направляют в систему санитарно-технического отсоса.

Таким образом, предложенная конструкция электролизера для получения магния и хлора позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 600-800 кВт/час на тонну магния.

1. Электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхним и нижним переточными окнами на сборную ячейку и электролитическую ячейку, в которой размещены аноды и катоды, выполненные в виде двух параллельных пластин, между которыми размещены наклонные направляющие полочки с уклоном к сборной ячейке, отличающийся тем, что он содержит две полочки, размещенные параллельно верхней грани катода от его торцов до наклонных полочек с образованием горизонтального циркуляционного канала, а направляющие наклонные полочки размещены с образованием наклонного циркуляционного канала переменного сечения, верхняя часть которого соединена с горизонтальным каналом, а нижняя часть размещена ниже нижнего переточного окна, в средней части анода выполнены хлоротводящие каналы, а катоды выполнены с наклонной поверхностью.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в нижней части анод выполнен со скосом с уменьшением ширины сверху вниз.

3. Электролизер по п.2, отличающийся тем, что скос анода выполнен параллельно наклонной поверхности катода.

4. Электролизер по п.2, отличающийся тем, что хлоротводящие каналы выполнены от скоса анода до верхнего переточного окна.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что хлоротводящие каналы выполнены в виде чередующихся треугольных впадин с переменной глубиной впадины.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть наклонного циркуляционного канала размещена ниже нижнего переточного окна разделительной перегородки на 15-20 мм.

7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что горизонтальный канал выполнен глубиной 25-35 мм.