Электролизер для получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройству для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей. Электролизер включает футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними переточными окнами на технологическую ячейку и рабочее отделение, в котором размещены аноды и катоды. В нижней части на 1/4-3/4 высоты катоды имеют плоскопараллельные рабочие поверхности, а в верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью катода и анодом. Рабочие поверхности верхней части катодов наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния. Граница между нижней и верхней частями катодов расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3° до 15° к горизонтали. Техническим результатом изобретения является повышение выхода магния по току за счет создания оптимальной гидродинамической обстановки для выноса металла из рабочих отделений электролизера в технологическую ячейку. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройству для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора (а.с. СССР №1735437, опуб.23.05.92, бюл.19), содержащий сборную ячейку для магния и рабочее отделение, которое отделено от сборной ячейки арочной стенкой с V-образными переточными каналами. В рабочем отделении установлены аноды и катоды, межэлектродное расстояние между которыми на 0,75-0,85 высоты катода от его верхней кромки выполнено возрастающим в направлении от сборной ячейки и убывающим в указанном направлении на остальной высоте катода.

Недостатками этого электролизера являются сложные газогидродинамические условия вывода магния из хлоронасыщенной зоны, отсутствие организованного направленного циркуляционного потока в сторону сборной ячейки. Многократное вращение масс магния в вертикальной плоскости увеличивает путь и время его пребывания в рабочем пространстве и контакт металла с хлором, что увеличивает потери магния и снижает выход по току.

Известен способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления (патент РФ №2243295, опуб. 05.05.03 г., бюл.36), принятый по количеству общих признаков за ближайший аналог-прототип, в котором камеры электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейка для сепарации магния, отделенная от камер электролиза перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами. Высота катода превышает межэлектродный зазор в 25-60 раз, а рабочая поверхность катода или анода выполнена с наклоном к вертикали под углом 38′ - 1° 26′.

Недостатком этого электролизера является повышенное сопротивление циркуляционному потоку электролита, входящему в зауженное межэлектродное пространство в нижней части электродов, где подъемная эжектирующая сила хлорного веера имеет минимальную величину. В результате возможно прерывание и изменение циркуляционного контура, образование застойных зон в рабочем отделении с задержкой и потерей в них магния, приводящих к снижению выхода по току.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении выхода магния по току за счет создания оптимальной гидродинамической обстановки для выноса металла из рабочих отделений в технологическую ячейку.

Технический результат достигается изменением конструкции катода. Предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними переточными окнами на технологическую ячейку и рабочее отделение, в котором размещены аноды и катоды, в нижней части на 1/4-3/4 высоты имеющие плоскопараллельные рабочие поверхности, а в верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью катода и анодом.

Кроме того, рабочие поверхности верхней части катодов наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния.

Кроме того, граница между нижней и верхней частями катодов расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3° до 15° к горизонтали.

Данная конструкция электролизера позволяет значительно снизить сопротивление входящему потоку электролита снизу в межэлектродное пространство и организовать направленный поток электролита с магнием из рабочих отделений в технологическую ячейку.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».

Электролизер для получения магния и хлора представлен на фиг.1 и 2. Электролизер содержит кожух 1, огнеупорную футеровку 2, разделительную перегородку 3 с верхними и нижними переточными окнами 4, технологическую ячейку 5 и рабочее отделение 6, в котором размещены аноды 7 и катоды 8. Нижняя часть 9 катода 8 имеет плоскопараллельные рабочие поверхности, а рабочие поверхности верхней части 10 наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния. В верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью 9 катода 8 и анодом. Граница 11 между нижней частью 9 и верхней частью 10 катода 8 расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3° до 15° к горизонтали.

Электролизер работает следующим образом.

В электролизер заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам. При прохождении электрического тока на анодных поверхностях выделяется газообразный хлор, а на катодных - жидкий магний.

Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются вверх между рабочими поверхностями электродов. Хлор сепарируется от электролита в рабочем отделении, а электролит с магнием через переточные окна в разделительной перегородке выносится в технологическую ячейку, где происходит отделение металла от основного циркулирующего потока электролита. Этот поток электролита через нижние переточные окна возвращается в рабочее отделение электролизера.

По результатам гидродинамических испытаний определено, что при высоте нижнего участка катода менее 1/4 его общей высоты в межэлектродном пространстве образуются внутренние замкнутые циркуляционные контуры, направленные вдоль катода вниз, увлекающие повторно капли магния в хлорный веер, что приведет к снижению выхода по току.

При высоте нижнего участка катода более 3/4 его общей высоты ухудшаются условия сепарации хлора в рабочем отделении, повышается газонаполнение электролита, магний дробится на мелкие капли, возрастают его потери, что также снижает выход по току.

Предложенная конструкция электролизера, а конкретно конструкция катода, создает благоприятную газогидродинамическую обстановку в рабочем отделении, обеспечивающую максимально быстрый вынос магния в технологическую ячейку при минимальных его потерях и повышение выхода магния по току.

1. Электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними переточными окнами на технологическую ячейку и рабочее отделение, в котором размещены аноды и катоды, отличающийся тем, что в нижней части на 1/4-3/4 высоты катоды имеют плоскопараллельные рабочие поверхности, а в верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью катода и анодом.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что рабочие поверхности верхней части катодов наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что граница между нижней и верхней частями катодов расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3 до 15° к горизонтали.