Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления


 


Владельцы патента RU 2405865:

Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (ОАО "РИТМ") (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству магния и хлора электролизом расплавленных солей. Способ включает создание направленного над катодами потока электролита с магнием в сторону верхних циркуляционных окон за счет изменения величины газонаполнения электролита по длине электролитических отделений. Электролизер содержит футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними циркуляционными окнами на одно или несколько электролитических отделений с чередующимися анодами и катодами, и сборную ячейку, футеровка продольной стены в электролитическом отделении выполнена с нависанием над катодными экранами, при этом расстояние между торцами анодов и футеровкой равно 0,5÷1,5 среднего межэлектродного расстояния для достижения повышенного газонаполнения электролита в районе катодных экранов, разделительная перегородка выше верхних циркуляционных окон размещена относительно торцов анодов на расстоянии, равном 1,5÷4 средних межэлектродных расстояний для поддержания пониженного газонаполнения электролита у разделительной перегородки. Обеспечивается повышение выхода магния по току. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству магния и хлора электролизом расплавленных солей.

Известен способ получения магния и хлора в бездиафрагменном электролизере, состоящем из сборных и рабочих ячеек, в которых находятся аноды и катоды, разделенных перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами. Благодаря газонаполнению уровень электролита в рабочих ячейках выше, чем в сборных, вследствие чего электролит с корольками магния перетекает из рабочих ячеек в сборные (И.И.Иванов, М.В.Ляндлес, О.В.Прокофьев. Производство магния. - М.: Металлургия, 1979, с.158).

Недостатком известного способа является невозможность управления циркуляционным потоком с точки зрения полного и быстрого вывода металла из рабочих ячеек.

Известен способ получения магния и хлора, описанный в патенте РФ №2095482, C25C 3/04, в котором направленная замкнутая циркуляция электролита создается в магниевом электролизере, включающем металлический кожух с огнеупорной футеровкой, образующей рабочее пространство, разделенное перегородкой с переточными каналами на отделение для накопления магния и электролитическое отделение для размещения введенных через футерованные стенки стальных катодов с экранами и введенных через подину или через перекрытие углеродистых анодов. Направленная циркуляция электролита обеспечивается:

- более высокой объемной плотностью тока на участках, удаленных от отделения накапливания магния, за счет увеличения высоты катодных экранов,

- применением разновеликого межполюсного расстояния по длине рабочей ячейки,

- установкой на катоды направляющих желобов.

Недостатком известного способа является то, что применение всех перечисленных технических решений не обеспечивает полного и быстрого вывода магния из рабочих отделений. Проведенные газогидродинамические исследования на водной модели электролизера в масштабе 1:1 показали, что установка разновеликого межэлектродного расстояния по длине рабочего отделения, а тем более использование направляющих желобов на катоде, приводит к образованию вихревых нисходящих потоков по межэлектродному пространству, препятствующих перемещению электролита к переточным каналам. Время пребывания корольков магния в хлоронасыщенной зоне увеличивается, что приводит к снижению выхода по току. Некоторое повышение плотности тока в районе катодных экранов не обеспечивает в полной мере направленного потока электролита с магнием в сторону верхних переточных каналов.

Известен способ получения магния и хлора из содержащего MgCl2 расплава солей в электролизере с одной или несколькими камерами электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейкой для сепарации магния, отделенной от камеры электролиза перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами, взятый в качестве прототипа (патент РФ №2243295), включающий поддержание газонаполнения электролита хлором в межэлектродном зазоре, организацию циркуляции, направленной над катодами в сторону верхних циркуляционных каналов, путем изменения высоты верхних циркуляционных каналов в зависимости от межэлектродного пространства, а также обеспечением переменной площади сечения межэлектродных зазоров по ходу движения восходящих потоков электролита.

Как показали гидродинамические испытания на водной модели электролизера-прототипа, основным его недостатком является образование в камере электролиза двух равноценных, четко выраженных циркуляционных контуров противоположного направления:

- часть потока электролита направлена в сторону верхнего циркуляционного канала (основной контур),

- другая часть потока - в сторону катодного экрана (обратный контур).

В циркуляционном контуре, направленном в противоположную от разделительной перегородки сторону, многократно вращаясь, магний дробится на мелкие капли. Увеличивается время пребывания их в хлоронасыщеной зоне, что приводит к значительным потерям металла и снижению выхода по току.

При равномерном газонаполнении электролита по ширине камеры электролиза разделение контуров на основной и обратный происходит практически по центру электродов.

Изменение высоты верхних переточных каналов регулирует количество пузырьков газа, выбрасываемых в сборную ячейку, но мало влияет на разницу газонаполнения электролита над катодными экранами и у разделительной перегородки. Перепада газонаполнения электролита по длине камеры электролиза недостаточно для направления максимальной массы электролита с магнием в сторону разделительной перегородки.

Переменная площадь сечения межэлектродных зазоров по ходу движения восходящих потоков электролита способствует возникновению внутренних вихревых контуров между электродами, направленными перпендикулярно основному контуру и ослабляющему его.

Задачей изобретения является создание благоприятных гидродинамических условий для быстрого и полного вывода магния из электролитических отделений.

Технический результат направлен на повышение технологических показателей электролизера.

Данная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения магния и хлора из расплавов хлормагниевых солей в электролизере, содержащем футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними циркуляционными окнами на одно или несколько электролитических отделений с чередующимися анодами и катодами с катодными экранами, и сборную ячейку, включающем создание замкнутой циркуляции электролита между электролитическими отделениями и сборной ячейкой, для создания потока электролита с магнием, горизонтально направленного над катодами в сторону верхних циркуляционных окон, формируется зона повышенного газонаполнения электролита в районе катодных экранов путем выполнения футеровки продольной стены в электролитическом отделении с нависанием над катодными экранами и с расстоянием между торцами анодов и футеровкой, равным 0,5÷1,5 среднего межэлектродного расстояния, и зона пониженного газонаполнения электролита - у разделительной перегородки.

В электролизере для осуществления вышеописанного способа получения магния и хлора, включающем футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними циркуляционными окнами на одно или несколько электролитических отделений с чередующимися анодами и катодами и сборную ячейку, футеровка продольной стены в электролитическом отделении выполнена с нависанием над катодными экранами. При этом расстояние между торцами анодов и футеровкой равно 0,5÷1,5 среднего межэлектродного расстояния.

Кроме того, разделительная перегородка выше верхних циркуляционных окон размещена относительно торцов анодов на расстоянии, равном 1,5÷4 средних межэлектродных расстояний.

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

Продольный разрез электролизера для получения магния и хлора представлен на чертеже. Электролизер содержит футерованную ванну 1, разделительную перегородку 2 с верхними 3 и нижними 4 циркуляционными окнами, сборную ячейку 5 и электролитическое отделение 6, в которых размещены аноды 7 и катоды 8 с катодными экранами 9.

Электролизер работает следующим образом.

В сборную ячейку 5 электролизера заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам. При прохождении электрического тока на анодных поверхностях 7 выделяется газообразный хлор, а на катодных 8 - жидкий магний.

Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются вверх между рабочими поверхностями электродов. Хлор сепарируется от электролита в электролитическом отделении 6, а электролит с магнием через верхние циркуляционные окна 3 в разделительной перегородке 2 выносится в сборную ячейку 5, где происходит отделение металла от основного циркулирующего потока электролита. Этот поток электролита через нижние циркуляционные окна 5 возвращается в электролитическое отделение электролизера.

По результатам газогидродинамических испытаний на водной модели электролизера в масштабе 1:1 и исследований на полупромышленных электролизерах установлено, что в рабочих отделениях бездиафрагменного электролизера за счет газонаполнения наблюдается повышение уровня электролита относительно уровня в сборной ячейке. Изменение подъема уровня электролита по длине рабочего отделения характеризует условия выноса магния в сборную ячейку. Для хорошо работающего электролизера характерно повышенное газонаполнение электролита, обеспечивающее больший подъем уровня расплава в районе катодных экранов, и пониженное газонаполнение с меньшим подъемом уровня электролита в районе верхних циркуляционных окон. Этот перепад уровней создает достаточный гидродинамический напор для организации упорядоченного и ускоренного движения всего поднимающегося вдоль электродов потока в сторону разделительной перегородки. В предлагаемом способе этот результат достигается тем, что в электролизере в районе катодных экранов формируется зона повышенного газонаполнения электролита и зона пониженного газонаполнения электролита - у разделительной перегородки.

Повышение уровня электролита в районе катодных экранов 9 достигается выполнением нависающей над катодными экранами футеровкой, что уменьшает свободное пространство между торцами анодов и продольной стенкой, затрудняя сепарацию хлора от электролита, повышая газонасыщение в этом районе. Как было установлено при исследованиях, проводимых на гидродинамической модели электролизера, оптимальное размещение нависающей футеровки относительно торцов анодов зависит от среднего межэлектродного расстояния и составляет 0,5÷1,5 от него. При зазоре между торцами анодов и нависающей футеровкой менее 0,5 среднего межэлектродного расстояния возможно зашламление его с утечками тока через футеровку электролизера. Превышение этого расстояния более 1,5 среднего межэлектродного расстояния приводит к появлению замкнутого обратного циркуляционного контура, увлекающего магний, что увеличивает его потери от окисления хлором. Это приводит к снижению выхода по току.

Увеличение расстояния между торцами анодов и разделительной перегородкой выше верхних циркуляционных окон улучшает сепарацию хлора в электролитическом отделении, что обеспечивает понижение уровня электролита в этом районе. Это расстояние тоже зависит от среднего межэлектродного расстояния. Соотношение менее 1,5 недостаточно для сепарации хлора в электролитическом отделении, большая часть пузырьков газа проскакивает через циркуляционные окна в сборную ячейку. Высокое газонаполнение электролита у разделительной перегородки препятствует направленному движению потока через циркуляционные окна.

При превышении расстояния между торцами анодов и разделительной перегородкой выше верхних циркуляционных окон более 4 средних межэлектродных расстояний скорость и полнота выноса магния в сборную ячейку значительно снижается. Перед разделительной перегородкой в электролитических ячейках образуются нисходящие замкнутые контуры, в которых неоднократно вращается и дробится магний. Это приводит к дополнительным его потерям и снижению выхода магния по току.

Таким образом, подбор оптимальных конструктивных решений электролизера позволяет упорядочить циркуляцию электролита в электролитических отделениях, ликвидировать обратный контур, создать благоприятные газогидродинамические условия для максимально полного и быстрого вывода магния в сборную ячейку путем организации потока электролита с магнием, горизонтально направленного над катодами в сторону верхних циркуляционных окон. Это снижает потери магния и обеспечивает существенное повышение выхода магния по току.

Предложенные решения позволяют организовать стабильную работу электролизера с повышением его технико-экономических показателей.

1. Способ получения магния и хлора из расплавов хлормагниевых солей в электролизере, содержащем футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними циркуляционными окнами на одно или несколько электролитических отделений с чередующимися анодами и катодами с катодными экранами, и сборную ячейку, включающий создание замкнутой циркуляции электролита между электролитическими отделениями и сборной ячейкой, отличающийся тем, что создают поток электролита с магнием, горизонтально направленный над катодами в сторону верхних циркуляционных окон, формируя зону повышенного газонаполнения электролита в районе катодных экранов путем выполнения футеровки продольной стены в электролитическом отделении с нависанием над катодными экранами и с расстоянием между торцами анодов и футеровкой, равным 0,5÷1,5 среднего межэлектродного расстояния, и зону пониженного газонаполнения электролита - у разделительной перегородки.

2. Электролизер для получения магния и хлора из расплавов хлормагниевых солей с замкнутой циркуляцией электролита, содержащий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними циркуляционными окнами на одно или несколько электролитических отделений с чередующимися анодами и катодами с катодными экранами, и сборную ячейку, отличающийся тем, что футеровка продольной стены в электролитическом отделении выполнена с нависанием над катодными экранами, при этом расстояние между торцами анодов и футеровкой равно 0,5÷1,5 среднего межэлектродного расстояния.

3. Электролизер по п.2, отличающийся тем, что разделительная перегородка выше верхних циркуляционных окон расположена от торцов анодов на расстоянии, равном 1,5÷4 средних межэлектродных расстояний.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролизеру для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей. .
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу производства магния и хлора, получаемого из оксидно-хлоридного сырья, например серпентинита, брусита, магнезита, шламов магниевого производства.
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу подготовки хлормагниевого сырья методом обезвоживания к процессу электролитического получения магния и хлора.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу получения магния и хлора и технологической линии для его осуществления. .
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам подготовки хлормагниевого сырья к процессу электролитического получения металлического магния за счет расширения сырьевой базы и использования новых источников хлормагниевых соединений.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке возгонов, получаемых при прохождении хлорсодержащих газов через хлорные коммуникации и фильтры.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению металлического магния электролизом расплавленных солей в электролизерах. .
Изобретение относится к области металлургии и химической технологии неорганических веществ. .
Изобретение относится к производству цветных металлов, в частности к производству магния электролизом расплавленных солей в поточной линии. .

Изобретение относится к способу получения магния и диоксида углерода из оксидно-фторидных расплавов
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам подготовки и очистки хлормагниевого сырья - хлорида магния для электролитического получения магния
Изобретение относится к способу получения карналлита из хлормагниевых растворов

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

Изобретение относится к тепловому регулированию электролизеров для получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии. Печь кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевого сырья включает корпус 1 печи в виде шахты с патрубком 3 для подачи хлормагниевого сырья и патрубком 4 для вывода готового продукта, стальные компенсаторы со слоем огнеупорной футеровки, установленные с двух сторон в шахте печи под углом к корпусу с образованием пространства между компенсатором и корпусом 1, перегородки 8, разделяющие шахту на камеры 9, 10, 11, газораспределительную решетку в виде подины с отверстиями, закрытыми уголками 15, разделенными горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю части, коллектор 19 для подвода холодного воздуха в уголки 15 и коллектор 20 для отвода нагретого воздуха из уголков 15, трубопроводы, соединяющие уголки 15 с коллекторами, топки 23 и камеры 24 для топочных газов. Коллектор 19 и коллектор 20 размещены в пространстве между корпусом 1 и компенсаторами по всей длине печи. В компенсаторах и в слое огнеупорной футеровки выполнены отверстия, в которых размещены трубопроводы, соединяющие уголки 15 с коллекторами 19 и 20. Изобретение позволяет повысить производительность печи. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии. Устройство включает емкость в виде футерованного кожуха, разделенную перегородками на камеру плавления карналлита, камеру хлорирования расплава, выполненные с возможностью обогрева графитированными электродами, и камеру отстоя расплава, фурмы для подачи хлорсодержащего газа, летки для слива расплава. Камера хлорирования расплава выполнена с возможностью обогрева четырьмя электродами, размещенными парами со смещением в сторону боковых стенок. Расстояние L между стенкой камеры хлорирования и парой электродов равно 600-700 мм. Отношение расстояния L1 между осями двух электродов к расстоянию L2 между осями двух пар электродов равно 1:(2-3). Отношение общей площади электродов S1 к общей площади S2 камеры хлорирования равно 1:(25-50), а соотношение высоты h заглубления электродов в расплав к высоте Н электродов равно 1:(3-6). Обеспечивается увеличение скорости прогрева камеры хлорирования и снижается время пребывания расплава в ней, а также повышается степень очистки карналлита от примесей. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к цветной металлургии. Электролизер для получения магния и хлора включает продольные и торцевые вертикальные стенки, образующие ванну, футерованную огнеупорным материалом и разделенную перегородкой на сборную ячейку и электролитическое отделение. В перегородке выполнен переточный V-образный канал с выступом. В электролитическом отделении размещены чередующиеся между собой аноды и катоды с экраном и со штангами в продольной стенке ванны. Верхняя часть продольной стенки ванны выполнена переменного сечения в виде выступов с увеличением ее ширины сверху вниз в сторону катодных штанг. На верхнем выступе установлено перекрытие с патрубком для отвода газов, а нижний выступ выполнен наклонным. На торце катода сверху со стороны перегородки выполнен срез Z-образной формы, на торце катода снизу - срез с наклоном в сторону электролитического отделения. Выступ V-образного переточного канала перегородки размещен напротив среза Z-образной формы катода. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству металлического магния электролизом расплавленных солей. Электролизер для получения магния и хлора содержит ванну с продольными и торцевыми стенками, футерованную изнутри огнеупорным материалом, перегородку, разделяющую ванну на сборную ячейку и на одно или несколько электролитических отделений. В электролитическом отделении размещены катоды и аноды, скрепленные в анодные блоки. Под токоподводом к анодным блокам с двух сторон жестко прикреплены вертикальной стороной угловые профили. К горизонтальной стороне углового профиля снизу жестко прикреплена арматура и установлена огнеупорная балка. Ширина верхней стенки огнеупорной балки равна горизонтальной стороне углового профиля. Укрытие сборной ячейки выполнено по всей ее длине в виде двух Г-образных профилей, жестко скрепленных металлической стяжкой, под которой размещен огнеупорный материал, высота которого равна высоте вертикальной стороны профиля. Горизонтальная сторона Г-образных профилей укрытия установлена с одной стороны на продольной стенке сборной ячейки, а с другой стороны - на перегородке. Укрытие сборной ячейки может быть разделено на три части. Обеспечивается снижение попадания воздуха в электролизер и снижение образования шлама. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению магния и хлора электролизом хлормагниевого сырья. Технический результат - повышение срока службы электролизера, уменьшение трудозатрат и повышение точности измерения. Устройство содержит датчики, установленные в вертикальных каналах анодных блоков в защитных чехлах. Устройство снабжено программируемым контроллером, компьютером и исполнительным механизмом. При этом защитные чехлы с датчиками в виде датчиков температуры и уровня электролита установлены в вертикальных каналах, выполненных на наружной поверхности стенок анодных блоков напротив продольной стенки емкости со стороны катодного токоподвода. Причем в одном вертикальном канале установлен защитный чехол с датчиком температуры, а в другом - защитный чехол с датчиком уровня электролита. Вывод датчика температуры по линии связи соединен с вводом программируемого контроллера, вывод которого соединен с вводом компьютера, а вывод компьютера соединен с исполнительным механизмом, подключенным к шунту шинопровода. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх