Электролизер с биполярными электродами

 

Класс 40с, 6 -.-

Ъ 423Î2

1 !

ОПИСННИЕ электролиэера с биполярными электродами.

К авторскому свидетельству И. Г. Щербакова, заявленному 5 июня

1934 года (спр. о перв. № 148736).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 марта 1935 года. (230) Предлагаемый электр олизер предназначен для получения магния электролизером расплава, в котором присутствует хлормагний. В этих условиях достаточно устойчивая против разрушения электролитом ванна может быть сложена из шамотового кирпича или плит на глине. Оссбенно благоприятны такие плавленые материалы, как, например, кварц, диабаз, муллит, которые совершенно непроницаемы для расплава и могут свариваться автогеном или вольтовой дугой, т. е. образовывать цельнолитые ящики для ванн.

Как и обычно в сеоийных ваннах, кожух имеет ряд каналов и выступов для вкладывания в них электродов, разделяю|цих ванну на такой же ряд узких ячеек. Перегородки представляют собою металлические или угольные, или графитовые плиты. Ток подводится и проходит обычным путем для таких ванн.

Ванна описанного вида имеет тот недостаток, что в ней нельзя сблизить электроды настолько, насколько это возможно в параллельной системе. В серийной системе это расстояние сближения должно позволять выгребанию шламма, удалению магния и предназначено для устранения слишком быстрого обеднения электролита магнием и слишком сильного разбрызгивания его пузырьками хлоргаза, а также для уменьшения утечек тока вдоль стенок ванны между электродами и т. и.

Согласно изобретению в электролизере с биполярными электродами, с целью сокращения расстояния между электродами без уменьшения междуэлектродного пространства, биполярные электроды выполнены в виде пластин, соединенных электрически с катодной стороны с решетками, расположенными параллельно на требуемом расстоянии от анодной стороны смежных электродов. Для регулирования же расстояния между электродами катодные решетки или ее вертикальные звенья выполнены подвижными.

На чертеже фиг. 1 изображает предлагаемый электролизер в разрезе; фиг. 2— то же в продольном разрезе по линии АВ на фиг. 1; фиг. 3 — две проекции поворотного устройства решетки; фиг. 4— то же видоизмененного устройства.

Биполярный электрод, примененный в предлагаемом электролизере(фиг. 1 и 2), представляет собою угольную или другого проводящего ток материала пластину 1, 2 (фиг. 1 и 2), поставленную вертикально, заделанную внизу и с боков в не проводящие ток стенки ванны и служащую одной стороной в качестве анода 2.

С катодной стороны пластины укреплены решетки 3 из железа или другого материала-проводника, образующие действующую катодную поверхность.

Эти решетки 3 расположены на известном расстоянии от поверхности пла- стины 1 параллельно последней.

Решетки 3 и пластины 1 электри е- ски соединены стержнями 4, проводя- щими ток и целиком погруженными в электролит. Кроме того, решетки 3 выступают выше уровня электролита и не заделaíû в футеровку стенок ванны.

Угольная пластина 1 имеет вв рху надставку 5, расположенную выше уров- ня электролита и выполненную из ка- кого-либо материала, достаточно стой- кого в условиях электролиза, как напри- 1 мер, шамота и т. и. Эти надставки 5 служат для полного разделения электролизера на ячейки, которые и осуществляют биполярную систему.

Угольная пластина 1 гладкой своей стороной 2 работает, как анод; другая сторона угля с укрепленной на ней катодной решеткой 3 во время электролиза оказывается слабо поляризованной; в основном же катодом служит поверхность решетки 3.

Ряд подобного рода сдвоенных электродов ставится в ванне параллельно на равных друг от друга расстояниях„ причем расстояние от аподной угольной поверхности одной электродной системы до поверхности катодной решетки другой системы достаточно мало. Благо- даря этому напряжение между парой соседних электродных cttñòãì может быть очень небольшим, Если применяемый материал электро- дов одинакоьо стоек в качестве катод- ного и анодного, а также достаточно прочен в механическом отношении, то электродная система может представить собой в простейшем случае параллельно стоящие тонкие пластину и решетку 3, соединенные одним или несколькими стержнями 4, перпендикулярными t; обеим поверхностям и расположенными между последними. Стержни 4 должны бьггь расставлены таким образом, чтобы воз- можно меньше мешать обслуживанию ванны, как например, выгребанию шламма и т. и. по вертикальным краям пластин 1 и решеток 3, Если анод 2 должен состоять из иного материа",а, чем катод, то описанная си- стема может быть изготовлена целиком из металла, например, железа, стали и т. п. и к ее пластине может быть плотно прижата угольная пластина. В иных случаях на нее может быть нанесен хлороустойчивый слой иного металла или сплава. Края соединенных плоских пар заделываются в непроводящих стенках ванны или выступах и для увеличения и улучшения контакта прочности могут быть залиты чугуном и тому подобным материалом, В видоизмеченном приеме сборки электродной пары катодная решетка соединительными стержнями (без пластины) может быть поставлена свободными концами стержней на анодную угольную пласти у и «а нее же залит чугун, Таким образом получится слой чугуна, который, плотно прилегая к анодной угольной пластине, закрепляет и концы соединительных стержней, осуществляя необходимый электрический контакт между анодной пластиной и катодной решеткой. Для усиления прочности соединения анодная угольная плита может иметь расширяющиеся внутрь углубления, в которые входит чугун при заливке. Вместо чугуна могут бь ть применены соответствующие более стойкие против коррозии сплавы.

Для увеличения срока службы электродной системы в "-нодных пластинах необходимо пгимепять наиболее плотные сорта электродного угля, а также подходящие наполнители, сводящие до минимума пористость угля.

Крышка ванны электролизера должна быть снабжена хорошей теплоизоляцией и изготовляется цельной или составной.

Удаление хлора из ванны может производиться через одиц патрубок, укрепленный в крышке или стенке. Над электродами может оставаться свободное пространство 11, которым соединены все ячейки. В зависимости от мощности ванны количество хлороотводных патрубков 12 может быть и больше одного, что особенно необходимо для чистки.

Циркуляция электролита, подаваемого в ванну по каналу 8, осуществля тся преимущественно последовательно из ячейки в ячейку с помощью соответствующих жолобов б и каналов 7, У одной и другой стенок ванны дно жолоба б может находиться выше уровня электролита, который заполняет жолоб б только в моменты перепускания электролита, т. е. приливания свежих порций в крайнее отделение.

Как и во всяких биполярных системах подобные каналы вызывают известную утечку тока. Жолоб 6 проходит в непроводящей верхней анодной надставке 5 и служит для слива электролита в соседнюю ячейку через вертикальный канал 7, имеющийся в стенке ванны между концами соседних анодов. Этот же канал 7 служит для направления электролита на дно соседней ячейки, Удаление магния производится через люки 9, расположенные над вертикальными каналами 7, отводящими электролит из одного отделения на дно соседнего, т. е. на каждые две соседние электр олитические ячейки приходится один люк 9 для вычерпывания магния.

При перетекании электролита вниз по вертикальному каналу 7 магний не опускается вместе с электролитом, но удерживается в канале и всплывает наверх в перерыве течения струи. При большой скорости струи металл перемешивается с электролитом и перетекает по вертикальному каналу 7 в соседнее отделение и так доходит до последнего и отсюда выходит из ванны с отработанным электролитом, от которого отделяется в приемниках-отстойниках для электролита. При этом способе работы люки 9 прч каждой второй ячейке для вычерпывания требуешься открывать редко. В упрощенном типе ванны вертикальные каналы 7 отсутствуют и магний перетекает из ячейки в ячейку с электролитом и выпускается с ним из последней ячейки.

Регулирование силы тока происходит без затруднений только при анодах, не изменяющихся с течением времени.

Бсли аноды срабатываются сравнительно быстро, как например, графитовые, то расстояние между катодом и анодом постепенно возрастает и поэтому требуется регулировать или катодную решетку или напряжение генератора.

Катодная решетка 3 состоит из параллельных вертикальных стержней 10 (фиг. 3). Верхние концы их могут поворачиваться или перемещаться в отверстиях штанги 4. Ось вращения каждого стержня 10 во втулке 14 смещена относительно оси нижней рабочей части стержня 10, благодаря чему эта часть может приближаться или удаляться по отношению к анодной поверхности при вращении верхнего конца. Поворачивание стержней 10 на необходимый угол производится периодически. Так как все элементы решетки 3 целиком погружены в электролит, то при поворачивании головок 13 стержней 10, имеющих квадратную или иную форму, инструмент для их поворота тоже погружается в электролит, благодаря чему уровень последнего несколько снижается для обнажения головок 13. Регулирование напряжения на ванне при временных неполадках путем поворачивания катодов неудобно. Соответствующая регулировка достигается изменением напряжения генератора, питающего ванну. В помощь последней может употребляться также тепловое регулирование посредством вентиляционных каналов, расположенных в стенках ванны. При употреблении электрических машин с достаточно широкой регулировкой силы тока все элементы катодной решетки могут быть неподвижны. В этом случае сила тока и производительность одной ванны по мере утончения анодов уменьшается, но общая производительность нескольких ванн может оставаться постоянной, если смена анодов в них происходит в разное время.

Описанный электролизер может быть применен для получения различных металлов путем электролиза расплавленных сред, напрпмер, магния, натрия и т. п. Исходный материал может представлять чистую соль металла или смесь ее с другими солями (например, карналлит). В первом случае количество периодически или непрерывно добавляемого в ванну исходного материала может быть недостаточно по объему для вытеснения подходящей порции выделенного током металла или вытеснения его подходящим объемом расплавленного электролита, нужный небольшой запас которого имеется специально для этой цели.

Предмет изобретения.

1. Электролизер с биполярными электродами, преимущественно для олучения магния, отличаю1цийся тем, что с целью сокращения расстояния между электродами без уменьшения междуэлектродного пространства, биполярные электроды выполнены в виде пластины 1, с катодной стороны электрически соединенной с параллельно расположенными решетками 3 на желаемом расстоянии от анодной стороны 2 смежных электродов (фиг. 1).

2. Форма выполнения электролизера по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью регулирования расстояния между электродами, катодные решетки или отдель-ные их вертикальные звенья устроены подвижными (фиг. 3).

3. В электролизере по пп. 1 и 2 применение электродов, составленных из, нескольких примыкаюп,их друг к другу частей, укрепленных в стенках из изолирующего материала, могущих иметь, отверстия или каналы для перетекания, электролита из одной камеры в. дру-гую.

Эксперт В. С. Лызлов

Редактор Л. й. Корчагин

Тип. „Г!ечатиый Труд . Зак. 35"8 — 46б