Электролизер для получения магния и хлора

 

Сущность: электролизер разделен перегородкой на рабочее отделение и отделение для сбора магния. В рабочее помещение устанавливают аноды и катоды. Катоды выполнены в виде двух параллельных пластин с закрепленными между ними под углом к сборному отделению полочками. Катодные пластины с торца, обращенного к сборному отделению, выполнены с фигурным выступом, соединенным с нижней полочкой и выходящим за пределы рабочего отделения. Причем оптимально выполнять выступ длиной, равной 1,0 - 1,8 толщины перегородки, с образованием угла между стороной выступа и нижней полочкой в 120 - 150°. Изобретение обеспечивает благоприятные гидродинамические условия для более полного выноса магния из рабочего отделения и накапливания его на поверхности электролита в сборной ячейке. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности в конструкции электролизеров для получения магния и хлора из расплавов хлоридов. Известно устройство для реализации электролитического процесса, имеющее электролитическую ячейку с чередующимися анодами и катодами двойного действия. Катоды имеют наклонное основание, один или несколько водных каналов в верхней горизонтальной части в вертикальный выходной вал. Недостатком данной конструкции электролизера являются неудовлетворительные гидродинамические условия сепарации металла в зонах его отделения и сбора. Как показали испытания гидромодели электролизеров подобных конструкций, значительное количество капель металла, выносимых вместе с электролитом через вертикальные выходные каналы, не успевая отделиться от расплава, возвращается в межэлектродные пространства, где взаимодействует с хлором. В основной массе это - мелкие капли магния (диаметром 5-2 мм и менее) с развитой контактной поверхностью, что повышает хлорируемость магния, увеличивает его потери, снижает выход по току. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора, включающий электролизерное отделение и сборную ячейку, разделенные перегородкой, аноды, катоды, выполненные в виде параллельно расположенных пластин, между которыми каскадно размещены полочки с уклоном в сторону сборной ячейки под углом 5-40^о к горизонтали, причем верхняя полочка находится от верха катода на расстоянии, равном _ его высоты, каждая нижняя расположена от верхней по вертикали на расстоянии - высоты катода, и полочки перекрывают друг друга на - своей длины. Недостатком данного электролизера является возврат значительной доли магния вместе с выносным из катода потоком электролита в межэлектродное пространство, где часть его теряется в результате взаимодействия с хлором. Выход магния по току снижается на 10-13%. Целью изобретения - сокращение потерь магния и повышения выхода по току за счет создания оптимальных гидродинамических условий. Поставленная цель достигается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, содержащем корпус, разделенный перегородкой на рабочее отделение и отделение для сбора магния, и размещенные в рабочем отделении аноды и катоды, выполненные в виде двух параллельных пластин с закрепленными между ними с уклоном к сборному отделению полочками, новым является то, что катодные пластины с торца, обращенного к отделению для сбора магния, выполнены с фигурным выступом, соединенным с нижней полочкой и выходящим за пределы рабочего отделения. Длина выступа составляет 1,0-1,8 толщины разделительной перегородки. Угол, образованный стороной выступа и нижней полочкой, составляет 120-150^о. На чертеже изображен поперечный разрез электролизера. Электролизер для получения магния и хлора включает в себя стальной кожух 1, футерованный огнеупорным материалом 2, перегородку 3, разделяющую рабочее отделение 4 и сборную ячейку 5. В рабочем отделении 4 установлены аноды 6 и двойные катоды 7, между пластинами которых размещены с наклоном в сторону сборной ячейки полки 8. Нижняя катодная полка 8 соединена с фигурным выступом 9 катодных пластин 7. Катодный выступ имеет длину, равную 1,0-1,8 толщины разделительной перегороди 3. Сторона 10 катодного выступа 9 и нижняя полочка 8 образуют угол 120-150^о. Электролизер работает следующим образом. На аноде 6 при прохождении электролитического тока через электролит выделяется газообразный хлор, на катоде 7 - жидкий магний. Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются между рабочими поверхностями электродов вверх. Хлор в основной массе отделяется от электролита выше катодов, а электролит с магнием направляется внутрь катодов, достигает полочек 8, по ним стекает в сторону сборной ячейки 5. Переходя в выступ, размещенный под углом относительно полки, циркуляционный поток изменяет направление к верхним слоям рабочего электролита сборной ячейки. При этом достигается почти полная сепарация магния, выплывающего на поверхность расплава, а электролит вдоль стенки электролизера опускается к подине сборной ячейки и возвращается в межэлектродное пространство. Оптимальное соотношение длины выступа и толщины разделительной перегородки обеспечивает благоприятные гидродинамические условия для более полного выноса магния из рабочих отделений и накапливания его на поверхности электролита в сборной ячейке. Исследования, проведенные на модели модуля разработанной конструкции электролизера, показали, что, по сравнению с прототипом, до магния, возвращается с потоком электролита из сборной ячейки в рабочее отделение, сокращается почти в 2 раза. Экспериментальное обоснование параметров конкретного выполнения электролизера приведено в таблице. Работа электролизера предложенной конструкции сравнивается с показателями прототипа, которые взяты за 1. Конструкция катода с выступом, направления циркуляционных потоков электролита, движение магния и хлора, а картина залегания шлама на подине исследованы на гидродинамической модели. Для всех конструктивных вариантов определяли скорости движения электролита, магния, время выноса капель металла из рабочего отделения в сборную ячейку. Фиксировали долю магния, возвращаемого из сборной ячейки в рабочее отделение. Установлено, что оптимальная длина фигурного выступа составляет 1,0-1,8 толщины разделительной перегородки, а угол, образованный стороной фигурного выступа и нижней полочкой, составляет 120-150^о. В случае, если угол, образованный стороной фигурного выступа и нижней полочкой менее 120^о внутри катода возникает замкнутые контуры, препятствующие замыканию циркуляции электролита через катод, затрудняющие вынос магния в сборную ячейку. Увеличение угла между стороной выступа и нижней полочкой свыше 150^о неблагоприятно сказывается на гидродинамической обстановке в сборной ячейке: электролит вместе с магнием выносится из выступа почти горизонтально, что ухудшает сепарацию металла, приводит к увеличению доли магния, возвращаемого в рабочее отделение электролизера, к потерям его в результате хлорирования. При длине фигурного выступа более 1,8 толщины разделительной перегородки часть электролита, выходящего из катода, замыкается в направлении, противоположном основному потоку, ухудшая вынос магния и катода, что отрицательно сказывается на выходе по току. При этом затруднительно обслуживание электролизера, особенно - механизированное удаление шламо-электролитной смеси и твердого шлама. В случае, если выступ заканчивается в рабочем отделении, т. е. длина менее 1,0 толщины разделительной перегородки, выходящий из внутрикатодного пространства поток электролита с магнием преимущественно возвращается в рабочее пространство, увеличиваются потери магния в результате хлорирования, выход по току снижается. Использование катодных пластин, выполненных с фигурным выступом, обращенного в сторону сборной ячейки, позволило создать оптимальные условия для сепарации магния от электролита в сборной ячейке и повысить выход по току. При испытаниях на гидродинамической модели электрохимической ячейки электролизера разработанной конструкции установлено, что для магния, повторно уносимого в рабочее отделение, сокращается почти в 2 раза по сравнению с прототипом. В результате этого выход по току повышается на 5-8%.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА, содержащий корпус, разделенный перегородкой на рабочее отделение и отделение для сбора магния, и размещенные в рабочем отделении аноды и катоды, выполненные в виде двух параллельных пластин с закрепленными между ними с уклоном к сборному отделению полочками, отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь магния и повышения выхода по току за счет создания оптимальных гидродинамических условий, катодные пластины с торца, обращенного к отделению для сбора магния, выполнены с фигурным выступом, соединенным с нижней полочкой и выходящим за пределы рабочего отделения. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что длина выступа составляет 1,0 - 1,8 толщины разделительной перегородки. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что угол, образованный стороной выступа и нижней полочкой, составляет 120 - 150^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.12.2000

Номер и год публикации бюллетеня: 9-2003

Извещение опубликовано: 27.03.2003        

---