Биполярный электролизер для получения магния и хлора

 

Использование изобретения: в цветной металлургии, для получения магния электролизом расплавленных солей. Сущность изобретения: создание работоспособной конструкции биполярного электролизера и обеспечение протекторной защиты биполярного электрода. Электролизер включает кожух, футеровку, перегородку с переточными окнами, разделяющую рабочее отделение и сборную ячейку. В рабочем отделении установлены катоды, биполярные электроды, аноды. Биполярный электрод состоит из анодного и катодного элементов, соединенных электропроводящими стержнями и образующими камеру. В камере к анодным и катодным элементам биполярного электрода жестко прикреплены полочки с ловушками. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для получения магния и хлора электролитическим способом.

Известен биполярный электрод (авт. св. N 588261, кл. C 25 C 7/00, 3/04, БИ N 2 1978), содержащий катодный элемент и анодный элемент с полостями для создания жидкометаллического контакта, и каналами для отвода металла из полостей.

Испытания биполярного электрода показали, что данная конструкция не работоспособна, так как капли металла, выделяющиеся на катодной поверхности увлажняются восходящим хлорным веером на поверхность электролита. Самопроизвольного заполнения полостей магнием не происходит, а следовательно нет протекторной защиты катодного элемента биполярного электрода.

Срок службы данного биполярного электрода незначительный.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков "Электролизер для производства металлического магния", прототип (патент США N 4401543, кл. C 25 C 3/04, 7/02, приор. Японии от 11 декабря 1980 г. 55-173839, опублик. 31.07.81, N 56-121172).

Электролизер состоит из электролитической камеры и, отделенной от нее перегородкой, камеры для сбора магния. В электролитической камере установлены электроды: вертикальный анод, катод и промежуточный биполярный электрод. Анодная сторона биполярного электрода выполнена из графита, катодная из железа и состоит из нескольких частей. Оба материала находятся на некотором расстоянии один от другого и соединены железными стержнями, которые жестко крепятся к графиту. Камера, образуемая между двумя материалами биполярного электрода, одним концом соединяется со сквозным отверстием в перегородке.

Гидродинамические испытания данной конструкции биполярного электролизера показали, что поток электролита с магнием, который попал в камеру биполярного электрода, проходит ее в двух направлениях: основной поток спускается вдоль поверхностей к подине и возвращается в межэлектродное пространство, а небольшая часть выходит через переточное окно разделительной перегородки в сборное отделение.

Отсутствие направляющего потока в сборное отделение приводит к значительным потерям магния из-за повторного его заноса в хлоронасыщенную зону.

Второй большой недостаток отсутствие магниевой протекторной защиты катодного элемента биполярного электрода и железных стержней, так как данная конструкция биполярного электрода не обеспечивает накапливания магния в камере. Это отрицательно сказывается на стойкости биполярного электрода, значительно сокращая срок службы электролизера.

Предлагаемое устройство направлено на решение задачи, заключающейся в организации оптимального распределения потоков электролита с магнием, которое обеспечит направленный и быстрый вывод магния в сборную ячейку и протекторную защиту биполярного электрода.

Поставленная задача решается тем, что в биполярном электролизере, содержащим футерованный корпус, сборное и рабочее отделения с анодами, катодами и биполярными электродами, состоящими из графитовых и стальных элементов, соединенных на некотором расстоянии друг от друга электропроводящими стержнями и образующими камеру, новым является то, что электролизер дополнительно снабжен полочками с ловушками, размещенными в камере и жестко прикрепленными к элементам биполярного электрода, причем ловушки выполнены в виде пластин и/или прочих фигур и закреплены под углом 10 90^o к полочкам. В зоне ловушек расположены электропроводящие стержни. Полочки длиной 0,2 0,6 длины катода расположены под углом 10 160^o к горизонту. Расстояние между элементами биполярного электрода составляет 0,5 - 1,5 межэлектродного расстояния. Камера биполярного электрода с одной стороны открыта напротив и/или ниже переточных окон разделительной перегородки.

Снабжение биполярного электролизера полочками с ловушками для магния позволяет создать благоприятное для выноса магния отделении, с одновременным созданием магниевой протекторной защиты стальных элементов биполярных электродов.

Различные варианты соотношений расстояний между элементами биполярного электрода и межэлектродным расстоянием позволяет регулировать количество электролита с магнием, направляемое внутрь камеры. С увеличением этого соотношения от 0,5 до 1,5 уменьшается сопротивление входящему в камеру потоку и соответственно увеличивается его количество внутрь.

Угол наклона полочек регулирует распределение потоков внутри камеры, изменяя соотношение выводимого в сборную ячейку металла и удерживаемого в ловушках.

Количество магния в ловушках зависит от формы и угла крепления к полочкам.

Количество полочек в камере определяется их длиной, которая изменяется в пределах 0,2 0,6 длины катода.

Размещение электропроводящих стержней в зоне ловушек позволяет достигнуть длительного надежного контакта между графитовыми и стальными элементами биполярных электродов.

На фиг 1 и 2 изображены поперечный разрез электролизера и его план.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, перегородки 3 с переточными окнами 4, разделяющей рабочее отделение 5 и сборную ячейку 6. В рабочем отделении 5 установлены катоды 7, биполярные электроды 8, аноды 9. Биполярный электрод 8 состоит из анодного 10 и катодного 11 элементов, соединенных электропроводящими стержнями 12 и образующими камеру 13. В камере 13 к анодным 10 и катодным 11 элементам биполярного электрода 8 жестко прикреплены полочки 14 с ловушками 15.

В электролизер, состоящий из кожуха 1 с футеровкой 2, монтируется перегородка 3 с переточными окнами 4. В рабочее отделение 5 устанавливаются катоды 7, аноды 9 и биполярные электроды 8. Биполярный электрод 8 монтируется до установки в электролизер; к полочкам 14 под углом 10 90^o привариваются ловушки 15 для магния. К катодному элементу 11 биполярного электрода 8 привариваются полочки 14 под углом 10 160^oC.

Элементы биполярного электрода 8 соединяются между собой электропроводящими стержнями 12 и образуют камеру 13, которая с одной стороны открыта напротив и/или ниже переточных окон 4 разделительной перегородки 3.

Электролизер работает следующим образом. При прохождении электрического тока на анодных поверхностях выделяется газообразный хлор, на катодных - жидкий магний.

В электролизер заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам.

Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются между рабочей поверхностью анода 9 и катодной поверхностью 11 биполярного электрода 8. Хлор в основной массе отделяется от электролита выше катодов, а электролит с магнием разделяется на два потока: один направлен в переточное окно 4 разделительной перегородки 3, а другой опускается в камеру, образованную анодным 10 и катодным 11 элементом биполярного электрода 8.

Опустившийся в камеру поток электролита с помощью полочек 14 разбивается на несколько потоков, имеющих различное направление. При этом достигается заполнение всей камеры электролитом с магнием и накапливание его в ловушках 15, расположенных под полочками 14.

Исследования, проведенные на модели модуля разработанной конструкции электролизера, показали, что, по сравнению с прототипом, доля магния, возвращаемая с потоком электролита из камеры биполярного электрода в межэлектродное пространство, сокращается почти в два раза. Это обеспечивается системой полочек, расположенной в камере.

Магний, который накапливается в ловушках, осуществляет протекторную защиту катодного элемента биполярного электрода и электропроводящих стержней.

Это обеспечивает срок службы электролизера на уровне с промышленными.

Формула изобретения

1. Биполярный электролизер для получения магния и хлора, содержащий футерованный корпус, разделенный перегородкой с переточными окнами на сборное и рабочее отделения, с установленными анодами, катодами и биполярными электродами, состоящими из графитовых и стальных элементов, соединенных на некотором расстоянии друг от друга электропроводящими стержнями, и образующими камеру, отличающийся тем, что он снабжен полочками с ловушками, размещенными в камере и жестко прикрепленными к элементам биполярного электрода, причем ловушки выполнены в виде пластин и/или прочих фигур и закреплены под углом к полочкам, камера биполярного электрода с одной стороны открыта напротив и/или ниже переточных окон разделительной перегородки, а электропроводящие стержни расположены в зоне ловушек.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что расстояние между элементами биполярного электрода в камере составляет 0,5 1,5 межэлектродного расстояния.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что полочки расположены под углом 10 160^o к горизонту.

4. Электролизер по п. 1 или 3, отличающийся тем, что полочки по длине составляют 0,2 0,6 длины катода.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что ловушки для магния расположены под углом 10 90^o к полочкам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2