Электролизер для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных хлоридов. Сущность: электролизер состоит из кожуха, футеровки, двух рабочих отделений и размещенной между ними сборной ячейки. В рабочем отделении размещены катоды, введенные через продольную стенку, и графитированные аноды с чугунными контактными головками, установленными в подине. Между нижней гранью контактных головок и кожухом размещена чугунная плита с выполненными внутри полостями, сообщающимися между собой. Полости выполнены из металлических плит и соединены с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора. Плита может быть размещена под кожухом или между подиной и кожухом электролизера. Плита может быть съемной. Полости могут быть выполнены из стальной трубы. Плита может быть выполнена из полостей, изготовленных из стальной трубы и залитых шликером. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен электролизер с нижним вводом анодов, включающий металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, графитовые аноды с чугунными контактными головками размещенными в подине (А.Иванов и др. Производство магния. М. Металлургия, 1970, с. 161).

Существенным недостатком электролизера является разрушение анодных чугунных контактных головок при проникновении к ним электролита, переход в электролит железа, пассивация им катодов, что приводит к снижению выхода по току. Влияние этого процесса усиливается с повышением плавкости электролита, что не позволяет использовать на электролизере с нижним вводом анодов в качестве сырья хлорид магния. Кроме того, тепловой баланс электролизеров с нижним вводом анодов осуществляется при плотностях тока ниже оптимальных. Одним из путей увеличения выхода по току и производительности электролизера может быть повышение плотности тока до оптимальных. Это требует принудительного отвода тепла.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния - прототип (А. с. СССР N 382748, кл. C 25 C 3/04, опубл. 23.05.83). Электролизер включает металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, аноды с чугунными контактными головками, размещенными в подине, каналы, выполненные между контактными головками и открытые с торцов, причем торцы расположены один выше другого.

Основные недостатки этого электролизера: каналы применимы только для созания естественной тяги, что не позволит существенно увеличить отвода тепла, т.е. интенсифицировать процесс электролиза, при естественной аэрации снижение температуры в зоне чугунных анодных контактных головок недостаточно для устранения их разрушения и перехода железа в электролит, каналы разобщены, поэтому с их помощью невозможно регулировать отбор тепла, т.е. процесс охлаждения неуправляем.

Задачей изобретения является повышение эффективности при регулирования отвода тепла от электролизера, утилизация отводимого тепла.

Поставленная задача решается в электролизере, включающем кожух, футеровку с подиной, рабочие отделения с катодами и анодами с контактными головками, размещенными в подине, сборную ячейку и систему охлаждения. Новым является то, что электролизер дополнительно снабжен слоем теплопроводного материала, размещенного в подине или под днищем кожуха и снабженного сообщающимися между собой полостями, соединенными с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора. В качестве теплопроводного материала используют железо-углеродистые сплавы (чугун, сталь) или шликер. Теплопроводный слой из чугуна или стали выполнен в виде плиты. Плита может быть выполнена из нескольких элементов, съемной. Полости в теплопроводном слое выполнены из металлических труб. Теплопроводный слой размещен под нижней гранью анодного токоподвода в днище кожуха.

Исполнение системы охлаждения в виде теплопроводного слоя с размещенными внутри сообщающимися между собой полостями, соединенными с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора, предполагает использование для охлаждения жидких теплоносителей, что позволит существенно повысить эффективность охлаждения. Выполнение их съемными даст возможность производить их замену в процессе эксплуатации без остановки электролизера.

На фиг. 1 и 2 изображены продольный и поперечный разрезы электролизера, на фиг. 3 разрез по А-А.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, двух рабочих отделений 3 и размещенной между ними сборной ячейки 4. В рабочем отделении 3 размещены катоды 5, введенные через продольную стенку, и графитированные аноды 6 с чугунными контактными головками 7, установленными на подине 8. Между нижней гранью контактных головок 7 и кожухом 1 размещена чугунная плита 9 с выполненными внутри полостями 10, сообщающимися между собой. Полости 10 выполнены из металлических труб и соединены с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора. Плиты 9 изготавливают следующим образом. Из стальной трубы выполняют змеевик, который заливают чугуном. По другому варианту на подину устанавливают змеевик, выполненный из металлической трубы, заливают его шликером, сушат и устанавливают аноды с чугунными токоподводами. Анодные токоподводы 7 могут быть соединены с чугунной плитой 9 с помощью пазов и выступов, а воздушный зазор между ними заполнен теплопроводным материалом (например, сплав Вуда).

Электролизер работает при температуре 680±10^oC. При прохождении постоянного тока через электроды и электролит на катоде 5 выделяется магний, на аноде 6 хлор. Магний собирается в сборной ячейке 4, хлор отводится по газоходам к потребителю. Вследствие высокой теплопроводности графита по нему к контактным головкам 7 и плите 9 передается большое количество тепла. Протекающий по полостям 10 теплоноситель уносит тепло, охлаждая ее и контактные головки 7. Изменением количества теплоносителя поддерживается и регулируется температура электролита. Охлаждение контактных головок 7 позволит устранить их разрушение, переход железа в электролит и тем самым увеличит выход по току на 2-3% При переходе на работу в оптимальном интервале плотностей тока выход по току поднимется еще на 2-3% Таким образом, за счет принудительного отвода тепла от подины 40-60 кВт производительность электролизера может быть увеличена на 10-15%

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, футеровку с подиной, рабочие отделения с катодами и анодами с контактными головками, размещенными в подине, сборную ячейку и систему охлаждения, отличающийся тем, что он снабжен слоем теплопроводного материала, размещенного в подине или под кожухом, и выполнен с сообщающимися между собой полостями, соединенными с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплопроводного материала использованы железоуглеродные сплавы (чугун, сталь) или шликер.

3. Электролизер по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплопроводный слой из желозоуглеродистого сплава выполнен в виде плиты с полостями.

4. Электролизер по п. 3, отличающийся тем, что металлическая плита из железоуглеродистого сплава выполнена съемной.

5. Электролизер по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что полости в теплопроводном слое выполнены из металлических труб.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что теплопроводный слой размещен в подине под нижней гранью анодной контактной головки.

7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что теплопроводный слой размещен между подиной и кожухом электролизера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2