Способ обработки графитовых электродов магниевого электролизера

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению магния и хлора электролизом расплавленных хлоридов. Сущность изобретения заключается в том, что обработку электродов ведут при наложении на графит анодного потенциала и осуществляют в две стадии последовательно: пропитка в расплаве метафосфатов, а затем обработка в расплаве хлоридов при наложении анодного потенциала. Достигаемый результат при использовании изобретения: повышение срока службы электродов, электролизера, снижение материальных и энергетических затрат при производстве магния и хлора. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению магния и хлора электролизом расплавленных хлоридов.

Известен способ защиты графитовых анодов от окисления путем нанесения на головку анода, выступающую из электролизера, защитного материала, в качестве которого используют вещества, способные к коксованию и полимеризации, например, каменноугольный пек (а.с. 377425, открытия, изобретения, 1973, N 18). Способ по а.с. 377425 не предусматривает защиту графита от окисления в газовой фазе над расплавом электролита и в объеме электролита. Срок службы анодов невелик.

Известно также, что для снижения окисляемости анодов верхнюю часть графитового блока пропитывают растворами ортофосфорной кислоты или метафосфатов. При нагревании ортофосфорная кислота обезвоживается до полимерной метафосфорной кислоты, которая образует на графите защитный стекловидный слой (С.Л. Стефанюк. Металлургия магния и других легких металлов. М.:Металлургия. 1985-200 с.). Этот способ по совокупности признаков и назначению из известных аналогов наиболее близок к заявляемому способу и принят за прототип.

Наряду с окислением графита на границе электролит-газовая фаза происходит его окисление в объеме электролита за счет выделения кислорода на аноде. Минимальная скорость окисления анода довольно высока и, по литературным данным, составляет около 1,5 мм в месяц, что приводит к систематическому увеличению междуэлектродного расстояния, возрастанию электросопротивления, повышает расход электроэнергии, снижает срок службы электролизера. Известный способ не защищает от разрушения аноды в электролите. При скорости окисления 1,5 мм в месяц через 24 месяца (срок службы электролизера составляет 2 года) в электролизере с нижним вводом анодов возрастает междуэлектродное расстояние с 70 мм до 110-115 мм, напряжение на шунте с 4,45-4,50 В до 4,90-4,95 В. Вследствие этого электролизер выходит из теплового равновесия и его останавливают на капитальный ремонт.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение срока службы графитовых электродов и в целом электролизера, т.к. замена анодов возможна только при остановке его на капитальный ремонт, поскольку аноды установлены в электролизере стационарно. Способ защиты анодов позволяет также снизить материальные и энергетические затраты на производство магния за счет увеличения срока их службы.

Способ характеризуется совокупностью следующих существенных признаков: - обработку электродов осуществляют при наложении на графит анодного потенциала, эквивалентного поверхностной плотности тока 0,20-0,45 A/см² и температуре расплава 670-700^oC; - обработку осуществляют последовательно в две стадии, а именно на первой стадии электроды пропитывают в расплаве метафосфатов калия и натрия, на второй стадии выдерживают их в расплаве хлоридов калия, натрия и магния при наложении анодного потенциала.

Способ осуществляют следующим образом: Вначале графитовые электроды погружают в расплав метафосфатов, выдерживают в нем, затем электроды нагревают до 300^oC в сушильной камере, в которой происходит полимеризация фосфатов и поверхность графитового электрода покрывается защитным слоем фосфатов. Далее электроды погружают в расплав хлоридов калия, натрия и магния, подают анодный потенциал и выдерживают несколько часов при температуре 670-700^oC. В качестве расплава для этих целей используют электролит магниевых электролизеров. Выделяющийся на графите хлор образует с углеродом, калием и фосфором комплексные соединения, которые покрывают поверхность электрода защитным слоем. Связанный в комплекс углерод имеет пониженную активность, слабо реагирует с выделяющимся на аноде кислородом, в результате скорость окисления графита существенно снижается.

Верхний предел по температуре расплава 700^oC и поверхностной плотности тока 0,45 А/см² обусловлен необходимостью снижения расхода электроэнергии при осуществлении предлагаемого способа. При температуре ниже 670^oC и плотности тока менее 0,2 А/см² возрастает вязкость расплава, процесс образования комплексов затормаживается. Экспериментально установлено, что в указанных пределах температуры и плотности тока поверхность графита надежно покрывается в течение нескольких часов защитным слоем комплексов, скорость окисления электродов существенно снижается. Кроме того, для осуществления второй стадии обработки графитовых электродов можно использовать действующие электролизеры и электролит, что исключает затраты на монтаж и эксплуатацию специальных установок для осуществления предлагаемого способа.

По экспериментальным данным графитовые электроды, обработанные по предлагаемому способу, имеют скорость окисления 1,14-1,20 мм в месяц. При такой скорости окисления расчетный срок службы электродов и электролизера составляет 35-37 месяцев, т.е. возрастает, примерно, в 1,5 раза. При стоимости капитального ремонта электролизера 360 млн. руб., увеличение срока его службы с 24 до 36 месяцев дает экономию материальных затрат на 60 млн. рублей в год. Кроме того, за счет замедленного увеличения междуэлектродного расстояния и напряжения на электролизере достигается снижение удельного расхода электроэнергии.

Графитовые электроды, обработанные по предлагаемому способу, находятся в стадии испытания.

Формула изобретения

1. Способ обработки графитового электрода, включающий пропитку его расплавами метафосфатов калия и натрия и обработку расплавами солей щелочных и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что после обработки метафосфатами электрод нагревают в сушильной камере и затем погружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов, одновременно подают анодный потенциал и выдерживают при этом потенциале при температуре 670 - 700^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрод нагревают в сушильной камере при температуре до 300^oC.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодный потенциал поддерживают эквивалентным поверхностной плотности тока 0,20 - 0,45 А/см².