Электролизер для получения магния и хлора

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению магния электролизом расплавленных солей. Предложен электролизер, содержащий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами и установленными в перекрытии анодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения съемной перегородкой, при этом он дополнительно снабжен съемным блоком, установленным на футеровке и выполненным в виде металлической рамы, перекрытие выполнено из двух частей, образующих между собой соединение Z-образной формы, при этом одна часть перекрытия выполнена съемной, а ее нижний торец и верхний торец перегородки размещены в металлической раме и образуют между собой зазор ступенчатой формы, при этом боковая сторона перекрытия над блоком установлена торцевой частью на опору. Технический результат - повышение срока службы электролизера, сокращение потерь хлора с газами, увеличение концентрации анодного хлор-газа. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению магния электролизом расплавленных солей.

Известен электролизер для получения магния (Патент № 2190703, опубл. 10.10.2002 г., БИ № 28, пат. № 2186156, опубл. 27.07.2002 г., БИ № 21), включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение, в котором размещены катоды и аноды, установленные в перекрытии, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы. Перекрытие отлито вместе с верхней частью перегородки. Нижняя часть перегородки соединена с верхней по типу шип - паз.

Недостатками данных электролизеров является то, что при воздействии высоких температур, а также химически активных газов перегородка быстро разрушается, что снижает срок службы перегородки и самого электролизера в целом.

Известно перекрытие магниевого (диафрагменного) электролизера (А.с. СССР № 398691, опубл. 27.09.1973 г. БИ № 38), которое представляет собой металлическую раму с карманами с двух сторон, в которую установлены своими торцами две диафрагмы, сжатые винтами. Открытые места металлической рамы и карманов заливают бетоном для защиты от действия агрессивной среды и температуры. Боковые поверхности карманов выполнены конусными, что облегчает демонтаж при их замене.

Недостатком данной конструкции является то, что она предназначена для диафрагменных электролизеров, которые уже не применяются в промышленности.

Известен электролизер для получения магния и хлора (А.с. СССР № 293868, опубл. 26.01.1971 г., БИ № 6), состоящий из кожуха, футеровки, электролитического отделения с катодами и анодами, установленными в перекрытии, сборной ячейки, отделенной от электролитического отделения перегородкой. Перекрытие представляет собой установленные в ряд анодные блоки, стыки между анодными блоками заделывают жароупорной замазкой. Анодные блоки с одной стороны опираются на перегородку, с другой противоположной стороны - на футеровку электролизера. С целью снижения теплопотерь анодные блоки сверху засыпают теплоизоляционным материалом, а слой теплоизоляции закрывают съемными плитами.

Недостатком данного электролизера является то, что при разогревании электролизера перегородка расширяется по длине, создается мощное тепловое усилие на футеровку и кожух. Происходит отрыв перегородки от перекрытия, в месте стыка перегородки и анодного перекрытия швы разрушаются. Под воздействием агрессивных газов соединение перегородки с анодным перекрытием быстро разрушается, срок службы перегородки и тем самым всего электролизера снижается.

Известен электролизер для получения магния и хлора (А.с. СССР № 384937, опубл. 29.05.1971 г., БИ № 25), принятый по количеству общих признаков за ближайший аналог-прототип и включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами и установленными в перекрытие анодами, сборную ячейку, отделенной от электролитического отделения перегородкой. Разделительные перегородки выполнены съемными и закреплены в перекрытии с помощью амортизирующих устройств. Перекрытия установлены на перегородках, перегородки выполнены в виде монолитной плиты, например из огнеупорного бетона.

Недостатками данного электролизера является то, что установка перекрытия на перегородку создает повышенное напряжение сжатия на перегородку, перегородка разрушается, кроме того при высоких температурах работы электролизера перегородка расширяется по длине, создается мощное тепловое усилие на футеровку и кожух. Происходит отрыв перегородки от перекрытия, в месте стыка перегородки и перекрытия швы разрушаются. Под воздействием агрессивных газов соединение перегородки с перекрытием быстро разрушается, срок службы перегородки и тем самым всего электролизера снижается. Кроме того, увеличиваются потери хлора через разрушения электролизера, снижается его концентрация.

Технический результат заключается в устранении вышеуказанных недостатков, а также в повышении срока службы электролизера, сокращении срока ремонта электролизера, сокращении потерь хлора с газами СТО, увеличении концентрации анодного хлор-газа.

Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами и установленными в перекрытии анодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения съемной перегородкой, новым является то, что он дополнительно снабжен съемным блоком, установленным на футеровке и выполненным в виде металлической рамы, перекрытие выполнено из двух частей, образующих между собой соединение Z-образной формы, при этом одна часть перекрытия выполнена съемной, а ее нижний торец и верхний торец перегородки размещены в металлической раме и образуют между собой зазор ступенчатой формы, при этом боковая сторона перекрытия над блоком установлена торцевой частью на опору.

Кроме того, перегородка выполнена из бетона на основе глинозема с содержанием оксида алюминия более 90% и алюмофосфатного связующего.

Кроме того, зазор выполнен по центру горизонтальной оси рамы.

Кроме того, зазор заполнен базальтом в виде волокна или картона.

Кроме того, металлическая рама выполнена с боковыми поверхностями прямоугольной формы.

Кроме того, металлическая рама с двух сторон выполнена с карманами, при этом в одном кармане размещен узел регулирования сжатия, а в другом кармане перегородка совмещена с торцом рамы.

Кроме того, узел регулирования сжатия выполнен в виде винта и пружины при силе сжатия равной 50-70% от усилия сжатия материала перегородки.

Кроме того, соотношение высоты рамы к ее ширине равно 1-(4,5-6).

Выполнение съемного блока в виде рамы, в которой размещены перекрытие и перегородка, позволяет значительно повысить срок службы перегородки, снизить потери хлора, уменьшить затраты на капитальный ремонт электролизера.

Выполнение перекрытия из двух частей, причем одна часть, расположенная над съемным блоком выполнена съемной и установлена на опору, позволяет ускорить ремонтные работы по замене перегородки.

Выполнение торцов перекрытия и перегородки ступенчатой формы и установка их с зазором по центру горизонтальной оси в металлической раме позволяет создать прочное герметичное соединение между перегородкой и перекрытием, что исключает потери хлора из электролитического отделения и из сборной ячейки.

Выполнение металлической рамы прямоугольной формы с двух сторон с карманами и размещение в одном из карманов узла регулирования сжатия позволяет поддерживать перегородку в сжатом состоянии, причем усилие сжатия равно усилию на сжатие материала перегородки. Это значительно повышает срок службы перегородки.

Соединение перегородки и перекрытия в чугунной раме с помощью зазора ступенчатой формы, в которой размещен базальт в виде полотна или картона позволяет повысить герметичность и прочность соединения и тем самым исключить выделения агрессивных газов из электролизеров. Кроме того, базальт инертен к агрессивным газам, таким как хлорид водорода, хлор, при высоких температурах до 900°С, что также позволяет повысить герметичность и прочность соединения зазора ступенчатой формы.

На фиг.1 показан электролизер для получения магния; на фиг.2 - вид сбоку со стороны сборной ячейки; на фиг.3 разрез А-А - блок в виде металлической рамы с перегородкой; на фиг. 4 - разрез Б-Б - крепление перегородки в раме блока; на фиг.5 - вид сбоку по разрезу А-А фиг.3.

Электролизер включает кожух 1, футеровку 2, электролитическое отделение 3, сборную ячейку 4, перекрытие 5, в котором установлены аноды 6, в футеровке 2 установлены катоды 7. Съемный блок 8 выполнен в виде металлической рамы 9, в которой установлена перегородка 10 и съемная часть перекрытия 11. Между нижним торцом перекрытия 11 и верхним торцом перегородки 10 выполнен зазор 12 ступенчатой формы. Съемная часть перекрытия 11 боковой поверхностью 15 установлена торцевой частью на опору 13 и образует с перекрытием 5 Z-образный выступ 14. Металлическая рама 9 снабжена карманами 16 и 17, в одном из карманов размещен узел регулирования сжатия 18, выполненный в виде винта 19 и пружины 20.

Монтаж электролизера осуществляют следующим образом.

На стороне собирают съемный блок 8. Для этого изготавливают металлическую раму 9 из чугуна прямоугольной формы длиной 3500 мм и высотой 700 мм, поддерживая соотношение высоты к длине равным 1: (4,5-6), с карманами 16 и 17 с двух сторон. В одном из карманов 16 установлен узел регулирования сжатия 18 в виде двух винтов 19 и пружин 20, с другой стороны карман 17 выполнен без узла регулирования сжатия. В металлическую раму 9 устанавливают перегородку 10, выполненную из бетона на основе глинозема с содержанием оксида алюминия более 90% и алюмофосфатного связующего. Перегородка 10 в верхней части, размещенной в металлической раме 9, выполнена ступенчатой формы. Перегородку 10 закрепляют с помощью винтов 19 и пружин 20, создавая от сжатия ~ 50-75% допустимого σ сжатия от материала перегородки. Съемный блок 8 устанавливают на футеровку 2 электролизера, закрепляют на футеровке и сверху устанавливают съемную часть перекрытия 11 с образованием зазора 12 между перегородкой 10 и съемной частью перекрытия 11. Зазор 12 заполнен базальтовым волокном или базальтовым картоном. Перекрытие 5 со стороны сборной ячейки образует с перекрытием 11 Z-образный выступ 14, а боковая стенка 15 перекрытия 11 торцевой стороной установлена на опору 13.

Электролизер работает следующим образом.

В собранный и смонтированный электролизер, в сборную ячейку 4 заливают расплавленное сырье - карналлит или хлорид магния. Расплавленный электролит через нижнее переточное окно перегородки 10 поступает в электролитическое отделение 3, куда подают на анод 6 и катод 7 постоянный электрический ток, и под воздействием тока сырье разлагают на магний и хлор. Электролит с магнием через верхнее переточное окно перегородки 10 поступает в вновь в сборную ячейку 4. Магний удаляют из электролизера, подгружают расплавленное сырье и продолжают циркуляцию электролита. Хлор удаляют из электролитического отделения через санитарный отсос.

Таким образом, предложенная конструкция электролизера для получения магния и хлора позволяет повысить срок службы электролизера, сократить срок ремонта электролизера, а также снизить потери хлора с газами СТО, увеличить концентрацию анодного хлор-газа.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами и установленными в перекрытии анодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения съемной перегородкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен съемным блоком, установленным на футеровке и выполненным в виде металлической рамы, перекрытие выполнено из двух частей, образующих между собой соединение Z-образной формы, при этом одна часть перекрытия выполнена съемной, а ее нижний торец и верхний торец перегородки размещены в металлической раме и образуют между собой зазор ступенчатой формы, при этом боковая сторона перекрытия над блоком установлена торцевой частью на опору.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что перегородка выполнена из бетона на основе глинозема с содержанием оксида алюминия более 90% и алюмофосфатного связующего.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что зазор выполнен по центру горизонтальной оси рамы.

4. Электролизер по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что зазор заполнен базальтом в виде волокна или картона.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что металлическая рама выполнена с боковыми поверхностями прямоугольной формы.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что металлическая рама с двух сторон выполнена с карманами, при этом в одном кармане размещен узел регулирования сжатия, а в другом кармане перегородка совмещена с торцом рамы.

7. Электролизер по п.6, отличающийся тем, что узел регулирования сжатия выполнен в виде винта и пружины при силе сжатия, равной 50-70% от усилия сжатия материала перегородки.

8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что соотношение высоты рамы и ее ширины равно 1:(4,5-6).

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5