ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/04 

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

Известен электролизер для получения магния электролизом расплава хлорида магния, в котором для повышения эффективности использования электроэнергии уменьшена толщина футеровки и выполнено наружное охлаждение электролизера /Заявка N 57-41571, Япония, 1982 г./.

Недостатком данной конструкции является увеличение вероятности проникновения электролита к кожуху, его коррозионное разрушение и преждевременная остановка электролизера.

Известен электролизер для получения магния с нижним вводом анодов, включающий металлический кожух, футеровку, катоды, аноды с чугунными контактными головками, размещенным в подине, каналы, выполненные между контактными головками и открытые с торцов, причем торцы расположены один выше другого [1]
Электролизер имеет следующие недостатки:
каналы применимы только для создания естественной тяги, что не позволит существенно интенсифицировать процесс электролиза;
вследствие пропитки электролитом подины появляется большая вероятность разрушения каналов, что приведет в преждевременной остановке электролизера.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния - прототип [2]
Электролизер включает металлический кожух, двухслойную футеровку, состоящую из теплоизоляционных и огнеупорных материалов, электролитические отделения с катодами и графитированными анодами с чугунными контактными головками, введенными через подину.

Существенными недостатками данной конструкции является выполнение футеровки между кожухом и нижней гранью чугунной контактной головки из огнеупорных материалов с низкой теплопроводностью. Это ограничивает отвод тепла через подину, контактная головка эксплуатируется при температуре выше температуры кристаллизации электролита, что приводит их к разрушению, вследствие пропитывания подины электролитом, переходу железа в электролит, пассивации им катодов и снижению выхода по току.

Известен способ монтажа магниевого электролизера, включающий установку кожуха, укладку теплоизоляционного и огнеупорного слоев футеровки, монтаж катодов, анодов и других элементов, зависящих от конструкции электролизера /Эйдензон М. А. Производство магния и хлора электролизом хлористого магния. М. 1964, с. 30-33/ прототип.

Недостатками данного способа монтажа магниевого электролизера является использование в футеровке огнеупорных материалов с низкой теплопроводностью. Это ограничивает отвод тепла через подину и тем самым снижает мощность электролизера.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи по увеличению мощности электролизера за счет увеличения отвода тепла через подину.

Поставленная задача решается следующим образом: в электролизере для получения магния и хлора, включающем кожух, футеровку, состоящую из теплоизоляционного и огнеупорного материала, электролитические отделения с катодами и графитовыми анодами с контактными головками, установленными в подине, новым является то, что футеровка подины выполнена со слоем материала, содержащего оксид алюминия или смесь оксида алюминия с оксидом кремния, и слоем электроизоляционного материала, расположенными под анодными контактными головками, с возможностью обеспечения термического сопротивления участка футеровки со слоями, равного 0,01-1,0 м²•ч•град/Вт.

Кроме того, нижняя грань контактной головки выполнена с поперечными каналами, причем их глубина составляет 0,5-2,0 толщины слоя материала из оксида алюминия или смеси оксидов алюминия и кремния.

Кроме того, нижняя грань контактной головки выполнена от центра анода под углом 1-20^o.

В способе монтажа электролизера для получения магния и хлора, включающем установку кожуха, выполнение в нем футеровки, состоящей из теплоизоляционных и огнеупорных материалов, установку анодов и катодов, новым является то, что после установки кожуха укладывают слой электроизоляционного материала, заливают суспензию оксида алюминия или смеси оксидов алюминия и кремния в неорганической кислоте (соляной, азотной, фосфорной), проводят термическую выдержку, устанавливают аноды, вновь заливают суспензию оксида алюминия или смеси оксидов алюминия и кремния в неорганической кислоте и проводят термическую выдержку. Термическую выдержку проводят в течение 1-30 ч при 20-99^oC до остаточной влажности 1-20% Затем укладывают теплоизоляционный и огнеупорный материал. В качестве материала, содержащего оксид алюминия, используют тонкомолотый глинозем (ГОСТ 6912-87) или смесь глинозема и корунда, в качестве оксида кремния дистенсиллиманитовый концентрат (ТУ 48-4-37-74). В качестве суспензии используют оксид алюминия или смесь 5-95% оксида алюминия и 0,1-50% оксида кремния в 2-5%-ной неорганической кислоте. Суспензию заливают при отношении Т Ж (5-6)-1 и pH 3-4.

Выполнение футеровки под нижней гранью контактной головки из слоя материала, содержащего оксид алюминия или смесь оксидов алюминия и кремния, и слоя электроизоляционного материала позволит улучшить электроизоляцию электролизера, увеличить ее теплопроводность, т.е. увеличить поток тепла через подину и соответственно мощность электролизера. Принудительное охлаждение подины, например обдув ее воздухом, существенно увеличит эффект. Кроме того, увеличение теплового потока через подину снизит температуру контактной головки, уменьшит ее разрушение и тем самым снизит переход железа в электролит, т. е. увеличит выход по току. Выполнение нижней грани с поперечными каналами и/или под углом к горизонту исключает образование газовых полостей и ускоряет удаление жидкой фазы в процессе сушки.

Двухстадийная заливка суспензии, содержащей 50-95% оксида алюминия и 0,1-50% оксида кремния в 2-5%-ной неорганической кислоте (соляной, азотной, фосфорной) при отношении Т Ж (5-6)-1 и pH 3-4 с термической выдержкой в течение 1-30 ч до остаточной влажности 1-20% при 20-99^oC, обеспечивает жидкотекучесть суспензии, заполнение ею всех щелей и возможность обеспечения термического сопротивления этого участка подины, равного 0,01-1,0 м²•ч•град/Вт.

На фиг. 1 и 2 показан разрез электролизера для получения магния и хлора.

Электролизер состоит из стального кожуха 1, огнеупорного 2, теплоизоляционного 3 материалов, слоя электроизоляционного материала 4, слоя материала, содержащего оксид алюминия или смесь оксидов алюминия и кремния 5, электролитических отделений 6, анодов 7 с чугунными контактными головками 8, установленными в подине, катодов 9, разделительных перегородок 10, сборной ячейки 11, перекрытий 12. В нижней грани чугунных контактных головок 8 выполнены поперечные каналы 13 глубиной 0,5-2,0 слоя материала 5, содержащего смесь оксидов алюминия и кремния. Нижняя грань контактной головки выполнена под углом 1-20^oC.

Электролизер монтируют следующим образом.

Устанавливают кожух 1, укладывают слой электроизоляционного материала 4, например диабазовой плитки, заливают суспензию 50-95% оксида алюминия и 0,1-50% дистенсиллиманитового концентрата в 2-5%-ном растворе неорганической кислоты, например соляной, при отношении Т Ж (5-6)-1 и pH 3-4. Сушат при 20-99^oC в течение 1-30 ч до остаточной влажности 1-20% В электролитические отделения 6 устанавливают аноды 7 с чугунными контактными головками 8, в которых в нижних гранях выполнены поперечные каналы 13 глубиной 0,5-2,0 слоя материала 5. Нижние грани контактных головок 8 выполнены от центра анодов 7 под углом 1-20^o к горизонту. Вновь заливают суспензию, содержащую смесь оксида алюминия и оксида кремния состава: 95-50% оксида алюминия и 0,1-50% оксида кремния в 2-5%-ном растворе неорганической кислоты при отношении Т Ж (5-6)-1 и pH 3-4. Сушат при 20-99^oC в течение 1-30 ч. Получают слой 5 материала, содержащего оксиды алюминия и кремния. Затем укладывают огнеупорный 2 и теплоизоляционный 3 материал, устанавливают катоды 9, разделительные перегородки 10, образуя сборную ячейку 11 с перекрытиями 12.

Суспензию готовят следующим образом.

В мешалку принудительного действия заливают 24 кг воды и при перемешивании 1,9 кг соляной кислоты (плотностью 1,19 г/см³). Затем засыпают 100 кг глинозема при непрерывном перемешивании и 40 кг дистенсиллиманитового концентрата. Суспензию перемешивают 1-8 ч до pH 3-4, отстаивают 1-20 ч, снова перемешивают и заливают в электролизер.

Электролизер работает при температуре 680±10^oC. При прохождении постоянного тока через электролит и электроды на катоде 9 выделяется магний, на аноде 7 хлор. Магний собирается в сборной ячейке 11, хлор отводится по газоходам потребителю. Вследствие большого сечения графита анодов и высокой его теплопроводности по нему отводится большое количество тепла. При увеличении теплопроводности подины под контактными головками анодов возрастает тепловой поток к кожуху, который рассеивается в окружающую среду. Это позволяет дополнительно отвести от электролизера до 1 кВт тепла и повысить производительность электролизера на 2-3% Использование внешнего охлаждения подины повысит теплоотвод до 35-50 кВт, что увеличит производительность электролизера на 10-15%

Использование: получение магния электролизом расплавленных солей. Сущность: в электролизере футеровка под нижней гранью контактной головки выполнена из слоя материала, содержащего оксид алюминия или смесь оксидов алюминия и кремния, и слоя электроизоляционного материла, что позволяет улучшить электроизоляцию электролизера, увеличить ее теплопроводность, т.е. увеличить поток тепла через подину и соответственно мощность электролизера. Выполнение нижней грани с поперечными каналами и/или под углом к горизонту исключает образование газовых полостей и ускоряет удаление жидкой фазы в процессе сушки. В способе новым является двухстадийная заливка суспензии, содержащей 50-95% оксида алюминия и 0,1-50% оксида кремния в 2-5%-ной неорганической кислоте (соляной, азотной, фосфорной) при отношении Т:Ж = (5-6)-1 и pH 3-4 с термической выдержкой в течение 1-30 ч до остаточной влажности 1-20% при 20-99^oC, что обеспечивает жидкотекучесть суспензии, заполнение ею всех щелей. Тепловое сопротивление этого участка подины равно 0,01-1,0 м²•ч•град/Вт. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, футеровку, выполненную из теплоизоляционного и огнеупорного материалов, электролитические отделения с катодами и анодами с контактными головками, установленными в подине, отличающийся тем, что футеровка подины выполнена со слоем материала, содержащего оксид алюминия или смесь оксида алюминия с оксидом кремния, и слоем электроизоляционного материала, расположенными под анодными контактными головками. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что футеровка подины под анодными контактными головками выполнена с возможностью обеспечения термического сопротивления участка футеровки со слоями, равного 0,01 1,00 м²•ч•град/Вт. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что нижняя грань контактной головки анода выполнена с поперечными каналами. 4. Электролизер по п.3, отличающийся тем, что глубина поперечного канала составляет 0,5 0,2 толщины слоя материала, содержащего оксид алюминия. 5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что нижняя грань контактной головки анода выполнена от центра анода под углом 1 20^o к горизонту. 6. Способ монтажа электролизера для получения магния и хлора, включающий установку кожуха, размещение в ней футеровки, состоящей из теплоизоляционного и огнеупорного материалов, установку анодов и катодов в футеровке, отличающийся тем, что после установки кожуха укладывают слой электроизоляционного материала, затем заливают суспензию оксида алюминия или смеси оксида алюминия и оксида кремния в неорганической кислоте, проводят термическую выдержку, устанавливают аноды, вновь заливают суспензию оксида алюминия или смеси оксидов алюминия и кремния в неорганической кислоте, проводят термическую обработку, затем укладывают теплоизоляционный и огнеупорный материалы. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что термическую выдержку проводят при температуре 20 99^oС в течение 1 30 ч до остаточной влажности 1 20%
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего оксид алюминия, используют глинозем или смесь глинозема и корунда, а в качестве материала, содержащего оксид кремния, используют дистенсиллиманитовый концентрат. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют суспензию с соотношением Т Ж (5 6) 1 и pH 3 4. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют оксид алюминия или смесь 95 50% оксида алюминия и 0,1 50% оксида кремния в 2 5%-ном растворе неорганической кислоты.