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

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способу получения магния и хлора электролизом расплавов.

Выход магния и хлора при электролизе существенно зависит от расстояния между анодом и катодом. С повышением междуэлектродного зазора выход по току возрастает, но при этом повышается напряжение на электролизере и удельный расход электроэнергии.

Показатели магниевого электролизера повышаются при использовании анодов с хлоротводящими каналами. Хлоротводящие аноды позволяют сдвинуть наружную границу газожидкостного слоя от катода в сторону анода за счет миграции пузырьков хлора в каналы. Эффективность разделения продуктов электролиза определяется формой и величиной хлороотводящих каналов в аноде.

Известен анод с хлоротводящими каналами внутри тела анода (а.с. N 398690). Хлоротводящие каналы в теле анода не обеспечивают надежного разделения продуктов электролиза, их изготовление достаточно сложно и требует значительных затрат. Аноды имеют сравнительно низкий срок службы.

Наиболее близким к предлагаемому является электролизер для получения легких металлов, анод которого в форме клина скошен к низу, снабжен на рабочих поверхностях системой каналов, открытых в сторону междуэлектродного зазора. Каналы имеют прямоугольную форму и в вертикальном направлении выполнены в форме синусоиды (АС N 1027287, кл. С 25 С 3/04, 1983 г. бюллетень N 25). Каналы имеют постоянное сечение, что повышает падение напряжения в аноде, удельный расход электроэнергии. Сечение каналов излишне в нижней части анода, где выделение хлора по объему невелико, а в верхней недостаточно для полного разделения магния и хлора. Величина сечения каналов на аноде не увязывается с междуэлектродным зазором, с объемом полученных магния и хлора.

Заявленное техническое решение направлено на повышение выхода магния и хлора, снижение удельного расхода электроэнергии. Это достигается в электролизере, конструкция которого характеризуется совокупностью следующих существенных признаков:
ширина и глубина хлороотводящих каналов на рабочей поверхности анода возрастает с повышением высоты электродов;
поперечное сечение хлороотводящих каналов зависит от величины сечения междуэлектродного зазора и их соотношение составляет 0,01-0,30.

Количество выделяющихся на электродах магния и хлора определяется плотностью тока. При одной и той же плотности тока с уменьшением расстояния между анодом и катодом, увеличением высоты электродов вероятность взаимодействия магния и хлора возрастает, их выход снижается. Для получения высоких показателей хлоротводящие каналы на анодах должны иметь переменное сечение, возрастающее при снижении расстояния между электродами и увеличении высоты электродов.

Экспериментально определено, что для плотности тока и высоты электродов, применяемых в промышленных электролизерах, суммарное поперечное сечение хлоротводящих каналов в верхней части анода должно составлять 0,30 части сечения междуэлектродного зазора. При этом обеспечивается полное разделение магния и хлора, снижаются их потери. При большем соотношении сечений существенно возрастают напряжение на электролизере и удельный расход электроэнергии, что экономическим невыгодно.

На фиг. 1 3 показано расположение катодов 1 и анода 2 с хлороотводящими каналами 3 предлагаемого электролизера.

Электролизер работает следующим образом:
Содержащийся в электролите хлорид магния под действием постоянного тока разлагается и на катоде 1 выделяется магний. Капельки магния растут и при достижении определенного размера потоком электролита выносятся в сборную ячейку. Выделяющийся на аноде 2 хлор образует пузырьки, которые стекают с каналы 3 и по ним поднимаются вверх, переходят в газовую фазу над электролитом и удаляются из электролизера. Хлороотводящие каналы увеличивают реальное расстояние между анодом и катодом, обеспечивая практически полное разделение магния и хлора, их выход повышается. При этом напряжение на электролизере растет незначительно, т.к. происходит перераспределение тока по поверхности и внутри каналов анода, обусловленное более высокой электропроводностью графита по сравнению с электролитом (почти в 500 раз).

Исследования показали, что электролизер с хлоротводящими анодами предлагаемой конструкции имеет выше выход магния по току в первые 2-4 месяца его работы на 4-5% а в целом за компанию (26-28 месяцев) на 1,5-2,0% Соответственно ниже удельный расход электроэнергии.

Использование: получение магния и хлора электролизом расплавов. Достигаемый результат при использовании изобретения: повышение выхода магния и хлора, снижение удельного расхода электроэнергии. Сущность изобретения заключается в том, что ширина и глубина хлороотводящих каналов в анодах повышается от низа к верху на рабочей части анода, а их поперечное суммарное сечение составляет 0,01-0,30 сечения междуэлектродного пространства. 3 ил.

Электролизер для получения магния и хлора, содержащий футеровку, катоды и аноды с хлоротводящими каналами, открытыми в сторону межэлектродного зазора, отличающийся тем, что каналы выполнены с переменной шириной и глубиной при их увеличении снизу вверх на рабочей части анода, причем суммарное поперечное сечение каналов составляет 0,01 0,30 сечения межэлектродного зазора.