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

Изобретение относится к металлургии легких металлов и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных хлоридов.

Известен электролизер, включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами, введенными через продольную стенку, и анодами, введенными через перекрытие, сборную ячейку, диафрагму /Х.Л.Стрелец. Электролитическое получение магния. М. Металлургия, 1972, с.266/.

Недостатком этой конструкции электролизера является сложность извлечения шлама с подины электролитического отделения. Выбросы хлора в зону обслуживания составляют 15 200 кг/т.

Известен бездиафрагменный электролизер, включающий кожух, футеровку, электролитические ячейки с катодами и анодами, введенными через перекрытие, сборные ячейки, расположенные параллельно рабочим поверхностям электродов и отделенные от электролитических отделений разделительными перегородками с -образными каналами, транспортные каналы /а.с. СССР N 558973, опубл. в БИ N 19, 1977 г./.

Наиболее существенным недостатком данной конструкции является сложность его обслуживания, особенно осложняется операция по удалению шлама из электролитических отделений при размещении анодов в подине.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния-прототип /Лебедев О.А. Производство магния электролизером. М. Металлургия, 1988, с.196 199/.

Электролизер включает металлический кожух, футеровку, электролитические отделения с катодами, введенными через продольную стенку и снабженными экранами, установленными у футеровки, и анодами, сборную ячейку со съемной крышкой, разделительными перегородками и с верхними и нижними циркуляционными окнами; и патрубки санитарно-технического отсоса.

Электролизер работает следующим образом. Выдающийся на электродах магний и хлор выносится на поверхность электролита в электролитическом отделении. Поток электролита вместе с магнием выносится в сборную ячейку, затем электролит опускается в сборной ячейке и через нижнее окно возвращается над подиной в электролитическом отделении и поступает потребителю.

Частично захваченный электролитом хлор через верхние окна перегородки в сборную ячейку, ухудшая условия труда при обслуживании электролизера и снижая выход хлора. Двигаясь у подины от сборной ячейки к продольной стенке, электролит перемешивает к ней шлам.

Существенным недостатком электролизера является необходимость подогревать шлам из междуэлектродных расстояний в сборную ячейку вручную скребком. Эта операция не позволяет увеличить ширину электродов электролизера с нижним вводом анодов, так как в этом случае возрастает длина подины, с которой подгребается шлам. Необходимо увеличить ширину сборной ячейки для ввода скребка, а это невыгодно, т.к. возрастают потери тепла и снижается съем магния с 1 м² площади электролизера и цеха. Существенно возрастают трудозатраты ручной операции подгребания шлама.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в создании условий для насоса шлама в сборную ячейку поток электролита, что снизит трудозатраты на удаление шлама с подины электролитического отделения, позволит увеличить мощность электролизера за счет увеличения ширины электродов, снизит выбросы хлора в зону обслуживания.

Поставленная задача решается так, что в бездиафрагменном электролизе для получения магния и хлора, включающим кожух с футеровкой, электролитические отделения с установленными в них катодами с экранами и анодами и образующими междуэлектродное расстояние, сборную ячейку со съемными крышками, отделенную от электролитических отделений перегородками с окнами, патрубки санитарно-технического отсоса, новым является то, что он дополнительно снабжен каналами для вывода магния, расположенными между нерабочими поверхностями анодов и футеровкой и/или между нерабочими поверхностями анодов; и направляющими клиньями, установленными в торцах сборной ячейки напротив окон перегородки, причем перегородка выполнена сплошной напротив междуэлектродных расстояний, а окна в перегородке расположены напротив каналов. Кроме того, каналы выполнены шириной, равной 0,5 1,0 расстояния между продольной стенкой и торцами анодов, а дно каналов заглублено на 0,2 0,5 высоты катода, аноды в электролитических отделениях расположены на 1 4 междуэлектродных расстояния от футеровки.

Кроме того, направляющие клинья выступают в сборную ячейку на 1 2 ширины канала для вывода магния, высота направляющего клина равна высоте канала для вывода магния, а на подине сборной ячейки выполнен выступ на уровне подины канала для вывода магния, а направляющий клин установлен на этот выступ.

Кроме того, в разделительной перегородке на уровне каналов для вывода магния дополнительно выполнены окна прямоугольного и/или V-образного сечения, причем они могут быть смещены относительно друг друга и размещены под углом к сборной ячейке.

Кроме того, крышки сборной ячейки выполнены по высоте равными больше высоты вертикального сечения патрубков санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним, крышки выполнены П-образной или коробчатой формы, снабжены слоем теплоизоляционного материала в коробчатых крышках, снабженных перегородками.

Кроме того, экран катода расположен на расстояния 1 2,5 междуэлектродных расстояния от футеровки и расстояние от подины до катодного экрана составляет 1,5 0,4 расстояния от подины до нижней кромки катода.

Снабжение электролизера дополнительными конструктивными элементами - каналами для вывода магния из электролитических отделений в борную ячейку и выполнение разделительной перегородки сплошной напротив междуэлектродных расстояний позволит организовать вынос и сбор шлама в районе разделительной перегородки, снизив тем самым трудозатраты на удаление шлама, снизить выбросы хлора в сборную ячейку, улучшив экологическую атмосферу в зоне обслуживания, повысить мощность электролизера. Размещение анодов на расстоянии на 1 2,5 МЭР от футеровки, выполнение каналов для выноса магния шириной 0,5 1,0 расстояния между продольной стенкой и торцами анодов и заглубление их дна на 0,2 0,5 высоты катода способствуют более полному выносу магния в сборную ячейку и лучшему удалению шлама от продольной стенки. Размещение в торцах сборной ячейки клиньев способствует направленности потоков электролита в сборной ячейке, устраняет застывание металла и электролита, облегчая тем самым обслуживание электролизера. С увеличением длины электролизера циркуляция электролита в сборной ячейке ослабевает, поэтому необходимы дополнительные окна в разделительных перегородках, они могут быть смещены друг относительно друга, направлены под углом к продольной оси сборной ячейки, выполнены с гидрозатвором. Предлагаемая конструкция электролизера снижает выбросы хлора в сборную ячейку в десятки раз, что позволяет уменьшить объем газов санитарно-технического отсоса. Для этого крыши в сборной ячейке выполнены коробчатой или П-образной формы по высоте равным или больше вертикального сечения патрубков санитарно-технического отсоса и установлены вплотную к ним боковыми стенками. Уменьшение тепловыделений от сборной ячейки достигается путем выполнения крышек с горизонтальными перегородками и снабжения их слоем теплоизоляционного материала.

На фиг. 1, 2 показан продольный и поперечный электролизер для получения магния и хлора.

Электролизер состоит из стального кожуха 1, футерованного внутри огнеупорным материалом 2, двух электролитических отделений 3 со стальными катодами 4, введенными через продольную стенку и графитовыми анодами 5, введенными через подину. Аноды 5 размещены на расстоянии 1 4 междуэлектродных расстояния от продольной стенки. Катодные экраны 6 прилегают к футеровке 2, но могут быть размещены на расстоянии 1 2,5 междуэлектродных расстояния от футеровки. Расстояние от подины до экрана 6 составляет 0,4 1,5 расстояния от подины до нижней кромки катода 4. Между нерабочими поверхностями торцевых анодов 5 и футеровкой расположены каналы для вывода магния 15, дно которых заглублено на 0,2 0,5 высоты катода 4, а ширина равна 0,5 1,0 расстояния между торцами анодов и футеровкой продольной стенки. Сборная ячейка 7 расположена между электролитическими отделениями 3, отделена от них разделительными перегородками 8 и закрыта крышками 13. Против электродов разделительная перегородка 8 выполнена сплошной. Против каналов для вывода магния 15 выполнены окна 9. Вынос магния также осуществляется через дополнительные окна 10 прямоугольной или V-образной формы. Окна 10 в противоположных перегородках 8 смещены друг относительно друга и/или расположены под углом к продольной оси электролизера. В торцах сборной ячейки выполнены выступы 11, на которых расположены клинья 12. Клинья 12 выступают в сборную ячейку 7 на 1 2 ширины канала для вывода магния 15, его высота равна высоте канала для вывода магния. Крышки 13 сборной ячейки 7 выполнены по высоте равными или больше высоты вертикального сечения патрубков 14 санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним. Крышки 13 могут быть П-образной или коробчатой формы. При коробчатой форме крышки выполнены с горизонтальными перегородками, между которыми может быть расположен теплоизоляционный материал.

Электролизер работает следующим образом. При прохождении через электроды и электролит постоянного тока на анодах 5 выделяется газообразный хлор, на катодах 4 расплавленный магний. Газонаполненный электролит вместе с магнием поднимается в междуэлектродом пространстве, сепарируется от хлора и движется к продольной стенке в сторону от сборной ячейки 7. Движению в сборную ячейку 7 препятствует разделительная перегородка 8.

В верхней части пространства между торцом анода и продольной стенкой поток электролита разделяется. Часть его с магнием направляется в каналы 15 и через окна 9, 10 в сборную ячейку. Клинья 12 и выступ 11 способствует направленному движению электролита в сборной ячейке 7. Основной поток электролита опускается в пространстве, образованному продольной стенкой электролизера и торцом анода, проходит над подиной, способствуя выносу шлама от продольной стенки электролизера к сборной ячейке, и вновь поступает в рабочую зону. Поток электролита из сборной ячейки 7 в электрические отделения 3 невелик, замыкается под перегородкой 8 и не создает встречного потока, препятствующего движению шлама.

Так как каналы 6 расположены с нерабочей стороны электродов, то в них не попадает газонаполненный электролит, выбросы хлора в сборную ячейку незначительны.

Предложенная конструкция электролизера позволит значительно улучшить условия труда, т.к. сократятся выбросы хлора в зону обслуживания, уменьшатся трудозатраты на извлечение шлама.

Использование: получение магния электролизом расплавленных хлоридов. Технический результат - снижение трудозатрат на удаление шлама из электролитических отделений, увеличение мощности электролизера, снижение выбросов хлора в зону обслуживания. Сущность: новым является то, что электролизер имеет клинья, установленные в торцах сборной ячейки напротив окон перегородки, между нерабочими поверхностями анодов и футеровкой выполнены каналы для вывода магния и окна в перегородке выполнены напротив каналов. Аноды 5 размещены на 1 - 4 междуэлектродных расстояния от продольной стенки. Катодные экраны 6 прилегают к футеровке, но могут быть размещены на 1 - 2,5 междуэлектродных расстояния от футеровки. Расстояние от подины до экрана 6 составляет 0,4 - 1,5 расстояния от подины до нижней кромки катода 4. Между нерабочими поверхностями торцевых анодов 5 и футеровкой расположены каналы для вывода магния 15, дно которых заглублено на 0,2 - 0,5 высоты катода 7, а ширина равна 0,5 - 1,0 расстояния между торцами анодов и футеровкой продольной стенки. Сборная ячейка 7 расположена между электрическими отделениями 3, отделена от них разделительными перегородками 8 и закрыта крышками 13. Против электродов разделительная перегородка 8 выполнена сплошной. Против каналов для вывода магния 15 выполнены окна 9. Вынос магния также осуществляется через дополнительные окна 10. Окна 10 в противоположных перегородках 8 смещены друг относительно друга и/или расположены под углом к продольной оси электролизера. В торцах сборной ячейки выполнены выступы 11, на которых расположены клинья 12. Клинья выступают в сборную ячейку 7 на 1 - 2 ширины канала для вывода магния 15, его высота равная высоте канала для вывода магния. Крышки 13 сборной ячейки 7 выполнены по высоте равными или больше высоты вертикального сечения патрубков 14 санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним. Крышки могут быть П-образной или коробчатой формы. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора, содержащий футерованный кожух, электролитические отделения с установленными в них катодами с экранами и анодами с образованием междуэлектродного расстояния, сборную ячейку со съемными крышками, отделенную от электролитических отделений перегородками с окнами и патрубками санитарно-технического отсоса, отличающийся тем, что он снабжен направляющими клиньями, установленными в торцах сборной ячейки напротив окон перегородки, между нерабочими поверхностями анодов и футеровкой выполнены каналы для вывода магния, перегородка в части, расположенной напротив междуэлектродных расстояний, выполнена сплошной, а окна в перегородке выполнены напротив каналов. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что аноды в электролитических отделениях расположены от футеровки на расстоянии 1 4 междуэлектродных расстояния. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что каналы для вывода магния выполнены шириной 0,5 1,0 расстояния между футеровкой и торцами анодов. 4. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что дно каналов для вывода магния заглублено на 0,2 0,5 высота катода. 5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что направляющие клинья установлены с выступом в сборную ячейку на 1 2 ширины канала для вывода магния. 6. Электролизер по п.5, отличающийся тем, что направляющий клин выполнен высотой, равной глубине канала, для вывода магния. 7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что на подине сборной ячейки выполнен выступ, расположенный на уровне дна канала для вывода магния, и клин установлен на выступе. 8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в разделительной перегородке на уровне каналов для вывода магния выполнены дополнительные окна прямоугольного и/или V-образного сечения. 9. Электролизер по п.8, отличающийся тем, что дополнительные окна противоположных разделительных перегородок смещены относительно друг друга. 10. Электролизер по п. 8, отличающийся тем, что дополнительные окна в разделительной перегородке выполнены под углом к сборной ячейке. 11. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что крышки сборной ячейки по высоте равны или больше высоты вертикального сечения патрубков санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним. 12. Электролизер по п.11, отличающийся тем, что крышки сборной ячейки выполнены П-образными. 13. Электролизер по п.12, отличающийся тем, что П-образные крышки выполнены с горизонтальными перегородками. 14. Электролизер по п.13, отличающийся тем, что П-образные крышки имеют слой теплоизоляционного материала, расположенный между горизонтальными перегородками. 15. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что экран катода расположен на расстоянии 1,0 2,5 междуэлектродных расстояний от футеровки. 16. Электролизер по п.15, отличающийся тем, что расстояние от подины до катодного экрана составляет 1,5 0,4 расстояния от подины до нижней кромки катода.