ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА Российский патент 1999 года по МПК C25C3/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом.

Потери магния при электролизе и выход магния по току существенно зависят от характера циркуляции электролита в электролизере, от того, насколько быстро и полно выводится магний из электролитической ячейки в сборную ячейку. Около 80% всех потерь магния составляют потери за счет взаимодействия жидкого магния с газообразным хлором (Лебедев О.А. Производство магния электролизом. - М.: Металлургия, 1988, с. 177). Для успешной работы электролизера любой конструкции необходимо создать четко выраженную горизонтальную составляющую циркуляции электролита, обеспечивающую быстрый вынос магния из рабочей ячейки в сборную. Исследования показывают, что при хорошо организованной и направленной циркуляции электролита, когда исключаются встречные потоки и не образуются зоны замкнутой циркуляции; застойные зоны, выход магния по току на 2-3% выше.

Известен электролизер для получения магния (авт. свид. 429135, БИ N 19, 1974), включающий футерованную ванну, в которой размещены электролитическое отделение с размещенными в нем электродами и одна и более сборная ячейка, расположенная перпендикулярно или параллельно рабочим поверхностям электродов. Это позволяет увеличить скорость вывода магния и создать условия для более полной выборки магния из сборной ячейки.

Недостатком известной конструкции является то, что в ней нет конкретных технических решений, обеспечивающих направленную циркуляцию электролита с магнием из электролитических ячеек в сборные и, следовательно, не исключаются встречные потоки и зоны замкнутой циркуляции электролита с магнием внутри электролитических ячеек. Потери магния в электролизере сравнительно велики.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электролизер для получения магния и хлора (прототип - авт. свид. 514045, БИ 18, 1976), включающий футерованную ванну, в которой размещены электролитическая ячейка с анодами из чередующихся длинных и коротких брусьев и с катодам рамного типа, состоящего из нескольких продольных и поперечных пластин, и сборная ячейка, причем продольные оси анодов и продольные пластины катодов перпендикулярны к сборной ячейке. Высота поперечных пластин катода уменьшается от 1 до 0,5-0,8. Это позволяет улучшить вынос магния в сборную ячейку и упростить обслуживание электролизера.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что изменение высоты катодов не увязано с величиной межполюсного зазора, т.е. с объемом электролита и магния, перемещаемого из электролитических ячеек в сборную ячейку и, поэтому не обеспечивается направленная циркуляция электролита. Кроме того, чрезмерное уменьшение высоты поперечных пластин катодов от 1 до 0,5-0,8 повышает плотность тока, напряжение на электролизере и удельный расход электроэнергии.

Задачей данного изобретения является создание направленной циркуляции электролита и полного выноса магния из электролитических ячеек в сборную ячейку. Это позволит снизить потери магния при электролизере, повысить выход магния по току, снизить удельный расход электроэнергии.

Это достигается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, содержащем кожух, стенки которого футерованы изнутри, электролитические ячейки с введенными в них катодами рамного типа с продольными и поперечными пластинами, между которыми размещены аноды с межполюсным зазором, и сборные ячейки, отделенные от электролитических ячеек диафрагмой (перегородкой), новым является то, что продольные оси анодов, размещенных у противоположной от сборной ячейки стенки электролизера, расположены параллельно сборной ячейки, а продольные оси анодов и катодов, размещенных в рамном катоде, установлены перпендикулярно сборной ячейке, причем верхние кромки катодов размещены на разных уровнях с понижением в сторону сборных ячеек. И верхние кромки катодов смещены относительно друг друга на 1,5-2,5 величин межполюсного зазора.

Размещение в электролитических ячейках анодов, установленных у противоположной от сборной ячейки стенки электролизера, и продольных пластин катодов параллельно сборным ячейкам, а анодов и катодов, размещенных в рамных катодах, - перпендикулярно сборным ячейкам, позволяет направить поток электролита с магнием в сторону сборных ячеек. Расположение катодов в электролитических ячейках на разных уровнях с понижением в сторону сборных ячеек усиливает направленность циркуляции и разделяет потоки электролита с магнием по высоте. В этом случае магний с потоком электролита выводится из межполюсных зазоров на разных уровнях и эти потоки не препятствуют друг другу.

Уровни верхних кромок катодов смещены относительно друг друга на величину 1,5-2,5 межполюсных зазоров. При менее 1.5 межполюсного зазора эффективность разделения потоков резко снижается. Снижение уровня верхних кромок катодов более чем на 2.5 межполюсного зазора приведет к существенному повышению плотности тока, повышению удельного расхода электроэнергии и экономически невыгодно.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенном в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна". Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявитель признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

На фиг. 1 и 2 показана конструкция предлагаемого электролизера. Электролизер выполнен из стального кожуха 1, огнеупорной футеровки 2, образующих футерованную ванну, двух электролитических ячеек 3 и одной сборной ячейки 4, размещенной между электролитическими отделениями. Электролизер может быть выполнен в виде двух сборных ячеек и трех электролитических ячеек и более. Aноды 5, расположенные у противоположной от сборной ячейки стенки электролизера, и продольные пластины 6 рамного катода расположены параллельно сборной ячейке, аноды 7, размещенные в рамном катоде, и поперечные катоды 8 установлены перпендикулярно сборной ячейки. Верхние кромки катодов 6 выше верхних кромок катодов 8 на величину 1.5-2.5 межполюсных зазоров 10. Верхние кромки катодов 9 ниже верхних кромок катодов 8. Электролитическая ячейка отделена от сборной ячейки диафрагмой (перегородкой) 11.

Электролизер работает следующим образом. В сборную ячейку 4 заливают расплавленный карналлит или хлористый магний, которые поступают в электролитические ячейки 3. При подаче постоянного электрического тока на аноды 5, 7 и катоды 6 - 9, на катодах выделяется магний, на анодах - хлор. Капельки магния растут и при достижении определенного размера срываются с катодов. Выделившийся на анодах хлор образует пузырьки, которые наполняют электролит. В межполюсном зазоре 10 пузырьки хлора поднимаются вверх, увлекая электролит и капли магния. Достигая верхней кромки катодов, электролит с магнием через зазор между катодом 9 и диафрагмой 11 выводится в сборную ячейку 4 на разных уровнях (на фиг. 1 показано стрелками). В сборной ячейке магний накапливается и периодически извлекается вакуум-ковшом, хлор из электролитических ячеек непрерывно удаляется по хлоропроводу, очищается и передается потребителю.

Таким образом, данная конструкция электролизера позволяет за счет направленной циркуляции электролита, снизить потери магния за счет уменьшения взаимодействия его с хлором, выход магния по току возрастет и снизится удельный расход электроэнергии.

Электролизер может быть использован для получения магния и хлора злектролизом расплавленных солей. Электролизер для получения магния и хлора содержит кожух, стенки которого футерованы изнутри, электролитические ячейки с введенными в них катодами рамного типа с продольными и поперечными пластинами, между которыми размещены аноды с межполюсным зазором и сборные ячейки, отделенные от электролитических ячеек диафрагмой (перегородкой), причем продольные оси анодов, размещенных у противоположной от сборной ячейки стенки электролизера, и продольные пластины катодов установлены параллельно сборной ячейке, а продольные оси анодов и катодов, размещенных в рамном катоде, установлены перпендикулярно сборной ячейке, причем верхние кромки катодов размещены на разных уровнях с понижением в сторону сборной ячейки на величину 1,5-2,5 межполюсного зазора, снижаются потери магния при электролизе, повышается выход магния по току, уменьшается удельный расход электроэнергии. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Электролизер для получения магния и хлора, включающий кожух, стенки которого футерованы изнутри огнеупором, электролитические ячейки с введенными в них катодами рамного типа с продольными и поперечными пластинами, между которыми установлены аноды с межполюсным зазором, и сборные ячейки, отделенные от электролитических ячеек диафрагмой или перегородкой, отличающийся тем, что продольные оси анодов, размещенных у противоположной сборной ячейке стенки электролизера, и продольные пластины катодов расположены параллельно сборной ячейке, а продольные оси анодов и катодов, размещенных в рамном катоде, установлены перпендикулярно сборной ячейке, причем верхние кромки катодов размещены на разных уровнях с понижением в сторону сборной ячейки. 2. Электролизер по п. 2, отличающийся тем, что верхние кромки катодов смещены относительно друг друга на 1,5 - 2,5 величин межполюсного зазора.