СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2001 года по МПК C25C3/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.

Известен способ повышения активности катода магниевого электролизера (А. с. СССР N 908958, опубл. БИ N 8, 1982 г.) путем металлизации его цветным металлом, в частности магнием, перед установкой в электролизер. Металлизацию осуществляют в расплаве магния при 680-725^oC в течение 5-100 ч до толщины диффузионного слоя 0,01-0,2 мм и содержания магния в нем 0,01-0,06 мас.%. Это позволяет снизить пусконаладочный период электролизера.

Данный способ не нашел промышленного применения из-за высокой трудоемкости процесса, большого расхода магния и электроэнергии. Диффузионный магний потоком электролита смывается с катодной поверхности и центры кристаллизации магния на катоде вновь образуются, т.е. пусконаладочный период практически не сокращается.

Известен способ получения магния и хлора электролизом расплавленных солей (кн. Металлургия магния и других легких металлов. - Стефанюк С.Л.: Учебник для техникумов. - М.: Металлургия, 1985. - С. 79-80, 85-90). Способ включает загрузку исходного сырья в виде расплавленных хлоридов металлов, снабжение электроэнергией постоянного тока электродов от преобразовательной подстанции по шинопроводу. Ток по шинам подводится к контактам катодов, проходит через электролит, поступает на аноды и далее через анодную ошиновку на катодные шины соседнего электролизера. При прохождении тока осуществляется процесс электролиза - разложение хлорида магния на магний и хлор. Оптимальное значение катодной плотности тока, обеспечивающей выход по току 83-85%, составляет 0,19-0,23 А/см².

Недостатком данного способа является то, что способ не предусматривает активацию рабочей поверхности катодов, и электролизер после включения его в работу имеет длительный пусконаладочный период, и в это время работает с низким выходом магния по току, высоким удельным расходом электроэнергии. Длительность пусконаладочного периода существенно зависит от катодной плотности тока и способа пуска электролизера. При пониженной плотности тока центры кристаллизации магния на катоде растут медленно, длительное время остаются в виде мелких капель, что приводит к большим потерям магния за счет его окисления и хлорирования.

Задачей изобретения является сокращение длительности пусконаладочного периода, имеющего пониженные показатели, и за счет этого повышение выхода магния по току, производительности электролизера и снижение удельного расхода электроэнергии в целом за компанию электролизера.

Данная задача решается так, что в способе получения магния и хлора электролизом расплавленных солей, включающем загрузку расплавленных хлоридов металлов, подвод тока к электродам от серийного источника постоянного тока и электролиз при заданной плотности тока с получением магния и хлора, новым является то, что в период электролиза, имеющего пониженные показатели, повышают плотность тока на электродах выше заданной величины путем одновременного отключения части электродов и подключения дополнительного источника постоянного тока при непрерывном отводе избыточного тепла.

Кроме того, плотность тока поддерживают на 10-25% выше заданной плотности тока на электролизере.

Проведение процесса электролиза при повышенной плотности тока на 10-25% выше заданного значения плотности тока приводит к тому, что центры кристаллизации магния на катоде растут более интенсивно, магний сливается в более крупные капли, их суммарная поверхность относительно снижается, что приводит к сокращению потерь магния за счет его окисления и хлорирования, выход магния по току возрастает, снижается удельный расход электроэнергии постоянного тока.

Величина плотности тока от дополнительного источника и отключения электродов зависит от заданной плотности тока на электролизере. При плотности тока менее 10% от заданной активация рабочей поверхности катода идет медленно, пусконаладочный период сокращается незначительно. При повышении плотности тока более чем на 25% от заданной плотности возрастают затраты на осуществление способа, возникают технические трудности в подведении дополнительной электроэнергии постоянного тока к электролизеру.

Постоянный отвод тепла от электролизера искусственным путем позволяет повысить производительность электролизера.

Пример осуществления способа
По прототипу. При катодной плотности тока 0,22 А/см² пусконаладочный период на электролизере составляет 7 месяцев со средним выходом магния по току 74%, в том числе по месяцам после пуска 72, 73, 73, 74, 74, 75 и 77%. За последующие 15 месяцев средний выход по току составляет 80%. Выход по току за кампанию [(74х7)+ (80х15)]:22=78,1%.

По изобретению. Электролизер на силу тока 100 кА имеет 24 катода, катодную плотность тока d_k=0,22 А/см². При работе на расплавленном карналлите он имеет срок службы 22 месяца. В электролизер заливается расплав хлоридов металлов, содержащих хлорид магния. Электролизер подключается к серийному источнику тока и сразу начинается процесс электролиза. При пуске электролизера отключают 3 катода, плотность тока при этом возрастает до 24/21х0,22 = 0,251 А/см². Одновременно к электролизеру подключается дополнительный источник постоянного тока, например, выпрямительный агрегат, который подает силу тока 8 кА. Катодная плотность тока возрастает до 108/100х0,251=0,271 А/см². При этой плотности тока пусконаладочный период сокращается до 3 месяцев с выходом по току 75%, в том числе по месяцам 73, 75, 77%. Затем дополнительный источник постоянного тока отключают и используют для пуска следующего электролизера. В остальные 19 месяцев электролизер работает при плотности 0,22 А/см² со средним выходом по току 80%. Выход магния току за кампанию [(3х75)+(19х80):22=79,3%. При этом отводится 109 кВт электроэнергии искусственным путем, например тепловыми трубами.

Таким образом, при повышении катодной плотности тока в пусконаладочный период с 0,22 до 0,271 А/см² (на 23,2%) выход магния по току за кампанию (22 месяца) возрастает на 79,3-78,1= 1,2%. Соответственно на 1,2% снижается удельный расход электроэнергии постоянного тока, а производительность электролизера возрастает.

Техническим результатом изобретения является сокращение длительности пусконаладочного периода, имеющего пониженные показатели, и за счет этого повышение выхода магния по току, производительности электролизера и снижение удельного расхода электроэнергии в целом за компанию электролизера. В способе получения магния и хлора электролизом расплавленных солей, включающем загрузку расплавленных хлоридов металлов, подвод тока к электродам от серийного источника постоянного тока и электролиз с получением магния и хлора при заданной плотности тока, новым является то, что в период электролиза, имеющего пониженные показатели, повышают плотность тока на электродах выше заданной величины путем подключения дополнительного источника постоянного тока и отключения части электродов и при постоянном отводе избыточного тепла. Кроме того, плотность тока поддерживают на 10-25% выше заданной плотности тока на электролизере. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ получения магния и хлора электролизом расплавленных солей, включающий загрузку расплавленных хлоридов солей хлоридов металлов, подвод тока к электродам от серийного источника постоянного тока и проведение процесса электролиза с получением магния и хлора при заданной плотности тока, отличающийся тем, что в период электролиза, имеющего пониженные показатели, повышают плотность тока на электродах выше заданной величины путем одновременного отключения части электродов и подключения дополнительного источника постоянного тока при непрерывном отводе избыточного тепла. 2. Cпособ по п.1, отличающийся тем, что плотность тока поддерживают на 10-25% выше заданной плотности тока на электролизере.