Способ получения алюминия и электролизер для получения алюминия Советский патент 1988 года по МПК C25C3/06 

со со ел

4

СО

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, к способу получения алюминия электролизом хлоридов и к конструкции электролизера.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение расхода электроэнергии.

На фиг.1 изображен электролизер, продольный разрез;, на фиг.2 - то же, поперечный разрез.

Электролизер содержит кессониро- ванный водоохлаждаем ш металлический корпус 1 с водоохлагщаемой крьшкой 2. В боковых стенках корпуса 1 выполнены электроизолированные отверстия 3 для введения токоподводов 4 к графитовым электродам - анодам 5 и катодам 6.

Аноды 5 и катоды 6 выполнены плос- кими с глухими полостями 7, заполненными легкоплавким металлом, например, алюминием.

Нижний край анодов 5 расположен на

расстоянии 1,8-3,0 толщины анода 5 от 25 лит имеет следующий состав, мас,%:

30

35

40

подины, а катода 6 - на расстоянии 0,3-1,0 толщины катода 6 от подины.

Электролизер работает следующим образом.

В электролизер заливают расплав хлоридов, например,, хлоридов натрия и калия при их молярном отношени (2-3):1 и вьщерживают его при температуре электролиза 670-750 С в течение 3-5 мин, В это время на водоох- Л 1ждаемых стенках корпуса 1 образуется гарнисаж, выполняющий функции футеровки.

Затем в расплав загружают хлорид алюминия в количестве 5-40 мас.% от массы расплава. Через аноды 5 и катоды 6 пропускают постоянный ток с анодной плотностью 2-20 А/см и катодной плотностью 0,8-3 А/см,

При электролизе на катоде 6 образуется алюминий, а на аноде 5 -- хлор. Алюминий скапливается на подинеs а хлор удаляется из электролизера через отверстие в крышке 2. Хлорид алюминия непрерывно подают в электролизер для поддерживания концентрации 5-40 мас.%,50 а алюминий периодически скачивают,

например, с помош,ью вакуумного ковша, t

Скапливающийся на подине электролизера металл постепенно закрывае т нижнюю часть катодов 6, образуя единый катод с развитой поверхностью, превышающий в 3-12 раза площадь анодов 5.

45

55

NaCl 80, NaF 11, AlF, 9, к котором добавляют до 15% хлорида алюминия.

Пример 2. Электролизер, оп санный в примере 1, отличается тол тем, что электроды не имеют полостей 7.

Пример 3. Электролизер, оп санный в примере 1, отличающийся т что имеет площади погруженных элек тродов 84,5 см, не имеющих полост Электролит состоит из NaClrKCI в м лекулярном соотношении 2:1. Концен рация хлорида алюминия поддерживал в пределах 5,1-5,3 мас.%.

П р и м е р 4. Электролизер, оп санньй в примере 1, отличается тол тем, что имеет площади погруженног анода 5, равные 42,5 см, катода 6 84,5 см, электроды изготовлены из плоских графитовых пластин толщино 1,5 см с двумя полостями 7 в кажд диаметром 6-8 мм и не доходящие до нижней плоскости электродов. Полос 7 заполнены алюминием. Электролит стоит из NaCl:KCl в молекулярном с отношении 2:1, концентрацию хлорид алюминия поддерживают в пределах 5 5,6 мас.%.

Пример ы5и6. Электролиз описанный в примере 4, отличающийс тем, что имеет электролит, в котор содержание хлорида алюминия поддер вают в пределах 6-7 мас.%.

Вертикальные глухие полости 7 способствуют снижению омического сопротивления электродов, что позволяет поддерживать повышенные плотности тока без вьщеления дополнительного тепла. Это позволяет снизить расход электроэнергии и повысить произбоди- тельность.

Пример 1. Крупнолабораторньш водоохлаждаемый электролизер гарни- сажного типа, открытый сверху, представляет собой прямоугольньш корпус 1 с внутренними размерами 160 х 120 х X 150 мм.

В электролизер устанавливают катод 6, площадь погружения которого в электролит составляет 167 см, и анод 5, погруженная площадь которого 420 см. Электроды применяют плоские, толщиной 13 5 см с полостями 7 диаметром 5-6 мм и на глубину 50 мм ниже уровня электролита, но не доходящего до нижнего среза электрода; -Электро

NaCl 80, NaF 11, AlF, 9, к которому добавляют до 15% хлорида алюминия.

Пример 2. Электролизер, описанный в примере 1, отличается только тем, что электроды не имеют полостей 7.

Пример 3. Электролизер, описанный в примере 1, отличающийся тем, что имеет площади погруженных электродов 84,5 см, не имеющих полостей. Электролит состоит из NaClrKCI в молекулярном соотношении 2:1. Концентрация хлорида алюминия поддерживалась в пределах 5,1-5,3 мас.%.

П р и м е р 4. Электролизер, опи- санньй в примере 1, отличается только тем, что имеет площади погруженного анода 5, равные 42,5 см, катода 6 - 84,5 см, электроды изготовлены из плоских графитовых пластин толщиной 1,5 см с двумя полостями 7 в каждом диаметром 6-8 мм и не доходящие до нижней плоскости электродов. Полости 7 заполнены алюминием. Электролит состоит из NaCl:KCl в молекулярном соотношении 2:1, концентрацию хлорида алюминия поддерживают в пределах 5,1- 5,6 мас.%.

Пример ы5и6. Электролизер, описанный в примере 4, отличающийся тем, что имеет электролит, в котором содержание хлорида алюминия поддерживают в пределах 6-7 мас.%.

31397543

Пример ы7и8. Электролизер,показателей с показателями других

описанный в примере 4, отличающийсяспособов произведен сравнительный

тем, что имеет площади погруженногорасчет производительности электролианода 5 12,5-13 см и катода 84 см,зера с внутренними размера1 1И 1000 х

в электродах есть полости 7, запол-х 1000 х 1000 мм,

ненные жидким алюминием, а содержание Результаты проведения испытаний по

хлорида алюминия в электролизе под-:примерам 1-8 приведены в таблице, держивают в пределах 10-25 мас.%. Как видно из таблицы, проведение

Поскольку в исследованиях исполь- юспособа с предлагаемыми режимами (призуют крупнолабораторный электролизермеры 4, 6 и 7) позволяют одновременно

и время его работы от 8-10 ч до не-повысить производительность и снизить

скольких суток, то для сравггения егорасход электроэнергии.

1. Способ получения алюминия электролизом хлоридных расплавов при температуре 670-750 С и концентрации хлорида алюминия 5-40 мас.%, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения расхода электроэнергии, перед введением хлорида алюминия расплав хлоридов вьщерживают в электролизере при температуре электролиза 3-5 мин, а электролиз ведут при анодной плотности тока 2-20 А/см и катодной плотности тока 0,8-3,0 А/см. 2. Электролизер для получения алюминия, содержащий кессонированный металлический корпус с днищем, плоские аноды и катоды и крьппку, о т л и ч а- to щ и и с я тем, что, с целью повы- шения производительности и снижения расхода электроэнергии, аноды и катоды выполнены с вертикальными глухими полостями, заполненными легкоплавким металлом, нижний край катодов распо- лржен на расстоянии 0,3-1,0 их толщины от днища, а аноды - на расстоянии 1,8-3,0 их толщины от днища. i (Л

Примечание. В примере 1 используют известный электролизер,

а в примерах 3-8 - предлагаемый.

ь/