Электролизер для получения металлического магния электролизом расплавленных хлоридов Советский патент 1934 года по МПК C25C7/00 C25C3/04 

Из опыта рабЬты магниевых ,вавв, в которых подвергается электролизу либо один расплавленный хлористый магний, либо смесь его с хлористым калием или натрием, или обоими вместе, можно заключить, что анодный хдор. различный образом действует на магний, отделившийся от поверхности катода.

Мелкие капельки металла диаметром порядка 1-2 мм, встречаясь на пути от катода к поверхности электролита с пузырьками хлора или выскакивая в анодное пространство ванны, легко в хлоре сгорают. Это явление вызывает понижение выхода по току,

С другой стороны, при температурах, отвечающих нормальной работе магниевой ванны, э именно около 700° - 750° на крупные скопления или капли металла, плавающие на поверхности электролита, хлор практически не действует, или, во всяком случае, действует в весьма малой степени.

Это явление, повидимому, объясняется тем, что крупные капли металла благодаря значительному поверхностному натяжению электролита обволакиваются пленкой расплавленной соли, защищающей магний от действия хлора. Если же пленка разрывается, и хлор вступает во взаимодействие с магнием, то в результате реакции, на noBeiXHOCTH металла снова должен появиться слой расплавленного хлормагния, т. е. зшцитная пленка должна восстановиться.

В случае малых капель, явление изменяется благодаря значительно большому отношению поверхности капли к ее массе. Теплота реакции, иачавшейся на поверхности капли, успевает настолько повысить температуру капли, что пленка электролита уже; не может защитить капельку магния от полного сгорания.

Основываясь на описанном характере поведе ния магния и хлора в магниевой ванне, предлагается принпип устройства электролизера, по которому катодом в ванне служит слой расплавленного магния, плавающего на поверхности электролита, причзм хлор, выделяющийся на аноде, расположенном под нижней (работающей) поверхностью катода, весь полностью или частично проходит, в виде пузыпьков, сквозь „плавающи катод, нлн между ним и соприкасающимся с ним стенками и другими частями ванны.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает электролизер в продольном разрезе; фиг. 2 - то же в поперечном разрезе и фиг. 3 - разрез по линии ABCD на фиг. 1.

Предлагаемый электролизер представляет собою закрытый железный кожух 1 круглой, квадратной или ппямоугольгой формы с шамотовой футеровкой 2 и тепловой изоляцией 3.

В поду рабочего пространства ванны расположены графитовые или угольные электроды 4; 5-слой электролита; 6 - плавающий катод - слой расплавленного магния; 7 - металлические или графитовые стержни, подводящие ток к катоду, проходящие через съемную герметическую крышку 8.

-Для уменьшения переходного сопротивления в контакте между стержнями и жидким металлом концы стержней, погруженные в металл, могут иметь рифленую, зубчатую или другую, вообще говоря, развнтую, поверхность. 9 -хлороотвоцная труба; 10 - люк для введения свежего электролита; 11-литники для выпуска электролита; 12 -литннкн для выпуска магния.

Благодаря небольшой разнице в удельных весах обычЬого электролита (карналита, хлормагния) и магния, нижняя поверхность „плавающего

катода должна иметь выпуклую форму, что невыгодно, так как увеличивает среднее расстояние между анодом и катодом. Для того, чтобы этого избегнуть, мбжно применить перегородки 13 из шамота или другого непроводящего ток огнеупорного материала, делящие „плавающий катод на части и, следовательно, уменьшающие разность в расстояниях между отдельными точками поверхности катода и плоскостью анодов. Перегородки могут быть сплошными и не сплощными. Могут применяться также отдельно стоящие столбики стержня, пластины, проходящие сквозь нижний слой жидкого катода. Для выравнивания уровней электролита и жидкого металла в отдельных частях ванны перегородки могут иметь отверстия и вырезы 14, или не доходить до верхней поверхности жидкого катода. Перегородки 13 могут иметь, кроме того, вертикальные отверстия или полости, не заполняемые металлом, или быть двойными для того, чтобы часть анодного хлора могла выходить через них, минуя жидкий катод.

С целью уменьшения среднего расстояния анодкатод может быть применено также добавление к электролиту солей, имеющих в расплавленном состоянии большой удельный вес, например, хлористого бария. При этом, разность удельных весов металла и электролита увеличится, и нижняя поверхность плавающего магния будет менее выпуклой.

Увеличение разности удельных весов металла и электролита, за счет добавок тяжелых солей, кроме того, будет способствовать уменьшению колебаний нижней поверхности - „плавающего катода, которые могут быть вызваны движением электролита и поднимающимися пузырьками хлора.

В предлагаемой ванне устранена возможность образования мелких капелек металла, так как катодом служит поверхность жидкого магния.

Вследствие этого, предлагаемая ванна, по сравнению с обычными ваннами с вертикальным расположением катодов, при прочих равных условиях должна отличаться, по мнению изобретателя, большим выходом по току, меньшим средним расстоянием между анодом и катодом, возможностью применения больших шютностей тока на аноде и. катоде, более низким напряжением на ванне, меньшим удельным расходом электроэнергии, меньшей площадью, занимаемой ванной, отсутствием диафрагм, подвижных частей, вообще простотой конструкции, возможностью легко осуществить слив металла (вместо вычерпывания ложками), легкостью устройства ванны на большую силу тока, возможность осуществить регулировку напряжения на ванне и температурь электролита автоматическим изменением уровня электролита, легкостью получения хлора высокой концентрации.

Безводный электролит - хлормагний или двойные соли ,его с хлоридами щелочгй - всегда содержат незначительное количество (0,5-15%) окиси магния, которая накопляется на дне обычных ванн, а в ваннах с жидким металлическим катодом из сплава А1 - Mg, Mg -Си, Mg -Zn и т. п.--на поверхности последнего, что вызывает необходимость частой чистки.

В предла:-аемой ванне такого явления не может быть, так как ься вводимая с электролитом

окись магиия должна хлорироваться проходящим через, слой электролита анодным хлором.

С целью, с одной сторон, сцособствовать.хлорированию окиси, а с другой, уменьшить разрушение (окисление) поверхности анодов за счет кислорода окиси магния, к электролиту и периодически вводимым в ванну добавкам его может прибавляться измельченный уголь, в количестве. Достаточном для связывания кислорода окиси магния.

В виду возможности в предлагаемой ванне хло рирование окиси магния, для питания ванны может примеияться безводный электролит с превышенным, против обычного, содержанием окиси магния. Это обстоятельство может значительно облегчить задачу обезвоживания хлормагния и карналита.

Предлагаемая ванна легко может быть использована для непрерывного электролиза карналита. Для этого следует только придать рабочему пространству ванны форму удлиненного прямоугольника и подавать свежий, с содержанием 45-50% MgClg карналит с одного конца ванны через люк 10, а выпускать отработанный, содержаший Mg Gig через литник 11, расположенный на другом конце.

Благодаря небольшой высоте слоя электролита между анодом и катодом (порядка 3-5 см) и наличию перегородок 13 (число которых может быть для этого случая увеличено), смешивание частей электролита, находящихся в данный момент в разных участках ванны, достаточно затрудненно, поэтому при прохождении через рабочее пространство содержание Mg Cla в электролите может правильно убывать за счет электролиза в указанных выше пределах.

Увеличение электропроьодности электролита с уменьшением концентраций хлормагния может компенсироваться уменьшением высоты анодов по направлению к сливному отверстию.

Для этой же цели неарерывного электролиза карналита ванны предлагаемого устройства могут устанавливаться в ряд каскадом с переливом электролита последовательно через весь ряд ьанн и включением их электрически последовательно.

Устройство ванны, работающей по предлагаемому принципу, может иметь ряд конструктивных видоизменений. Например, перегородки 13, для разделения „плавающего кат1да могут быть не только оперты на под ванны но и подвешены к крышке или выполнены в виде отдельн(|1х столбиков той или иной формы.

Стержни 7, подводящие ток к „плаваюшемукатоду, могут быть горизонтальными и проходящими не через крышку, а через стенки ванны.

Можно применить подвод тока к катоду горизонтальными каналами в кладке ванны, заполненными магнием и сообщающимися со стороны рабочего пространства ванны неп1.средсгвенно с жидким металлом катода, а с друг и стороны, с шинами из магния же, входящими снаружи через уплогнители в стенке кожуха внутрь канала.

Кроме „плавающего като„а, могут применяться дополнительные катоды ь виде той или иной формы рещетки с отходящими от нее ьниз стержнями или пластинками (проходящими сквозь жидкий катод) из графита или металла, причем нижние концы стержней катодов могут выступать из работающей (нижней) поверхности „плавающего

катода. При этом, нижняя поверхность .плавающего катода может поддерживаться на некотором постоянном расстоянии от анодов, а дополнительные катоды передвигаться, с целью регулировки внутреннего сопротивления ванны.

Применение дополнительных катодов в виде часто расположенных вертикальных стержней, пластин или решетки, может устранить необходимость устройства разделяющих жидкий катод перегородок 13.

Аноды, кроме расположения снизу, указанного на чертеже с заливкой их чугуном и подводом тока железными штангами, могут быть введены в ванну горизонтально через боковые стенки, с подводом тока к ним, также путем заливки концов их чугуном или залитыми или ввернутыми на резьбе в концы анодов железными стержнями. Аноды могут также пропускаться насквозь через боковые стенки или дно ванны.

Подвод тока к анодам может быть также осуществлен посредством вертикальных, проходящих через крышку ванны и слой плавающего магния- катода, графитовых электродов, нижние концы которых на резьбе соединены с горизонтально расположенными плитами (пластинами) из графита, служащими собственно анодами. В этом случае вертикальные вводы-электроды, должны быть изолированы от „плаваюшнго катода надетыми иа них трубами из шамота, кварца или другого огнеупорного непроводящего ток. материала. Вместо труб можно применить перегородки, между которыми пропустить вертикальные электроды. Изолирующие трубы или перегородки, во-первых, могут заменить собой разделяющие катод перегородки 13, и во-вторых, если установить их неплотно прилегающими к вертикальным электродам, то часть анодного хода может проходить через пространство (заполненное только электролитом) между поверхностями вертикальных электродов и труб или перегородок, не проходя сквозь жидкий катод.

Предмет изобретения.

1. Электролизер для получения металлического магния электролизом расплавленных хлоридов, отличаюш.ийся тем, что в качестве катода применен плавающий сплошным или несплошным слоем на поверхности электролита расплавленный магний, расположенный над анодами таким

образом, что выделяющийся на них хлор весь полностью или частично омывает плавающий магний или отчасти проходит сквозь плавающий слой магния.

2.Форма выполнения электролизера по н. 1, отличающаяся тем, что с целью уменьшения среднего расстояния между электродами и облегчения выхода хлора из-под плавающего катода применены вертикальные, сплошные или несплошные перегородки 13, или же трубы, столбики и тому подобные, проходящие сквозь плавающий слой магния.

3.В электролизере по пп. 1 и 2, для выпуска части хлора из-под плавающего слоя магния и слива с верхней поверхности последнего выбрасываемого пузырьками хлора электролита, применение сообщения между пространством над верхней поверхностью плавающего катода и междуэлектродным пространством, путем устройства в толще соприкасающихся с магнием частей электролизера, как-то, стенок, перегородок, труб и тому подобных каналов или полостей с отверстиями и т. п.

4.В электролизере по п. 1 применение для подвода тока к плавающему слою магния каналов в боковых стенках ванны, заполненных магнием, или металлических или графитовых стержней, пластин или решеток, введенных в ванну через крышку или боковые стенки, мог}щих также выступать из плавающего слоя магния в направлении к анодам и служить, в последнем случае, дополнительными катодами.

5.В электролизере по п. 1 применение анодов в форме графитовых пластин или блоков, расположенных на поду ванны с подводом к ним тока через-под, или через боковые стенки ванны или же вертикальными графитовыми электродами, проходящими через слой плавающего катода и изолированными от него непроводящими ток трубами и т: п.

6.В электролизере по п. 1 применение увеличивающих удельный вес электролита добавок, например, хлористого бария.

7.В электролизере по п. 1 применение для связывания кислорода добавки к содержащему окись магния эмектролиту в виде измельченного угля;

8.Применение электролизера по п. 1 для непрерывного электролиза с протеканием электролита через междуэлектродное пространство.

,2