Электролизер с биполярными электродами Советский патент 1935 года по МПК C25C3/04 C25C7/00 

Предлагаемый электролизер предназначен для получения магния электролизером расплава, в котором присутствзет хлормагний. В этлк условиях достаточно устойчивая против разрушения электролитом ванна может быть сложена из шамотового кирпича или плит на глине. Особенно благоприятны такие плавленые материалы, как, например, кварц, диабаз, муллит, которые совершенно непроницаемы для расплава и могут свариваться автогеном или вольтовой дугой, т. е. образовывать цельнолитые яш:ики для ванн.

Как и обычно в серяйЕкх ваннах, кожух имеет ряд каналов и выступов для вкладывания в nidx электродов, разделяющих ванну на такой же ряд узких ячеек. Перегородки представляют собою металлические или угольные, или графитовые плиты. Ток подводится и проходит обычным путем для таких, ванн. Ванна описанного вида имеет тот недостаток, что в ней нельзя сблизить электроды настолько, насколько это возможно в параллельной системе. В серийной системе это расстояние сближения должно позволять выгребанию шламма, удалению магния и предназначено для устранения слишком быстрого обеднения электролита магнием и слишком сильного разбрызгивания его пузырьками хлоргаза, а также для уменьшения

утечек тока вдоль стенок ванны между электродами и т. п.

Согласно изобретению в электролизере с биполярными электродами, с целью сокраш,ения расстояния между электродами без уменьшения междуэлектродного пространства, биполярные электроды выполнены в виде пластин, соединенных электрически с катодной стороны с решетками, расположенными параллельно на требуемом расстоянии от анодной стороны смежных электродов. Для регулирования же расстояния между электродами катодные решетки или ее вертикальные звенья выполнены подвижными.

На чертеже фиг. 1 изображает предлагаемый электролизер в разрезе; фиг. 2- то же в продольном разрезе по линии АВ на фиг. 1; фиг. 3-две проекции поворотного устройства решетки;. фиг. 4- то же видоизмененного устройства.

Биполярный электрод, примененный в предлагаемом электролизере(фиг. 1 и 2), представляет собою угольную или другого проводящего ток материала пластину 1, 2 (фиг. 1 и 2), поставленную вертикально, заделанную внизу и с боков в не проводящие ток стенки ванны и служащую одной стороной в качестве анода 2.

С катодной стороны пластины 7 укреплены решетки 3 из железа или друтого материала-проводника, образующие действующую катодную поверхность. Эти рещетки 3 расположены на известном расстоянии от поверхности пластины / параллельно последней.

Рещетки 3 и пластины 7 электрически соединены стержнями 4, проводящими ток и целиком погруженными в электролит. Кроме того, решетки 3 выступают выще уровня электролита и не заделаны в футеровку стенок ванны.

Угольная пластина / имеет вверху надставку 5, расположенную вышеуровня электролита и выполненную из какого-либо материала, достаточно стойкого в условиях электролиза, как например, шамота и т. п. Эти надставки 5 служат для полного разделения электролизера на ячейки, которые и осуществляют биполярную систему.

Угольная пластина / гладкой своей стороной 2 работает, как анод; другая сторона угля с укрепленной на ней катодной решеткой 3 во время электролиза оказывается слабо поляризованной; в основном же катодом служит поверхность решетки 3.

Ряд подобного рода сдвоенных электродов ставится в ванне параллельно на равных друг от друга расстояниях, причем расстояние от анодной угольной поверхности одной электродмой системы до поверхности катодной решетки другой системы достаточно мало. Благодаря этому напряжение между парой соседних электродных систем может быть очень небольшим.

Если применяемый материал электродов одинаково стоек в качестве катодного и анодного, а также достаточно прочен в механическом отношении, то электродная система может представить собой в простейшем случае параллельно стоящие тонкие пластину и решетку 3, соединенные одним или несколькими стержнями 4, перпендикулярными к обеим поверхностям и расположенными между последними. Стержни 4 должны быть расставлены, таким образом, чтобы возможно меньше мешать обслуживанию ванны, как например, выгребанию шламма и т. п. по вертикальным краям пластин 7 и решеток 3.

Если анод 2 должен состоять из иного материала, чем катод, то описанная система может быть изготовлена целиком из металла, например, железа, стали и т. п. и к ее пластине может быть плотно угольная пластина. В иных случаях на нее может быть нанесен хлороустойчивый слой иного металла или сплава. Края соединенных плоских пар заделываются в непроводящих стенках ванны или выступах и для увеличения и улучшения контакта прочности могут быть залиты чугуном и тому подобным материалом. В видоизмененном приеме сборки электродной пары катодная решетка соединительными стержнями (без пластины) быть поставлена свободными концами стержней на анодную угольную пластину и на нее же залит чугун. Таким образом получится слой чугуна, который, плотно прилегая к анодной угольной пластине, закрепляет и концы соединительных стержней, осуществляя необходимый электрический контакт между анодной пластиной и катодной решеткой. Для усиления прочности соединения анодная угольная плита может иметь расширяющиеся внутрь углубления, в которые входит чугун при заливке. Вместо чугуна могут быть применены соответствующие более стойкие против коррозии салавы.

Для увеличения срока службы электродной системы в анодных пластинах необходимо применять наиболее плотные сорта электродного угля, а также подходящие наполнители, сводящие до минимума пористость угля.

Крышка ванны электролизера должна быть снабжена хорошей теплоизоляцией и изготовляется цельной или составной.

Удаление хлора кз ванны может производиться через-один патрубок, укрепленный в крышке или стенке. Над электродами может оставаться свободное пространство 7/, которым соединены все ячейки. В зависимости от мощности ванны количество хлороотводных патрубков 72 может быть и больше одного, что особенно необходимо для чистки.

Циркуляция электролита, подаваемого в ванну по каналу 8, осуш ествляется преимущественно последовательно из ячейки в ячейку с помощью соответствующих жолобов б и каналов 7. У одной и другой стенок ванны дно жолоба б может находиться выше уровня электролита, который заполняет жолоб б только в моменты перепускания электролита, т. е. приливания свежих порций в крайнее отделение.

Как и во всяких биполярных системах подобные каналы вызывают известную утечку тока. Жолоб б проходит в непроводящей верхней анодной надставке .5 и служит для слива электролита в соседнюю ячейку через вертикальный канал 7, имеющийся в стенке ванны между концами соседних анодов. Этот же канал 7 служит для направления электролита на дно соседней ячейки.

Удаление магния производится через люки 9, расположенные над вертикальными каналами 7, отводящими электролит из одного отделения на дно соседнего, т. е. на каждые две соседние электролитические ячейки приходится один люк 9 для вычерпывания магния. При перетекании электролита вниз по вертикальному каналу 7 магний не опускается вместе с электролитом, но удерживается в канале и всплывает наверх в перерыве течения струи. При большой скорости струи металл перемешивается с электролитом и перетекает по вертикальному каналу 7 в соседнее отделение и так доходит до последнего и отсюда выходит из ванны с отработанным электролитом, от которого отделяется в приемниках-отстойниках для электролита. При этом способе работы 1юки 9 при каждой второй ячейке для вычерпывания требуется открывать редко. В упрощенном типе ванны вертикальные каналы 7 отсутствуют и магний перетекает из ячейки в ячейку с электролитом и выплескается с ним из последней ячейки.

Регулирование силы тока происходит без затруднений только при анодах, не изменяющихся с течением времени. Если аноды срабатываются сравнительно быстро, как например, графитовые, то расстояние между катодом и анодом постепенно возрастает и поэтому требуется регулировать или катодную решетку или напряжение генератора.

Катодная рещетка 5 состоит из параллельных вертикальных стержней Ю

(фиг. 3). Верхние концы их могут поворачиваться или перемещаться в отверстиях штанги 4. Ось вращения каждого стержня 10 во втулке 14 смещена относительно оси нижней рабочей части стержня 10, благодаря чему эта часть может приближаться или удаляться по отношению к анодной поверхности при вращении верхнего конца. Поворачивание стержней 10 на необходимый угол производится периодически. Так как все элементы решетки 3 целиком погружены в электролит, то при поворачивании головок 13 стерххней W, имеющих квадратную или иную форму, инструмент для их поворота тоже погружается в электролит, благодаря чему уровень последнего несколько снижается для обнажения головок 13. Регулирование напряжения на ванне при временных неполадках путем поворачивания катодов неудобно. Соответствующая регулировка достигается изменением напряжения генератора, питающего ванну. В помощь последней может употребляться также тепловое регулирование посредством вентиляционных каналов, расположенных в стенках ванны. При употреблении электрических машин с достаточно широкой регулировкой силы тока все элементы катодной решетки могут быть неподвижны. В этом случае сила тока и производительность одной ванны по мере утончення анодов уменьшается, но общая производительность нескольких ванн может оставаться постоянной, если смена анодов в них происходит в разное время.

Описанный электролизер может быть применен для получения различнь5х металлов путем электролиза расплавленных сред, например, магния, натрия и т. п. Исходный материал может представлять чистую соль металла или смесь ее с другими солями (например, карналлит). В первом случае количество периодически или непрерывно добавляемого в ванну исходного материала может быть недостаточно по объему для вытеснения подходящей порции выделенного током металла или вытеснения его подходящим объемом расплавленного электролита, нужный небольшой запас которого имеется специально для этой цели.

предмет изобретения.

1. Электролизер с биполярными электродами, преимущественно для получения магния, отличающийся тем, что с целью сокращения расстояния между электродами без уменьщения междуэлектродного пространства, биполярные электроды выполнены в виде пластины /, с катодной стороны электрически соединенной с параллельно расположенными рещетками 3 на желаемом расстоянии от анодной стороны 2 смежных электродов (фиг. 1).

2.Форма выполнения электролизера, по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью регулирования расстояния между электродами, катодные решетки или отдельные их вертикальные звенья устроены: подвижными (фиг. 3).

3.В электролизере по пп. 1 и 2 применение электродов, составленных из. нескольких примыкающих друг к другу частей, укрепленных в стенках из изолирующего материала, могущих иметь, отверстия или каналы для перетекания, электролита из одной камеры в. другую.

сРиг. S

- rf4

а i

41г м

--я I