МНОГОКАТОДНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛЬЦИЯ Советский патент 1938 года по МПК C25C7/00 

Предлагаемое изобретение относится к многокатодному электролизеру, предназначенному для получения кальция путем электролиза хлористого кальция.

Известным типом промышленных ванн, применяемых в настоящее время для получения кальция, является ванна с катодом соприкосновения. Такие ванны строятся обычно с одним и, максимум, двумя катодами.

Основные недостатки этих ванн следующие:

1. Невозможность постройки ванн на большие силы тока (не больше, чем на 2000-3000 А).

2. Применение малых ванн связано с относительно большими теплопотерями, что обусловливает высокий вольтаж, а следовательно, и высокий расход энергии.

3. Периодичность работы ванны, обусловленная перерывами тока при смене катодов, делает невозможной работу ванн в серии, так как разрыв тока (при отрыве штанги от электролита) на одной ванне вызывает образование дуги на ней и нарушает работу всей серии.

Указанные недостатки устраняются при постройке ванны большой производительности, т.е. с большой амперной нагрузкой, при большом числе катодов соприкосновения на одной ванне.

Предметом настоящего изобретения и является многокатодная ванна, преимущественно для получения кальция из хлористого кальция, в которой установлены а один или два ряда от 5 до 20 и даже более параллельно соединенных катодов.

На чертеже фиг. 1 представляет вид сбоку устройства, согласно изобретению; фиг. 2 - вид его сверху с частичным горизонтальным разрезом; фиг. 3 - вид спереди и частично поперечный разрез.

Ванна состоит из железного кожуха 1, теплоизолированного изнутри кирпичом 2. Кирпичная кладка является и футеровкой пода. Боковые стенки рабочего пространства футерованы обожженой набивной угольной массой 3, которая служит анодом. Угольная масса заформована так, что образует два (или один) продольных ряда почти круглых рабочих ячеек и в центре каждой ячейки расположен катод 4. Внутри угольной массы запрессованы железные шины 5, служащие для подхода тока к анодам. Анодное устройство может быть выполнено и в виде футеровки из фасонных обожженых угольных или графитовых блоков, образующих рабочие ячейки. В таком случае концы графитовых анодных блоков проходят сквозь кожух ванны наружу и здесь присоединяются к анодным шинам, например, с помощью чугунной заливки. Все анодное устройство полностью погружено в электролит. Сверху ванна закрыта железной плитой 6, снабженной снизу теплоизоляцией. В этой крышке имеется прорез над рабочими ячейками, сквозь которые проходят катодные штанги. К кожуху ванны прикреплены железные или чугунные трубы 7 для отвода хлора, сообщающиеся через каналы в кирпичной кладке с рабочим пространством над электролитом. Трубы 7 присоединены к общему трубопроводу для хлора, на конце которого установлен эксгаустер. Таким образом, через прорезы в крышке ванны все время просасывается воздух, охлаждающий катоды и уносящий выделяющийся на анодах хлор. На кожухе у торцевых стенок ванны установлены стойки 8, несущие катодное устройство. Последнее для каждого продольного ряда катодов состоит из двух валов 9 и 10, расположенных один над другим. На каждом валу насажены шестерни 11, по числу катодов в ряду, связанные с вертикальными зубчатыми рейками 12, на нижних концах которых и находятся собственно катоды. Шестерни 11 находятся в постоянном зацеплении с зубчатыми рейками 12, но от соответствующих валов 9 или 10 каждая шестерня может быть отключена с помощью специального устройства 13, состоящего из упорной щеки, жестко укрепленной на валу, и прижимной щеки, сидящей на нарезанной муфте, жестко соединенной с валом. Нижний вал 10 через редуктор 14 соединен с электродвигателем 15, сообщающим ему медленное вращение. Верхний вал 9 снабжен ручным приводом 16 с червячной передачей. Описанное устройство позволяет производить непрерывный равномерный подъем катодных штанг от двигателя через шестерни вала 10. В случае же необходимости подрегулировать или сменить отдельный катод зубчатая рейка его с помощью устройства 13 отключается от приводного вала 10 и переключаясь на вал ручной регулировки 9, и от руки с помощью привода 16 производится подрегулировка этого катода или его быстрый подъем для смены. Регулировочное устройство может быть осуществлено и в другом варианте. Например, вместо валов 9 и 10 можно установить длинные червяки, приводимые один от двигателя, второй - от руки, и заменить шестерни 11 горизонтально расположенными червячными шестернями, имеющими на оси гайки, сквозь которые проходят вертикальные на резные стержни заменяющие зубчатые рейки. Зубчатые рейки 12 в нижних концах имеют утолщение, в котором с помощью ласточкина хвоста вставлены катодные наконечники 17, на которые наращиваются катодные штанги 4. К катодным наконечникам приболчены гибкие пакеты шин 18, которые с помощью зажимов 19 присоединены к общим катодным шинам 20. Это позволяет производить быструю смену катода после наращивания полной длины катодной штанги. Для этого зубчатая рейка отключается от приводного вала 10 и переключается на ручной вал 9, катод поднимается и наконечник вместе с катодной штангой вынимается из гнезда (ласточкин хвост). При этом отключается зажим катодного пакета, гнездо вставляется новый наконечник и его пакет приключается к катодной шине. Затем зубчатая рейка вручную опускается до соприкосновения наконечника с зеркалом электролита и переключается с ручного вала 9 на приводной вал 10. Вся операция смены катода может быть произведена за 5-8 минут.

Регулировка мощности ванны достигается изменением скорости подъема катодных штанг. При увеличении скорости подъема диаметры штанг уменьшаются и напряжение на ванне возрастает. Уменьшение скорости подъема приводит к обратному эффекту. Такой диапазон регулировки достаточен. Однако, остается возможность и дальнейшего увеличения или уменьшения диаметра штанг. Кроме того, еще большее повышение мощности может быть достигнуто отключением части катодов, понижение мощности приключением шунта параллельно ванне.

Регулировка мощности изменением скорости подъема катодов автоматизируется следующим образом. Вал, поднимающий зубчатые рейки катодов, приводится от шунтового двигателя постоянного тока. В шунт двигателя включены регулировочные реостаты, переключаемые с помощью многоступенчатых реле, связанных с главным шинопроводом ванны. При повышении напряжения в ванне в шунт включаются реостаты. большего сопротивления, ток шунта и вместе с ним число оборотов двигателя снижается, скорость подъема катодов уменьшается, их диаметры увеличиваются, и напряжение в ванне падает до нормальной величины.. При падении напряжения в ванне ниже нормального все устройство срабатывает в обратном направлении, т.е. скорость подъема катодов увеличивается и напряжение повышается. Последовательно с регулировочными реостатами в цепь шунта включен еще и ручной подгоночный реостат, позволяющий первоначально установить оптимальную скорость подъема для нормального режима.

Ванна предлагаемой конструкции может быть построена на очень большую силу тока. Так, например, при 20 катодах диаметром по 20 см каждый можно достичь силы тока 30000-40000 А.

Большие размеры ванны приводят к сильному уменьшению удельных тепловых потерь, что позволяет понизить катодную плотность тока до 6-10 А см² против применяемых ныне 30-50 А см², и все же, вследствие разности анодной и катодной плотностей тока, температура у катода будет достаточно велика, чтобы поддерживать каплю металла в расплавленном состоянии. Низкая плотность тока позволяет снизить напряжение в ванне, а вместе с тем и расход энергии.

Предлагаемые ванны легко могут работать в последовательной серии. Отключение одного катода для смены его или непроизвольный отрыв катода от поверхности электролита не нарушает ни работы серии, ни работы данной ванны. Ток перераспределяется на остальные катоды, так что даже при шести катодах на ванне отключение одного катода вызывает перегрузку остальных катодов только на 20%. что вполне допустимо. При большем числе катодов в ванне положение еще более благоприятно. Установка ванн в серии позволяет обслуживать много ванн от одного мотор-генератора высокого напряжения, что снижает капитальные затраты на подстанцию и шинопровод, потерю энергии в шинах, повышает коэффициент полезного действия подстанции.

1. Многокатодный электролизер, преимущественно для получения кальция, состоящий из железного кожуха, теплоизолированного изнутри и футерованного по боковым стенкам обожженой набивной угольной массой или графитовыми или угольными блоками, являющимися анодами, отличающийся тем, что анодное пространство выполнено в виде ряда ячеек, каждой из которых соответствует один из соединенных параллельно катодов соприкосновения.

2. В электролизере по п. 1 применение устройства для подъема катодов с переменной скоростью подъема для возможности регулирования мощности электролизера.