Способ выведения газов из-под горизонтально расположенного анода электролизера Советский патент 1980 года по МПК C25C1/00 C25C3/00 C25C1/24 C25C3/36 C25C3/06 

I

Изобретение относится к электрометаллургии и прикладной электрохимии и может быть использовано при электролизе расплавленных солей с горизонтально расположенными электродами, применяемом для получения алюминия, а также электролизе водных растворов хлористог натрия с ртутным катодом.

Известно техническое решение, напраленное на увеличение скорости удаления газа путем эвакуации его через отверст в аноде 1 .

Недостатком этого способа является сложность технического исполнения, повышенный расход анодной массы за счет окисления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выведения газа из-под подошвы самообжигающего анода алюминиевого электролизера. Способ предусматривает подачу газа в каналы, образованные запеченными в анод металлическими трубами или листами.

и далее в систему газоулавливания и. газоочистки |2.

Для эффективного выведения газов анод должен иметь большое число каналов. В результате этого снижается рабочее сечение электрода и повышается его омическое сопротивление. Кроме того, при удалении основного количества газа по каналам увеличивается расход анодной массы за счет окисления неполяризован- ного углерода потоком анодных газов. Наконец, для самообжигающи.хся анодов с верхним токоподводом установка большого числа труб практически невозможна по конструктивным соображениям, так как площадь электрода в плане занята штырями, металлоконструкциями анодной рамы и анодной рубашки.

Целью изобретения является повышение эффективности удаления газа и улучшения технико-экономических показателей процесса.

Это достигается тем, что в каналах периодически создают давлений газовой 372 фазы равное атмосферному, затем увеличивают его до 1,04-10 - 1, 041-1Он/м и вновь снижают до атмосферного. Когда в каналах устанавливают давле ние, равное атмосферному, нижняя часть каналов заполняется электролитом. Далее повышают давление в каналах, уровень электролита в йих уменьшается и электро лит истекает из каналов под рабочую но- верхность анода. При этом струйное течение электролита в прианодном слое обеспечивает удаление газовых, пузьфьков в горизонтальном направлении по касательной к рабочей поверхности анода. Очевидно, что давление (Р) целесообразно повышать только до величины равной сумме атмосферного (Ра) и избы точного гидростатического (Рр) на отметке рабочей поверхности анода, так как при P(FQ + Pf.) из каналов будет истекать газовая фаза с барботажем ее через электролит. Поэтому при давление в каналах вновь снижают до атмосферного. Уровень электролита в каналах при этом повышается, а скорость удаления газовы пузырей вновь увеличивается за счет струйного течения жидкости в каналы. Величина давления Р определяется избыточным гидростатическим на отметке кромки анода (R,) и может быть найдена следующим образом. Известно, что РГ р g Нд , где плотность электролита; о - ускорение силы тяжести: Н. - глубина погружения анода в электролит. При данной .,г, MQ величина Р, определяется плотностью электролита, большей у расплавов, чем у растворов. В свою очередь при электро лизе расплавов с горизонтальными элект родами используются системь МаСР-КСР и Nd,j ,j03 . Плотность первой из них составляет 157О кг/м, а второй 21ОО кг/м. Т9гда максимальная величина Р определится, условиями электролиза криолито-- глиноземных расплавов и составит Р .р H,,.2100Q,81 - ,04 . Ю И/М Может быть принято 1,О4-1Он/м с колебаниями давления от атмосферного (1,011О н/м) до этой величины. В предложенном способе основная часть газа удаляется естественным путем при скольжении пузырей газа вдоль горизонтальной рабочей поверхности электрода. Скорость движения пузырей 4 увеличивается оа счет струйного течения электролита в приапояном слое, обусЛовленного изменениями давления и уровня электролита в каналах. Некоторая, значительно меньшая, часть газа выводится через каналы в вертикальном направлении во время сообщения их с атмосферой. Поскольку основная часть газа выводится естественным путем, а не через каналы повышается скорость выведения газа, каналы со временем не увеличиваются в диаметре, так как поток газа в них практически отсутствует и не взаимодей У 1::° . Предложенньй спо„соб легче реализовать в промышленности, так как для него требуется меньшее число труб- каналов. Пример. электролиз в системе Нд Cd7cdCP,() плошадью сечения анода 120x12 мм при глубине погружения анода в электролит ЮОмм, общей высоте анода 180 мм, межполюсном расстоянии 2О мм, анодной плотное- ти тока 0,12 А/см, температуре 30°С, концентрации CdCe 2,2 г-экв/л и рН 1. По оси симметрии анода выполняют вертикальный канал прямоугольного сечения площадью 1Ох12 мм. Канал в начальном состоянии заполнен электролитом в нижней части (на высоту 1О см) и газом в верхней части. Избыточное гидростатическое давление электролита или включений газа на отметке рабочей поверхности ----f--Да составляет 1,16-1О н/м Рабочее Давление в канште повышают от атмосфег ного (1,О1-1О н/м ) до l,O21lO н/м и вновь уменьшают от этого давления до атмосферного. Частоту колебаний давления и уровня электролита в каналах задают от 5 Юдо 0,33 Гц. На чертеже дан график зависимости действующих значений относительного сопротивления (кривая 1) и напряжения на ячейке (кривая 2) от частоты колебаний давления газа и уровня электролита в канале. Как видно, данный способ позволяет эффективно уменьшить омичес- кие потери напряжения на газовых включениях, что объясняется увеличением скорости удаления и.х из-под анода. Параметры пульсаций давления газа и уровня электролита в каналах могут быть приняты по опытным данным в пределах от 5-10 до 5-10 Гц. Действительно, частота пульсаций Гц не сказывается на скорости выведения газа (относительном сопротивлении и напряжении