ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен электролизер для получения магния и хлора (пат. RU №2109851, опубл. 27.04.98 г., БИ №12), включающий ванну с футерованными стенками, разделенную перегородкой на электролитическое и сборное отделения, закрытые сверху перекрытиями. В электролитическом отделении размещены аноды, установленные на подине футеровки электролизера, и катоды с токоподводами, введенными через боковую стенку футерованной ванны. Перегородка выполнена с верхним и нижним переточными каналами. Катодный лист выполнен со скосом снизу, при этом скос размещен в футеровке электролизера.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что конструктивное размещение катода в боковой стенке футеровки электролизера не позволяет демонтировать катод без повреждений. Катод деформируется, что не позволяет повторно использовать его в дальнейших процессах, что ведет к большим затратам на сталь и изготовление катода. Конструкция катода не позволяет стабилизовать ведение технологического процесса электролиза, что ведет к большим затратам электроэнергии.

Известен электролизер для получения магния и хлора (пат. RU №902505, опубл. 20.10.96 г. БИ №29), включающий электролитические отделения с введенными через подину анодами переменной ширины и закрепленными в стенках консольными катодами, расположенную перпендикулярно электродам сборную ячейку, отделенную от рабочих отделений разделительной перегородкой с верхними и нижними переточными каналами для циркуляции электролита. Токоподвод выполнен прямоугольной формы, а катод - со скосом в правом верхнем углу перед верхним переточным каналом.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что конструктивное размещение катода в боковой стенке футеровки электролизера не позволяет демонтировать катод без повреждений. Катод деформируется, что не позволяет повторно использовать его в дальнейших процессах, что ведет к большим затратам на сталь и изготовление катода. Конструкция катода не позволяет стабилизовать ведение технологического процесса электролиза, что ведет к большим затратам электроэнергии.

Известен электролизер для получения магния и хлора (пат.RU №2094536, опубл. 27.10.97 г. БИ №30), принятый по количеству общих признаков за ближайший аналог-прототип и включающий кожух, футеровку, электролитические отделения с введенными через подину анодами и закрепленными в стенках катодами с токоподводами, сборную ячейку, отделенную от рабочих отделений разделительной перегородкой с верхними и нижними переточными каналами для циркуляции электролита. Перегородка выполнена с выступом прямоугольной формы и со скосом в сторону электролитического отделения. Перегородка с выступом образует Z-образный профиль, параллельный катоду, а зазор выполнен по всей длине постоянной ширины. Катод сверху выполнен со скосом, при этом скос расположен в футеровке электролизера.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что конструктивное размещение катода в боковой стенке футеровки электролизера не позволяет демонтировать катод без повреждений. Катод деформируется, что не позволяет повторно использовать его в дальнейших процессах, а это приводит к большим затратам на сталь и изготовление катода. Конструкция катода не позволяет стабилизовать ведение технологического процесса электролиза, что приводит к большим затратам электроэнергии.

Технический результат заключается в устранении недостатков указанного прототипа и направлен на снижение затрат за счет повторного использования катода. Повторное использование катода позволяет не только снизить затраты на его изготовление но и за счет повышения поверхностных свойств стали катода улучшить технико-экономические характеристики работы электролизера, это приводит к снижению пускового периода процесса электролиза, к снижению удельного расхода электроэнергии и стабилизации процесса электролиза.

Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, содержащий кожух, футеровку, электролитическое отделение с введенными через подину анодом и катодом, одна из сторон которого установлена в футеровке боковой стенки электролизера, другая размещена в электролитическом отделении, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с верхними и нижними переточными каналами, и токоподводы, новым является то, что он снабжен катодным экраном, жестко размещенным на катоде, разделяющим катод на две части и установленным вплотную к футеровке в электролитическом отделении, при этом катод выполнен съемным, часть катода, установленная в футеровке боковой стенки электролизера, выполнена сверху ступенчатой формы, снизу - прямолинейной, а часть катода, размещенная в электролитическом отделении, выполнена со скосами.

Кроме того, скосы выполнены параллельными.

Кроме того, скосы выполнены в верхней части катода со стороны переточного канала перегородки и в нижней части со стороны катодного экрана.

Кроме того, соотношение ширины части катода, размещенной в футеровке, к ширине части катода, размещенной в электролитическом отделении, равно 1:(1,5-1,8).

Кроме того, соотношение части анода, расположенной над катодом, к высоте катода равно 1:(3,5-4,0).

Установка катодного экрана между двумя частями катода позволяет увеличить площадь катода, так как он работает так же, как и катод, повысить активность катодной поверхности листа, что способствует стабилизации процесса электролиза.

Изготовление одной части катода, размещенной в футеровке боковой стенки электролизера, сверху ступенчатой формы, а снизу - прямолинейной, позволяет облегчить установку катода в футеровке при монтаже электролизера и извлечение его из футеровки при капремонтах. Изготовление другой части катода, размещенной в электролитическом отделении, со скосами позволяет оптимизировать процесс электролиза, что позволяет снизить удельный расход электроэнергии.

На чертеже показан электролизер для получения магния и хлора, состоящий из кожуха 1, футеровки 2, электролитического отделения 3, в котором установлены графитированный анод 4 и металлический катод 5, выполненный из двух частей, причем одна часть 6 размещена в боковой стенке футеровки и выполнена сверху ступенчатой формы 7 и снизу прямолинейной формы 8, а другая часть 9 размещена в электролитическом отделении и выполнена со скосами 10 с двух противоположных сторон, между частями 6 и 9 катода установлен катодный экран 11, из сборной ячейки 12, перегородки 13 с верхним переточным каналом 14 и нижним переточным каналом 15, токоподводом 16.

Монтаж электролизера производят следующим образом.

Предварительно изготавливают катод 5 из стали 3 по ГОСТ 380-71, для чего сваривают две части 6 и 9 и катодный экран 11, размещенный между частями 6 и 9, при этом одна часть 6 изготовлена сверху ступенчатой формы 7 и снизу прямолинейной формы 8, а другая часть 9 выполнена со скосами 10 с двух противоположных сторон. Скосы 10 выполнены параллельными и размещены в верхней части катода 9 со стороны переточного канала 14 перегородки 13, а в нижней части со стороны катодного экрана 11. Катод 5 частью 6 размещают в проеме боковой стенки футеровки 2, а катодный экран 11 устанавливают вплотную к внутренней стенке футеровки 2 электролитического отделения 3. Свободное пространство проема футеровки 2 над верхней ступенчатой стороной 7 части 6 катода 5 заполняют магнезитовой крошкой крупностью 0-1 мм и насыпной массой не более 500 кг/м³ и бетоном. Соотношение ширины части 6 катода, находящегося в футеровке, к ширине части 9 катода, размещенной в электролитическом отделении, поддерживают равным 1:(1,5-1,8). В подине футеровки 2 электролизера устанавливают аноды 4 таким образом, чтобы соотношение части анода 4, разсположенной над катодом 5, к высоте катода было равно 1:(3,5-4,0). Затем на футеровку 2 сверху над электролитическим отделением 3 устанавливают перекрытие с перегородкой 13 с верхним переточным каналом 14 и нижним переточным каналом 15. Образованная перегородкой 13 сборная ячейка 12 размещена между электролитическими отделениями 3. При окончании работы электролизера (при остановке на капитальный ремонт) удаляют отбойным молотком в проеме, где установлена часть 6 катода, бетон с магнезитовой крошкой, извлекают катод 5 и затем после ремонта, устанавливают его вновь в электролизер.

Электролизер работает следующим образом.

В сборную ячейку 12 заливают расплавленное хлормагниевое сырье 35-50 кг при содержании хлорида магния 47,5%, подают постоянный электрический ток через токоподвод 16 к анодам 4 и катодам 5. При прохождении электрического тока на аноде выделяется газообразный хлор, на катоде - расплавленный магний. Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются вверх между рабочими поверхностями анода 4 и катода 5. Хлор удаляется в электролитическом отделении 3 через хлоропровод, а электролит с магнием выносится через переточный канал 14 разделительной перегородки 13 в сборную ячейку 12 и через нижний переточный канал 15 возвращается в электролитическое отделение. Магний удаляют вакуум-ковшом из сборной ячейки и направляют потребителю.

Таким образом, предложенная конструкция электролизера позволяет снизить затраты за счет повторного использования катода и повысить технико-экономические характеристики работы электролизера, в частности снизить пусковой период работы электролизера, снизить удельный расход электроэнергии, стабилизировать процесс электролиза.