×
20.01.2014
216.012.97ec

Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ РАСПЛАВА CaCl КАЛЬЦИЕМ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Электролизер относится к цветной металлургии и может быть использован для непрерывного электролитического способа получения титана, циркония, урана, бериллия и других редких металлов. Электролизер содержит металлический корпус с анодным и насыщающим отделениями и металлической диафрагмой, разделяющей анодное и насыщающее отделения, где в качестве насыщающего расплава использован жидкий сплав Са-Cu, а в качестве расплава для насыщения использован электролит CaCl+(20-60) мас.% KCl, при этом металлическая диафрагма погружена в жидкий сплав Са-Cu примерно на одну треть толщины его слоя для предотвращения попадания анодных газов и переноса электроосажденного кальция через сплав в насыщающее отделение, а металлические поверхности корпуса анодного отделения и диафрагмы выполнены с покрытием в виде слоя плотной коррозионно-стойкой керамики для защищиты от воздействия анодных газов. 1 ил., 3 пр.
Основные результаты: Электролизер для насыщения расплава кальцием, содержащий металлический корпус с анодным и насыщающим отделениями и металлической диафрагмой, разделяющей анодное и насыщающее отделения, отличающийся тем, что в качестве насыщающего кальцием расплава используется жидкий сплав Са-Cu, а в качестве расплава для насыщения - электролит CaCl+20-60 мас.% KCl, при этом металлическая диафрагма погружена в жидкий сплав Са-Cu на одну треть толщины его слоя для предотвращения попадания анодных газов и переноса электроосажденного кальция через жидкий сплав в насыщающее отделение, а металлические поверхности корпуса анодного отделения и диафрагмы выполнены с покрытием в виде слоя плотной коррозионно-стойкой керамики.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к аппаратуре непрерывного электролитического насыщения расплава CaCl2 кальцием.

Серьезным недостатком реализованной в промышленности технологии магнийтермического восстановления титана из его тетрахлорида является периодичность процесса. Разрабатываются технологии непрерывного получения титана восстановлением его тетрахлорида растворенным в своем галогениде щелочноземельным металлом.

Bienvenu G.P., Chaleat В., Dubrugue D. et al. (Патент US №4820339 от П.04.1989) впервые предложили в качестве восстановителя TiCl4) использовать металлический кальций, растворенный в расплавленном CaCl2. Это увеличивает площадь контакта реагентов, интенсифицирует процесс и облегчает охлаждение реактора в процессе восстановления. Недостатком метода является использование дорогого, пожаро- и взрывоопасного порошкообразного металлического кальция, используемого для приготовления его растворов в расплавленном CaCl2.

В Патенте (Hori M., Ogasawara Т., Yamaquchi M. et al. ЕР 1816221А1 от 08.08.2007 Bulletien 2007/32) описана технология непрерывного восстановления TiCl4 кальцием и его растворами в CaCl2, полученными при электролизе CaCl2.

Пространственно разделенные диафрагменный электролизер и восстановительная камера связаны между собой погруженной в электролиты стальной, непрерывно перемещающейся лентой, находящейся в электролизере под катодным потенциалом. В электролизере на ней непрерывно осаждается кальций в виде либо твердого металла (при t<tпл.Ca), либо его раствора или эмульсии в электролите. Перемещаясь в электролит восстановительной камеры, лента обеспечивает постоянную доставку кальция для восстановления непрерывно поступающего в камеру тетрахлорида титана. Показатели процесса и примеры его реализации не приведены.Определенные трудности представляет работоспособность механизмов перемещения ленты, надежность обеспечения ею функциональных задач.

Технология непрерывного восстановления TiCl4 растворами кальция в CaCl2, полученными при электролизе CaCl2 (Ogasawara Т., Yamaquchi M. Патент Японии WO 2007/105616 Ф1 от 20.09.2007). Основным аппаратом в этой технологии, принятым нами за прототип, является электролизер для насыщения расплавленного CaCl2 металлическим кальцием. Он содержит металлический корпус (1) с анодным (2) и насыщяющим (3) отделениями и диафрагму (4). Последняя призвана устранить отрицательное влияние Cl2, СО, СО2, образующихся на аноде, на качество расплава Са-CaCl2 выход по току, расход электроэнергии. По мнению авторов диафрагма может быть выполнена из пористых керамики, либо графита.

Между тем богатые кальцием расплавы Са-CaCl2 чрезвычайно агрессивны, взаимодействуют практически с любой керамикой, тем более пористой, что неизбежно приведет к ее быстрому разрушению.

В случае изготовления диафрагмы из графита, она будет работать в режиме биполярного электрода, что приведет к резкому снижению выхода по току, повышенному расходу электроэнергии. Неизбежно при этом и образование карбидов кальция, что так же приведет к быстрому разрушению диафрагмы.

Следующий недостаток прототипа заключается в том, что металлические поверхности анодного отделения не защищены от взаимодействия их с газообразным хлором, что приведет к быстрому разрушению аппарата.

Существенным недостатком прототипа является использование при электролизе в качестве электролита расплава CaCl2. Высокая концентрация растворенного в CaCl2 кальция существенно ускоряет процессы обратного взаимодействия, снижая выход по току.

В металлическом корпусе (1) электролизера (рис.1) металлическая диафрагма (4),разделяющая анодное (I) и насыщающее расплав CaCl2 (II) отделения, погружена в жидкий сплав Ca-Cu (5) примерно на одну треть его толщины для предотвращения попадания анодных газов и постоянного переноса электроосажденного кальция через жидкий сплав в насыщающее отделение

В нашем электролизере для насыщения кальцием расплава CaCl2 использован жидкий сплав Ca-Cu, в процессе же электролиза использован применяемый в промышленной практике электролит CaCl2+(20-60)мас.% KCl (2), активность CaCl2 в котором существенно (в десятки раз) понижена, а электропроводность повышена.

Кроме того, в этих электролизерах происходит выделение кальция на жидких сплавах, разделяющих электролизное и насыщающее отделения, которая сопровождается значительной деполяризацией.

Эти факторы существенно уменьшают растворимость кальция в электролите, а значит и скорости протекания процессов обратного взаимодействия и металлизации, что положительно сказывается на величине выхода по току, расхода электроэнергии и продолжительности работы электролизеров.

Пример 1.

При 830°C в атмосфере очищенного аргона осаждали кальций из расплава CaCl2 на твердом молибденовом катоде при плотности тока от 2 до 12 А/см2, используя в качестве анода внутренние стенки стеклографитового тигля. Электролиз вели до расчетной концентрации кальция в CaCl2 8,6 мас.%. Содержание кальция в электролите после завершения электролиза составило 0,85 мас.%, что соответствует выходу по току 10% и свидетельствует об интенсивном протекании процессов обратного взаимодействия продуктов электролиза.

Пример 2.

При 820°C осаждали кальций из расплава CaCl2 на жидком плавающем магниевом катоде, который от стенок стеклографитового тигля отделяли алундовой трубкой. Количество пропущенного электричества соответствовало получению сплава с содержанием 54 мас.% кальция. Напряжение в ходе электролиза колебалось от 3,7 до 0,6 В. После опыта выяснилось, что керамическая трубка металлизировалась, увеличилась в объеме и замкнула катод с анодом. В результате выход кальция по току (в сплав и электролит) составил лишь 2,5%.

Пример 3.

В этом эксперименте в качестве электролита использовали расплав CaCl2+50 мас.% KCl и стойкую керамику (6) из оксида бериллия в качестве диафрагмы, разделяющей анодное и насыщающее расплав (3) CaCl2 кальцием отделения. Диафрагма на 2 см (примерно одна треть. толщины сплава) была погружена в жидкий сплав Cu+30 мас.% Са, который обеспечивал перенос электроосажденного кальция в насыщающее отделение. Содержание кальция в контактирующий со сплавом хлориде кальция составляло 3,5 мас.%. Электролиз вели при плотности тока 0,7 А/см2 до расчетной концентрации кальция в жидком медном сплаве 60 мас.%. Выход по току составил 80%, удельный расход электроэнергии 13,0 кВт·ч/кг Са. Полученный сплав Cu+48 мас.% Са, обеспечил содержание в контактирующем с ним расплаве CaCl2 11,9 мас.% Са.

Электролизер для насыщения расплава кальцием, содержащий металлический корпус с анодным и насыщающим отделениями и металлической диафрагмой, разделяющей анодное и насыщающее отделения, отличающийся тем, что в качестве насыщающего кальцием расплава используется жидкий сплав Са-Cu, а в качестве расплава для насыщения - электролит CaCl+20-60 мас.% KCl, при этом металлическая диафрагма погружена в жидкий сплав Са-Cu на одну треть толщины его слоя для предотвращения попадания анодных газов и переноса электроосажденного кальция через жидкий сплав в насыщающее отделение, а металлические поверхности корпуса анодного отделения и диафрагмы выполнены с покрытием в виде слоя плотной коррозионно-стойкой керамики.
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ РАСПЛАВА CaCl КАЛЬЦИЕМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-25 из 25.
25.08.2017
№217.015.cee9

Способ определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд. Способ включает в себя определение величины относительной мощности излучения двух звезд. При измерениях используют прибор с зарядовой связью. Величину относительной мощности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620784
Дата охранного документа: 29.05.2017
26.08.2017
№217.015.d84a

Установка для получения порошка из титановой губки и способ его получения

Группа изобретений относится к получению порошка из губчатого титана. Установка снабжена герметичной системой, состоящей из дозирующего устройства, роторной дробилки с патрубком для загрузки губчатого титана, патрубком для выгрузки порошка, патрубком для подачи аргона и патрубком для вывода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622501
Дата охранного документа: 16.06.2017
26.08.2017
№217.015.ebfb

Способ получения порошка титана

Изобретение относится к получению порошка титана. Способ включает загрузку губчатого титана в реторту, вакуумирование и нагрев его в вакууме, подачу водорода в реторту с обеспечением гидрирования губчатого титана при одновременном охлаждении реторты, извлечение гидрированного губчатого титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628228
Дата охранного документа: 17.08.2017
20.01.2018
№218.016.15be

Способ получения легированного губчатого титана

Изобретение относится к cпособу получения легированного губчатого титана, содержащего ванадий. Способ включает приготовление смеси очищенного тетрахлорида титана и очищенного тетрахлорида ванадия. Очищенный тетрахлорид ванадия получают хлорированием очищенного окситрихлорида ванадия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635211
Дата охранного документа: 09.11.2017
19.04.2019
№219.017.1cf9

Комплексное минеральное удобрение

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложено комплексное минеральное удобрение содержащее глицерин, янтарную кислоту, цинк сернокислый, калия сульфат, натрий азотнокислый, кремниевую кислоту, медь (II) сернокислую 5-водную, натрий тетраборнокислый 10-водный, натрия сульфат 10-водный,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685155
Дата охранного документа: 16.04.2019
Показаны записи 1-1 из 1.
27.02.2013
№216.012.2b4f

Способ получения кобальта восстановительной плавкой оксидов кобальта

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства огневого кобальта в электродуговых печах постоянного тока. Способ включает плавку шихты из оксидов кобальта и углеродистого восстановителя, восстановление и обезуглероживание кобальта после полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476614
Дата охранного документа: 27.02.2013
+ добавить свой РИД