DE3108190C2

DE3108190C2 - Mehrkammereinrichtung in einer Anlage zur kontinuierlichen Gewinnung von Magnesium

Info

Publication number: DE3108190C2
Application number: DE19813108190
Authority: DE
Inventors: Viktor V. Zaporozhie Asafiev; Murat K. Ust-Kamenogorsk Baibekov; Ilias A. Ust-Kamenogorsk Chalabaev; Alksandr V. Chalov; Aleksandr S. Leningrad Chesnokov; Vladimir N. Devyatkin; Fedor A. Zaporozhie Ivakhno; Efim A. Zaporozhie Kitaigorodsky; Arnold V. Ust-Kamenogorsk Kolomiitsev; Aleksandr A. Ust-Kamenogorsk Kolyadzin; Oleg V. Ladaria; Chaken K. Ust-Kamenogorsk Medeuov; Mikhail M. Nikolaev; Jury M. Zaporozhie Ryabukhin; Khamat K. Leningrad Sabirov; Boris A. Moskva Smorgunov; Viktor G. Zaporozhie Sorokous; Grigory V. Tsidvintsev; Seisenbai Usenov; Vladimir V. Vukolov
Original assignee: UST'-KAMENOGORSKIJ TITANO-MAGNIEVYJ KOMBINAT IMENI 50-LETIJA OKTJABRSKOJ SOCIALISTICESKOJ REVOLJUCII UST'-KAMENOGORSK SU; VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I PROEKTNYJ INSTITUT TITANA ZAPOROZ'E SU
Current assignee: UST'-KAMENOGORSKIJ TITANO-MAGNIEVYJ KOMBINAT IMENI 50-LETIJA OKTJABRSKOJ SOCIALISTICESKOJ REVOLJUCII UST'-KAMENOGORSK SU; VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I PROEKTNYJ INSTITUT TITANA ZAPOROZ'E SU
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3108190A1

Abstract

Bei kontinuierlicher Magnesiumgewinnung durch Elektrolyse mit Anreicherung eines Elektrolytes mit Magnesiumchlorid, Reinigung, Einbringung des Elektrolytes in eine Batterie hintereinander angeordneter, durch Transportkanäle miteinander verbundener Elektrolysezellen, Abführung des Elektrolytes mit dem abgesonderten Magnesium in eine Trennvorrichtung, Ansammlung und Weitergabe des Elektrolytes zur Anreichung mit Magnesiumchlorid wird der angereicherte Elektrolyt mit in den Elektrolysezellen angeschiedenes Magnesium enthaltendem Umlaufelektrolyt gemischt, separiert und in zwei Stoffströme unterteilt, wovon einer zur Anreicherung, der andere in die Elektrolysezellen gelangt. Man verwendet vorteilhaft einen kontinuierlichen Mehrkammerapparat, welcher aus Kammer (12) zur Anreicherung des Elektrolytes mit Magnesiumchlorid, in deren Wand ein Kanal (13) zur Verbindung mit Kammer (9) zur Abtrennung Magnesiums vom Elektrolyt über einen in der Wand der letzteren ausgeführten Kanal (14) angebracht ist sowie aus Kammer (10) zur Unterteilung des Stoffstroms des Elektrolytes in mehrere Ströme besteht, wobei Kammer (10) zwischen den Kammern (12 und 9) zur Anreicherung und zur Separation liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrkammereinrichtung in einer Anlage zur kontinuierlichen Gewinnung von Magnesium durch Schmelzflußelektrolyse, bei der eine Kammer zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyten, eine Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid und eine Kammer zur Auftrennung des Elektrolyten in mindestens zwei Ströme nebeneinander angeordnet sind, die Wände zwischen den Kammern Überlaufkanäle aufweisen und in der Zuführ- und Abführeinrichtungen vorgesehen sind.

Aus dem SU-Erfinderschein 4 87 287 ist eine Mehrkammereinrichtung dieser Art bekannt, die aus folgenden, durch Wände voneinander getrennten Kammern besteht:

Kammer zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyt, Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid, Kammer zur Auftrennung des Elektrolyten in mindestens zwei Ströme.

Dabei befindet sich die Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten zwischen der Kammer zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyt und der Kammer zur Auftrennung des Elektrolyten in mehrere Ströme. Die Wände zwischen den Kammern sind mit Überlaufkanälen versehen, über die der Elektrolyt aus einer Kammer in die andere fließt Eine solche Mehrkaounereinrichtung ermöglicht eine bedeutende Verkürzung der Transportkanäle; jedoch ist zur Schaffung optimaler

ίο Arbeitsbedingungen in der Kammer zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyt, und zwar zur Verhinderung der Krustenbildung und zur vollständigen Trennung des Magnesiums vom Elektrolyt ein Erhitzen des Elektrolyten in dieser Kammer von 670 bis 680⁰C auf 700 bis 720⁰C nötig. Das ergibt zusätzlichen Energieverbrauch und erhöh« damit den spezifischen Energieverbrauch pro Einheit des Endproduktes. Außerdem ist dadurch die Temperatur des mit Magnesiumchlorid angereicherten Elektrolyten hoch (750 bis 770° C) und übersteigt die technologische Norm, was mit dem Ablauf der exothermen Mischungsreaktion des Magnesiumchlorids mit dem Umlaufelektrolyten zusammenhängt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrkammereinrichtung für eine Anlage zur kontinuierlichen Gewirraing von Magnesium durch Schmelzflußelektrolyse anzugeben, bei der durch eine neue bauliche Gestaltung der spezifische Elektroenergieverbrauch gesenkt und die Qualität des in die Elektrolysezellen gegebenen Elektrolyten verbessert werden können.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kammer zur Aufteilung des Elektrolyten in mehrere Ströme zwischen der Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid und der Kammer zur Abtrennung des Magnesiums angeordnet ist

Aufgrund dieser baulichen Gestaltung ist die Verwertung der Reaktionswärme der exothermen Vermischung von Magnesiumchlorid mi: dem Umlaufelektrode lyten möglich. Gleichzeitig wird die Erhitzung des vom Magnesium abzutrennenden Elektrolyten auf eine Temperatur von 700 bis 720° C gewährleistet. Bei dieser Temperatur wird das Magnesium so gut wie vollständig abgetrennt. Außerdem übersteigt in der erfindungsge-

••5 mäßen Mehrkammereinrichtung die Temperatur des in die Elektrolyse gelangenden Elektrolyten nicht den den technologischen Normen entsprechenden Wert von etwa 700°C

Vorteilhaft ist die Öffnung in der Wand der Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten höher als die Öffnung in der Wand der Kammer zur Abtrennung des Magnesiums angeordnet, was besondere Vorrichtungen zur zwangsläufigen Weiterleitung des Elektrolyten aus der Anreicherungskammer in der Separationskammer

unnötig macht und einen freien Überlauf des Elektrolyten aus der Anreicherungskammer in die Separationskammer ermöglicht.

Vorteilhaft sind in der Anreicherungskammer senkrechte Wände mit Umlaufkanälen vorgesehen und ist

6ö die Kammer durch diese Wände in hintereinander angeordnete Zonen unterteilt, und zwar eine Zone zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid, eine Zone zum Absetzen der unlöslichen Beimengungen aus dem angereicherten Elektrolyt und eine Zone für die

^b5 elektrochemische Reinigung.

Eine solche Ausbildung der Anreicherungskammer ermöglicht eine bedeutende Verkürzung der Länge der Transportkanäle, eine Verringerung des Arbeitsaufwan-

des bei der Bedienung der Mehrkammereinrichtung sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen.

Vorzugsweise beträgt dabei das Verhältnis des Rauminhalts der Zone zur Anreicherung zum Rauminhalt der Zone zum Absetzen der unlöslichen Beimengungen 0,2 bis 0,5. Dies gewährleistet eine Verweilzeit in der Absetzungszone, die zum Erreichen eines hohen Reinheitsgrades des Elektrolyten von unlöslichen Beimengungen ausreicht

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung besteht darin, daß die Elektroden in der Zone der elektrochemischen Reinigung lotrecht angeordnet sind und abwechselnd an den gegenüberliegenden Wänden, welche die erwähnte Zone ausbilden, anstoßen. Mit einer solchen Anordnung der Elektroden wird die Verweilzeit des Elektrolyten in '5 der Zone zur elektrochemischen Reinigung vergrößert, was eine wesentliche Erhöhung der Qualität des Elektrolyten zur Folge hat Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch eine^: Mehrkammereinrichtung im Grundriß,

F i g. 2 schemr.tisch eine Mehrkammereinrichtung mit Schnittdarstellung der Separations-, Abreicherungs- und Aufteilungskammer,

Fig.3 schematisch eine modifizierte Mehrkammereinrichtung mit Anordnung der Zonen entlang einer Achse im Grundriß,

Fig.4 schematisch eine modifizierte Mehrkammereinrichtung mit Schnittdarstellung der Absetzungszone und der Zone der elektrochemischen Reinigung und

Fig.5 schematisch eine modifizierte Mehrkammereinrichtung mit Anordnung der Absetzungszone und der Zone für elektrochemische Reinigung entlang parallelen Achsen. ^:

Die Mehrkammereinrichtung weist folgende, aus senkrechten Wänden und einem Boden gebildeten Kammern auf:

eine Kammer 1 zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyt (siehe Fig. 1, 2), eine Kammer 2 zur Auftrennung des Elektrolyten in zwei Ströme, was durch Pumpen 3 geschieht, sowie eine Kammer 4 zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid. In einer der Wände der Anreicherungskammer 4 ist eine *⁵ Öffnung 5 ausgeführt, die zur Verbindung mit der Separationskammer 1 über die entsprechende, in der Wand der Kammer 1 ausgeführte öffnung 6 dient Die öffnungen 5 und 6 sind durch einen Kanal (Fig.3) verbunden. In der Kammer 1 befindet sich ein Sammler 7 für Magnesium, der mit einem Entleerungsstutzen 8 und einem Verteiler 9 versehen ist. Die Pumpen 3 in der Kammer 2 sind mit Abflußvorrichtungen 10 zur Weitergabe des Elektrolyten in die Kammer 4 und in die Elektrolysebatterie versehen (in der Zeichnung nicht gezeigt). Die Kammer 4 ist mit einer Zuführeinrichtung 11 zum Einbringen des Elektrolyten und einer Zuführeinrichtung 12 zum Einbringen des rohen Magnesiumchlorids versehen. Ein in der Wand 14 ausgeführter Überlaufkanal 13 ist zur Weitergabe des Elektrolyten aus der Kammer 1 in die Kammer 2 bestimmt. Die gemeinsame Wand 15 zwischen den Kammern 2 und 4 hat keinerlei Durchbrüche. Ein die Mehrkammereinrichtung mit den Elektrolysezellen (in der Zeichnung nicht gezeigt) verbindender Kanal 16 dient zum Transport des Umlaufelektrolyten zusammen mit dem in den Elektrolysezellen abgeschiedenen Maenesium in die Kammer 1. Die Weitergabe des Elektrolyten aus der Kammer 4 in die Kammer 1 kann zwangsweise mit Hilfe von verschiedenen Vorrichtungen erfolgen.

Jedoch ist bei der angegebenen Lage der Kammern der freie Überlauf des Elektrolyten aus der Kammer 4 in die Kammer 1 am bequemsten. Das wird dadurch erreicht, daß die öffnung 5 in der Wand der Kammer 4 höher als die öffnung 6 in der Wand der Kammer 1 angebracht ist

Zur Erhaltung eines Elektrolyten mit hoher Reinheit ist es gemäß dem in Fig.3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel vorteilhaft, die Anreicherungskammer 4 durch senkrechte Wände 17, 18 in folgende, nacheinander gelegene Zonen zu unterteilen: Zone 19 zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid, Zone 20 zum Absetzen der unlöslichen Verbindungen aus dem angereicherten Elektrolyt und Zone 21 zur elektrochemischen Reinigung des Elektrolyten, die mit Gleichstroürselektroden 22 versehen ist In diesem Ausführungsbeispiel der Mehrkammv.>:inrichtung können alle Zonen 19, 20, 2i der Anreichtflingskanuner 4 entlang einer Achse mit den Kammern liegen. Jedoch kann es zur Verbesserung der Bedienungsbedingungen der Einrichtung und zur Verkürzung, der Länge des Kanals, ier die öffnungen 2 bis 6 (siehe Fig.3) verbindet, auch vorteilhaft sein, die Zonen 20, 21 ,auf einer Achse und die Kammern 1,2 sowie die Zone 19 auf einer anderen, dazu parallelen Achse anzuordnen (siehe F ig. 5).

Die Zone 20 besitzt einen Durchbruch 23, durch den die Entfernung der abgesetzten Beimengungen mit zunehmender Ansammlung erfolgt In den Zwischenwänden 17, 18 zwischen den Zonen 19, 20, 21 sind Kanäle 24, 25 ausgeführt die den Überlauf des Elektrolyten von einer Zone in die andere gewährleisten. Zur Gewährleistung des freien Überlaufes des Elektrolyten aus der Kammer 4 in die Kammer. 1 liegt der Kanal 24 höher als die öffnung 6 (siehe Fig,3, 5). Das optimale Verhältnis des Rauminhaltes der Anreicherungszone 19 zum Rauminhalt der Absetzungszone 20 der unlöslichen Beimengungen beträgt 0,2 bis 0,5.

Ein geringeres Verhältnis führt zu einer ungerechtfertigten Vergrößerung der Abmessungen der Einrichtung, eine Vergrößerung — zur Verringerung der Verweilzeit des Elektrolyten in der Zone 20 und damit zur Senkung der Qualität des Elektrolyten. Es ist vorteilhaft, wenn-die Elektroden 22 in der Zone 21 lotrecht angeordnet sind und abwechselnd an den gegenüberliegenden Wänden, welche die erwähnte Zone ausbilden, anstoßen, was die Verweilzeit des Elektrolyten in der Zone 21 vergrößert und damit zur Erhöhung der Qualität des Elektrolyten führt.

Die'i; Mehrkammereinrichtung arbeitet wie folgt: -

Der Elektrolyt zusammen mit dem in der Elektrolysebatterie abgeschiedenen Magnesium gelangt bei 760⁰C über den Verbindungskanal 16 und die Verteilvorrichtung 9 in die Kammer 1 zur Abtrennung Ties Magnesiums vom Elektrolyt Der vom Magnesium befreite Elektrolyt fließt durch den in der Wand 14 ausgeführten Kanal 13 in die Kammer 2, Hier wird 4er Elektrolytstrom mit Hilfe der Pumpen 3 in zwei Ströme unterteilt, von welchen der eine bei 7Ob⁰C über die Abflußvorrichtungen 10 in die Zuführeinrichtung 11 der Kammer 4 und der andere bei 702⁰G in die aus hintereinanderliegend miteinander durch Transportkanäle verbundene Elektrolysezellen bestehende Elektrolysebatterie (in den Zeichnungen nicht gezeigt) gelangen. In der Kammer 4 wird auf Grund von

zwangsweiser Zugabe des Elektrolyten durch die Pumpe 3 ein Niveau des Elektrolyten erzeugt, das über dem Niveau in den Kammern 1, 2 liegt. Durch diesen Niveauunterschied gelangt der Elektrolyt in den Kanal 16, welcher die Mehrkammereinrichtung mit der Anlage verbindet.

Der Rohstoff mit hohem Magnesiumchloridkonzentrat wird bei 75O°C im geschmolzenen Zustand über die Zuführeinrichtung 12 in die Kammer 4 gegeben. Bei Anwendung einer Mehrkammereinrichtung, in der die Anreicherungskammer 4 durch Wände in Zonen unterteilt ist (siehe F i g. 3 bis 5), tritt der Elektrolyt nach der Anreicherung mit Magnesiumchlorid bei 741⁰C in die Zone 20 zum Absetzen der unlöslichen Beimengungen ein, danach in die Zone 21 zur elektrochemischen Reinigung und gelangt weiter über die öffnung 6 in den Kanal 16, wo er sich mit dem Umlaufelektrolyt vermischt, welcher in der Kammer 1 zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyt eintrifft.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Mehrkammereinrichtung wird eine Senkung des Elektroenergieverbrauchs erreicht. Im Vergleich zu der bekannten Konstruktion der Einrichtung entsprechend dem SU-Erfinderschein 4 87 287 werden 500 bis 600 Kilowattstunden pro Tonne Magnesium eingespart.

Weiterhin wird die Qualität des in die Elektrolysebatterie gelangenden Elektrolyten verbessert, was zum Anwachsen der Stromausbeute um 0,5 bis 1% und gleichzeitig zum Ansteigen der Produktivität der Anlage führt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Mehrkammereinrichtung in einer Anlage zur kontinuierlichen Gewinnung von Magnesium durch Schmelzflußelektrolyse, bei der eine Kammer zur Abtrennung des Magnesiums vom Elektrolyten, eine Kammer zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid und eine Kammer zur Auftrennung des Elektrolyten in mindestens zwei Ströme nebeneinander angeordnet sind, die Wände zwischen den Kammern Oberlaufkanäle aufweisen und in der Zuführ- und Abführeinrichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß.die Kammer (2) zur Aufteilung des Elektrolyten in mehrere Ströme zwischen der Kammer (4) zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid und der Kammer (1) zur Abtrennung des Magnesiums angeordnet ist

2. Mehrhammerapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (5) in der Wand der Anreicherungskammer (4) höher als die Öffnung (6) in der Wand der Separationskammer (1) angeordnet ist

3., Mehrkammerapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (4) senkrechte Wände (17), (16} mit Umlaufkanälen angebracht sind und die Kammer (4) durch Wände (17), (18) in hintereinander angeordnete Zonen unterteilt ist und zwar eine Zone (19) zur Anreicherung des Elektrolyten mit Magnesiumchlorid, eine Zone (20) zum Absetzen der unlöslichen Beimengungen aus dem angereicherten Elektrolyt und eine Zone (21) für die elektrochemische Reinigung.

4. Mehrkammereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Rauminhaltes der Anreicherungszone (19) zum Rauminhalt der Absetzzone (20) der unlöslichen Beimengungen 0,2 bis 0,5 beträgt.

5. Mehrkammereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (22) in der Zone (21) für die elektrochemische Reinigung lotrecht angeordnet sind und abwechselnd an den gegenüberliegenden Wänden, welche die erwähnte Zone ausbilden, anstoßen.