RU1840842C

RU1840842C - Electrolytic cell

Info

Publication number: RU1840842C
Application number: SU3140366/02A
Authority: RU
Inventors: Л.Е. Ивановский; Ю.П. Зайков; А.Г. Сычев; В.П. Батухтин; Г.Д. Косенко; О.Г. Молостов
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 2012-08-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to electrochemistry, particularly, to electrolytic cell for fused salt electrolysis. Electrolytic cell comprises steel bath, metal level indicator, anode and cathode made up as tank. The latter incorporates vertical convex vanes arranged radially along its outer perimetre. Note here that one edge of said vane is located higher than electrolyte level while another edge is located below said level. Tank concave bottom is provided with branch pipe extending inside tank.

EFFECT: higher yield of finished product.

3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение может быть использовано в металлургии для получения металлов в жидком виде электролизом в расплавах солей при условии, что плотность целевого металла меньше плотности электролита.The invention can be used in metallurgy to obtain metals in liquid form by electrolysis in molten salts, provided that the density of the target metal is less than the density of the electrolyte.

Известен электролизер, который служит для выполнения поставленной задачи см. Ю.В.Баймаков, М.М.Ветюков. Электролиз расплавленных солей, М., 1966, с.344. Он содержит ванну с указателем уровня расплава и катод с токоподводом, установленный с возможностью перемещения его по высоте электролизера. Корпус-ванна выполнен из высокоглиноземистого кирпича. Катод имеет форму диска. Анодом является жидкий сплав, содержащий целевой металл, например, магний. Выделяющийся в процессе электролиза целевой металл всплывает вверх на поверхность электролита и собирается на ней до заданного количества, после чего извлекается из электролизера с помощью вакуум-ковша.Known electrolyzer, which serves to complete the task, see Yu.V. Baimakov, M.M. Vetyukov. Electrolysis of molten salts, M., 1966, p. 344. It contains a bath with a melt level indicator and a cathode with a current supply, installed with the ability to move it along the height of the cell. The body-bathtub is made of high-alumina brick. The cathode has a disk shape. An anode is a liquid alloy containing a target metal, for example magnesium. The target metal released during electrolysis floats up to the surface of the electrolyte and collects on it to a predetermined amount, after which it is removed from the electrolyzer using a vacuum bucket.

Благодаря подвижности катода в этом электролизере есть возможность поддержания постоянного расстояния между электродами независимо от уровня анодного сплава. Это исключает перегрев электролизера при увеличении межполюсного расстояния.Due to the mobility of the cathode in this cell, it is possible to maintain a constant distance between the electrodes, regardless of the level of the anode alloy. This eliminates overheating of the cell with an increase in the interpolar distance.

Однако этот аппарат имеет ряд существенных недостатков.However, this device has a number of significant drawbacks.

Поскольку в таком аппарате технологические продукты располагаются послойно анодный сплав, электролит, катодный металл, то при выполнении ванны из электропроводного материала произойдет короткое замыкание анода с катодом. Если же ванна изготавливается из керамических материалов, то при получении некоторых металлов, обладающих сильными восстановительными свойствами, например, кальция, происходит сильное разрушение керамики этим металлом, приводящее к частым остановкам электролизера на ремонт. В результате уменьшается среднегодовая производительность аппарата. Кроме того, продукты разрушения керамики попадают в целевой металл, снижая его качество.Since technological products are located in such an apparatus layer-by-layer anode alloy, electrolyte, cathode metal, when the bath is made of electrically conductive material, the anode and the cathode are short-circuited. If the bath is made of ceramic materials, then upon receipt of some metals with strong reducing properties, such as calcium, there is a strong destruction of ceramics by this metal, leading to frequent stops of the cell for repair. As a result, the average annual productivity of the device decreases. In addition, the destruction products of ceramics fall into the target metal, reducing its quality.

При пропускании тока электролиза выделившийся на погруженных в электролит поверхностях емкости катодный металл всплывает вверх и собирается вокруг катода в виде отдельной "лужи", центр которой совпадает с центром катода. По мере накопления металла толщина его и занимаемая им площадь увеличиваются. Максимальная высота выступающей над поверхностью электролита части целевого металла находится в месте контакта его с катодом.When passing the electrolysis current, the cathode metal released on the surfaces of the capacitor immersed in the electrolyte floats up and collects around the cathode in the form of a separate “puddle”, the center of which coincides with the center of the cathode. As the metal accumulates, its thickness and the area occupied by it increase. The maximum height of the target metal protruding above the surface of the electrolyte is at the point of contact with the cathode.

Через некоторое время наступает момент, когда уровень получаемого металла достигает открытого края емкости и продолжающий поступать металл переливается вовнутрь катода-емкости. При этом наружные границы "лужи" не достигают стенки ванны.After some time, there comes a time when the level of the metal obtained reaches the open edge of the vessel and the metal that continues to flow is poured into the cathode-vessel. Moreover, the outer boundaries of the "puddle" do not reach the wall of the bath.

Однако у описанного электролизера имеются недостатки.However, the described electrolyzer has disadvantages.

Та часть целевого металла, которая выделяется на данной поверхности катода при всплытии, может попасть на стенку ванны, а не на катод, что уменьшит выход по току.The part of the target metal that is released on a given surface of the cathode during ascent can get to the wall of the bath, and not to the cathode, which will reduce the current efficiency.

Кроме того, металл, плавающий вокруг катода, вращается в горизонтальной плоскости. В результате может произойти обрыв части целевого металла, что также уменьшает выход по току.In addition, metal floating around the cathode rotates in a horizontal plane. As a result, part of the target metal may break, which also reduces the current efficiency.

И, наконец, поскольку высота выступающей над поверхностью электролита части целевого металла не превышает 10-15 мм, необходимо очень точно фиксировать верхний открытый край катода-емкости относительно уровня электролита. Существует также возможность попадания в емкость наряду с целевым металлом и какого-то количества электролита, что снижает качество продукта.And finally, since the height of the target metal protruding above the surface of the electrolyte does not exceed 10-15 mm, it is necessary to very accurately fix the upper open edge of the cathode-capacitance relative to the electrolyte level. There is also the possibility of falling into the tank along with the target metal and some amount of electrolyte, which reduces the quality of the product.

Целью настоящего изобретения является повышение выхода продукта и его качества.The aim of the present invention is to increase the yield of the product and its quality.

Для достижения поставленной цели в известном электролизере для получения металлов в жидком виде электролизом в расплавах солей, содержащем ванну, изготовленную из стали, указатель уровня электролита и перемещающийся по высоте ванны катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый край которой расположен выше указателя уровня электролита, катод снабжен вертикальными выпуклыми лопастями, радиально установленными по наружному периметру катода, причем один край лопасти установлен выше, а другой ниже указателя уровня электролита, а вогнутое дно емкости снабжено патрубком, выступающим в ее полость.To achieve this goal in a known electrolyzer for producing metals in liquid form by electrolysis in molten salts containing a bath made of steel, an electrolyte level indicator and a cathode moving along the height of the bath, made in the form of a tank, the upper open edge of which is located above the electrolyte level indicator, the cathode is equipped with vertical convex blades radially mounted along the outer perimeter of the cathode, with one edge of the blade installed above and the other below the electrolyte level indicator, and the dull bottom of the tank is equipped with a nozzle protruding into its cavity.

На фиг.1 изображен общий вид электролизера в разрезе, на фиг.2 представлен катод в разрезе, а на фиг.3 показано сечение А-А по катоду.Figure 1 shows a General view of the electrolyzer in section, figure 2 shows the cathode in section, and figure 3 shows a section aa along the cathode.

Электролизер содержит ванну 1, выполненную из стали и крышку 2, через которую пропущен токоподвод 3 к катоду. Последний выполнен в виде емкости 4, верхний открытый край которой 5 расположен выше указателя 6 уровня электролита. Емкость 4 снабжена вертикальными выпуклыми лопастями 7, радиально расположенными по наружному периметру емкости, причем верхний край 8 лопасти 7 установлен выше указателя 6 уровня электролита, а нижний край 9 - ниже. Вогнутое дно 10 емкости 4 снабжено патрубком 11, выступающим в полость 12.The cell contains a bath 1 made of steel and a cover 2 through which a current lead 3 to the cathode is passed. The latter is made in the form of a container 4, the upper open edge of which 5 is located above the pointer 6 of the electrolyte level. The tank 4 is equipped with vertical convex blades 7, radially located on the outer perimeter of the tank, with the upper edge 8 of the blade 7 is installed above the pointer 6 of the electrolyte level, and the lower edge 9 is lower. The concave bottom 10 of the tank 4 is equipped with a pipe 11, protruding into the cavity 12.

В поперечном сечении катода (фиг.3) лопасти 7 имеют выпуклую форму и выпуклость направлена по часовой стрелке, если смотреть по направлению "катод-анод".In the cross section of the cathode (Fig. 3), the blades 7 are convex in shape and the convexity is clockwise when viewed in the "cathode-anode" direction.

В нижней части ванны 1 находится анодный сплав 13, а сама ванна заключена в теплоизолирующую футеровку 14.In the lower part of the bath 1 is anode alloy 13, and the bath itself is enclosed in a heat insulating lining 14.

Через крышку 2 в полость 12 введена трубка 15, которая служит для извлечения целевого металла.Through the lid 2, a tube 15 is inserted into the cavity 12, which serves to extract the target metal.

Работает электролизер следующим образом.The cell operates as follows.

При пропускании тока электролиза целевой металл выделяется на катоде и собирается вокруг него в виде плавающей на поверхности электролита "лужи" жидкого металла, центр которой совпадает с центром катода.When passing the electrolysis current, the target metal is released on the cathode and collected around it in the form of a "pool" of liquid metal floating on the surface of the electrolyte, the center of which coincides with the center of the cathode.

Имеющиеся по периметру катода-емкости лопасти способствуют увеличению толщины слоя целевого металла и уменьшению потерь последнего, что повышает выход продукта и упрощает технологию установки верхнего открытого края емкости относительно уровня электролита. Кроме того, исключаются потери целевого металла, выделяющегося на донной части катода-емкости, благодаря вогнутости дна и наличию в ней патрубка, что также уменьшает потери продукта.The blades along the perimeter of the cathode-capacitance increase the thickness of the target metal layer and reduce the loss of the latter, which increases the yield of the product and simplifies the installation of the upper open edge of the capacitance relative to the electrolyte level. In addition, the loss of the target metal released on the bottom of the cathode-vessel is eliminated due to the concavity of the bottom and the presence of a nozzle in it, which also reduces product losses.

Из литературных данных авторам не известны признаки, сходные с признаками заявляемого решения, таким образом, решение обладает существенными отличиями.From the literary data, the authors are not aware of signs similar to those of the proposed solution, so the solution has significant differences.

Пример 1.Example 1

В герметичном электролизере с ванной из стали Ст.3 в инертной атмосфере гелия наплавлялся электролит, состоящий из хлорида кальция. В качестве анода использовался медно-кальциевый сплав, содержащий 63 мас.% кальция. Катод выполнен в виде емкости, верхний открытый край которой располагался на 10-15 мм выше уровня электролита. Электролиз вели при температуре 850-860°C. Катодная плотность тока составляла 5 А/см², анодная - 1 А/см². Электролиз вели 10 часов. Получен кальций с выходом по току 82%. Чистота полученного кальция по примесям удовлетворяет техническим условиям на этот металл.In a sealed cell with a bathtub made of steel St.3, an electrolyte consisting of calcium chloride was deposited in an inert atmosphere of helium. As an anode, a copper-calcium alloy containing 63 wt.% Calcium was used. The cathode is made in the form of a capacitance, the upper open edge of which was located 10-15 mm above the electrolyte level. Electrolysis was carried out at a temperature of 850-860 ° C. The cathodic current density was 5 A / cm ² , the anodic - 1 A / cm ² . Electrolysis took 10 hours. Received calcium with a current efficiency of 82%. The purity of the obtained calcium impurities satisfies the specifications for this metal.

Пример 2.Example 2

В герметичном электролизере с ванной из стали Ст.3 в инертной атмосфере гелия проводился процесс электрорафинирования кальция. Анодом служил медно-кальциевый сплав с содержанием кальция 63 мас.%. Электролитом служил расплавленный хлорид кальция. Катод выполнен в виде емкости, по своему наружному периметру снабженной вертикальными выпуклыми лопастями, расположенными радиально. Верхний открытый край емкости расположен на 10-25 мм выше уровня электролита, а лопасти погружены в электролит на половину своей высоты. Кроме того, дно емкости изготовлено вогнутым и снабжено патрубком, выступающим в ее полость, причем верхний конец патрубка установлен на 15-30 мм выше уровня электролита.In a sealed electrolyzer with a bathtub made of steel St.3 in an inert atmosphere of helium, the process of calcium electrorefining was carried out. An anode was a copper-calcium alloy with a calcium content of 63 wt.%. The molten calcium chloride served as an electrolyte. The cathode is made in the form of a container, along its outer perimeter equipped with vertical convex blades located radially. The upper open edge of the tank is located 10-25 mm above the level of the electrolyte, and the blades are immersed in the electrolyte at half its height. In addition, the bottom of the tank is made concave and equipped with a nozzle protruding into its cavity, and the upper end of the nozzle is set 15-30 mm above the level of the electrolyte.

Электролиз вели при температуре 850-860°C. Катодная плотность тока составляла 5 А/см², анодная - 1 А/см². Процесс вели 10 часов. Получен кальций, по содержанию примесей удовлетворяющий техническим условиям на этот металл. Выход по току составил 89%.Electrolysis was carried out at a temperature of 850-860 ° C. The cathodic current density was 5 A / cm ² , the anodic - 1 A / cm ² . The process was 10 hours. Received calcium, the content of impurities satisfying the technical conditions for this metal. The current efficiency was 89%.

Заявляемое изобретение позволяет на 6-7% повысить выход продукта по сравнению с прототипом благодаря значительному уменьшению потерь целевого металла в процессе электролиза.The claimed invention allows to increase the yield of the product by 6-7% compared with the prototype due to a significant reduction in the loss of the target metal in the electrolysis process.

Кроме того, упрощается технология установки верхнего открытого края катода емкости относительно уровня электролита.In addition, simplifies the technology of installing the upper open edge of the cathode of the capacitance relative to the electrolyte level.

Claims

An electrolyzer for producing metals in liquid form by electrolysis of molten salts, containing a steel bath with an electrolyte level indicator, an anode and a cathode in the form of a tank, characterized in that, in order to increase the yield of the product, the tank is made with vertical convex blades located radially along its outer perimeter moreover, one edge of the blades is installed above and the other below the electrolyte level indicator, the bottom of the tank is concave and with a pipe protruding into the cavity of the tank.