RU1840843C

RU1840843C - Electrolytic cell for making liquid metals

Info

Publication number: RU1840843C
Application number: SU3208178/02A
Authority: RU
Inventors: Л.Е. Ивановский; Ю.П. Зайков; В.П. Батухтин; Г.Д. Косенко; О.Г. Молостов; А.Г. Сычев; В.В. Ушаков; Ю.А. Анисимов; В.Ш. Актуганов; Н.А. Никулин
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 2012-08-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to electrochemistry, particularly, to electrolytic cell for fused metal production by three-layer method.. Electrolytic cell comprises metal bath, metal level indicator, anode and cathode made up as tank with its open end arranged above metal level indicator. Channel is made outside and inside said tank. Channel end outside of said tank is arranged below metal level indicator. Channel opposite end is located below the first one.

EFFECT: higher efficiency, simplified servicing.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкции электролизера, применяемого для получения металлов из расплавов солей по трехслойному методу.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the design of an electrolytic cell used to produce metals from molten salts by a three-layer method.

При рафинировании металлов, например, алюминия или магния, электролизом в расплавах солей по трехслойному методу в промышленности используются ванны из керамических материалов. Однако в электролизерах, содержащих химически активные металлы, эти материалы, вследствие их быстрого разрушения, не приемлемы. В случае использования металлических ванн возможно короткое замыкание анода с катодом.When refining metals, for example, aluminum or magnesium, by electrolysis in molten salts according to the three-layer method, bathtubs made of ceramic materials are used in industry. However, in electrolyzers containing chemically active metals, these materials, due to their rapid destruction, are not acceptable. If metal bathtubs are used, a short circuit of the anode with the cathode is possible.

Одним из методов исключения короткого замыкания электродов является своевременное удаление целевого металла из электролизера, не допуская его контакта с металлической стенкой ванны. Однако толщина плавающей на поверхности электролита "лужи" металла невелика (10-20 мм) и удаление его без захвата электролита практически невозможно.One of the methods for eliminating the short circuit of electrodes is the timely removal of the target metal from the electrolyzer, preventing its contact with the metal wall of the bath. However, the thickness of the metal “puddle” of metal floating on the surface of the electrolyte is small (10–20 mm) and its removal without electrolyte capture is practically impossible.

Поэтому представляется целесообразным получаемый жидкий металл предварительно накапливать до заданного количества в сборнике, в качестве которого может быть использован катод, выполненный в виде емкости. Из этой емкости металл можно удалять периодически. Однако задача по передаче жидкого металла с поверхности электролита в емкость, исключая при этом попадание в нее электролита, сама по себе представляет большую сложность.Therefore, it seems advisable to pre-accumulate the resulting liquid metal to a predetermined amount in the collector, which can be used as a cathode made in the form of a container. Metal can be removed periodically from this tank. However, the task of transferring liquid metal from the surface of the electrolyte to the tank, while excluding the ingress of electrolyte into it, is in itself a great difficulty.

Из известных конструкций электролизера для получения металлов в жидком виде в расплавах солей наиболее близким по технической сущности является электролизер по авторскому свидетельству СССР №1840842, кл. C25C, 1986 г. Он содержит металлическую ванну с указателем уровня электролита, анод и катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый торец которого установлен выше указателя уровня электролита. Катод-емкость снабжен радиально расположенными по его периметру лопастями, а дно емкости выполнено с патрубком, выступающим в ее полость. Лопасти препятствуют вращению "лужи" и способствуют некоторому увеличению расстояния от верхнего торца емкости до поверхности электролита. Однако эта величина все же невелика, и каждый раз при изменении уровня электролита требуется тщательная установка катода-емкости по высоте электролизера. А уровень электролита по мере выработки анодного сплава постоянно падает и для поддержания межэлектродного расстояния необходимо многократное перемещение катода вниз.Of the known designs of the electrolyzer for producing metals in liquid form in molten salts, the closest in technical essence is the electrolyzer according to the author's certificate of the USSR No. 1840842, class. C25C, 1986. It contains a metal bath with an electrolyte level indicator, an anode and a cathode made in the form of a container, the upper open end of which is installed above the electrolyte level indicator. The cathode-capacitance is equipped with blades radially located around its perimeter, and the bottom of the capacitance is made with a pipe protruding into its cavity. The blades prevent the rotation of the "puddle" and contribute to some increase in the distance from the upper end of the tank to the surface of the electrolyte. However, this value is still small, and each time when changing the electrolyte level, careful installation of the cathode-capacitor along the height of the electrolyzer is required. And the electrolyte level decreases as the anode alloy is produced, and to maintain the interelectrode distance, a multiple cathode movement down is necessary.

Таким образом, одним из существенных недостатков известного электролизера является сложность его обслуживания, связанная с практическим определением с большой точностью глубины погружения катода-емкости в электролит.Thus, one of the significant disadvantages of the known cell is the difficulty of its maintenance, associated with the practical determination with great accuracy of the immersion depth of the cathode-capacitor in the electrolyte.

Другой недостаток заключается в следующем. Выделившийся на поверхности катода жидкий металл всплывает на поверхность электролита и образовавшаяся "лужа" металла увеличивает площадь катода, следовательно, уменьшается плотность тока. Это приводит к снижению выхода по току, а следовательно, к падению производительности электролизера.Another disadvantage is as follows. The liquid metal released on the surface of the cathode floats to the surface of the electrolyte and the resulting "pool" of metal increases the cathode area, therefore, the current density decreases. This leads to a decrease in current efficiency and, consequently, to a decrease in the productivity of the electrolyzer.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности электролизера и упрощение его обслуживания.The aim of the present invention is to increase the productivity of the cell and simplify its maintenance.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электролизере для получения металлов в жидком виде из расплавов солей, содержащем металлическую ванну, указатель уровня металла, анод и катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый торец которой установлен выше указателя уровня металла, а снаружи и изнутри емкости выполнен канал для самопроизвольного прохождения целевого металла, причем конец канала, находящийся снаружи емкости, расположен в пределах указателя уровня металла или несколько ниже него, а другой конец канала - ниже первого.This goal is achieved by the fact that in the known electrolytic cell for producing metals in liquid form from molten salts containing a metal bath, a metal level indicator, anode and cathode, made in the form of a tank, the upper open end of which is installed above the metal level indicator, and outside and inside a channel is made for the spontaneous passage of the target metal, the end of the channel located outside the vessel is located within the metal level indicator or slightly below it, and the other end of the channel is lower than the first-.

На прилагаемых чертежах показаны общий вид электролизера в разрезе, узлы катода в различных конструктивных положениях и необходимость сечения этих узлов.On the accompanying drawings shows a General view of the electrolyzer in the context, the cathode nodes in various structural positions and the need for a section of these nodes.

Электролизер содержит корпус 1 (см. фиг.1), металлическую ванну 2, указатель уровня металла 3, анод (жидкий сплав) 4, катод, выполненный в виде емкости 5, верхний открытый торец которой установлен выше указателя 3. Снаружи и изнутри емкости 5 выполнен канал 6 для прохождения целевого металла, причем конец 7 этого канала, находящийся снаружи емкости 5, расположен несколько ниже указателя уровня металла 3, а другой его конец 8 - ниже первого.The cell contains a housing 1 (see Fig. 1), a metal bath 2, a metal level indicator 3, an anode (liquid alloy) 4, a cathode made in the form of a container 5, the upper open end of which is installed above the pointer 3. Outside and inside of the tank 5 made channel 6 for the passage of the target metal, and the end 7 of this channel, located outside the tank 5, is located slightly below the metal level indicator 3, and its other end 8 is lower than the first.

Канал 6 конструктивно может быть выполнен по-разному. Согласно фиг.2, он образован стенкой емкости 5 и надетым на нее с зазором необходимой величины кожухом 9, который состоит из двух обечаек 10 и 11, соединенных между собой одними концами.Channel 6 structurally can be performed in different ways. According to figure 2, it is formed by the wall of the tank 5 and put on it with a gap of the required size casing 9, which consists of two shells 10 and 11, interconnected at one end.

На фиг.3 показан канал, представляющий собой сетку 12, в частности из металла, прилегающую к поверхности емкости с зазором или без него.Figure 3 shows the channel, which is a grid 12, in particular of metal, adjacent to the surface of the tank with or without a gap.

В исполнении по фиг.4 и 5 канал 6 образован продольными пазами, выполненными в стенке емкости как снаружи, так и изнутри. Возможность самопроизвольного прохождения металла по каналу определяется размерами последнего, физико-химическими свойствами жидкого металла и материалами, с которыми контактирует целевой металл.In the embodiment of FIGS. 4 and 5, the channel 6 is formed by longitudinal grooves made in the wall of the tank both externally and internally. The possibility of spontaneous passage of metal through the channel is determined by the dimensions of the latter, the physicochemical properties of the liquid metal, and the materials with which the target metal is in contact.

Из литературных данных авторам не известна заявляемая совокупность отличительных признаков, следовательно, изобретение соответствует критерию "существенные отличия".From the literature data the authors are not aware of the claimed combination of distinctive features, therefore, the invention meets the criterion of "significant differences".

Работает электролизер следующим образом. При включении тока электролиза целевой металл из анодного сплава 4 электрохимическим путем переходит на катод и в жидком виде всплывает по стенке емкости 5 и, попав в канал 6, за счет капиллярных сил сначала поднимается вверх, затем перемещается вниз по каналу - сливается в емкость 5. Слив металла происходит благодаря тому, что конец 8 канала 6 расположен ниже его конца 7.The cell operates as follows. When the electrolysis current is turned on, the target metal from the anode alloy 4 electrochemically goes to the cathode and floats in liquid form along the wall of the vessel 5 and, having entered the channel 6, first rises upward by capillary forces, then moves down the channel and merges into the vessel 5. The discharge of metal occurs due to the fact that the end 8 of the channel 6 is located below its end 7.

После накопления заданного количества целевой металл 14 удаляется из емкости 5 известными способами, например, перекачивается по трубе 15.After the accumulation of a given amount, the target metal 14 is removed from the tank 5 by known methods, for example, is pumped through a pipe 15.

Высота подъема анодного металла по каналу зависит от таких факторов, как материал емкости, кожуха и сетки, смачиваемость этих материалов целевым металлом, размеры канала и др.The elevation height of the anode metal along the channel depends on such factors as the material of the container, the casing and the mesh, the wettability of these materials with the target metal, the dimensions of the channel, etc.

От величины этой высоты зависит величина выступающей из электролита 13 части емкости 5, которая должна быть не больше первой.From the magnitude of this height, the magnitude of the part of the container 5 protruding from the electrolyte 13, which should be no more than the first, depends.

Пропускная способность канала взята больше скорости выделения металла.The channel capacity is taken more than the rate of metal release.

Предложенный электролизер в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества:The proposed electrolyzer in comparison with the prototype has the following advantages:

1. Поскольку получаемый металл сразу удаляется по каналу, не происходит образования "лужи" металла и, следовательно, уменьшения катодной плотности тока. Поэтому сохраняется первоначально высокий выход по току.1. Since the resulting metal is immediately removed through the channel, there is no formation of a "pool" of metal and, consequently, a decrease in the cathode current density. Therefore, an initially high current efficiency is maintained.

2. Значительно упрощается обслуживание электролизера. Это связано с тем, что в предложенном электролизере высота подъема целевого металла по стенке емкости достаточно велика и нет необходимости в большой точности фиксации открытого торца емкости относительно уровня электролита.2. Significantly simplifies the maintenance of the cell. This is due to the fact that in the proposed electrolyzer, the height of the target metal on the wall of the tank is high enough and there is no need for great accuracy in fixing the open end of the tank relative to the electrolyte level.

По изобретению изготовлен опытный образец электролизера с токовой нагрузкой 3,5 кА, который успешно испытан.According to the invention, a prototype cell with a current load of 3.5 kA was manufactured, which was successfully tested.

Испытания показали принципиальную возможность реализации заявляемого электролизера с хорошими технологическими показателями.Tests have shown the fundamental possibility of implementing the inventive electrolyzer with good technological performance.

Claims

An electrolyzer for producing metals in liquid form according to a three-layer method, containing a metal bath, a metal level indicator, anode and cathode, made in the form of a tank, the open end of which is installed above the metal level indicator, characterized in that, in order to increase productivity and simplify maintenance, a channel is made outside and inside the tank, with the channel end located outside the tank below the metal level indicator and the other end of the channel below the first.