RU2058432C1

RU2058432C1 - Electrolyzer for producing manganese and chlorine

Info

Publication number: RU2058432C1
Application number: RU94021538A
Authority: RU
Inventors: В.П. Лепихин; В.Б. Фрейдлин; Г.А. Яковлева; В.А. Сергеев
Original assignee: Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-04-20
Also published as: RU94021538A

Abstract

FIELD: manganese production by melt chloride ELECTROLYZER. SUBSTANCE: electrolyzer has housing 1, lining 2, work room 3 with cathodes 5 and anodes 6 with contact heads 7, sectional cell 4. Header 9 with rigidly connected jets 8 is placed under electrolyzer housing bottom. The jets are directed towards work rooms 3. Number of jets is equal to number of anodes 6. The jets are placed in parallel, perpendicular, and inclined to hearth. Ribs are placed between the jets. Header 9 is placed under the hearth of sectional cell. EFFECT: excessive heat rejection, temperature control, 8 - 10 % increased productivity. 6 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных солей. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used to produce magnesium by electrolysis of molten salts.

Известен электролизер с нижним вводом анодов, включающий металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, графитовые аноды, чугунные контактные головки, размещенные в подине (Иванов А. и др. Производство магния, М. Металлургия, 1979, с. 161). A known cell with a lower input of anodes, including a metal casing, lining, cathodes introduced through longitudinal walls, graphite anodes, cast iron contact heads located in the hearth (Ivanov A. et al. Production of magnesium, M. Metallurgy, 1979, S. 161) .

Недостатки электролизера разрушение чугунных контактных головок к анодам при проникновении к ним электролита, переход железа в электролит, пассивация им катодов, в результате снижение выхода по току. Кроме того, электролизеры с нижним вводом анодов работают при плотностях тока ниже оптимальных. Одним из путей увеличения выхода по току и производительности электролизера может быть повышение рабочих плотностей тока до оптимального уровня. Но это потребует принудительного отвода избыточного тепла. The disadvantages of the electrolyzer are the destruction of cast-iron contact heads to the anodes when the electrolyte penetrates to them, the transition of iron into the electrolyte, the passivation of cathodes by it, resulting in a decrease in current efficiency. In addition, electrolyzers with a lower input of anodes operate at current densities lower than optimal. One of the ways to increase the current efficiency and productivity of the electrolyzer can be to increase the working current densities to the optimum level. But this will require the forced removal of excess heat.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния (прототип). Электролизер включает металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, аноды с чугунными контактными головками, размещенными в подине, каналы, выполненные между контактными головками и открытые с торцов, причем торцы расположены один выше другого. The closest to the claimed technical solution for the totality of signs is an electrolyzer for producing magnesium (prototype). The electrolyzer includes a metal casing, lining, cathodes introduced through longitudinal walls, anodes with cast-iron contact heads located in the hearth, channels made between the contact heads and open from the ends, the ends being located one above the other.

Недостатки электролизера-прототипа: каналы применимы только для создания естественной тяги, что не позволяет существенно интенсифицировать процесс электролиза;
при естественной аэрации снижение температуры в зоне чугунных анодных контактных головок недостаточно для устранения их разрушения и перехода железа в электролит;
каналы разобщены, поэтому с их помощью невозможно регулировать отбор тепла, т.е. процесс охлаждения неуправляем.The disadvantages of the prototype electrolyzer: channels are applicable only to create natural traction, which does not significantly intensify the electrolysis process;
during natural aeration, a decrease in temperature in the area of cast iron anode contact heads is not enough to eliminate their destruction and the transition of iron into an electrolyte;
the channels are disconnected, therefore it is impossible to regulate the heat extraction with their help, i.e. the cooling process is uncontrollable.

Цель изобретения эффективное снижение температуры днища кожуха и чугунных контактных головок к анодам. Это устранит их разрушение и в регулированном отводе тепла и позволит стабилизировать тепловой режим электролиза при оптимальных технологических параметрах и увеличить производительность электролизера. The purpose of the invention is to effectively reduce the temperature of the bottom of the casing and cast iron contact heads to the anodes. This will eliminate their destruction in the regulated heat removal and will stabilize the thermal regime of electrolysis at optimal technological parameters and increase the productivity of the cell.

Поставленная цель достигается в электролизере, включающем кожух, футеровку, рабочие отделения с катодами и анодами с чугунными контактными головками, вмонтированными в подину, сборную ячейку и устройство для охлаждения подины. This goal is achieved in the electrolyzer, including a casing, lining, working compartments with cathodes and anodes with cast-iron contact heads mounted in a hearth, a collection cell and a device for cooling the hearth.

Новым является то, что электролизер снабжен коллектором для подвода хладоагента и соплами, жестко соединенными с ним, размещенными под днищем кожуха и направленными в сторону рабочих отделений. Количество сопел равно количеству анодов в рабочих отделениях. Сопла расположены параллельно, перпендикулярно или под углом к подине электролизера. Коллектор размещен под подиной сборной ячейки. На днище кожуха под рабочими отделениями выполнены ребра, между которыми размещены сопла. Снабжение электролизера дополнительным конструктивным элементом коллектором с соплами позволит повысить эффективность охлаждения подины электролизера, в которой размещены чугунные контактные головки анодов, снизить их температуру, повысить количество отводимого тепла от электролизера, поднять катодную плотность тока и увеличить производительность аппарата. Различные варианты расположения сопел под подиной дают возможность регулировать количество отводимого тепла при различных условиях технологического режима. Ребра, размещенные на кожухе подины, позволяют создать направленный поток движения хладагента и его турбулизацию, тем самым дополнительно улучшить охлаждение подины. Размещение коллектора под сборной ячейкой целесообразно с точки зрения направления потока хладагента под наиболее горячие зоны подины: под анодными контактными головками. Соответствие количества сопел количеству анодов необходимо для обеспечения равномерного и эффективного охлаждения подины. New is that the cell is equipped with a collector for supplying a refrigerant and nozzles rigidly connected to it, placed under the bottom of the casing and directed towards the working compartments. The number of nozzles is equal to the number of anodes in the working compartments. Nozzles are located parallel, perpendicular or at an angle to the bottom of the cell. The collector is located under the bottom of the precast cell. On the bottom of the casing under the working compartments are made ribs, between which nozzles are placed. Providing the cell with an additional structural element with a collector with nozzles will increase the cooling efficiency of the bottom of the cell, in which the cast iron contact heads of the anodes are placed, reduce their temperature, increase the amount of heat removed from the cell, increase the cathode current density and increase the productivity of the device. Various options for the location of the nozzles under the hearth make it possible to adjust the amount of heat removed under various conditions of the technological regime. The fins located on the casing of the hearth allow you to create a directed flow of refrigerant and its turbulization, thereby further improving the cooling of the hearth. Placement of the collector under the collection cell is advisable from the point of view of the direction of flow of the refrigerant under the hottest zone of the hearth: under the anode contact heads. Matching the number of nozzles to the number of anodes is necessary to ensure uniform and efficient cooling of the hearth.

На фиг. 1-3 изображен электролизер с нижним вводом анодов, поперечный разрез; на фиг. 4 то же, продольный разрез. In FIG. 1-3 shows a cell with a lower input of anodes, a cross section; in FIG. 4 same, longitudinal section.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, двух рабочих отделений 3 и расположенной между ними сборной ячейки 4. В рабочем отделении 3 размещены катоды 5, введенные через продольную стенку, и графитированные аноды 6 с чугунными контактными головками 7. Прямоугольные сопла 8 сечением (0,02-0,1)-(0,04-0,15) м размещены под контактными головками 7 анодов на расстоянии 0,01-0,15 м от днища кожуха 1 и направлены в сторону рабочих отделений 3. Сопла 8 жестко соединены (например приварены) с коллектором 9 прямоугольного сечения (0,2-1,0)-(0,2-1,0) м, расположенным под подиной сборной ячейки 4. Коллектор 9 соединен с вентилятором для подачи воздуха. На кожухе 1 днища электролизера выполнены ребра 10 высотой 0,02-0,3 м. Между ребрами 10 размещены сопла 8. Минимальное количество сопел два, что соответствует числу анодов 6 в двух рабочих отделениях 3. The cell consists of a casing 1, a lining 2, two working compartments 3 and a prefabricated cell 4 located between them. In the working compartment 3 there are cathodes 5 introduced through a longitudinal wall and graphite anodes 6 with cast-iron contact heads 7. Rectangular nozzles 8 with a cross section (0 , 02-0.1) - (0.04-0.15) m are placed under the contact heads of 7 anodes at a distance of 0.01-0.15 m from the bottom of the casing 1 and are directed towards the working compartments 3. Nozzles 8 are rigidly connected (e.g. welded) with a collector 9 of rectangular cross-section (0.2-1.0) - (0.2-1.0) m, located under the bottom oh the collection cell 4. The manifold 9 is connected to a fan for supplying air. On the casing 1 of the bottom of the electrolyzer are made ribs 10 with a height of 0.02-0.3 m. Between the ribs 10 there are nozzles 8. The minimum number of nozzles is two, which corresponds to the number of anodes 6 in two working compartments 3.

На фиг. 1-3 изображено размещение сопел 8 на коллекторе 9 относительно подины электролизера. Сопла расположены параллельно, перпендикулярно и под углом к подине электролизера. In FIG. 1-3 shows the placement of the nozzles 8 on the manifold 9 relative to the bottom of the cell. Nozzles are located parallel, perpendicular and at an angle to the bottom of the cell.

Электролизер работает при температуре электролита 680±15^оС. При прохождении постоянного тока через электролит и электроды на катоде выделяется магний, на аноде хлор. Магний собирается в сборной ячейке, хлор отводится по газоходам к потребителю. Вследствие высокой теплопроводности графита и его большого сечения по анодам к подине отводится до 100 кВт тепла. Температура кожуха 1 под подиной рабочих отделений 3 достигает 260-300^оС, что является причиной проникновения электролита к чугунным головкам, к кожуху. В предлагаемой конструкции воздух по коллектору 10 вентилятором подается к соплам и через них продувается под днищем кожуха электролизера, охлаждая его и чугунные контактные головки 7. Ребра 10 увеличивают охлаждаемую поверхность, турбулизируют поток, сохраняют заданное направление воздушной струи. Изменением количества продуваемого под кожухом воздуха поддерживается и регулируется температура электролита.The cell is operated at an electrolyte temperature of 680 ± 15 ° ^C. With the passage of direct current through the electrolyte and the electrodes on the cathode allocated magnesium, chlorine at the anode. Magnesium is collected in a collection cell, chlorine is discharged through gas ducts to the consumer. Due to the high thermal conductivity of graphite and its large cross section along the anodes, up to 100 kW of heat is removed to the bottom. The temperature of the casing 1 under the bottom of the working compartments 3 reaches 260-300 ^about With, which is the cause of the penetration of electrolyte to the cast-iron heads, to the casing. In the proposed design, the air through the collector 10 is fed by a fan to the nozzles and is blown through them under the bottom of the electrolyzer casing, cooling it and cast-iron contact heads 7. The fins 10 increase the cooled surface, turbulent the flow, and preserve the given direction of the air stream. By changing the amount of air blown under the casing, the temperature of the electrolyte is maintained and regulated.

Зависимость теплосъема от расположения сопел относительно днища и влияние его на производительность электролизера определены на горячей модели. Результаты приведены в таблице. The dependence of heat removal on the location of the nozzles relative to the bottom and its effect on the performance of the electrolyzer are determined on a hot model. The results are shown in the table.

Исследования показали, что предложенное конструктивное выполнение охлаждения электролизера позволит снизить температуру днища кожуха под рабочими отделениями на 80-120^оС и отвести дополнительно 20-30 кВт тепла, что создаст условия для увеличения производительности электролизера на 8-10%Studies have shown that the proposed constructive implementation of the electrolyzer will reduce the cooling temperature of the bottom of the casing under the working offices of 80-120 ^{° C} and take additional 20-30 kW of heat, which would create conditions for increasing electrolyzer productivity by 8-10%

Claims

1. ELECTROLYZER FOR PRODUCING MAGNESIUM AND CHLORINE, comprising a casing, lining, working compartments with cathodes and anodes with contact heads located in the hearth, a collection cell and a device for cooling the hearth, characterized in that it is equipped with a collector for supplying refrigerant with nozzles placed under the bottom and directed towards the working compartments, and the number of nozzles is equal to the number of anodes in the working compartments.

2. The cell according to claim 1, characterized in that the nozzles are parallel to the bottom of the cell.

3. The cell according to claim 1, characterized in that the nozzle is perpendicular to the bottom of the cell.

4. The cell according to claim 1, characterized in that the nozzle is located at an angle to the bottom of the cell.

5. The electrolyzer according to claims 1 to 4, characterized in that the collector is located under the bottom of the team cell.

6. The electrolyzer according to claims 1 to 4 or 5, characterized in that the casing under the bottom of the working compartments is made with ribs, between which nozzles are placed.