RU2090657C1

RU2090657C1 - Electrolyzer for producing magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2090657C1
Application number: RU95118463A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Фрейдлин; Г.А. Яковлева; В.П. Лепихин
Original assignee: Акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния"
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: electrolyzer designed to produce magnesium from melt chlorides consists of casing, lining, two working compartments, and demountable cell. Working compartment incorporates cathodes inserted through longitudinal wall and, installed in bottom, graphitized anodes with cast-iron contact heads. Between lower face of contact heads and casing, cast-iron slab with interconnecting internal cavities is placed. The latter are made of metal plates and connected to heat carrier-supply pump and heat carrier collector. According to invention, the slab may be disposed under casing or between bottom and casing, and may also be dismountable. The cavities may be made of steel pipe and the slab, in turn, of steel-pipe cavities filled by ceramic slurry. EFFECT: improved design. 7 cl, 3 dwg

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 с чугунными контактными головками размещенными в подине (А.Иванов и др. Производство магния. М. Металлургия, 1970, с. 161). A known cell with a lower input of anodes, including a metal casing, lining, cathodes introduced through longitudinal walls, graphite anodes with cast-iron contact heads located in the bottom (A. Ivanov and others. Production of magnesium. M. Metallurgy, 1970, S. 161).

Существенным недостатком электролизера является разрушение анодных чугунных контактных головок при проникновении к ним электролита, переход в электролит железа, пассивация им катодов, что приводит к снижению выхода по току. Влияние этого процесса усиливается с повышением плавкости электролита, что не позволяет использовать на электролизере с нижним вводом анодов в качестве сырья хлорид магния. Кроме того, тепловой баланс электролизеров с нижним вводом анодов осуществляется при плотностях тока ниже оптимальных. Одним из путей увеличения выхода по току и производительности электролизера может быть повышение плотности тока до оптимальных. Это требует принудительного отвода тепла. A significant drawback of the electrolyzer is the destruction of the anode cast-iron contact heads when the electrolyte penetrates to them, the transition to iron electrolyte, passivation of the cathodes by it, which leads to a decrease in current efficiency. The influence of this process increases with increasing fusibility of the electrolyte, which does not allow the use of magnesium chloride as a raw material in the electrolyzer with a lower input of anodes. In addition, the heat balance of electrolyzers with the lower input of the anodes is carried out 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 current density to optimal. This requires forced heat dissipation.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния - прототип (А. с. СССР N 382748, кл. C 25 C 3/04, опубл. 23.05.83). 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. Of the known analogues, the closest to the claimed technical solution in terms of features is an electrolyzer for producing magnesium - a prototype (A. S. USSR N 382748, class C 25 C 3/04, publ. 23.05.83). 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.

Основные недостатки этого электролизера:
каналы применимы только для созания естественной тяги, что не позволит существенно увеличить отвода тепла, т.е. 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 main disadvantages of this cell:
channels are applicable only for the creation of natural traction, which will not significantly increase heat dissipation, i.e. 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.

Задачей изобретения является повышение эффективности при регулирования отвода тепла от электролизера, утилизация отводимого тепла. The objective of the invention is to increase efficiency in the regulation of heat removal from the electrolyzer, the utilization of the removed heat.

Поставленная задача решается в электролизере, включающем кожух, футеровку с подиной, рабочие отделения с катодами и анодами с контактными головками, размещенными в подине, сборную ячейку и систему охлаждения. Новым является то, что электролизер дополнительно снабжен слоем теплопроводного материала, размещенного в подине или под днищем кожуха и снабженного сообщающимися между собой полостями, соединенными с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора. В качестве теплопроводного материала используют железо-углеродистые сплавы (чугун, сталь) или шликер. Теплопроводный слой из чугуна или стали выполнен в виде плиты. Плита может быть выполнена из нескольких элементов, съемной. Полости в теплопроводном слое выполнены из металлических труб. Теплопроводный слой размещен под нижней гранью анодного токоподвода в днище кожуха. The problem is solved in the electrolyzer, including a casing, a lining with a hearth, working compartments with cathodes and anodes with contact heads located in the hearth, a collection cell and a cooling system. New is that the electrolyzer is additionally equipped with a layer of heat-conducting material placed in the bottom or under the bottom of the casing and provided with interconnected cavities connected to a pump for supplying a coolant and a collector for collecting it. As a heat-conducting material, iron-carbon alloys (cast iron, steel) or a slip are used. The heat-conducting layer of cast iron or steel is made in the form of a plate. The plate can be made of several elements, removable. The cavities in the heat-conducting layer are made of metal pipes. The heat-conducting layer is placed under the lower face of the anode current supply in the bottom of the casing.

Исполнение системы охлаждения в виде теплопроводного слоя с размещенными внутри сообщающимися между собой полостями, соединенными с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора, предполагает использование для охлаждения жидких теплоносителей, что позволит существенно повысить эффективность охлаждения. Выполнение их съемными даст возможность производить их замену в процессе эксплуатации без остановки электролизера. The design of the cooling system in the form of a heat-conducting layer with interconnected cavities interconnected with each other, connected to a pump for supplying a heat carrier and a collector for collecting it, involves the use of liquid heat carriers for cooling, which will significantly increase the cooling efficiency. Making them removable will make it possible to replace them during operation without stopping the cell.

На фиг. 1 и 2 изображены продольный и поперечный разрезы электролизера, на фиг. 3 разрез по А-А. In FIG. 1 and 2 are longitudinal and transverse sections of the electrolyser; FIG. 3 section along AA.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, двух рабочих отделений 3 и размещенной 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, установленными на подине 8. Между нижней гранью контактных головок 7 и кожухом 1 размещена чугунная плита 9 с выполненными внутри полостями 10, сообщающимися между собой. Полости 10 выполнены из металлических труб и соединены с насосом для подачи теплоносителя и коллектором для его сбора. Плиты 9 изготавливают следующим образом. Из стальной трубы выполняют змеевик, который заливают чугуном. По другому варианту на подину устанавливают змеевик, выполненный из металлической трубы, заливают его шликером, сушат и устанавливают аноды с чугунными токоподводами. Анодные токоподводы 7 могут быть соединены с чугунной плитой 9 с помощью пазов и выступов, а воздушный зазор между ними заполнен теплопроводным материалом (например, сплав Вуда). The electrolyzer consists of a casing 1, a lining 2, two working compartments 3 and a prefabricated cell 4. The cathodes 5 are inserted through the longitudinal wall and the graphite anodes 6 with cast-iron contact heads 7 mounted on the bottom 8. In the working compartment 3 the lower edge of the contact heads 7 and the casing 1 posted by a cast-iron plate 9 with internal cavities 10, communicating with each other. The cavity 10 is made of metal pipes and connected to a pump for supplying a coolant and a collector for collecting it. Plate 9 is made as follows. A coil is made from a steel pipe, which is filled with cast iron. In another embodiment, a coil made of a metal pipe is installed on the bottom, filled with a slip, dried, and anodes with cast-iron current leads are installed. Anode current leads 7 can be connected to the cast-iron plate 9 using grooves and protrusions, and the air gap between them is filled with heat-conducting material (for example, Wood's alloy).

Электролизер работает при температуре 680±10^oC. При прохождении постоянного тока через электроды и электролит на катоде 5 выделяется магний, на аноде 6 хлор. Магний собирается в сборной ячейке 4, хлор отводится по газоходам к потребителю. Вследствие высокой теплопроводности графита по нему к контактным головкам 7 и плите 9 передается большое количество тепла. Протекающий по полостям 10 теплоноситель уносит тепло, охлаждая ее и контактные головки 7. Изменением количества теплоносителя поддерживается и регулируется температура электролита. Охлаждение контактных головок 7 позволит устранить их разрушение, переход железа в электролит и тем самым увеличит выход по току на 2-3% При переходе на работу в оптимальном интервале плотностей тока выход по току поднимется еще на 2-3%
Таким образом, за счет принудительного отвода тепла от подины 40-60 кВт производительность электролизера может быть увеличена на 10-15%The cell operates at a temperature of 680 ± 10 ^o C. With the passage of direct current through the electrodes and the electrolyte at the cathode 5, magnesium is released, at the anode 6 is chlorine. Magnesium is collected in a collection cell 4, chlorine is discharged through gas ducts to the consumer. Due to the high thermal conductivity of graphite, a large amount of heat is transferred through it to the contact heads 7 and the plate 9. The coolant flowing through the cavities 10 carries away heat, cooling it and the contact heads 7. By changing the amount of coolant, the electrolyte temperature is maintained and regulated. The cooling of the contact heads 7 will eliminate their destruction, the transition of iron into an electrolyte and thereby increase the current efficiency by 2-3%. When switching to work in the optimal range of current densities, the current output will rise by another 2-3%
Thus, due to forced heat removal from the bottom of 40-60 kW, the productivity of the electrolyzer can be increased by 10-15%

Claims

1. An electrolyzer for producing magnesium and chlorine, comprising a casing, a lining with a hearth, working compartments with cathodes and anodes with contact heads located in the hearth, a collection cell and a cooling system, characterized in that it is provided with a layer of heat-conducting material placed in the hearth or under the casing, and made with interconnected cavities connected to a pump for supplying a coolant and a collector for collecting it.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that iron-carbon alloys (cast iron, steel) or a slip are used as the heat-conducting material.

3. The electrolyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting layer of the yellow-carbon alloy is made in the form of a plate with cavities.

4. The electrolyzer according to claim 3, characterized in that the metal plate of the iron-carbon alloy is removable.

5. The cell according to any one of paragraphs.1 to 4, characterized in that the cavity in the heat-conducting layer is made of metal pipes.

6. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the heat-conducting layer is placed in the hearth under the bottom face of the anode contact head.

7. The cell according to claim 1, characterized in that the heat-conducting layer is placed between the bottom and the casing of the cell.