RU2094536C1

RU2094536C1 - Diaphragm-free electrolyzer to produce magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2094536C1
Application number: RU95109082A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Яковлева; В.П. Лепихин; Р.Г. Минина
Original assignee: Акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: production of magnesium by electrolysis of molten salts. SUBSTANCE: proposed diaphragm-free electrolyzer has housing, lining, partition with upper and lower flow windows separating electrolytic compartment and collecting cell. Electrolytic compartment has anodes and cathodes. Cathodes are installed at level or protrude beyond anodes on side of partition. Partition has protrusion of rectangular shape bevelled towards electrolytic compartment. It forms Z-shaped profile with protrusion parallel to cathode. Clearance has constant width along entire length. Width of protrusion equals 0.2-0.6 width of clearance. Upper flow window of separating partition has 30-75 deg chamfer towards electrolytic compartment. EFFECT: optimal distribution of flows of electrolyte with magnesium providing for decreased losses of it, increased output. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для получения магния и хлора электролитическим способом. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the design of electrolytic cells for producing magnesium and chlorine by the electrolytic method.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния, включающий сборные ячейки и электролитические отделения с установленными в них анодами и катодами. Known diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium, including prefabricated cells and electrolytic compartments with anodes and cathodes installed in them.

Для отделения электролитических отделений от сборных ячеек выполнена разделительная перегородка с прямоугольными окнами (Стрелец. Электролитическое получение магния. М. Металлургия, 1972, с.265). To separate the electrolytic compartments from the prefabricated cells, a dividing wall with rectangular windows was made (Sagittarius. Electrolytic production of magnesium. M. Metallurgy, 1972, p.265).

Недостатком данного электролизера являются неудовлетворительные гидродинамические условия эвакуации и сбора магния, что увеличивает потери металла и понижает выход по току. The disadvantage of this cell is the unsatisfactory hydrodynamic conditions for the evacuation and collection of magnesium, which increases the loss of metal and reduces the current efficiency.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является бездиафрагменный электролизер для получения магния (а.с. 583204, C 25 C 3/04, опубл. 05.12.77. Бюллетень N 45). The closest to the proposed technical solution for the totality of features is a diaphragm-free electrolyzer for magnesium (AS 583204, C 25 C 3/04, publ. 05.12.77. Bulletin N 45).

Электролизер состоит из электролитических отделений с установленными в них катодами и анодами и ячейки для сбора магния, отделенных огнеупорной перегородкой со сквозными каналами V-образной формы с сечением, уменьшающимся в направлении к ячейке для сбора магния. Перегородка имеет выступ, расположенный ниже входного отверстия каналов, обращенного к электролитическому отделению, и перекрывающий зазор между анодами и перегородкой. The electrolyzer consists of electrolytic compartments with cathodes and anodes installed in them and a cell for collecting magnesium, separated by a refractory wall with through channels of a V-shape with a cross section decreasing towards the cell for collecting magnesium. The partition has a protrusion located below the inlet of the channels facing the electrolytic compartment, and overlapping the gap between the anodes and the partition.

Гидродинамические испытания данной конструкции показали, что вынос потока электролита с магнием из рабочего отделения в сборную ячейку затруднен большим гидравлическим сопротивлением переточного окна V-образной формы. В результате этого происходит раздвоение выходящего потока электролита с магнием: часть его направляется в переточное окно, а другая часть в зазор между торцами анодов и перегородкой. Наличие желобообразного выступа у перегородки не в состоянии ликвидировать этот нисходящий поток. Это приводит к значительным потерям магния из-за повторного его заноса в хлорнасыщенную зону. Hydrodynamic tests of this design showed that the removal of the flow of electrolyte with magnesium from the working compartment into the collection cell is hindered by the large hydraulic resistance of the V-shaped transfer window. As a result of this, the outgoing electrolyte stream is bifurcated with magnesium: part of it is sent to the transfer window, and the other part is sent to the gap between the ends of the anodes and the partition. The presence of a grooved protrusion at the septum is not able to eliminate this downward flow. This leads to significant losses of magnesium due to its repeated introduction into the chlorine-saturated zone.

Экраны, размещенные по торцам катодных листов со стороны сборной ячейки, не позволяют установить оптимальные для выноса магния в сборную ячейку расстояния катод-перегородка. В зоне, расположенной ниже выступа перегородки, образуются замкнутые циркуляционные контуры, которые препятствуют быстрому выносу капель магния в сборную ячейку. The screens placed at the ends of the cathode sheets from the side of the prefabricated cell do not allow to establish the optimal cathode-partition distances for the transfer of magnesium into the prefabricated cell. In the area located below the protrusion of the septum, closed circulation circuits are formed that prevent the rapid removal of magnesium droplets into the collection cell.

Задача изобретения организация оптимального распределения потоков электролита с магнием, которое обеспечит сокращение потерь магния и повышение выхода по току. The objective of the invention is the organization of the optimal distribution of electrolyte streams with magnesium, which will reduce magnesium losses and increase current efficiency.

Это достигается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, включающем электролитические отделения, в которых размещены аноды и катоды, ячейку для сбора магния, отделенную от электролитического отделения перегородкой с верхними и нижними переточными окнами и выступом, расположенным ниже верхнего переточного окна, обращенного к электролитическому отделению, и образующим с катодом зазор, новым является то, что выступ выполнен прямоугольной формы со скосом в сторону электролитического отделения, перегородка с выступом образует

-образный профиль, параллельный катоду, а зазор выполнен по всей длине постоянной ширины.This is achieved by the fact that in the electrolyzer for producing magnesium and chlorine, including electrolytic compartments in which anodes and cathodes are placed, a cell for collecting magnesium separated from the electrolytic compartment by a partition with upper and lower transfer windows and a protrusion located below the upper transfer window facing to the electrolytic compartment, and forming a gap with the cathode, it is new that the protrusion is made rectangular with a bevel towards the electrolytic compartment, a partition with the protrusion is formed

-shaped profile parallel to the cathode, and the gap is made over the entire length of a constant width.

Ширина выступа равна 0,2 0,6 ширины зазора. Верхнее переточное окно выполнено со скосом 30 75^o в сторону электролитического отделения.The width of the protrusion is 0.2 to 0.6 of the width of the gap. The upper transfer window is made with a bevel 30 75 ^o in the direction of the electrolytic compartment.

Катод со стороны перегородки установлен на уровне или выступающим за анод. The cathode on the septum side is installed at or protruding beyond the anode.

Предлагаемая форма переточного окна обеспечивает плавное вхождение в него циркуляционного потока и минимальное гидравлическое сопротивление ему. The proposed form of the overflow window provides a smooth entry of the circulation flow into it and minimal hydraulic resistance to it.

Наличие одинакового

-образного профиля катода и разделительной перегородки позволяет установить оптимальный по всей высоте зазор, что препятствует образованию замкнутого циркуляционного контура, приводящего к потерям магния.Having the same

-shaped profile of the cathode and the dividing wall allows you to set the optimum clearance over the entire height, which prevents the formation of a closed circulation loop, leading to loss of magnesium.

Прямоугольный выступ разделительной перегородки служит отбойником для выходящего из электролитического отделения циркуляционного потока электролита с магнием, препятствует уносу металла в зазор между катодом и перегородкой. Соотношения ширины выступа перегородки и ширины зазора между катодом и перегородкой в пределах 0,2 0,6 обеспечивают оптимальное распределение циркуляционных потоков электролита с магнием, обеспечивающее быструю ликвидацию металла из рабочего отделения, что сокращает потери магния за счет обратного взаимодействия с хлором. The rectangular protrusion of the dividing wall serves as a chipper for the circulating flow of electrolyte with magnesium emerging from the electrolytic compartment, and prevents the entrainment of metal into the gap between the cathode and the baffle. The ratio of the width of the protrusion of the septum and the width of the gap between the cathode and the septum within 0.2 0.6 provides an optimal distribution of the circulation flows of the electrolyte with magnesium, which ensures the rapid elimination of metal from the working compartment, which reduces the loss of magnesium due to the reverse interaction with chlorine.

На чертеже изображен электролизер, поперечный разрез. The drawing shows an electrolyzer, a cross section.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, перегородки 3 с верхним 4 и нижним 5 переточными окнами, разделяющей электролитическое отделение 6 и сборную ячейку 7. The cell consists of a casing 1, a lining 2, a partition 3 with an upper 4 and lower 5 transfer windows, dividing the electrolytic compartment 6 and the collection cell 7.

В электролитическом отделении 6 установлены аноды 8, катоды 9. In the electrolytic compartment 6 installed anodes 8, cathodes 9.

Перегородка 3 имеет выступ 10 прямоугольной формы и образующий

-образный профиль, параллельный катоду. Ширина выступа равна 0,2 0,6 ширины зазора.The partition 3 has a protrusion 10 of a rectangular shape and forming

-shaped profile parallel to the cathode. The width of the protrusion is 0.2 to 0.6 of the width of the gap.

Зазор 11, образованный катодом 9 и перегородкой 3, выполнен по всей длине постоянной ширины. The gap 11 formed by the cathode 9 and the partition 3 is made along the entire length of a constant width.

Верхнее переточное окно 4 разделительной перегородки 3 выполнено со скосом 30-75^o в сторону электролитического отделения.The upper transfer window 4 of the separation wall 3 is made with a bevel 30-75 ^o in the direction of the electrolytic compartment.

В электролизер, состоящий из кожуха 1 с футеровкой 2, в электролитическое отделение 5 устанавливаются аноды 8 и катоды 9. In the electrolyzer, consisting of a casing 1 with a lining 2, anodes 8 and cathodes 9 are installed in the electrolytic compartment 5.

Для разделения электролитического отделения 6 и сборной ячейки 7 монтируется перегородка 3 с верхним 4 и нижним 5 переточными окнами. To separate the electrolytic compartment 6 and the prefabricated cell 7, a partition 3 is mounted with the upper 4 and lower 5 transfer windows.

Электролизер работает следующим образом. The cell operates as follows.

В электролизер заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам. A molten chloride salt is poured into the electrolyzer, an electric current is supplied to the electrodes.

При прохождении электрического тока на анодных поверхностях выделяется газообразный хлор, а катодных жидкий магний. With the passage of electric current, gaseous chlorine is released on the anode surfaces, and liquid magnesium is released on the cathode.

Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются вверх между рабочими поверхностями электродов. Хлор отделяется от электролита в электролитическом отделении, а электролит с магнием через переточное окно разделительной перегородки выносится в сборную ячейку, где происходит отделение капель магния от основного потока электролита, который опускается к подине сборной ячейки и через нижнее переточное окно возвращается в электролитическое отделение. Bubbles of chlorine and drops of magnesium along with the electrolyte rise up between the working surfaces of the electrodes. Chlorine is separated from the electrolyte in the electrolytic compartment, and the electrolyte with magnesium is transferred through the transfer window of the separation wall to the collection cell, where magnesium drops are separated from the main flow of the electrolyte, which falls to the bottom of the collection cell and returns to the electrolytic compartment through the lower transfer window.

Исследования, проведенные на модели разработанной конструкции электролизера, показали, что по сравнению с прототипом в электролизере предлагаемой конструкции создается благоприятная гидродинамическая обстановка, обеспечивающая максимально быстрый вынос металла в сборную ячейку при минимальных его потерях и повышение выхода по току. Studies conducted on the model of the developed design of the electrolyzer showed that, in comparison with the prototype, the electrolyzer of the proposed design creates a favorable hydrodynamic situation that ensures the fastest possible removal of metal into the collection cell with minimal losses and an increase in current efficiency.

Claims

1. Diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium and chlorine, containing electrolytic compartments in which anodes and cathodes are placed, a cell for collecting magnesium, separated from the electrical compartment by a partition with upper and lower transfer windows and a protrusion located below the upper transfer window, facing the electrolytic compartment and forming a gap with the cathode, characterized in that the protrusion is made rectangular with a bevel on the side of the electrolytic compartment, the partition with the protrusion forms a Z-shaped il parallel to the cathode, and a gap is formed along the entire length of constant width.

2. The cell according to claim 1, characterized in that the width of the protrusion is 0.2 to 0.6 of the width of the gap.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the upper transfer window is made with a bevel towards the electrolytic compartment.

4. The cell according to claims 1 and 3, characterized in that the bevel angle of the upper transfer window is 30 75 ^o .

5. The cell according to claim 1, characterized in that the cathode on the septum side is installed at or protruding beyond the anode.