RU2176291C1

RU2176291C1 - Electrolyzer for producing magnesium

Info

Publication number: RU2176291C1
Application number: RU2000111655A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Татакин; В.Н. Бойцева; А.С. Чесноков; А.А. Ларионов; Игорь Всеволодович Забелин; В.В. Агалаков; Багдат Мухамедович Шаяхметов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт; "Алуминиум Аллойз Энд Металурджикал Просессиз Лимитед"
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-27

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely construction of electrolyzers for producing magnesium. SUBSTANCE: electrolyzer includes adjacent electrolytic cells divided by partition. Cathodes are adjoined to walls of bath and to partition of lining. Passages for discharging magnesium are made in partition and(or) in bath walls and their depth is no more than 0.15 of cathode height. It provides maximally favourable conditions for discharging magnesium to accumulating cell. At least one bipolar electrode may be placed between anode and cathode in such a way that it surrounds anode; part of that electrode at anode side is surrounded by cathode adjoining to bath walls. Bipolar electrodes may be made of graphite or they may have steel plate at cathode side. Such construction allows to increase magnesium yield in function of electric current. EFFECT: enhanced efficiency of electrolyzer, lowered energy consumption. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства магния. The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular to the design of electrolytic cells for the production of magnesium.

Известны бездиафрагменные электролизеры для производства магния, имеющие электролитические ячейки с двухсторонне работающими анодами и катодами и сборные ячейки для накопления магния /1, 2/. Сборные и электролитические ячейки разделены перегородками с отверстиями в верхней и нижней части, через которые циркулирует электролит и магний выносится в сборную ячейку. Эксплуатация и моделирование бездиафрагменных электролизеров со сборной ячейкой, перпендикулярной электродам /1, стр. 294,295/, показали, что в непосредственной близости от перегородки поток электролита имеет достаточно высокую скорость, чтобы захватить корольки магния и занести их в электролитическую ячейку, где они хлорируются. Это приводит к потерям металла. Увеличение ширины сборной ячейки несколько снижает скорость потока, но не может его исключить полностью. При этом в сборной ячейке при увеличении ее ширины возникают застойные зоны, в которых магний сгорает, опускается на дно и также теряется. Known diaphragm-free electrolyzers for the production of magnesium, having electrolytic cells with two-sided working anodes and cathodes and prefabricated cells for the accumulation of magnesium / 1, 2 /. Prefabricated and electrolytic cells are separated by partitions with holes in the upper and lower parts, through which the electrolyte circulates and the magnesium is carried out into the collection cell. Operation and modeling of diaphragmless electrolyzers with a collection cell perpendicular to the electrodes / 1, p. 294,295 /, showed that in the immediate vicinity of the septum, the electrolyte flow is high enough to capture magnesium kings and bring them into the electrolytic cell where they are chlorinated. This leads to metal loss. Increasing the width of the collection cell somewhat reduces the flow rate, but cannot completely exclude it. In this case, stagnant zones arise in the collection cell with an increase in its width, in which magnesium burns out, sinks to the bottom and is also lost.

В электролизере, принятом за прототип /3/, сборная ячейка параллельна поверхностям электродов, и явление заноса магния из сборной ячейки в электролитическую менее существенно. В этом случае вывод магния в сборную ячейку происходит не вдоль рабочих поверхностей электродов, а перпендикулярно им по каналам, образованным стенкой электролизера и торцевыми поверхностями анодов над экранами и зазором между экраном и анодом и экраном и стенкой электролизера. При этом выносящийся магний хлорируется хлором, выделяющимся на торцевой поверхности анода, а также захватывается потоком электролита, циркулирующим вокруг экрана, и заносится обратно в электролитическую ячейку. Ликвидировать зазор между стенкой электролизера и экраном нельзя, так как в этом случае уменьшится ширина канала для выноса магния, который будет застаиваться в электролитических ячейках. In the electrolyzer, adopted for the prototype / 3 /, the collection cell is parallel to the surfaces of the electrodes, and the phenomenon of drift of magnesium from the collection cell into the electrolytic is less significant. In this case, the withdrawal of magnesium into the collection cell does not occur along the working surfaces of the electrodes, but perpendicular to them through the channels formed by the wall of the cell and the end surfaces of the anodes above the screens and the gap between the screen and the anode and the screen and the cell wall. In this case, the discharged magnesium is chlorinated by chlorine released on the end surface of the anode, and is also captured by the flow of electrolyte circulating around the screen and brought back into the electrolytic cell. It is impossible to close the gap between the cell wall and the screen, since in this case the width of the channel for the removal of magnesium, which will stagnate in the electrolytic cells, will decrease.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода по току магния, увеличение производительности электролизера и снижение расхода электроэнергии. The technical result of the invention is to increase the current efficiency of magnesium, increase the productivity of the electrolyzer and reduce the consumption of electricity.

Технический результат достигается тем, что в электролизере для получения магния, содержащем футерованную огнеупорными материалами ванну со стенками, электролитические ячейки с графитированными анодами и стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам, все ячейки соединены между собой каналами для выноса магния и имеют общее пространство у подины, электролитические ячейки выполнены смежными и разделены перегородкой, катоды вплотную прилегают к стенке ванны и перегородке, каналы для выноса магния выполнены в перегородке и/или стенках ванны, а их глубина не превышает 0,15 высоты катода. Между анодом и катодом установлен, по крайней мере, один биполярный электрод, охватывающий анод со всех сторон, а часть его анодной стороны окружена катодом, вплотную прилегающим к стенке ванны. Биполярные электроды выполнены из графита или со стальной пластиной на катодной стороне. The technical result is achieved by the fact that in the electrolyzer for producing magnesium containing a bath with walls lined with refractory materials, electrolytic cells with graphite anodes and steel cathodes, prefabricated cells located parallel to the electrodes, all cells are interconnected by channels for the removal of magnesium and have a common space the hearths, electrolytic cells are adjacent and separated by a partition, the cathodes are adjacent to the bath wall and the partition, the channels for the removal of magnesium are made in eregorodke and / or walls of the bath, but their depth does not exceed 0.15 of height of the cathode. At least one bipolar electrode is installed between the anode and cathode, covering the anode on all sides, and part of its anode side is surrounded by a cathode adjacent to the wall of the bath. Bipolar electrodes are made of graphite or with a steel plate on the cathode side.

На фиг. 1 показан поперечный разрез электролизера с четырьмя электролитическими и одной сборной ячейками (на уровне каналов). In FIG. 1 shows a cross section of an electrolyzer with four electrolytic and one prefabricated cells (at the channel level).

На фиг. 2 показан разрез по А-А. In FIG. 2 shows a section along aa.

На фиг. 3 изображен электролизер с одним биполярным электродом. In FIG. 3 shows an electrolyzer with one bipolar electrode.

Электролизер для получения магния включает футерованную ванну 1, электролитические ячейки 2, перегородку 3 между смежными электролитическими ячейками. В электролитических ячейках расположены графитированные аноды 4, введенные сверху, как показано на фиг. 1, 2, но может быть применен ввод анодов и через подину ванны. Через боковую стенку введены стальные катоды 5. Параллельно электродам расположена сборная ячейка 6 для магния, отделенная от катодов и анодов перегородкой 7, имеющей у подины общее пространство с электролитическими ячейками. The electrolyzer for producing magnesium includes a lined bath 1, electrolytic cells 2, a partition 3 between adjacent electrolytic cells. In the electrolytic cells, graphitized anodes 4 are inserted introduced from above, as shown in FIG. 1, 2, but anodes can also be applied through the bottom of the bath. Steel cathodes 5 are introduced through the side wall. A prefabricated magnesium cell 6 is located parallel to the electrodes, separated from the cathodes and anodes by a partition 7, which has a common space with electrolytic cells at the bottom.

Чтобы избежать замыкания потока электролита вокруг катодного экрана и других завихряющих потоков, стальные катоды и электрически связанные с ними катодные экраны выполнены вплотную прилегающими к вертикальным стенкам футеровки и перегородки 3, разделяющей смежные электролитические ячейки. При такой конструкции катода отсутствует возможность создания дополнительных завихряющих потоков, и весь магний потоком электролита по каналам 8 между электролитическими ячейками и по каналам 9 в стенках футеровки выносится в сборную ячейку 6. In order to avoid shorting the electrolyte flow around the cathode screen and other swirling flows, the steel cathodes and the cathode screens electrically connected to them are made adjacent to the vertical walls of the lining and the partition 3 separating adjacent electrolytic cells. With this design of the cathode, there is no possibility of creating additional swirl flows, and all of the magnesium by the electrolyte flow through channels 8 between the electrolytic cells and through channels 9 in the walls of the lining is carried out to the collection cell 6.

Сечение каналов должно обеспечить вынос электролито-магниевой смеси из электролитических ячеек 2 в сборную ячейку 6. Количество электролито-магниевой смеси зависит от междуэлектродного расстояния, плотности тока, размеров электродов. В пределах параметров, используемых на практике, соответствие сечения каналов количеству электролито-магниевой смеси обеспечивается тем, что изменяется глубина канала для выноса магния, при максимальном потоке подина канала не должна быть ниже верхнего среза катода более чем на 0,15 его высоты. При этом соответствие потоков поддерживается за счет колебания уровня электролита в электролизере в пределах 150-250 мм выше верхнего среза катода. При минимальных потоках подина канала может быть даже на уровне верхнего среза катода. Таким образом, изменяя уровень электролита и глубину канала, можно обеспечить полный вынос даже мелких капель магния в сборную ячейку при любых параметрах электролиза. Уровень электролита подбирается при эксплуатации электролизера, что позволяет регулировать поток электролито-магниевой смеси так, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для выноса магния в сборную ячейку. The cross-section of the channels should ensure the removal of the electrolyte-magnesium mixture from the electrolytic cells 2 to the collection cell 6. The number of electrolyte-magnesium mixture depends on the interelectrode distance, current density, and electrode size. Within the parameters used in practice, the correspondence of the channel cross-section to the amount of the electrolyte-magnesium mixture is ensured by the fact that the depth of the channel for the removal of magnesium is changed, with a maximum flow the bottom of the channel should not be lower than the upper cut of the cathode by more than 0.15 of its height. In this case, the correspondence of the flows is maintained due to fluctuations in the electrolyte level in the electrolyzer within 150-250 mm above the upper cut of the cathode. With minimal flows, the bottom of the channel can even be at the level of the upper cut of the cathode. Thus, by changing the electrolyte level and the depth of the channel, it is possible to ensure the complete removal of even small drops of magnesium into the collection cell for any electrolysis parameters. The electrolyte level is selected during operation of the electrolyzer, which allows you to adjust the flow of the electrolyte-magnesium mixture so as to provide the most favorable conditions for the removal of magnesium in the collection cell.

При установке между анодом 4 и катодом 5 биполярного электрода 10 (фиг. 3), охватывающего анод 4, принцип циркуляции не меняется, то есть и в этом случае обеспечивается полный вынос магния в сборную ячейку 6. Конструкция катода, примыкающего к вертикальным стенкам футеровки, позволяет сделать биполь, работающий со всех сторон. Биполярный электрод 10 выполняется полностью из графита или на катодной стороне может быть стальная пластина. Наличие биполярных электродов позволяет существенно повысить производительность предложенного электролизера и снизить удельный расход электроэнергии. When installing between the anode 4 and the cathode 5 of the bipolar electrode 10 (Fig. 3), covering the anode 4, the principle of circulation does not change, that is, in this case, the full transfer of magnesium to the collection cell 6. The design of the cathode adjacent to the vertical walls of the lining, allows you to make a bipole, working from all sides. The bipolar electrode 10 is made entirely of graphite or there may be a steel plate on the cathode side. The presence of bipolar electrodes can significantly increase the performance of the proposed electrolyzer and reduce specific energy consumption.

Работа электролизера протекает следующим образом. The operation of the electrolyzer proceeds as follows.

Аноды 4 и катоды 5 подключают к источнику постоянного тока. Хлор, выделяясь на анодах 10, образует восходящую циркуляцию электролита. Корольки магния подхватываются этим потоком, и образовавшаяся электролито-магниевая смесь выносится в сборную ячейку 6. Благодаря наличию катодов, вплотную прилегающих к вертикальным стенкам футеровки, и каналов в перегородке и футеровке для выноса магния, в электролитических ячейках не образуется завихряющих потоков, и весь магний попадает в сборную ячейку. Здесь магний собирается на поверхности, а электролит через отверстие у подины электролизера попадает в электролитические ячейки. При наличии биполярного электрода 10 хлор будет выделяться также на его анодных частях, характер циркуляции остается тем же. Anodes 4 and cathodes 5 are connected to a direct current source. Chlorine, released on the anodes 10, forms an upward circulation of the electrolyte. The kings of magnesium are picked up by this flow, and the resulting electrolyte-magnesium mixture is discharged into the collection cell 6. Due to the presence of cathodes adjacent to the vertical walls of the lining, and channels in the baffle and lining for the removal of magnesium, swirling flows are not formed in the electrolytic cells, and all magnesium gets into the assembly cell. Here, magnesium is collected on the surface, and the electrolyte enters the electrolyte cells through an opening at the bottom of the cell. In the presence of a bipolar electrode 10, chlorine will also be released on its anode parts, the nature of the circulation remains the same.

Электролизер по настоящему изобретению может быть скомпонован с одним или несколькими биполярными электродами и с различным числом электролитических и сборных ячеек. The cell of the present invention can be arranged with one or more bipolar electrodes and with a different number of electrolytic and prefabricated cells.

Таким образом, техническое решение обеспечивает направленное движение электролита для полного выноса магния в сборную ячейку, что позволяет повысить выход магния по току, производительность электролизера и снизить расход электроэнергии. Thus, the technical solution provides directional movement of the electrolyte for the complete removal of magnesium into the collection cell, which allows to increase the current output of magnesium, the productivity of the electrolyzer and reduce the energy consumption.

Источники информации
1. М.М. Ветюков, А.Н. Цыплаков, С.Н. Школьников. Электрометаллургия алюминия и магния. М.: Металлургия, 1987, 320 с.Sources of information
1. M.M. Vetyukov, A.N. Tsyplakov, S.N. Schoolchildren. Electrometallurgy of aluminum and magnesium. M .: Metallurgy, 1987, 320 p.

2. А. И. Иванов, М.Б. Ляндрес, О.В. Прокофьев. Производство магния. М.: Металлургия, 1979, 376 с. 2. A. I. Ivanov, M.B. Landres, O.V. Prokofiev. Magnesium production. M .: Metallurgy, 1979, 376 p.

3. МУЖЖАВЛЕВ К.Д. и др. Новый принцип компоновки электродов в магниевых бездиафрагменных электролизерах. Цветные металлы. Москва, 1980, N1, с. 76-78. 3. MUZHAVLEV K.D. et al. A new principle for the layout of electrodes in magnesium diaphragm-free electrolyzers. Non-ferrous metals. Moscow, 1980, N1, p. 76-78.

Claims

1. An electrolytic cell for producing magnesium, containing a bath with walls lined with refractory materials, electrolytic cells with graphite anodes and steel cathodes, prefabricated cells located parallel to the electrodes, all cells are interconnected by channels for the removal of magnesium and have a common space at the bottom, characterized in that that the electrolytic cells are adjacent and separated by a partition, the cathodes are adjacent to the wall of the bath and to the partition, the channels for the removal of magnesium are made in the partition and / or Kah bath, and their depth does not exceed 0.15 of height of the cathode.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that at least one bipolar electrode is installed between the anode and cathode, covering the anode on all sides, and part of its anode side is surrounded by a cathode adjacent to the bath wall.

3. The electrolyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the bipolar electrode is made of graphite.

4. The cell according to claim 2 or 3, characterized in that the bipolar electrode is made with a steel plate on its cathode side.