RU2220228C2 - Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt - Google Patents

Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt Download PDF

Info

Publication number
RU2220228C2
RU2220228C2 RU2001132072A RU2001132072A RU2220228C2 RU 2220228 C2 RU2220228 C2 RU 2220228C2 RU 2001132072 A RU2001132072 A RU 2001132072A RU 2001132072 A RU2001132072 A RU 2001132072A RU 2220228 C2 RU2220228 C2 RU 2220228C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
arch
bath
electrolyzer
metal
Prior art date
Application number
RU2001132072A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001132072A (en
Inventor
Роберт К. ДОЛЕСС
Альфред Ф. ЛАКАМЕРА
Р. Ли ТРАУП
Сиба П. РЭЙ
Роберт Б. ХОСЛЕР
Original Assignee
Алкоа Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алкоа Инк. filed Critical Алкоа Инк.
Priority to RU2001132072A priority Critical patent/RU2220228C2/en
Publication of RU2001132072A publication Critical patent/RU2001132072A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2220228C2 publication Critical patent/RU2220228C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: electrolytic reduction of metal oxides in electrolyzer. SUBSTANCE: invention refers to electrolytic reduction of metal oxide in electrolyzer to metal and oxygen, specifically, winning of aluminum and oxygen from aluminum oxide in salt melt bath containing fluorides of metals. Invention is aimed at deviation of oxygen bubbles released near anode into lifting conduit, at mixing salt melt bath in lifting conduit and at improved solution of metal oxide in salt melt bath. Electrolyzer has chamber with bottom carrying salt melt bath containing molten salts of metal oxide soluble in molten salt, at least one cathode, inert anode, at least one side wall extending upwards from bottom. Inert anode has two end parts, is mounted in chamber for formation of lowered conduit close to first end part and lifting conduit near second end part distant in lateral direction from lowered conduit and is equipped with arch located above anode. Part of lower surface of arch is inclined upwards from first end part towards second end part. EFFECT: improved solution of metal oxide in salt melt bath. 11 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электролитическому получению металла в электролизере, содержащем катод, инертный анод и ванну расплавленных солей, содержащую оксид металла. Предпочтительно электролизер используется для получения алюминия из ванны расплава солей, содержащей фториды металлов и оксид алюминия. В частности, изобретение относится к устройству для циркуляции ванны расплава солей в электролизере. The present invention relates to the electrolytic production of metal in an electrolyzer containing a cathode, an inert anode and a bath of molten salts containing metal oxide. Preferably, the electrolyzer is used to produce aluminum from a molten bath of salts containing metal fluorides and alumina. In particular, the invention relates to a device for circulating a bath of molten salts in an electrolytic cell.

Стоимость производства алюминия можно снизить, если заменить инертные аноды углеродными анодами, используемыми в настоящее время в большинстве промышленных электролизеров. Инертные аноды имеют стабильные размеры, так как они не расходуются в процессе производства алюминия. Использование инертного анода стабильных размеров в совокупности со смачиваемым катодом позволяет получить более эффективные конструкции электролизера, уменьшить плотность тока и промежуток между анодом и катодом, что обеспечивает экономию электроэнергии. The cost of producing aluminum can be reduced by replacing the inert anodes with the carbon anodes currently used in most industrial electrolyzers. Inert anodes have stable dimensions, since they are not consumed in the process of aluminum production. The use of an inert anode of stable dimensions in conjunction with a wettable cathode allows one to obtain more efficient designs of the electrolyzer, to reduce the current density and the gap between the anode and cathode, which saves energy.

Недостаток инертных анодов заключается в том, что они могут содержать оксиды металлов, обладающие некоторой растворимостью в ваннах расплава фторидных солей. Для уменьшения коррозии инертных анодов содержащие их электролизеры должны работать при температурах ниже интервала нормальных рабочих температур электролизера Холла (приблизительно 948-972oС). Однако работа при более низких температурах также приводит к некоторым проблемам, таким как сложность поддержания электролита в состоянии насыщения оксидом алюминия, затвердевание электролита в электролизере (образование осадка) и всплывание алюминия. Кроме того, некоторые типы инертных анодов имеют тенденцию к образованию резистивных слоев при низких рабочих температурах.The disadvantage of inert anodes is that they can contain metal oxides having some solubility in molten baths of fluoride salts. To reduce corrosion of inert anodes, the electrolysers containing them must work at temperatures below the normal operating temperature range of the Hall cell (approximately 948-972 o C). However, operating at lower temperatures also leads to some problems, such as the difficulty of maintaining the electrolyte in a state of saturation with alumina, solidification of the electrolyte in the electrolyzer (precipitate formation), and flooding of aluminum. In addition, some types of inert anodes tend to form resistive layers at low operating temperatures.

Чтобы снизить степень коррозии инертных анодов, необходимо поддерживать концентрацию оксида алюминия близкой к насыщению, но без высокой скорости в ванне вблизи анодов и без образования осадка в электролизере. Требуется некоторая циркуляция электролита, чтобы растворить оксид алюминия, однако циркуляция может также ускорить износ анода циркулирующими капельками алюминия. Авторы обнаружили, что эти проблемы можно решить посредством обеспечения сильного перемешивания в области подачи оксида алюминия, изолированной от электродов, чтобы улучшить растворение оксида алюминия без увеличения коррозии инертных анодов. To reduce the degree of corrosion of inert anodes, it is necessary to maintain the concentration of alumina close to saturation, but without high speed in the bath near the anodes and without the formation of a precipitate in the cell. Some electrolyte circulation is required to dissolve the alumina, however, circulation can also accelerate the wear of the anode by circulating droplets of aluminum. The authors found that these problems can be solved by providing strong mixing in the supply area of alumina insulated from the electrodes in order to improve the dissolution of alumina without increasing corrosion of inert anodes.

Известен электролизер для получения металла элекролитическим восстановлением оксида металла до металла и кислорода, содержащий камеру с дном, по меньшей мере, одну боковую стенку, простирающуюся вверх от дна, для размещения в камере ванны расплава солей, содержащей расплавленные соли и оксид металла, растворимый в расплавленных солях, по меньшей мере, один катод и, по меньшей мере, один инертный анод, размещенные в камере (WO 93/10281, С 25 С 3/08, 27.05.1993). Known electrolyzer for producing metal by electrolytic reduction of metal oxide to metal and oxygen, containing a chamber with a bottom, at least one side wall extending upward from the bottom, for placement in the bath chamber of a molten salt containing molten salts and metal oxide soluble in molten salts, at least one cathode and at least one inert anode placed in the chamber (WO 93/10281, C 25 C 3/08, 05/27/1993).

В основу настоящего изобретения положена задача создания электролизера, содержащего инертный анод и наклонный свод, который отклоняет пузырьки кислорода, образующиеся на аноде, в направлении подъемного канала, в котором растворяется оксид металла. The basis of the present invention is the creation of an electrolyzer containing an inert anode and an inclined arch that deflects the oxygen bubbles formed on the anode in the direction of the lifting channel, in which the metal oxide is dissolved.

Эти задачи решаются в электролизере для получения металла электролитическим восстановлением оксида металла до металла и кислорода, содержащем камеру с дном, по меньшей мере, одну боковую стенку, простирающуюся вверх от дна для размещения в камере ванны расплава солей, содержащей расплавленные соли и оксид металла, растворимый в расплавленных солях, по меньшей мере, один катод и, по меньшей мере, один инертный анод, размещенные в камере, за счет того что инертный анод, имеющий две концевые части, установлен в камере с возможностью образования опускного канала рядом с первой концевой частью и подъемного канала рядом со второй концевой частью, удаленного в поперечном направлении от опускного канала, и снабжен сводом, размещенным над анодом, причем часть нижней поверхности свода наклонена вверх от первой концевой части к второй концевой части для отклонения выделяющихся рядом с анодом пузырьков кислорода в подъемный канал, перемешивания ванны расплава солей в подъемном канале и улучшения растворения оксида металла в ванне расплава солей. These problems are solved in an electrolytic cell for producing metal by electrolytic reduction of metal oxide to metal and oxygen, containing a chamber with a bottom, at least one side wall extending upward from the bottom to place soluble salts containing molten salts and metal oxide in the bath chamber in molten salts, at least one cathode and at least one inert anode located in the chamber, due to the fact that the inert anode having two end parts is installed in the chamber with the possibility of I lowering channel near the first end part and the lifting channel near the second end part, remote in the transverse direction from the lower channel, and is equipped with a arch located above the anode, and part of the lower surface of the arch is inclined upward from the first end part to the second end part to reject oxygen bubbles released near the anode into the lifting channel, mixing the molten salt bath in the lifting channel and improving dissolution of metal oxide in the molten salt bath.

Согласно предпочтительным формам выполнения электролизера последний содержит несколько чередующихся катодов и инерных анодов; ванна расплава солей, размещаемая в камере, содержит, по меньшей мере, один фторид металла, выбранный из фторида натрия, фторида алюминия и криолита, а в качестве оксида металла - оксид алюминия; электролизер снабжен перегородкой, опускающейся вниз от свода рядом с опускным каналом; часть нижней поверхности свода между первой концевой частью инертного анода и второй его концевой частью образует, по меньшей мере, одну канавку; угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 2-50o вверх от горизонтали; угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 3-25o вверх от горизонтали; угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 10o вверх от горизонтали; электролизер содержит крышку, размещенную над камерой, металлический опорный цилиндр, проходящий вниз через крышку в камеру, и, по меньшей мере, одну опорную стенку, присоединенную к металлическому опорному цилиндру, для поддержки свода; электролизер содержит, по меньшей мере, один болт, опирающийся на свод и проходящий через выполненное в инертном аноде отверстие; ванна расплава солей, размещаемая в камере, имеет температуру около 700-940o или температуру около 900-930o.According to preferred embodiments of the cell, the latter contains several alternating cathodes and inert anodes; the molten salt bath placed in the chamber contains at least one metal fluoride selected from sodium fluoride, aluminum fluoride and cryolite, and alumina is used as the metal oxide; the cell is equipped with a partition that goes down from the arch next to the lower channel; a part of the lower surface of the arch between the first end part of the inert anode and its second end part forms at least one groove; the angle of inclination of part of the lower surface of the arch is about 2-50 o up from the horizontal; the angle of inclination of part of the lower surface of the arch is about 3-25 o up from the horizontal; the angle of inclination of part of the lower surface of the arch is about 10 o up from the horizontal; the electrolyzer comprises a cover located above the chamber, a metal support cylinder extending downward through the cover into the chamber, and at least one support wall attached to the metal support cylinder to support the arch; the electrolyzer contains at least one bolt resting on the arch and passing through a hole made in the inert anode; the bath of molten salts, placed in the chamber, has a temperature of about 700-940 o or a temperature of about 900-930 o .

Другие задачи и преимущества изобретения станут понятны специалистам из приведенного ниже подробного описания. Other objects and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

Настоящее изобретение относится к получению металла путем электролитического восстановления оксида металла до металла и кислорода. Предпочтительный вариант воплощения изобретения относится к получению алюминия путем электролитического восстановления оксида алюминия, растворенного в ванне расплава солей. Электрический ток пропускают между инертным анодом и катодом через солевую ванну, чтобы получить алюминий на катоде и кислород на аноде. Инертный анод предпочтительно содержит, по меньшей мере, один оксид металла и медь, более предпочтительно оксиды по меньшей мере двух разных металлов и смесь или сплав меди и серебра. The present invention relates to the production of metal by electrolytic reduction of metal oxide to metal and oxygen. A preferred embodiment of the invention relates to the production of aluminum by electrolytic reduction of alumina dissolved in a molten salt bath. An electric current is passed between the inert anode and the cathode through a salt bath to obtain aluminum at the cathode and oxygen at the anode. The inert anode preferably contains at least one metal oxide and copper, more preferably at least two different metal oxides and a mixture or alloy of copper and silver.

Предложенный электролизер работает при температуре в интервале около 700-940oС, предпочтительно около 900-940oС, более предпочтительно около 900-930oС и наиболее предпочтительно около 900-920oС. Электрический ток пропускают между инертным анодом и катодом через ванну расплава солей, содержащую электролит и оксид алюминия. В предпочтительном варианте воплощения электролизера электролит содержит фторид алюминия и фторид натрия, и он также может содержать фторид кальция, фторид магния и/или фторид лития. Весовое отношение фторида натрия к фториду алюминия предпочтительно составляет около 0,7-1,1. При рабочей температуре 920oС это отношение в ванне предпочтительно составляет около 0,8-1,0 и более предпочтительно около 0,96. Предпочтительная ванна расплава солей, пригодная для использования при 920oС, содержит около 45,9 мас.% NaF, 47,85 мас.% АlF3, 6,0 мас.% CaF2 и 0,25 мас.% MgF2.The proposed cell operates at a temperature in the range of about 700-940 ° C, preferably about 900-940 ° C, more preferably about 900-930 ° C, and most preferably about 900-920 ° C. An electric current is passed between the inert anode and cathode through the bath molten salt containing electrolyte and alumina. In a preferred embodiment of the electrolyzer, the electrolyte contains aluminum fluoride and sodium fluoride, and it may also contain calcium fluoride, magnesium fluoride and / or lithium fluoride. The weight ratio of sodium fluoride to aluminum fluoride is preferably about 0.7-1.1. At an operating temperature of 920 ° C., this ratio in the bath is preferably about 0.8-1.0, and more preferably about 0.96. A preferred molten salt bath suitable for use at 920 ° C. contains about 45.9 wt.% NaF, 47.85 wt.% AlF 3 , 6.0 wt.% CaF 2 and 0.25 wt.% MgF 2 .

Наиболее предпочтительный вариант выполнения электролизера содержит несколько в основном вертикальных инертных анодов, которые чередуются с преимущественно вертикальными катодами. Инертные аноды предпочтительно имеют площадь активной поверхности, составляющую около 0,5-1,3 площади поверхности катодов. The most preferred embodiment of the electrolyzer contains several mainly vertical inert anodes, which alternate with predominantly vertical cathodes. Inert anodes preferably have an active surface area of about 0.5-1.3 cathode surface areas.

Снижение температуры ванны электролизера до интервала 900-920oС уменьшает коррозию инертного анода. Более низкие температуры уменьшают растворимость керамических компонентов инертного анода в ванне. Кроме того, более низкие температуры уменьшают растворимость алюминия и других видов металлов, получаемых на катоде, таких как натрий и литий, оказывающих коррозионное действие как на металлическую фазу анода, так и на его керамические компоненты.Lowering the temperature of the cell bath to the interval 900-920 o With reduces corrosion of the inert anode. Lower temperatures reduce the solubility of the ceramic components of the inert anode in the bath. In addition, lower temperatures reduce the solubility of aluminum and other types of metals produced at the cathode, such as sodium and lithium, which have a corrosive effect on both the metal phase of the anode and its ceramic components.

Инертные аноды, используемые в данном изобретении, изготавливают посредством реакции реакционной смеси с газовой атмосферой при повышенных температурах. Реакционная смесь содержит частицы меди и оксидов по меньшей мере двух разных металлов. Медь можно перемешать или сплавить с серебром. В качестве оксидов предпочтительно используют оксид железа и, по меньшей мере, один оксид другого металла, которым может быть оксид никеля, олова, цинка, иттрия или циркония. Предпочтительным является оксид никеля. Предпочтительные смеси и сплавы меди и серебра содержат до около 30 мас.% серебра. Содержание серебра предпочтительно составляет около 2-30 мас.%, более предпочтительно около 4-20 мас.% и оптимально около 5-10 мас.%, остальное медь. Реакционная смесь предпочтительно содержит около 50-90 вес.ч. оксидов металлов и около 10-50 вес.ч. меди и серебра. The inert anodes used in this invention are made by reacting the reaction mixture with a gas atmosphere at elevated temperatures. The reaction mixture contains particles of copper and oxides of at least two different metals. Copper can be mixed or fused with silver. The oxides are preferably iron oxide and at least one oxide of another metal, which may be nickel, tin, zinc, yttrium or zirconium oxide. Nickel oxide is preferred. Preferred mixtures and alloys of copper and silver contain up to about 30 wt.% Silver. The silver content is preferably about 2-30 wt.%, More preferably about 4-20 wt.% And optimally about 5-10 wt.%, The rest is copper. The reaction mixture preferably contains about 50-90 parts by weight. metal oxides and about 10-50 parts by weight copper and silver.

Сплав или смесь меди и серебра предпочтительно содержит частицы, имеющие внутреннюю часть, которая содержит больше меди, чем серебра, и наружную часть, которая содержит больше серебра, чем меди. Более предпочтительно внутренняя часть содержит, по меньшей мере, около 70 мас.% меди и менее чем около 30 мас.% серебра, а наружная часть содержит, по меньшей мере, около 50 мас. % серебра и менее чем около 30 мас.% меди. Оптимально внутренняя часть содержит, по меньшей мере, около 90 мас.% меди и менее чем около 10 мас.% серебра, а наружная часть содержит менее чем около 10 мас.% меди и, по меньшей мере, около 50 мас.% серебра. Этот сплав или смесь может иметь форму медных частиц, покрытых серебром. Такое серебряное покрытие можно наносить, например, путем электролитического или химического осаждения. The alloy or mixture of copper and silver preferably contains particles having an inner part that contains more copper than silver, and an outer part that contains more silver than copper. More preferably, the inner part contains at least about 70 wt.% Copper and less than about 30 wt.% Silver, and the outer part contains at least about 50 wt. % silver and less than about 30 wt.% copper. Optimally, the inner part contains at least about 90 wt.% Copper and less than about 10 wt.% Silver, and the outer part contains less than about 10 wt.% Copper and at least about 50 wt.% Silver. This alloy or mixture may be in the form of silver coated copper particles. Such a silver coating can be applied, for example, by electrolytic or chemical deposition.

Реакцию реакционной смеси ведут при повышенной температуре в интервале около 750-1500oС, предпочтительно около 1000-1400oС и более предпочтительно около 1300-1400oС. В особо предпочтительном варианте температура реакции составляет около 1350oС.The reaction mixture is carried out at an elevated temperature in the range of about 750-1500 ° C. , preferably about 1000-1400 ° C. and more preferably about 1300-1400 ° C. In a particularly preferred embodiment, the reaction temperature is about 1350 ° C.

Газовая атмосфера содержит около 5-3000 ppm кислорода, предпочтительно около 5-700 ppm и более предпочтительно около 10-350 ppm. Меньшие концентрации кислорода приводят к получению продукта с большей металлической фазой, чем требуется, а избыток кислорода приводит к получению продукта, имеющего слишком много фазы, содержащей оксиды металлов (ферритной фазы). Остальная часть газовой атмосферы предпочтительно содержит такой газ, как аргон, инертный к металлу при реакционной температуре. The gas atmosphere contains about 5-3000 ppm oxygen, preferably about 5-700 ppm, and more preferably about 10-350 ppm. Smaller oxygen concentrations result in a product with a larger metal phase than required, and excess oxygen results in a product having too much phase containing metal oxides (ferrite phase). The rest of the gaseous atmosphere preferably contains a gas such as argon inert to the metal at the reaction temperature.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения на 100 вес.ч. оксида металла и металлических частиц добавляют около 1-10 вес.ч. органического полимерного связующего. Некоторые пригодные связующие включают в себя поливиниловый спирт, акриловые полимеры, полигликоли, поливинилацетат, полиизобутилен, поликарбонаты, полистирол, полиакрилаты и их смеси и сополимеры. Предпочтительно на 100 вес.ч. оксидов металлов, меди и серебра добавляют около 3-6 вес.ч. связующего. In a preferred embodiment, per 100 parts by weight about 1-10 parts by weight of metal oxide and metal particles are added. organic polymer binder. Some suitable binders include polyvinyl alcohol, acrylic polymers, polyglycols, polyvinyl acetate, polyisobutylene, polycarbonates, polystyrene, polyacrylates, and mixtures thereof and copolymers thereof. Preferably, 100 parts by weight about 3-6 parts by weight of metal, copper and silver oxides are added. binder.

Инертные аноды согласно изобретению содержат части керамической фазы и части сплавной фазы или части металлической фазы. Части керамической фазы могут содержать как феррит, например феррит никеля или феррит цинка, так и оксид металла, например оксид никеля или оксид цинка. Части сплавной фазы рассеяны среди частей керамической фазы. По меньшей мере некоторые части сплавной фазы включают в себя внутреннюю часть, содержащую больше меди, чем серебра, и наружную часть, содержащую больше серебра, чем меди. The inert anodes according to the invention comprise parts of a ceramic phase and parts of an alloy phase or part of a metal phase. Parts of the ceramic phase may contain both ferrite, for example nickel ferrite or zinc ferrite, and metal oxide, for example nickel oxide or zinc oxide. Parts of the alloy phase are scattered among parts of the ceramic phase. At least some parts of the alloy phase include an inner part containing more copper than silver, and an outer part containing more silver than copper.

Особенно предпочтительный вариант осуществления электролизера содержит камеру, по меньшей мере один катод и по меньшей мере один инертный анод в камере, и свод над инертным анодом. Камера имеет дно и по меньшей мере одну боковую стену, проходящую вверх от дна. Камера содержит ванну расплава солей. Предпочтительная солевая ванна содержит, по меньшей мере, один фторид металла, выбранный из фторида натрия, фторида алюминия и криолита. A particularly preferred embodiment of the cell comprises a chamber, at least one cathode and at least one inert anode in the chamber, and a vault above the inert anode. The camera has a bottom and at least one side wall extending upward from the bottom. The chamber contains a bath of molten salts. A preferred salt bath contains at least one metal fluoride selected from sodium fluoride, aluminum fluoride and cryolite.

Электролизер предпочтительно содержит несколько катодов, чередующихся с инертными анодами. Каждый из катодов и анодов имеет первую концевую часть рядом с опускным каналом и вторую концевую часть рядом с подъемным каналом, который удален от опускного канала в поперечном направлении. Свод, наклоненный вверх от первой концевой части ко второй концевой части, простирается над чередующимися катодами и инертными анодами. В предпочтительном варианте электролизера имеется перегородка, проходящая вниз от свода рядом с опускным каналом. The cell preferably contains several cathodes alternating with inert anodes. Each of the cathodes and anodes has a first end portion adjacent to the lowering channel and a second end portion next to the lifting channel, which is transverse from the lowering channel. The vault, inclined upward from the first end portion to the second end portion, extends over alternating cathodes and inert anodes. In a preferred embodiment, the cell has a partition that extends downward from the arch next to the lower channel.

Свод поднимается вверх под углом около 2-50o от горизонтали, предпочтительно около 3-25o. Особенно предпочтительно, чтобы свод поднимался вверх под углом около 10o. Наклонный свод и перегородка отклоняют выделяющиеся пузырьки кислорода от анодов к подъемному каналу. Восходящий поток пузырьков кислорода в подъемном канале перемешивает ванну расплава солей и улучшает растворение оксида металла. Ванна расплава солей имеет более высокую скорость в подъемном канале, чем рядом с инертными анодами, чтобы уменьшить коррозию инертных анодов растворенным алюминием или другими веществами, находящимися в ванне.The arch rises upward at an angle of about 2-50 o from the horizontal, preferably about 3-25 o . It is particularly preferred that the arch rises upward at an angle of about 10 ° . The inclined vault and the septum deflect the released oxygen bubbles from the anodes to the lift channel. An upward flow of oxygen bubbles in the lift channel mixes the molten salt bath and improves dissolution of the metal oxide. The molten salt bath has a higher velocity in the lifting channel than next to inert anodes in order to reduce the corrosion of inert anodes with dissolved aluminum or other substances in the bath.

Свод имеет нижнюю поверхность или часть нижней поверхности. Альтернативно часть нижней поверхности может образовывать, по меньшей мере, одну канавку, проходящую между первой и второй концевыми частями. Канавка повышает способность переноса пузырьков кислорода в подъемный канал, исключая тем самым избыточное скопление пузырьков вблизи инертных анодов. The arch has a lower surface or part of a lower surface. Alternatively, a portion of the bottom surface may form at least one groove extending between the first and second end portions. The groove increases the ability to transfer oxygen bubbles into the lifting channel, thereby eliminating excessive accumulation of bubbles near inert anodes.

На фиг.1 изображен электролизер согласно изобретению в поперечном сечении;
фиг.2 - частичный вид одного узла электролизера по фиг. 1;
фиг.3 - поперечное сечение по линии 3-3 на фиг.2;
фиг. 4 - частичный вид поперечного сечения свода для альтернативного варианта электролизера согласно изобретению по линии 4-4 на фиг.3.
Figure 1 shows the electrolyzer according to the invention in cross section;
FIG. 2 is a partial view of one assembly of the electrolyzer of FIG. 1;
figure 3 is a cross section along line 3-3 in figure 2;
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a roof for an alternative embodiment of the cell according to the invention along line 4-4 of FIG. 3.

На фиг.1 изображен электролизер 10 согласно изобретению. Электролизер 10 содержит дно 11 и боковые стены 12, 13, образующие камеру 15. Дно 11 выполнено из углеродистого и электропроводящего материала. Слой 17 расплавленного алюминия покрывает дно 11. Ванна 18 расплава солей частично заполняет камеру 15 над слоем 17. Огнеупорный материал 20 расположен вокруг боковых стен 12, 13 и под дном 11. Изолирующая крышка 22 расположена над камерой 15. Газы выходят из камеры 15 через вентиляционный канал 23. Питатель 24 оксида алюминия проходит через крышку 22. Figure 1 shows the electrolyzer 10 according to the invention. The cell 10 contains a bottom 11 and side walls 12, 13 forming a chamber 15. The bottom 11 is made of carbon and electrically conductive material. Layer 17 of molten aluminum covers the bottom 11. The bath of molten salts partially fills the chamber 15 above the layer 17. Refractory material 20 is located around the side walls 12, 13 and under the bottom 11. An insulating cover 22 is located above the chamber 15. Gases exit the chamber 15 through the vent channel 23. The alumina feeder 24 passes through the cover 22.

Электролизер 10 содержит два электролизных модуля 25, 26, каждый из которых имеет несколько чередующихся катодов и инертных анодов. Катоды опираются на дно 11. The cell 10 contains two electrolysis modules 25, 26, each of which has several alternating cathodes and inert anodes. Cathodes rest on the bottom 11.

Один из электролизных узлов 25 более детально показан на фиг.2 и 3. Узел 25 содержит четыре катода или катодные пластины 28а, 28b, 28с, 28d из борида титана, вмонтированные в дно 11 и проходящие вверх в ванну 18 расплава солей. Три инертных анода 29а, 29b, 29с проходят вниз от анодной сборочной пластины 30, присоединенной к стержню 32 из никелевого сплава внутри металлического опорного цилиндра 33. Опорный цилиндр 33 предпочтительно выполнен из никелевого сплава. Электрический ток подается на инертные аноды через стержень 32 и сборочную пластину 30. Само собой разумеется, что промышленный электролизер содержит намного больше анодов и катодов в каждом модуле, чем изображенный и описанный экспериментальный электролизер. Аноды и катоды в промышленном электролизере имеют большие размеры, чем описанные и показанные в данной заявке. One of the electrolysis units 25 is shown in more detail in FIGS. 2 and 3. The assembly 25 contains four cathodes or cathode plates 28a, 28b, 28c, 28d of titanium boride mounted in the bottom 11 and extending upward into the molten salt bath 18. Three inert anodes 29a, 29b, 29c extend downward from the anode assembly plate 30 connected to the nickel alloy rod 32 inside the metal support cylinder 33. The support cylinder 33 is preferably made of a nickel alloy. Electric current is supplied to the inert anodes through the rod 32 and the assembly plate 30. It goes without saying that the industrial electrolyzer contains much more anodes and cathodes in each module than the experimental electrolyzer shown and described. The anodes and cathodes in an industrial electrolyzer are larger than those described and shown in this application.

В электролизере 10 получают алюминий путем пропускания электрического тока, проходящего между анодами и катодами, в результате чего восстанавливается оксид алюминия, растворенный в ванне 18, до алюминия и кислорода. Алюминий, полученный на катодах, стекает каплями по катодам в слой 17 расплавленного металла. Пузырьки кислорода, образующиеся на анодах, поднимаются вверх в пространство 37 в камере 15 над ванной 18. Затем кислород отводится наружу. In the electrolyzer 10, aluminum is obtained by passing an electric current passing between the anodes and cathodes, as a result of which the aluminum oxide dissolved in the bath 18 is reduced to aluminum and oxygen. The aluminum obtained at the cathodes flows dropwise through the cathodes into the molten metal layer 17. Bubbles of oxygen formed on the anodes rise up into the space 37 in the chamber 15 above the bath 18. Then the oxygen is removed to the outside.

В известных электролизерах, содержащих углеродные аноды и работающих при температурах около 948-972oС, оксид алюминия легко растворяется в ванне расплава солей, поэтому нет необходимости ускорять растворение путем механического перемешивания ванны. Однако в электролизерах с анодами из металлокерамического материала аноды имеют тенденцию корродировать при таких температурах. Коррозию анодов из металлокерамического материала можно контролировать посредством охлаждения ванны до температуры в интервале около 700-940oС, предпочтительно около 900-940oС. При таких пониженных температурах оксид алюминия растворяется медленнее, поэтому существует более высокая необходимость в перемешивании ванны.In known electrolyzers containing carbon anodes and operating at temperatures of about 948-972 ° C, alumina readily dissolves in the molten bath of salts, so there is no need to accelerate dissolution by mechanically stirring the bath. However, in electrolytic cells with anodes made of cermet material, anodes tend to corrode at such temperatures. Corrosion of anodes made of cermet material can be controlled by cooling the bath to a temperature in the range of about 700-940 ° C. , preferably about 900-940 ° C. At such low temperatures, alumina dissolves more slowly, so there is a higher need for mixing the bath.

Как видно на фиг.1, перечисленные выше задачи решаются за счет создания подъемного канала 34, по которому пузырьки кислорода, образующиеся на анодах, всплывают вверх в направлении стрелок 35, 36. Поднимающиеся вверх пузырьки перемешивают ванну расплава солей в канале 34, улучшая тем самым растворение оксида алюминия, подаваемого через питатель 24. Направление циркуляции устанавливается за счет наличия опускных каналов 38, 39 между боковыми стенками 12, 13 и электролизными узлами 25, 26. Ванна расплава солей, содержащая растворенный оксид алюминия, опускается вниз по каналам 38, 39, достигая в конечном итоге электродов в узлах 25, 26. As can be seen in figure 1, the above tasks are solved by creating a lifting channel 34, through which the oxygen bubbles formed on the anodes float up in the direction of arrows 35, 36. The rising bubbles mix the bath of molten salts in the channel 34, thereby improving dissolution of aluminum oxide supplied through feeder 24. The direction of circulation is established due to the presence of lowering channels 38, 39 between the side walls 12, 13 and electrolysis units 25, 26. A bath of molten salts containing dissolved aluminum oxide, opu reprobes down the channels 38, 39, eventually reaching the electrodes at nodes 25, 26.

Циркуляцию ванны 18 расплава солей улучшает наличие свода 40 над анодами 29а, 29b, 29с, как показано на фиг.2 и 3. Свод 40 имеет первую концевую часть 42 рядом с опускным каналом 38 и вторую концевую часть 43 рядом с подъемным каналом 34. Свод 40 имеет нижнюю поверхность или часть нижней поверхности 45, поднимающуюся под углом вверх от первой концевой части 42 ко второй концевой части 43. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.3, нижняя поверхность 45 расположена под углом около 10o к горизонтали.The circulation of the molten salt bath 18 improves the presence of a vault 40 above the anodes 29a, 29b, 29c, as shown in FIGS. 2 and 3. The vault 40 has a first end portion 42 next to the lower channel 38 and a second end part 43 next to the lift channel 34. 40 has a bottom surface or a portion of a bottom surface 45 that rises at an angle upward from the first end portion 42 to the second end portion 43. In a particularly preferred embodiment of FIG. 3, the bottom surface 45 is at an angle of about 10 degrees to the horizontal.

Свод 40 также содержит перегородку 50, простирающуюся вниз от горизонтальной верхней поверхности 46 рядом с первой концевой частью 42. Перегородка 50 улучшает циркуляцию ванны тем, что препятствует подъему пузырьков кислорода вверх по опускному каналу 38. The vault 40 also includes a baffle 50 extending downward from the horizontal top surface 46 adjacent to the first end portion 42. The baffle 50 improves the circulation of the bath by preventing oxygen bubbles from rising upstream of the downcomer 38.

Свод 40 опирается на вертикальные опорные стены 55, 56, присоединенные к горизонтальному опорному кронштейну 58. Кронштейн 58 присоединен к нижнему концу опорного цилиндра 33. Свод 40 держит аноды 29а, 29b, 29с с помощью болтов 60а, 60b, 60с, проходящих через отверстия 61 рядом с верхней поверхностью 46 свода. При подъеме опорного цилиндра 33 и кронштейна 38 опорные стены 55, 56 поднимают свод 40 вверх, так что болты 60а, 60b, 60с также поднимают аноды 29а, 29b, 29с. Аноды 29а, 29b, 29с поднимаются вверх для уменьшения эффективной площади поверхности между анодами 29а, 29b, 29с и катодами 28а, 28b, 28с, 28d. Аналогично, при опускании анодов 29а, 29b, 29с, 29d площадь межэлектродной поверхности увеличивается. Если ток в электролизере постоянный, то увеличение эффективной межэлектродной площади вызовет уменьшение напряжения и температуры в электролизере, а уменьшение эффективной межэлектродной площади вызовет увеличение напряжения и температуры в электролизере. The vault 40 is supported by vertical support walls 55, 56 attached to the horizontal support arm 58. The arm 58 is attached to the lower end of the support cylinder 33. The vault 40 holds the anodes 29a, 29b, 29c with bolts 60a, 60b, 60c passing through the holes 61 next to the upper surface 46 of the arch. When lifting the support cylinder 33 and the bracket 38, the support walls 55, 56 raise the arch 40 upward, so that the bolts 60a, 60b, 60c also raise the anodes 29a, 29b, 29c. Anodes 29a, 29b, 29c rise up to reduce the effective surface area between the anodes 29a, 29b, 29c and the cathodes 28a, 28b, 28c, 28d. Similarly, when lowering the anodes 29a, 29b, 29c, 29d, the interelectrode surface area increases. If the current in the cell is constant, then an increase in the effective interelectrode area will cause a decrease in voltage and temperature in the cell, and a decrease in the effective interelectrode area will cause an increase in voltage and temperature in the cell.

Свод 40, перегородка 50, опорные стены 55, 56, кронштейн 58 и болты 60а, 60b, 60с могут быть выполнены из металлокерамических материалов анода или подобных материалов. The arch 40, the partition 50, the supporting walls 55, 56, the bracket 58 and the bolts 60a, 60b, 60c can be made of cermet materials of the anode or similar materials.

В альтернативном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, свод 40 имеет часть 45 нижней поверхности, образующую две канавки 70, 71. Канавки 70, 71 проходят между перегородкой 50 и второй концевой частью 43. Канавки 70, 71 повышают способность переноса пузырьков кислорода от инертных анодов в подъемный канал, исключая тем самым избыточное скопление таких пузырьков под сводом 40. In an alternative embodiment of the invention shown in FIG. 4, the arch 40 has a lower surface portion 45 forming two grooves 70, 71. The grooves 70, 71 extend between the partition 50 and the second end portion 43. The grooves 70, 71 increase the ability to transport oxygen bubbles from inert anodes to the lift channel, thereby eliminating excessive accumulation of such bubbles under vault 40.

Несмотря на то, что в заявке описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, возможны также и другие модификации, не выходящие за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. Although preferred embodiments of the invention are described in the application, other modifications are also possible without departing from the scope of the attached claims.

Claims (12)

1. Электролизер для получения металла электролитическим восстановлением оксида металла до металла и кислорода, содержащий камеру с дном, по меньшей мере, одну боковую стенку, простирающуюся вверх от дна, для размещения в камере ванны расплава солей, содержащей расплавленные соли и оксид металла, растворимый в расплавленных солях, по меньшей мере, один катод и, по меньшей мере, один инертный анод, размещенные в камере, отличающийся тем, что инертный анод, имеющий две концевых части, установлен в камере с возможностью образования опускного канала рядом с первой концевой частью и подъемного канала рядом со второй концевой частью, удаленного в поперечном направлении от опускного канала, и снабжен сводом, размещенным над анодом, причем часть нижней поверхности свода наклонена вверх от первой концевой части ко второй концевой части для отклонения выделяющихся рядом с анодом пузырьков кислорода в подъемный канал, перемешивания ванны расплава солей в подъемном канале и улучшения растворения оксида металла в ванне расплава солей.1. Electrolyzer for producing metal by electrolytic reduction of metal oxide to metal and oxygen, containing a chamber with a bottom, at least one side wall extending upward from the bottom, for placement in the bath chamber of a molten salt containing molten salts and metal oxide soluble in molten salts, at least one cathode and at least one inert anode placed in the chamber, characterized in that the inert anode having two end parts is installed in the chamber with the possibility of the formation of the lowering chamber Ala near the first end part and the lifting channel near the second end part, remote in the transverse direction from the lower channel, and is equipped with a arch located above the anode, and part of the lower surface of the arch is inclined upward from the first end part to the second end part to deflect standing out nearby with an anode of oxygen bubbles in the lifting channel, mixing the bath of molten salts in the lifting channel and improving the dissolution of metal oxide in the bath of molten salts. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что содержит несколько чередующихся катодов и инертных анодов.2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that it contains several alternating cathodes and inert anodes. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что ванна расплава солей, размещаемая в камере, содержит, по меньшей мере, один фторид металла, выбранный из фторида натрия, фторида алюминия и криолита, а в качестве оксида металла - оксид алюминия.3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the molten salt bath placed in the chamber contains at least one metal fluoride selected from sodium fluoride, aluminum fluoride and cryolite, and aluminum oxide is used as the metal oxide. 4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что снабжен перегородкой, опускающейся вниз от свода рядом с опускным каналом.4. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a partition that goes down from the arch next to the lower channel. 5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что часть нижней поверхности свода между первой концевой частью инертного анода и второй его концевой частью образует, по меньшей мере, одну канавку.5. The cell according to claim 1, characterized in that a part of the lower surface of the arch between the first end part of the inert anode and its second end part forms at least one groove. 6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 2-50° вверх от горизонтали.6. The cell according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of a portion of the lower surface of the arch is about 2-50 ° up from the horizontal. 7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 3-25° вверх от горизонтали.7. The cell according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of a portion of the lower surface of the arch is about 3-25 ° up from the horizontal. 8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что угол наклона части нижней поверхности свода составляет около 10° вверх от горизонтали.8. The cell according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the lower surface of the arch is about 10 ° up from the horizontal. 9. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что содержит крышку, размещенную над камерой, металлический опорный цилиндр, проходящий вниз через крышку в камеру, и, по меньшей мере, одну опорную стенку, присоединенную к металлическому опорному цилиндру, для поддержки свода.9. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that it comprises a cover located above the chamber, a metal support cylinder extending downward through the cover into the chamber, and at least one support wall connected to the metal support cylinder to support the arch. 10. Электролизер по п.9, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один болт, опирающийся на свод и проходящий через выполненное в инертном аноде отверстие.10. The electrolyzer according to claim 9, characterized in that it contains at least one bolt resting on the arch and passing through a hole made in an inert anode. 11. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что ванна расплава солей, размещаемая в камере, имеет температуру около 700-940°С.11. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the bath of molten salts, placed in the chamber, has a temperature of about 700-940 ° C. 12. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что ванна расплава солей, размещаемая в камере, имеет температуру около 900-930°С.12. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the bath of molten salts, placed in the chamber, has a temperature of about 900-930 ° C.
RU2001132072A 1999-04-28 1999-04-28 Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt RU2220228C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001132072A RU2220228C2 (en) 1999-04-28 1999-04-28 Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001132072A RU2220228C2 (en) 1999-04-28 1999-04-28 Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001132072A RU2001132072A (en) 2003-09-20
RU2220228C2 true RU2220228C2 (en) 2003-12-27

Family

ID=32065680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001132072A RU2220228C2 (en) 1999-04-28 1999-04-28 Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2220228C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4596637A (en) Apparatus and method for electrolysis and float
EP1190116B1 (en) Molten salt bath circulation design for an electrolytic cell
EP1364077B1 (en) A method and an electrowinning cell for production of metal
US4622111A (en) Apparatus and method for electrolysis and inclined electrodes
US5362366A (en) Anode-cathode arrangement for aluminum production cells
EP0560814B1 (en) Electrode assemblies and multimonopolar cells for aluminium electrowinning
US5725744A (en) Cell for the electrolysis of alumina at low temperatures
US3755099A (en) Light metal production
AU2002236366A1 (en) A method and an electrowinning cell for production of metal
EP0126555A1 (en) Electrolytic cell and method
US4664760A (en) Electrolytic cell and method of electrolysis using supported electrodes
WO2006007863A1 (en) Electrolysis apparatus with solid electrolyte electrodes
US4504366A (en) Support member and electrolytic method
CA2496533A1 (en) Utilisation of oxygen evolving anode for hall-heroult cells and design thereof
RU2220228C2 (en) Gear for electrolyte circulation in bath of electrolyzer with salt melt
AU659247B2 (en) Cell for the electrolysis of alumina preferably at low temperatures
RU2696124C1 (en) Electrolytic cell for aluminum production
EP0613504B1 (en) Cell for the electrolysis of alumina preferably at low temperatures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070429