RU2230835C1

RU2230835C1 - Electrolyzer for producing magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2230835C1
Application number: RU2002126349/02A
Authority: RU
Inventors: М.М. Николаев (RU); М.М. Николаев; В.В. Агалаков (RU); В.В. Агалаков; Н.А. Шундиков (RU); Н.А. Шундиков; В.И. Трифонов (RU); В.И. Трифонов; А.И. Артеев (RU); А.И. Артеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат"
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely apparatuses for producing magnesium by electrolysis of melt salts.

SUBSTANCE: electrolyzer includes lined casing, electrolysis compartment in which anodes and cathodes are mounted alternatively; built-up cell

separated from electrolysis compartment by means of separating partition having flow-through V-shaped duct and lower duct. Lining of lateral wall of built-up cell has variable width, upper part of lining is wider that its lower part and it has protrusion arranged lower than flow-through duct of separating partition. Lining of lateral wall of built-up cell is made of detachable blocks, upper block is wider than lower block. Protrusion has portion tapered by 30-45 degrees or it is bent. Relation of width of upper portion of lining to width of its lower portion is in range (1.5 - 2): 1.

EFFECT: less loss of electric current yield of magnesium, increased useful life period of lining, lowered cost of repair works.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to devices for producing magnesium by electrolysis of molten salts.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния (авт.свид. СССР № 393356, опубл. БИ № 33, 1973), включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение, в котором размещены чередующиеся катоды и аноды, установленные в один ряд, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения перегородкой. Причем сборная ячейка и площадка для обслуживания электролизера расположены у борта ванны со стороны, противоположной размещению ошиновки.Known diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium (ed. Certificate of the USSR No. 393356, publ. BI No. 33, 1973), including a casing, lining, electrolytic compartment, which contains alternating cathodes and anodes installed in a row, a collection cell, separated from electrolytic separation septum. Moreover, the collection cell and the platform for servicing the cell are located at the side of the bath from the side opposite to the location of the busbar.

Недостатком данного устройства является то, что циркуляция электролита из электролитического отделения в сборную ячейку происходит очень интенсивно, что приводит к низкой степени разделения магния от электролита, уносу магния снова в электролитическое отделение, что значительно снижает выход магния по току.The disadvantage of this device is that the circulation of the electrolyte from the electrolytic compartment to the collection cell is very intense, which leads to a low degree of separation of magnesium from the electrolyte, entrainment of magnesium back into the electrolytic compartment, which significantly reduces the current output of magnesium.

Известен электролизер для получения магния (авт.свид. СССР № 458614, опубл. БИ № 4, 1975), включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение, в котором установлены катоды и аноды, собранные из отдельных графитированных брусьев, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения перегородкой с переточным каналом. Отношение рабочей ширины электродов к ширине сборной ячейки составляет 2-4. При таком соотношении размеров частота удаления магния из сборной ячейки значительно уменьшается, что приводит к улучшению сепарации магния от электролита и осаждению шлама на подине электролизера.Known electrolyzer for producing magnesium (ed. Certificate. USSR No. 458614, publ. BI No. 4, 1975), including a casing, lining, electrolytic compartment, in which cathodes and anodes are mounted, assembled from separate graphite beams, a collection cell, separated from the electrolytic separation by a partition with a transfer channel. The ratio of the working width of the electrodes to the width of the collection cell is 2-4. With this size ratio, the frequency of magnesium removal from the collection cell is significantly reduced, which leads to improved separation of magnesium from the electrolyte and the deposition of sludge on the bottom of the cell.

Недостатками данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что электролитическая смесь (магний + электролит) на высоких скоростях выносится в сборную ячейку, вызывая перемешивание магния и шлама в сборной ячейке, что приводит к ухудшению разделения магния и шлама. Кроме того, магний при циркуляции электролита выносится из сборной ячейки в электролитические отделения, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Сборная ячейка выполнена из стандартных огнеупорных кирпичей низкой электрохимической стойкости, что снижает стойкость огнеупоров в расплаве, сокращая срок службы электролизера.The disadvantages of this device are significant losses of magnesium due to the fact that the electrolytic mixture (magnesium + electrolyte) is carried out at high speeds into the collection cell, causing mixing of magnesium and sludge in the collection cell, which leads to a deterioration in the separation of magnesium and sludge. In addition, during circulation of the electrolyte, magnesium is removed from the collection cell to the electrolytic compartments, interacts with chlorine, causing the reverse process of producing magnesium chloride, which leads to an increase in the amount of sludge and a decrease in the current output of magnesium. The prefabricated cell is made of standard refractory bricks of low electrochemical resistance, which reduces the resistance of refractories in the melt, reducing the life of the cell.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния (а.с.СССР № 583204, опубл. БИ № 45, 1977), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение и сборную ячейку, разделенные между собой разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и каналом между торцом перегородки и подиной электролизера. В электролитическом отделении размещены сбоку катоды, а в перекрытии установлены аноды.Known diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium (a.SSSSR No. 583204, publ. BI No. 45, 1977), by the number of common features adopted for the closest analogue prototype and including a casing, lining, electrolytic compartment and a collection cell, separated by a separation a partition with a V-shaped transfer channel and a channel between the end of the partition and the bottom of the cell. In the electrolytic compartment, cathodes are placed on the side, and anodes are installed in the ceiling.

Недостатками данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что электролитическая смесь (магний + электролит) на высоких скоростях выносится в сборную ячейку, вызывая перемешивание магния и шлама в сборной ячейке, что приводит к ухудшению разделения магния и шлама. Кроме того, магний при циркуляции электролита выносится из сборной ячейки в электролитическое отделение, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Футеровка сборной ячейки под воздействием расплава быстро выходит из строя, а капитальный ремонт такой футеровки очень дорогостоящий.The disadvantages of this device are significant losses of magnesium due to the fact that the electrolytic mixture (magnesium + electrolyte) is carried out at high speeds into the collection cell, causing mixing of magnesium and sludge in the collection cell, which leads to a deterioration in the separation of magnesium and sludge. In addition, during circulation of the electrolyte, magnesium is removed from the collection cell to the electrolytic compartment, interacts with chlorine, causing the reverse process of producing magnesium chloride, which leads to an increase in the amount of sludge and a decrease in the current output of magnesium. The lining of the prefabricated cell under the influence of the melt quickly fails, and the overhaul of such a lining is very expensive.

Задачей изобретения является улучшение разделения шлама и электролита и создание ламинарного потока электролита, улучшение отстоя шлама в сборной ячейке, увеличение срока службы футеровки сборной ячейки.The objective of the invention is to improve the separation of sludge and electrolyte and the creation of a laminar flow of electrolyte, improving sludge sludge in the collection cell, increasing the service life of the lining of the collection cell.

Технический результат направлен на повышение выхода магния по току, а также на повышение срока службы футеровки электролизера и уменьшение затрат на капитальный ремонт.The technical result is aimed at increasing the current output of magnesium, as well as increasing the life of the lining of the cell and reducing the cost of major repairs.

Данная задача решается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, содержащем футерованный кожух, электролитическое отделение с установленными в нем чередующимися между собой анодами и катодами, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с нижним каналом, новым является то, что футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена переменной ширины, причем верхняя часть футеровки шире нижней и имеет выступ ниже переточного канала перегородки.This problem is solved by the fact that in the electrolyzer for producing magnesium and chlorine, containing a lined casing, an electrolytic compartment with alternating anodes and cathodes installed in it, an assembly cell separated from the electrolytic compartment by a dividing wall with a V-shaped transfer channel and with a lower channel, new is that the lining of the side wall of the collection cell is made of variable width, and the upper part of the lining is wider than the bottom and has a protrusion below the overflow channel of the partition.

Кроме того, футеровка боковой стенки сборной ячейки выполнена из съемных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего.In addition, the lining of the side wall of the collection cell is made of removable blocks, the upper block being made wider than the lower.

Кроме того, выступ имеет скос 30-45°.In addition, the protrusion has a bevel of 30-45 °.

Кроме того, выступ выполнен изогнутой формы.In addition, the protrusion is made of a curved shape.

Кроме того, отношение ширины верхней части футеровки к нижней части равно (1,5-2,0):1.In addition, the ratio of the width of the upper part of the lining to the lower part is (1.5-2.0): 1.

Подбор оптимальных условий конструктивного оформления электролизера осуществлен так, чтобы боковая стенка футеровки сборной ячейки была выполнена разной ширины, из отдельных блоков, причем верхний блок выполнен шире нижнего, позволяет снизить турбулентность электролита в сборной ячейке, уменьшить шламообразование и тем самым повысить выход магния по току.The optimal conditions for the design of the electrolyzer were selected so that the side wall of the lining of the collection cell was made of different widths, from separate blocks, the upper block being wider than the lower one, to reduce electrolyte turbulence in the collection cell, to reduce sludge formation and thereby increase the current output of magnesium.

Выполнение футеровки боковой стенки с выступом позволяет снизить скорость движения электролита из электролитического отделения, тем самым улучшить разделение магния и электролита, магния и шлама, повысить выход магния по току.The lining of the side wall with the protrusion can reduce the speed of movement of the electrolyte from the electrolytic compartment, thereby improving the separation of magnesium and electrolyte, magnesium and sludge, increase the current yield of magnesium.

Выполнение футеровки боковой стенки сборной ячейки из отдельных съемных блоков позволяет снизить затраты на капитальный ремонт электролизера.The lining of the side wall of the collection cell from separate removable blocks can reduce the cost of major repairs of the cell.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном электролизере, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (identical) to all the essential features of the invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed cell, set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.To verify the compliance of the claimed invention with the condition “inventive step”, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art determined by the applicant to achieve a technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг.1 и 2 показан электролизер для получения магния и хлора с вариантами выполнения выступа.1 and 2 show an electrolyzer for producing magnesium and chlorine with options for performing the protrusion.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, электролитического отделения 3, катода 4, анода 5, сборной ячейки 6, перекрытия 7, разделительной перегородки 8, пepeтoчного канала V-образной формы 9, нижнего канала 10, боковой стенки 11 футеровки сборной ячейки с выступом 12, блоками 13 и 14, соединенными между собой через шип - паз. Монтаж электролизера производят следующим образом. Предварительно укладывают футеровку 2 в кожухе 1 электролизера. Боковую стенку 11 футеровки сборной ячейки 6 изготавливают разъемной с помощью, например крепления типа шип - паз, из блока 13 верхней широкой части с выступом 12 под углом 30-45° (или выступ выполнен изогнутым) и блока 14 нижней узкой части, поддерживая соотношение ширины футеровки верхней части к нижней равным (1,5-2.0):1. Над электролитическим отделением 3 устанавливают перекрытие 7, отлитое вместе с верхней частью разделительной перегородки 8. В перекрытии 7 закрепляют аноды 5. Сбоку в футеровке электролитического отделения 3 устанавливают катоды 4. Изготавливают переточный V-образный канал 8. Для этого перегородку 7 выше входного отверстия переточного канала 8 отливают из огнеупорного материала V-образной формы и устанавливают соединением типа шип - паз к верхней части перегородки, а также нижнюю часть перегородки из трех и более нижних арочных каналов 10.The cell consists of a casing 1, a lining 2, an electrolytic compartment 3, a cathode 4, an anode 5, an assembly cell 6, a ceiling 7, a dividing wall 8, a cross channel V-shaped 9, a lower channel 10, a side wall 11 of the lining of the assembly cell with a protrusion 12, blocks 13 and 14, interconnected through a spike - groove. Installation of the cell is as follows. Pre-stack the lining 2 in the casing 1 of the cell. The side wall 11 of the lining of the prefabricated cell 6 is made detachable using, for example, a spike-groove fastener, from the block 13 of the upper wide part with the protrusion 12 at an angle of 30-45 ° (or the protrusion is made curved) and the block 14 of the lower narrow part, maintaining the width ratio lining of the upper part to the lower equal (1.5-2.0): 1. Above the electrolytic compartment 3, a ceiling 7 is installed, molded together with the upper part of the separation wall 8. Anodes 5 are fixed in the ceiling 7. Cathodes 4 are installed on the side of the lining of the electrolytic compartment 3. A transfer V-channel is made 8. For this, the partition 7 is above the overflow inlet Channel 8 is cast from a V-shaped refractory material and installed by a spike-groove connection to the upper part of the partition, as well as the lower part of the partition from three or more lower arch channels 10.

Электролизер работает следующим образом.The cell operates as follows.

Сырье - безводный карналлит или хлорид магния - в виде расплава заливают в сборную ячейку 6. По нижним арочным каналам 10 разделительной перегородки 8 расплав поступает в электролитическое отделение 3. Под воздействием постоянного электрического тока, подаваемого на катоды 4 и аноды 5, хлорид магния разлагают на магний и хлор. Хлор выводят через систему отвода газов в электролитическом отделении потребителю. Поток электролита с магнием поступает через V-образный переточный канал 9 в сборную ячейку 6. Магний извлекают из сборной ячейки с помощью вакуум-ковша и направляют потребителю.Raw materials — anhydrous carnallite or magnesium chloride — are poured in the form of a melt into a collection cell 6. Through the lower arched channels 10 of the dividing wall 8, the melt enters the electrolytic compartment 3. Under the influence of direct electric current supplied to the cathodes 4 and anodes 5, magnesium chloride is decomposed magnesium and chlorine. Chlorine is removed through a gas exhaust system in the electrolytic compartment to the consumer. The electrolyte stream with magnesium enters through the V-shaped transfer channel 9 into the collection cell 6. Magnesium is removed from the collection cell using a vacuum ladle and sent to the consumer.

Таким образом, данное изобретение позволит:Thus, this invention will allow:

- повысить выход магния по току до 80%;- increase the current output of magnesium up to 80%;

- повысить межремонтный пробег до 32 месяцев;- increase turnaround mileage up to 32 months;

снизить затраты на капитальный ремонт электролизера.reduce the cost of major repairs of the cell.

Claims

1. An electrolytic cell for producing magnesium and chlorine, comprising a lined casing, an electrolytic compartment with alternating anodes and cathodes installed therein, a collection cell separated from the electrolytic compartment by a dividing wall with a V-shaped transfer channel and a lower channel, characterized in that the lining of the side wall of the collection cell is made of variable width, and the upper part of the lining is wider than the lower and has a protrusion below the transfer channel of the partition.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the lining of the side wall of the collection cell is made of removable blocks, the upper block being made wider than the lower.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the protrusion has a bevel of 30-45 °.

4. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the protrusion is made of a curved shape.

5. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the ratio of the width of the upper part of the lining to the lower part is (1.5-2.0): 1.