RU2336368C1

RU2336368C1 - Electrolyser for production of magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2336368C1
Application number: RU2007101017/02A
Authority: RU
Inventors: Галина Аркадьевна Яковлева (RU); Галина Аркадьевна Яковлева; Римма Георгиевна Минина (RU); Римма Георгиевна Минина; Владимир Петрович Лепихин (RU); Владимир Петрович Лепихин
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-10-20
Also published as: RU2007101017A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to non-ferrous metallurgy, particularly to device for production of magnesium and chlorine by means of electrolysing of melted salts. The electrolyser includes a lined bath, divided with a partition with upper and lower overflowing windows into a process cell and an operational section, wherein anodes and cathodes are located. In a lower portion at 1/4-3/4 of height cathodes have plane parallel working surfaces, while in a lower portion cathodes have alternate in height and length cross section providing a between-electrodes space in the upper portion of cathodes of 1.1-2.5 of between-electrodes space between the lower portion of the cathode and anode. Working surfaces of the upper portion of cathodes are inclined to axis of cathodes to achieve alternate in height between-electrode space. The border between lower and upper portions of cathodes is situated parallel to the cathode base or with a tilt to a process cell of 3° to 15° to horizon.

EFFECT: increased output of magnesium at specified consumption of power.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройству для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to a device for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора (а.с. СССР №1735437, опуб.23.05.92, бюл.19), содержащий сборную ячейку для магния и рабочее отделение, которое отделено от сборной ячейки арочной стенкой с V-образными переточными каналами. В рабочем отделении установлены аноды и катоды, межэлектродное расстояние между которыми на 0,75-0,85 высоты катода от его верхней кромки выполнено возрастающим в направлении от сборной ячейки и убывающим в указанном направлении на остальной высоте катода.Known diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium and chlorine (AS USSR No. 1735437, publ. 23.05.92, bull.19), containing a precast cell for magnesium and a working compartment, which is separated from the precast cell by an arched wall with V-shaped transfer channels . Anodes and cathodes are installed in the working compartment, the interelectrode distance between them at 0.75-0.85 of the height of the cathode from its upper edge is made increasing in the direction from the collection cell and decreasing in the indicated direction at the remaining height of the cathode.

Недостатками этого электролизера являются сложные газогидродинамические условия вывода магния из хлоронасыщенной зоны, отсутствие организованного направленного циркуляционного потока в сторону сборной ячейки. Многократное вращение масс магния в вертикальной плоскости увеличивает путь и время его пребывания в рабочем пространстве и контакт металла с хлором, что увеличивает потери магния и снижает выход по току.The disadvantages of this electrolyzer are the complex gas-hydrodynamic conditions for the withdrawal of magnesium from the chlorine-saturated zone, the absence of an organized directed circulation flow towards the collecting cell. Multiple rotation of the magnesium masses in a vertical plane increases the path and time of its stay in the working space and the contact of the metal with chlorine, which increases the loss of magnesium and reduces the current efficiency.

Известен способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления (патент РФ №2243295, опуб. 05.05.03 г., бюл.36), принятый по количеству общих признаков за ближайший аналог-прототип, в котором камеры электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейка для сепарации магния, отделенная от камер электролиза перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами. Высота катода превышает межэлектродный зазор в 25-60 раз, а рабочая поверхность катода или анода выполнена с наклоном к вертикали под углом 38′ - 1° 26′.A known method of producing magnesium and chlorine and an electrolyzer for its implementation (RF patent No. 2243295, publ. 05.05.03, bull. 36), adopted by the number of common features for the closest prototype analogue, in which electrolysis chambers with alternating anodes and cathodes and a cell for the separation of magnesium, separated from the electrolysis chambers by a partition with upper and lower circulating channels. The height of the cathode exceeds the interelectrode gap by 25-60 times, and the working surface of the cathode or anode is made with an inclination to the vertical at an angle of 38 ′ - 1 ° 26 ′.

Недостатком этого электролизера является повышенное сопротивление циркуляционному потоку электролита, входящему в зауженное межэлектродное пространство в нижней части электродов, где подъемная эжектирующая сила хлорного веера имеет минимальную величину. В результате возможно прерывание и изменение циркуляционного контура, образование застойных зон в рабочем отделении с задержкой и потерей в них магния, приводящих к снижению выхода по току.The disadvantage of this electrolyzer is the increased resistance to the circulating flow of the electrolyte entering the narrowed interelectrode space in the lower part of the electrodes, where the lifting ejection force of the chlorine fan is minimal. As a result, it is possible to interrupt and change the circulation circuit, the formation of stagnant zones in the working compartment with a delay and loss of magnesium in them, leading to a decrease in current output.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении выхода магния по току за счет создания оптимальной гидродинамической обстановки для выноса металла из рабочих отделений в технологическую ячейку.The technical result is aimed at eliminating the disadvantages of the prototype and is to increase the current output of magnesium by creating an optimal hydrodynamic environment for the removal of metal from the working compartments to the technological cell.

Технический результат достигается изменением конструкции катода. Предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с верхними и нижними переточными окнами на технологическую ячейку и рабочее отделение, в котором размещены аноды и катоды, в нижней части на 1/4-3/4 высоты имеющие плоскопараллельные рабочие поверхности, а в верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью катода и анодом.The technical result is achieved by changing the design of the cathode. An electrolyzer for producing magnesium and chlorine is proposed, including a lined bath, separated by a partition with upper and lower transfer windows into a technological cell and a working compartment, in which anodes and cathodes are placed, with plane-parallel working surfaces in the lower part at 1 / 4-3 / 4 heights and in the upper part of the cathodes have a section of height and length that is variable in order to ensure an interelectrode distance in the upper part of the cathodes of 1.1-2.5 interelectrode distances between the lower part of the cathode and the anode.

Кроме того, рабочие поверхности верхней части катодов наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния.In addition, the working surfaces of the upper part of the cathodes are inclined to the axis of the cathodes to achieve a height-variable interelectrode distance.

Кроме того, граница между нижней и верхней частями катодов расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3° до 15° к горизонтали.In addition, the boundary between the lower and upper parts of the cathodes is parallel to the base of the cathode or with a slope to the technological cell, comprising from 3 ° to 15 ° to the horizontal.

Данная конструкция электролизера позволяет значительно снизить сопротивление входящему потоку электролита снизу в межэлектродное пространство и организовать направленный поток электролита с магнием из рабочих отделений в технологическую ячейку.This design of the electrolyzer can significantly reduce the resistance of the incoming electrolyte flow from below into the interelectrode space and organize a directed flow of electrolyte with magnesium from the working compartments to the technological cell.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates that the solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Электролизер для получения магния и хлора представлен на фиг.1 и 2. Электролизер содержит кожух 1, огнеупорную футеровку 2, разделительную перегородку 3 с верхними и нижними переточными окнами 4, технологическую ячейку 5 и рабочее отделение 6, в котором размещены аноды 7 и катоды 8. Нижняя часть 9 катода 8 имеет плоскопараллельные рабочие поверхности, а рабочие поверхности верхней части 10 наклонены к оси катодов для достижения переменного по высоте межэлектродного расстояния. В верхней части катоды имеют переменное по высоте и длине сечение с обеспечением межэлектродного расстояния в верхней части катодов 1,1-2,5 межэлектродного расстояния между нижней частью 9 катода 8 и анодом. Граница 11 между нижней частью 9 и верхней частью 10 катода 8 расположена параллельно основанию катода или с уклоном к технологической ячейке, составляющим от 3° до 15° к горизонтали.The electrolyzer for producing magnesium and chlorine is shown in FIGS. 1 and 2. The electrolyzer contains a casing 1, a refractory lining 2, a separation wall 3 with upper and lower transfer windows 4, a technological cell 5 and a working compartment 6, in which anodes 7 and cathodes 8 are placed The lower part 9 of the cathode 8 has plane-parallel working surfaces, and the working surfaces of the upper part 10 are inclined to the axis of the cathodes to achieve a height-variable interelectrode distance. In the upper part of the cathodes have a section of height and length that is variable, providing an interelectrode distance in the upper part of the cathodes of 1.1-2.5 interelectrode distances between the lower part 9 of the cathode 8 and the anode. The boundary 11 between the lower part 9 and the upper part 10 of the cathode 8 is located parallel to the base of the cathode or with a slope to the technological cell, comprising from 3 ° to 15 ° to the horizontal.

Электролизер работает следующим образом.The cell operates as follows.

В электролизер заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам. При прохождении электрического тока на анодных поверхностях выделяется газообразный хлор, а на катодных - жидкий магний.A molten chloride salt is poured into the electrolyzer, an electric current is supplied to the electrodes. When electric current passes, 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 сепарируется от электролита в рабочем отделении, а электролит с магнием через переточные окна в разделительной перегородке выносится в технологическую ячейку, где происходит отделение металла от основного циркулирующего потока электролита. Этот поток электролита через нижние переточные окна возвращается в рабочее отделение электролизера.Bubbles of chlorine and drops of magnesium together with the electrolyte rise up between the working surfaces of the electrodes. Chlorine is separated from the electrolyte in the working compartment, and the electrolyte with magnesium is transferred through the transfer windows in the separation wall to the process cell, where metal is separated from the main circulating electrolyte stream. This flow of electrolyte through the lower transfer windows returns to the working compartment of the cell.

По результатам гидродинамических испытаний определено, что при высоте нижнего участка катода менее 1/4 его общей высоты в межэлектродном пространстве образуются внутренние замкнутые циркуляционные контуры, направленные вдоль катода вниз, увлекающие повторно капли магния в хлорный веер, что приведет к снижению выхода по току.According to the results of hydrodynamic tests, it was determined that when the height of the lower portion of the cathode is less than 1/4 of its total height in the interelectrode space, internal closed circulation circuits are formed that are directed downward along the cathode and repeatedly drag magnesium drops into the chlorine fan, which will lead to a decrease in current efficiency.

При высоте нижнего участка катода более 3/4 его общей высоты ухудшаются условия сепарации хлора в рабочем отделении, повышается газонаполнение электролита, магний дробится на мелкие капли, возрастают его потери, что также снижает выход по току.When the height of the lower cathode portion is more than 3/4 of its total height, the conditions for the separation of chlorine in the working compartment deteriorate, the gas filling of the electrolyte increases, magnesium crushes into small droplets, its losses increase, which also reduces the current efficiency.

Предложенная конструкция электролизера, а конкретно конструкция катода, создает благоприятную газогидродинамическую обстановку в рабочем отделении, обеспечивающую максимально быстрый вынос магния в технологическую ячейку при минимальных его потерях и повышение выхода магния по току.The proposed design of the electrolyzer, and specifically the design of the cathode, creates a favorable gas-hydrodynamic situation in the working compartment, providing the fastest possible removal of magnesium into the technological cell with minimal losses and increasing the current yield of magnesium.

Claims

1. An electrolyzer for producing magnesium and chlorine, including a lined bath, separated by a partition with upper and lower transfer windows into a technological cell and a working compartment, in which anodes and cathodes are placed, characterized in that the lower part is 1 / 4-3 / 4 the heights of the cathodes have plane-parallel working surfaces, and in the upper part of the cathodes have a section with a variable height and length, providing an interelectrode distance in the upper part of the cathodes of 1.1-2.5 interelectrode distances between the lower part of the cathode and the anode.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the working surfaces of the upper part of the cathodes are inclined to the axis of the cathodes to achieve a height-variable interelectrode distance.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the boundary between the lower and upper parts of the cathodes is parallel to the base of the cathode or with a slope to the process cell, comprising from 3 to 15 ° to the horizontal.