RU2586183C1 - Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts - Google Patents

Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts Download PDF

Info

Publication number
RU2586183C1
RU2586183C1 RU2015101950/02A RU2015101950A RU2586183C1 RU 2586183 C1 RU2586183 C1 RU 2586183C1 RU 2015101950/02 A RU2015101950/02 A RU 2015101950/02A RU 2015101950 A RU2015101950 A RU 2015101950A RU 2586183 C1 RU2586183 C1 RU 2586183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
electrolysis
electrolyzer
cell
lid
Prior art date
Application number
RU2015101950/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Васильевич Поляков
Юрий Николаевич Попов
Андрей Станиславович Ясинский
Юрий Глебович Михалев
Юрий Олегович Авдеев
Андрей Борисович Ключанцев
Сергей Викторович Агапитов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2015101950/02A priority Critical patent/RU2586183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2586183C1 publication Critical patent/RU2586183C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to electrolytic cells for production of molten metals, particularly aluminium, by electrolysis of molten salts. Electrolytic cell comprises housing, bottom, cover, installed vertically or inclined low-consumed hollow perforated and/or open porous electrodes connected to a DC source, electrodes are inner channels for transportation of electrolysis products. Electrodes are made in cross-section in form of rectangle, are fixed in cover of electrolysis cell and/or in cavities of housing and bottom, and in bottom of cathode part, and are connected from 1 to 100 parallel rows with in-series connected bipolar electrodes in a number from 2 to 100, at distance between electrodes from 0.5 to 5 cm, and from side surface of electrode to side wall of electrolysis cell from 0.01 to 1 cm each row of equipotential electrodes is connected with metal accumulator located in lower part of electrolytic cell.
EFFECT: higher specific efficiency, reduced specific power consumption and weight of current-carrying bus.
3 cl, 13 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройствам для производства металлов электролизом расплавленного электролита, в частности алюминия. Получаемыми металлами помимо алюминия могут быть медь, магний, литий, натрий, свинец.The invention relates to non-ferrous metallurgy, and in particular to devices for the production of metals by electrolysis of molten electrolyte, in particular aluminum. In addition to aluminum, the resulting metals can be copper, magnesium, lithium, sodium, and lead.

Используемые в промышленности аппараты для производства алюминия электролизом имеют следующие недостатки: низкая производительность, отнесенная к единице площади, занимаемой электролизером; высокий удельный расход электроэнергии на единицу массы полученного металла; выделение экологически вредных веществ в атмосферу, большие трудозатраты.Apparatuses used in industry for the production of aluminum by electrolysis have the following disadvantages: low productivity per unit area occupied by the electrolyzer; high specific energy consumption per unit mass of the obtained metal; emission of environmentally harmful substances into the atmosphere, high labor costs.

Известно изобретение (Патент РФ №2101392, С25С 3/06, опубл. 01.10.1998), согласно которому множество инертных анодов расположено вертикально внутри множества трубчатых катодов, выполненных из электронно-проводящего малорасходуемого материала. При пропускании постоянного электрического тока через параллельно подключенные электроды на катодах выделяется и стекает вниз жидкий алюминий, а на анодах выделяется и поднимается вверх газообразный кислород.The invention is known (RF Patent No. 2101392, C25C 3/06, publ. 01.10.1998), according to which many inert anodes are located vertically inside a variety of tubular cathodes made of electronically conductive material. When direct current is passed through parallel-connected electrodes, liquid aluminum is released and flows down at the cathodes, and gaseous oxygen is released and rises up at the anodes.

Вертикальное расположение электродов значительно увеличивает их рабочую площадь, что позволяет повысить производительность электролизеров, отнесенную к занимаемой ими площади. Однако описанная конфигурация электродов не обеспечивает наиболее плотного расположения электродов в электролизере, что препятствует достижению высокого значения производительности на единицу занимаемой им площади.The vertical arrangement of the electrodes significantly increases their working area, which allows to increase the productivity of electrolyzers, related to the area occupied by them. However, the described configuration of the electrodes does not provide the most dense arrangement of electrodes in the electrolyzer, which prevents the achievement of a high value of productivity per unit area occupied by it.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому электролизеру для получения жидких металлов электролизом расплавов является изобретение (Патент РФ №2275443, С25С 3/06, опубл. 27.04.2006). Изобретение касается установки для получения металлов, в частности алюминия, электролизом расплавленных солей и способа установки электролизных ванн. Многополярная электролизная ванна включает корпус, подину, крышку и установленные вертикально или наклонно и параллельно относительно друг друга катоды и малорасходуемые аноды, подсоединенные к источнику постоянного тока, при этом катоды или их поверхность выполнены из смачиваемого получаемым металлом материала. В электродах выполнены углубления и внутренние каналы для транспортировки по ним продуктов электролиза, верхней частью аноды закреплены в крышке. Аноды и катоды выполнены в поперечном сечении в виде шестиугольника с острыми или скругленными углами, при этом более половины площади боковой поверхности каждого из электродов обращено к электроду противоположного знака, и одноименные электроды образуют цепочки, соединенные параллельно. Крышка выполнена из независимо открывающихся секций, а ее нижняя поверхность защищена неэлектропроводным и стойким к воздействию электролита и продуктов электролиза материалом.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed electrolyzer for producing liquid metals by electrolysis of melts is the invention (RF Patent No. 2275443, C25C 3/06, publ. 04/27/2006). The invention relates to an installation for producing metals, in particular aluminum, by electrolysis of molten salts and a method for installing electrolysis baths. A multipolar electrolysis bath includes a housing, a hearth, a lid and cathodes and sparing anodes mounted vertically or obliquely and parallel to each other, connected to a direct current source, while the cathodes or their surface are made of material wetted by the metal. The electrodes are made recesses and internal channels for transporting electrolysis products through them, the upper part of the anodes are fixed in the lid. The anodes and cathodes are made in cross section in the form of a hexagon with sharp or rounded corners, with more than half the area of the side surface of each of the electrodes facing the electrode of the opposite sign, and the same electrodes form chains connected in parallel. The cover is made of independently opening sections, and its lower surface is protected by a non-conductive and resistant to electrolyte and electrolysis products material.

Использование прототипа не позволяет достигнуть высоких значений производительности на единицу занимаемой электролизером площади. Использование шестиугольника в качестве геометрического основания электрода не позволяет добиться максимально эффективного использования площади, занимаемой электролизной ванной, т.к. лишь 4 из 6 граней могут быть направлены к электроду противоположного знака. Недостатком параллельного соединения электродов в описанной электролизной ванне является большая масса токоподводящих шин.Using the prototype does not allow to achieve high performance values per unit occupied by the electrolyzer area. Using a hexagon as the geometric base of the electrode does not allow the most efficient use of the area occupied by the electrolysis bath, because only 4 of 6 faces can be directed to the electrode of the opposite sign. The disadvantage of parallel connection of the electrodes in the described electrolysis bath is the large mass of current-carrying tires.

Задачей изобретения является создание конструкции электролизера, обладающей уменьшенной массой ошиновки и позволяющей получать расплавленные металлы с высокой производительностью на единицу занимаемой ею площади и высокой энергетической эффективностью. Предлагаемая конструкция может быть использована для получения металлов (алюминия, магния, свинца и т.д.), плотность которых выше плотности расплава, в состав которого входит разлагаемое соединение.The objective of the invention is to create a design of an electrolytic cell having a reduced mass of busbars and allowing to obtain molten metals with high productivity per unit area occupied by it and high energy efficiency. The proposed design can be used to obtain metals (aluminum, magnesium, lead, etc.), the density of which is higher than the density of the melt, which includes the decomposable compound.

Технический результат заключается в увеличении производительности, отнесенной к единице площади, в снижении удельного расхода электроэнергии, в снижении массы токоподводящей ошиновки.The technical result consists in increasing the productivity per unit area, in reducing the specific energy consumption, in reducing the mass of the lead-in busbar.

Поставленная задача достигается тем, что электролизер для получения жидких металлов электролизом расплавов, включающий корпус, подину, крышку, установленные вертикально или наклонно малорасходуемые полые перфорированные и/или открыто пористые электроды, подсоединенные к источнику постоянного тока, при этом в электродах выполнены внутренние каналы для транспортировки по ним продуктов электролиза, согласно изобретению электроды выполнены в поперечном сечении в виде прямоугольника, закреплены в крышке электролизера и/или в углублениях корпуса и подины, причем в подине катодной частью, при этом электроды соединены от 1 до 100 параллельных рядов с последовательно соединенными биполярными электродами в ряду от 2 до 100, при расстоянии между электродами от 0,5 до 5 см, а от боковой поверхности электрода до боковой стенки электролизера от 0,01 до 1 см, при этом каждый ряд эквипотенциальных электродов соединен с накопителем металла, расположенным в нижней части электролизера. Электроды снабжены керамическими трубками, стойкими к кислороду. В крышке расположена полость для размещения в ней материалов, например глинозема, и отверстия для эвакуации газов.This object is achieved in that the electrolyzer for producing liquid metals by electrolysis of melts, including a housing, a hearth, a lid, vertically or obliquely installed low-consuming hollow perforated and / or openly porous electrodes connected to a direct current source, while the internal channels for transportation are made in the electrodes according to them electrolysis products, according to the invention, the electrodes are made in the cross section in the form of a rectangle, are fixed in the lid of the electrolyzer and / or in the recesses x the case and the hearth, and in the hearth the cathode part, while the electrodes are connected from 1 to 100 parallel rows with bipolar electrodes connected in series from 2 to 100, with a distance between the electrodes of 0.5 to 5 cm, and from the side surface of the electrode to the side wall of the cell from 0.01 to 1 cm, with each row of equipotential electrodes connected to a metal storage located in the lower part of the cell. The electrodes are equipped with ceramic tubes that are resistant to oxygen. In the lid there is a cavity for accommodating materials, such as alumina, and openings for evacuating gases.

Расстояние между электродами выбирается исходя из наличия или отсутствия взвесей (суспензий), заполняющих межэлектродный зазор, и наличия конвекции в электролите, и может составлять от 0,5 до 5 см (при использовании расплавов, не содержащих взвесей).The distance between the electrodes is selected based on the presence or absence of suspensions (suspensions) filling the interelectrode gap and the presence of convection in the electrolyte, and can be from 0.5 to 5 cm (when using melts that do not contain suspensions).

Электроды могут располагаться вертикально или наклонно. Наклон электродов может составлять от 1° до 45° от вертикали, что обеспечит более эффективную эвакуацию продуктов электролиза в электродные каналы под действием градиентов давления и силы гравитации.The electrodes may be vertical or inclined. The inclination of the electrodes can be from 1 ° to 45 ° from the vertical, which will provide a more efficient evacuation of electrolysis products into the electrode channels under the influence of pressure gradients and gravity.

В предложенной конструкции электролизера электролиз осуществляется между обращенными друг к другу наклонными или вертикальными малорасходуемыми электродами. Предпочтительными являются электроды с развитой поверхностью с целью уменьшения плотности тока.In the proposed design of the electrolyzer, electrolysis is carried out between the inclined or vertical low-consumable electrodes facing each other. Electrodes with a developed surface are preferred in order to reduce current density.

Продукты электролиза выделяются на границе электрод-электролит, а затем эвакуируются через каналы внутри тела электрода. Катодные и анодные поверхности имеют отверстия (каналы) для отвода соответствующих продуктов электролиза. В этом случае продукты электролиза - к примеру, кислород на анодной поверхности и алюминий на катодной - удаляются из зоны реакции через полости в структуре электродов: кислород, поднимаясь вверх внутри анодной полости и металл, например алюминий, стекая вниз внутри катодной полости, вследствие разности плотностей алюминия и электролита, сил поверхностного натяжения на границе поверхности электродов, и гравитации. Внутренние каналы катодов используются для стекания металла в накопитель. Допускается подключение к катодным каналам вакуума. Анодный газ эвакуируется из анодной полости по керамическим трубкам в верхней части анода. Допускается подключение к керамическим трубкам вакуума.Electrolysis products are released at the electrode-electrolyte interface, and then evacuated through channels inside the electrode body. The cathode and anode surfaces have openings (channels) for removal of the corresponding electrolysis products. In this case, the electrolysis products - for example, oxygen on the anode surface and aluminum on the cathode - are removed from the reaction zone through cavities in the structure of the electrodes: oxygen rising up inside the anode cavity and metal, for example aluminum, flowing down inside the cathode cavity, due to the difference in densities aluminum and electrolyte, surface tension forces at the boundary of the surface of the electrodes, and gravity. The internal channels of the cathodes are used to drain metal into the storage ring. Connection to cathode channels of vacuum is allowed. Anode gas is evacuated from the anode cavity through ceramic tubes in the upper part of the anode. Connection to ceramic tubes of vacuum is allowed.

Электроды удерживаются путем их фиксации в разделенной на секции крышке электролизера и/или в специальных углублениях корпуса и подины. Таким образом, можно производить работы по замене электродов или локальному ремонту электролизных ванн, открывая только нужную секцию. Нижняя часть крышки выполнена из стойкого к воздействию выделяемых тепла, паров и газов материала, такого как огнеупорный высокоглиноземистый бетон.The electrodes are held by fixing them in a sectioned lid of the electrolyzer and / or in special recesses of the housing and the hearth. Thus, it is possible to carry out work on the replacement of electrodes or local repair of electrolysis baths, opening only the desired section. The lower part of the lid is made of a material resistant to the effects of heat, vapors and gases, such as refractory high-alumina concrete.

Прямоугольная форма поперечного сечения электрода позволяет направить к электроду противоположного знака более 95% площади боковой поверхности.The rectangular cross-sectional shape of the electrode allows you to direct more than 95% of the side surface area to the electrode of the opposite sign.

Наличие системы накопителей металла в нижней части электролизера исключает возможность замыкания на металле.The presence of a system of metal storage in the lower part of the cell eliminates the possibility of a short circuit on the metal.

Применение последовательно-параллельного соединения электродов позволяет снизить массу токоподводящей ошиновки пропорционально количеству электродов в каждом ряду. При количестве 20 электродов масса снижается в 20 раз.The use of series-parallel connection of the electrodes allows to reduce the mass of the current-carrying busbar in proportion to the number of electrodes in each row. With the number of 20 electrodes, the mass decreases by 20 times.

При установке более 100 рядов и/или более 100 электродов в каждом ряду управление электролизером затрудняется в связи с его большими размерами. Использование такого электролизера становится нецелесообразным.When installing more than 100 rows and / or more than 100 electrodes in each row, the control of the electrolyzer is difficult due to its large size. The use of such an electrolyzer becomes impractical.

Расстояние от электрода до боковой стенки электролизера, не превышающее 1 см, является достаточным для уменьшения величины «байпасных» токов в электролизере.The distance from the electrode to the side wall of the cell, not exceeding 1 cm, is sufficient to reduce the bypass currents in the cell.

Установка электродов в крышке электролизера и/или в углублениях корпуса и подины электролизера позволяет исключить их движение относительно друг друга и корпуса электролизера и тем самым зафиксировать необходимое межэлектродное расстояние.The installation of electrodes in the lid of the electrolyzer and / or in the recesses of the casing and the bottom of the electrolysis cell eliminates their movement relative to each other and the casing of the cell and thereby fix the required interelectrode distance.

При угле наклона электродов к вертикали более 45° затрудняется эвакуация продуктов электролиза вследствие сил гравитации и давления.When the angle of inclination of the electrodes to the vertical is more than 45 °, it is difficult to evacuate the electrolysis products due to gravity and pressure.

Использование в электродах керамических трубок обусловлено необходимостью эвакуации газообразных продуктов электролиза из электролизера.The use of ceramic tubes in the electrodes is due to the need to evacuate the gaseous products of electrolysis from the cell.

Скругленные углы электродов позволяют добиться более равномерного токораспределения и исключения высокой плотности тока в углах электродов.The rounded corners of the electrodes allow for a more uniform current distribution and the exclusion of a high current density at the corners of the electrodes.

При расстоянии между электродами менее 0,5 см наблюдается перемешивание продуктов электролиза, что ведет к уменьшению выхода по току. При расстоянии более 5 см увеличивается величина падения напряжения в межэлектродном зазоре.When the distance between the electrodes is less than 0.5 cm, mixing of the electrolysis products is observed, which leads to a decrease in current efficiency. With a distance of more than 5 cm, the magnitude of the voltage drop in the interelectrode gap increases.

Предлагаемая конструкция поясняется чертежами, где:The proposed design is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показан электролизер для получения жидких металлов электролизом расплавов в сборе;in FIG. 1 shows an electrolyzer for producing liquid metals by electrolysis of molten assemblies;

на фиг. 2 - вид сверху на взаимное расположение электродов в исполнении с двумя параллельными рядами вертикальных электродов и четырьмя последовательными электродами в каждом ряду;in FIG. 2 is a top view of the relative position of the electrodes in a design with two parallel rows of vertical electrodes and four consecutive electrodes in each row;

на фиг. 3 - связь электродов с системой эвакуации продуктов электролиза в поперечном разрезе электролизера;in FIG. 3 - connection of electrodes with an evacuation system of electrolysis products in a cross section of an electrolyzer;

на фиг. 4 - продольный разрез электролизера;in FIG. 4 is a longitudinal section of an electrolyzer;

на фиг. 5 - внутренняя полость катодов в продольном разрезе электролизера;in FIG. 5 - an internal cavity of the cathodes in a longitudinal section of the electrolyzer;

на фиг. 6 - внутренняя полость анодов в продольном разрезе электролизера;in FIG. 6 - the internal cavity of the anodes in a longitudinal section of the electrolyzer;

на фиг. 7 - система загрузки материалов в поперечном разрезе электролизера;in FIG. 7 - a system for loading materials in a cross section of an electrolyzer;

на фиг. 8 - биполярный электрод со стороны катодной поверхности;in FIG. 8 - bipolar electrode from the side of the cathode surface;

на фиг. 9 - биполярный электрод со стороны анодной поверхности;in FIG. 9 - bipolar electrode from the side of the anode surface;

на фиг. 10 - вид сверху на биполярный электрод в разрезеin FIG. 10 is a sectional top view of a bipolar electrode

на фиг. 11 - поперечный разрез биполярного электрода в исполнении с перфорированными катодной и анодной поверхностями, с наклонными и вертикальными каналами, со скругленными углами;in FIG. 11 is a cross-sectional view of a bipolar electrode with perforated cathode and anode surfaces, with inclined and vertical channels, with rounded corners;

на фиг. 12 - поперечный разрез электролизера в работе.in FIG. 12 is a transverse section of the electrolyzer in operation.

на фиг. 13 - продольный разрез корпуса электролизера.in FIG. 13 is a longitudinal section of a cell body.

На фиг. 1 изображен электролизер для получения жидких металлов электролизом расплавов в сборе, состоящий из корпуса 1, крышки, разделенной на независимо открывающиеся секции 2, накопителей металла 3. Ток к электролизеру подводится посредством токоподводящей шины 4. Металл из накопителей металла транспортируется по трубкам 5. В крышке электролизера имеются отверстия 6 для загрузки материалов, а также отверстия 7 для эвакуации газов, образующихся при электролизе. Нижняя поверхность крышки выполнена из огнеупорного материала, например бетона.In FIG. 1 shows an electrolyzer for producing liquid metals by electrolysis of molten assemblies, consisting of a housing 1, a lid divided into independently opening sections 2, metal storage rings 3. Current is supplied to the electrolyzer by means of a busbar 4. Metal from metal storage rings is transported through tubes 5. In the lid there are openings 6 for loading materials, as well as openings 7 for evacuating gases generated during electrolysis. The bottom surface of the lid is made of refractory material, such as concrete.

На фиг. 2 показан вид сверху на взаимное расположение электродов в электролизере в разрезе. В представленном исполнении электролизер включает 2 параллельно соединенных ряда электродов. Каждый ряд электродов включает концевой анод 8, концевой катод 9 и два биполярных электрода 10. Таким образом, в каждом ряду электроды соединены последовательно. Соседние электроды из разных рядов образуют эквипотенциальную цепочку, соединенную с накопителем металла системой переточных каналов.In FIG. 2 shows a top view of the relative arrangement of the electrodes in the electrolyzer in a section. In the presented embodiment, the electrolyzer includes 2 parallel connected rows of electrodes. Each row of electrodes includes an end anode 8, an end cathode 9, and two bipolar electrodes 10. Thus, in each row, the electrodes are connected in series. Neighboring electrodes from different rows form an equipotential chain connected to the metal accumulator by a system of transfer channels.

Фиг. 3 иллюстрирует связь электродов с системой эвакуации продуктов электролиза. Каждый катод связан с накопителем металла, а каждый анод с отверстием для эвакуации газов. В крышке, разделенной на независимо открывающиеся секции, имеется полость 12 для размещения материалов, например глинозема.FIG. 3 illustrates the connection of electrodes with an electrolysis product evacuation system. Each cathode is associated with a metal storage ring, and each anode with a hole for evacuating gases. In the lid, divided into independently opening sections, there is a cavity 12 for accommodating materials, such as alumina.

Фиг. 4 демонстрирует продольный разрез электролизера, а также два соседних эквипотенциальных электрода, расположенных в корпусе. Каждый концевой анод и каждый биполярный электрод соединен с отверстием для эвакуации газов в крышке, разделенной на независимо открывающиеся секции, посредством керамической трубки 13.FIG. 4 shows a longitudinal section through an electrolyzer as well as two adjacent equipotential electrodes located in a housing. Each end anode and each bipolar electrode is connected to a hole for evacuating gases in the lid, divided into independently opening sections, by means of a ceramic tube 13.

На фиг. 5 изображен продольный разрез электролизера, демонстрирующий внутреннюю полость 14 катодной части биполярного электрода. В этой полости происходит транспортировка жидкого металла до вертикальной трубки 15, а затем в накопитель металла.In FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the electrolyzer, showing the internal cavity 14 of the cathode portion of the bipolar electrode. In this cavity, liquid metal is transported to a vertical tube 15, and then to a metal storage ring.

На фиг. 6 изображен продольный разрез электролизера, демонстрирующий внутреннюю полость 16 анодной части биполярного электрода. В этой полости происходит транспортировка анодных газов до керамической трубки, соединяющей электрод с отверстием для эвакуации газов.In FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the electrolyzer, showing the internal cavity 16 of the anode portion of the bipolar electrode. In this cavity, anode gases are transported to a ceramic tube connecting the electrode to the gas evacuation hole.

На фиг. 7 изображен поперечный разрез, демонстрирующий систему загрузки материалов в электролизер. Материал, например глинозем, заполняет полость для размещения материалов в крышке электролизера, поступая через отверстия для загрузки материалов. Затем через отверстие 17 материал поступает в межэлектродный зазор.In FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a system for loading materials into a cell. A material, such as alumina, fills a cavity for placing materials in the lid of the electrolyzer, entering through openings for loading materials. Then, through the hole 17, the material enters the interelectrode gap.

Фиг. 8 иллюстрирует внешний вид биполярного электрода со стороны катодной части. В данном исполнении биполярный электрод имеет перфорированную катодную поверхность 18 и скругленные углы 19. Отверстия 20 служат для поступления жидких металлов, восстановленных на катодной поверхности биполярного электрода в полость внутри электрода и дальнейшей транспортировки в накопитель металла.FIG. 8 illustrates the appearance of the bipolar electrode from the side of the cathode portion. In this embodiment, the bipolar electrode has a perforated cathode surface 18 and rounded corners 19. Holes 20 serve for the entry of liquid metals reduced on the cathode surface of the bipolar electrode into the cavity inside the electrode and further transported to the metal storage ring.

Фиг. 9 иллюстрирует внешний вид биполярного электрода со стороны анодной части. В данном исполнении биполярный электрод имеет перфорированную анодную поверхность 21. Отверстия 22 служат для поступления газов, образовавшихся на анодной поверхности биполярного электрода в полость внутри электрода и дальнейшей транспортировки в керамическую трубку.FIG. 9 illustrates the appearance of a bipolar electrode from the anode side. In this embodiment, the bipolar electrode has a perforated anode surface 21. The openings 22 serve for the entry of gases generated on the anode surface of the bipolar electrode into the cavity inside the electrode and then transported to the ceramic tube.

На фиг. 10 изображен вид сверху на биполярный электрод в разрезе. Внутри катодной и анодной частей биполярного электрода имеются полости для транспортировки продуктов электролиза, а в нижней части катодной полости расположено отверстие 23, через которое жидкий металл стекает в накопитель металла.In FIG. 10 is a sectional plan view of a bipolar electrode. Inside the cathode and anode parts of the bipolar electrode there are cavities for transporting electrolysis products, and an opening 23 is located in the lower part of the cathode cavity through which liquid metal flows into the metal storage ring.

На фиг. 11 изображен поперечный разрез биполярного электрода. В представленном исполнении отверстия в катодной и анодной поверхностях связаны с полостями внутри биполярного электрода посредством наклонных поперечных каналов 24 и 25 соответственно. Внутри керамической трубки анодной части биполярного электрода имеется вертикальный продольный канал 26 для транспортировки анодных газов. Вертикальная трубка в нижней части катода имеет вертикальный продольный канал 27 для транспортировки жидкого металла.In FIG. 11 is a cross-sectional view of a bipolar electrode. In the presented embodiment, the holes in the cathode and anode surfaces are connected to the cavities inside the bipolar electrode by means of inclined transverse channels 24 and 25, respectively. Inside the ceramic tube of the anode part of the bipolar electrode there is a vertical longitudinal channel 26 for transporting anode gases. The vertical tube at the bottom of the cathode has a vertical longitudinal channel 27 for transporting molten metal.

Фиг. 12 иллюстрирует вид сбоку на поперечный разрез электролизера в работе. Электролиз осуществляется в электролите 28 между электродами противоположного знака.FIG. 12 illustrates a side cross-sectional view of an electrolyzer in operation. Electrolysis is carried out in electrolyte 28 between electrodes of the opposite sign.

На фиг. 13 изображен продольный разрез корпуса электролизера, демонстрирующий углубления 29 для фиксации электродов в подине и в стенках электролизера.In FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the cell body, showing recesses 29 for fixing electrodes in the hearth and in the walls of the cell.

Для самопроизвольной эвакуации металла внутренняя поверхность каналов должна смачиваться алюминием.For spontaneous evacuation of metal, the inner surface of the channels should be wetted with aluminum.

Работа электролизера заключается в электролитическом разложении оксида металла в межэлектродном зазоре на ионы кислорода и ионы металла, переносе ионов кислорода к анодной поверхности 21 биполярного электрода 10 со скругленными углами 19, либо к концевому аноду 8, переносе ионов металла к катодной поверхности 18 биполярного электрода 10, либо к концевому катоду 9. Восстановление жидкого металла осуществляется на границе катодной поверхности 18 и прикатодного слоя электролита 28 при совершении над электролизером электрической работы после загрузки в расположенные в крышке 2 отверстия 6 исходных материалов, нагрева электролизера до температуры на 5-20°С выше температуры ликвидуса используемого электролита и подключения шин 4 к источнику постоянного тока.The operation of the electrolyzer is the electrolytic decomposition of metal oxide in the electrode gap into oxygen ions and metal ions, the transfer of oxygen ions to the anode surface 21 of the bipolar electrode 10 with rounded corners 19, or to the end anode 8, the transfer of metal ions to the cathode surface 18 of the bipolar electrode 10, or to the end cathode 9. Liquid metal is reduced at the boundary of the cathode surface 18 and the cathode layer of electrolyte 28 when electrical work is performed on the electrolyzer after a manual ultrasonic inspection cover 2 disposed in the hole 6 starting materials, heating the cell to a temperature 5-20 ° C above the liquidus temperature of the electrolyte and connecting the tire 4 to the DC power source.

Вследствие окисления ионов кислорода, в прианодном слое электролита образуется газообразный кислород. После насыщения прианодного слоя электролита кислородом, на анодной поверхности 21 образуются пузыри. Под действием градиентов давления пузыри попадают в отверстия 22 анодной поверхности 21, после чего по наклонным или горизонтальным каналам 25 попадают во внутреннюю полость 16, откуда через канал 26 керамической трубки 13 эвакуируются из электролизера. Ионы металла восстанавливаются, образуя жидкий металл в прикатодном слое электролита. Капли жидкого металла под действием гравитации и градиентов давления проникают в отверстия 20 катодной поверхности 18, после чего по наклонным или горизонтальным каналам 24 попадают во внутреннюю полость 14, откуда через отверстие 23 по вертикальному каналу 27 стекают в накопитель металла 3. Окончательная эвакуация жидкого алюминия из электролизера происходит через трубки 5.Due to the oxidation of oxygen ions, gaseous oxygen is formed in the anode layer of the electrolyte. After saturation of the anode layer of the electrolyte with oxygen, bubbles form on the anode surface 21. Under the influence of pressure gradients, the bubbles enter the openings 22 of the anode surface 21, after which they pass through the inclined or horizontal channels 25 into the internal cavity 16, from where they are evacuated from the cell through the channel 26 of the ceramic tube 13. Metal ions are reduced, forming a liquid metal in the cathode layer of the electrolyte. Drops of liquid metal under the influence of gravity and pressure gradients penetrate the holes 20 of the cathode surface 18, after which, through inclined or horizontal channels 24, they enter the internal cavity 14, from where they flow through the hole 23 along the vertical channel 27 into the metal storage ring 3. Final evacuation of liquid aluminum from the electrolyzer occurs through the tube 5.

Процесс производства жидкого металла сопровождается непрерывным питанием электролизера необходимыми материалами (в т.ч. оксидом получаемого металла), через отверстие 6. Запас материалов поддерживается на необходимом уровне, заполняя пространство для размещения материалов 12. Непосредственно в межэлектродный зазор материалы поступают через отверстие 17.The process of production of liquid metal is accompanied by a continuous supply of electrolyzer with the necessary materials (including oxide of the obtained metal) through the hole 6. The supply of materials is maintained at the required level, filling the space for placing materials 12. Directly into the interelectrode gap, the materials enter through the hole 17.

Для обеспечения устойчивости, электроды фиксируются в углублениях 29 в подине 11 и в стенках корпуса 1.To ensure stability, the electrodes are fixed in the recesses 29 in the hearth 11 and in the walls of the housing 1.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, представлен в таблице 1.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is presented in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Удельная производительность электролизера превосходит удельную производительность прототипа более чем на 50%. Масса ошиновки электролизера была уменьшена по сравнению с прототипом (а также с электролизером с OA 200 кА) в 20 раз за счет применения последовательно-параллельного соединения электродов.The specific productivity of the electrolyzer exceeds the specific productivity of the prototype by more than 50%. The busbar mass of the electrolyzer was reduced compared to the prototype (as well as with the electrolyzer with OA 200 kA) by 20 times due to the use of series-parallel connection of the electrodes.

Заявленный электролизер обеспечивает значительное снижение удельного расхода электроэнергии на производство металла по сравнению с электролизером с OA 200 кА, благодаря снижению межэлектродного расстояния при использовании суспензии в качестве среды электролиза.The claimed electrolyzer provides a significant reduction in the specific energy consumption for metal production compared to an electrolyzer with OA 200 kA, due to the reduction of the interelectrode distance when using a suspension as an electrolysis medium.

Claims (3)

1. Электролизер для получения жидких металлов электролизом расплавов, содержащий корпус, подину, крышку, установленные вертикально или наклонно малорасходуемые полые перфорированные и/или открыто пористые электроды, подсоединенные к источнику постоянного тока, при этом в электродах выполнены внутренние каналы для транспортировки по ним продуктов электролиза, отличающийся тем, что электроды выполнены в поперечном сечении в виде прямоугольника, закреплены в крышке электролизера и/или в углублениях корпуса и подины, причем в подине - катодной частью, при этом электроды соединены в виде от 1 до 100 параллельных рядов с последовательно соединенными биполярными электродами в ряду от 2 до 100 при расстоянии между электродами от 0,5 до 5 см, а от боковой поверхности электрода до боковой стенки электролизера - от 0,01 до 1 см, при этом каждый ряд эквипотенциальных электродов соединен с накопителем металла, расположенным в нижней части электролизера.1. An electrolyzer for producing liquid metals by electrolysis of melts, comprising a housing, a hearth, a lid, vertically or obliquely mounted hollow perforated and / or openly porous electrodes connected to a direct current source, the electrodes having internal channels for transporting electrolysis products through them , characterized in that the electrodes are made in the cross section in the form of a rectangle, fixed in the lid of the electrolyzer and / or in the recesses of the housing and the hearth, and in the hearth - cat the bottom part, while the electrodes are connected in the form of from 1 to 100 parallel rows with series-connected bipolar electrodes in a row from 2 to 100 with a distance between the electrodes of 0.5 to 5 cm, and from the side surface of the electrode to the side wall of the cell from 0 , 01 to 1 cm, with each row of equipotential electrodes connected to a metal storage located in the lower part of the cell. 2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что электроды снабжены керамическими трубками, стойкими к кислороду.2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the electrodes are equipped with ceramic tubes that are resistant to oxygen. 3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что в крышке выполнены полость для размещения в ней материалов в виде глинозема и отверстия для эвакуации газов. 3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the lid has a cavity for placing materials in it in the form of alumina and openings for evacuating gases.
RU2015101950/02A 2015-01-22 2015-01-22 Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts RU2586183C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101950/02A RU2586183C1 (en) 2015-01-22 2015-01-22 Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101950/02A RU2586183C1 (en) 2015-01-22 2015-01-22 Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586183C1 true RU2586183C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015101950/02A RU2586183C1 (en) 2015-01-22 2015-01-22 Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586183C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722605C1 (en) * 2019-11-26 2020-06-02 Василий Андреевич Крюковский Electrolysis unit for aluminum production

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993010281A1 (en) * 1991-11-20 1993-05-27 Moltech Invent S.A. Cell for the electrolysis of alumina preferably at law temperatures
RU2101392C1 (en) * 1990-11-28 1998-01-10 Мольтех Инвент С.А. Aluminum-producing electrolyzer, anode pack of electrolyzer, method of rearranging electrolyzer, and method of aluminum production
US6811676B2 (en) * 2002-07-16 2004-11-02 Northwest Aluminum Technologies Electrolytic cell for production of aluminum from alumina
US6866768B2 (en) * 2002-07-16 2005-03-15 Donald R Bradford Electrolytic cell for production of aluminum from alumina
RU2275443C2 (en) * 2004-07-23 2006-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Multipolar electrolysis bath for production of the molten metals by the electrolysis of the melts and the method of the electrolysis baths mounting
US7144483B2 (en) * 2001-02-23 2006-12-05 Norsk Hydro Asa Method and an electrowinning cell for production of metal
US8480876B2 (en) * 2007-12-26 2013-07-09 Theodore R. Beck Aluminum production cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101392C1 (en) * 1990-11-28 1998-01-10 Мольтех Инвент С.А. Aluminum-producing electrolyzer, anode pack of electrolyzer, method of rearranging electrolyzer, and method of aluminum production
WO1993010281A1 (en) * 1991-11-20 1993-05-27 Moltech Invent S.A. Cell for the electrolysis of alumina preferably at law temperatures
US7144483B2 (en) * 2001-02-23 2006-12-05 Norsk Hydro Asa Method and an electrowinning cell for production of metal
US6811676B2 (en) * 2002-07-16 2004-11-02 Northwest Aluminum Technologies Electrolytic cell for production of aluminum from alumina
US6866768B2 (en) * 2002-07-16 2005-03-15 Donald R Bradford Electrolytic cell for production of aluminum from alumina
RU2275443C2 (en) * 2004-07-23 2006-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Multipolar electrolysis bath for production of the molten metals by the electrolysis of the melts and the method of the electrolysis baths mounting
US8480876B2 (en) * 2007-12-26 2013-07-09 Theodore R. Beck Aluminum production cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US5006209A, ?09.04.1991. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722605C1 (en) * 2019-11-26 2020-06-02 Василий Андреевич Крюковский Electrolysis unit for aluminum production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6558525B1 (en) Anode for use in aluminum producing electrolytic cell
RU2680039C1 (en) Systems and methods for purifying aluminum
WO2011148347A1 (en) Hall-heroult cell cathode design
EP0089325B1 (en) Apparatus and method for electrolysis of mgc12
JPS6232276B2 (en)
JP6501886B2 (en) Molten salt electrolytic cell, method of producing metallic magnesium using the same, and method of producing titanium sponge
RU2586183C1 (en) Electrolysis cell for producing liquid metals by electrolysis of melts
CN102345141B (en) Aluminum electrolytic tank anode carbon block of irregularly-shaped structure with exhaust passage and preparation method thereof
EA034760B1 (en) Electrolytic cell intended for the production of aluminium and electrolytic smelter comprising this cell
RU2001127744A (en) ELECTROLYZERS FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM WITH ANODES OXIDATING OXYGEN
RU2689475C1 (en) Device for production of high-purity aluminum with carbon-free anodes by electrolysis and method of its implementation
JPH0443987B2 (en)
US11180862B2 (en) Advanced aluminum electrolysis cell
WO2008101283A1 (en) Electrochemical reduction of metal oxides
CN202359211U (en) Special-structured aluminum reduction cell anode carbon block with exhaust passages
RU2275443C2 (en) Multipolar electrolysis bath for production of the molten metals by the electrolysis of the melts and the method of the electrolysis baths mounting
RU2657395C1 (en) Electrolyzer for obtaining aluminum
FI112802B (en) Electrolytic cell to electrochemically precipitate any of the metals copper, zinc, lead, nickel or cobalt
EP0181544B1 (en) Apparatus for molten salt electrolysis
RU2282680C1 (en) Electrolyzer for production of aluminum
CN205856631U (en) A kind of cell construction
CN104372382A (en) Rare earth molten salt electrolytic tank for producing rare earth metals and alloys
RU2687617C1 (en) Electrolysis cell for aluminum production
CN111850614B (en) High-efficiency energy-saving multi-electrode magnesium electrolytic tank
RU2385364C1 (en) Anode current conductor of aluminium electrolytic cell

Legal Events

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

Effective date: 20190123