WO2020013679A1 - Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления - Google Patents

Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2020013679A1
WO2020013679A1 PCT/KZ2018/000015 KZ2018000015W WO2020013679A1 WO 2020013679 A1 WO2020013679 A1 WO 2020013679A1 KZ 2018000015 W KZ2018000015 W KZ 2018000015W WO 2020013679 A1 WO2020013679 A1 WO 2020013679A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrolyte
channels
magnesium
chlorine
electrolysis chamber
Prior art date
Application number
PCT/KZ2018/000015
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Александрович ЛОШКАРЕВ
Евгений Алексеевич ХАРИН
Original Assignee
Акционерное Общество "Усть-Каменогорский Титано-Магниевый Комбинат" Ао "Ук Тмк"
Сергей Александрович ЛОШКАРЕВ
Евгений Алексеевич ХАРИН
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 Акционерное Общество "Усть-Каменогорский Титано-Магниевый Комбинат" Ао "Ук Тмк", Сергей Александрович ЛОШКАРЕВ, Евгений Алексеевич ХАРИН filed Critical Акционерное Общество "Усть-Каменогорский Титано-Магниевый Комбинат" Ао "Ук Тмк"
Priority to CN201880096479.XA priority Critical patent/CN112912545A/zh
Priority to RU2020117895A priority patent/RU2760025C1/ru
Priority to US17/259,306 priority patent/US20210254228A1/en
Publication of WO2020013679A1 publication Critical patent/WO2020013679A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50—Processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/083—Separating products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/09—Fused bath cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/04—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells

Definitions

  • the invention relates to the production of magnesium and chlorine by electrolysis from a melt of salts containing magnesium chloride.
  • b of the channel is the height of the upper circulation channels, cm;
  • G is the gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles in the interelectrode gap
  • the electrolysis is carried out with the provision of a variable cross-sectional area of interelectrode gaps in the direction of upward flow of the electrolyte, increasing along the course of the melt.
  • An electrolyzer for producing magnesium and chlorine containing an electrolysis chamber with alternating anodes and cathodes and a cell for magnesium separation, separated from the electrolysis chamber by a partition with upper and lower circulation channels, characterized in that the cathode height is 25-60 times greater than the electrode gap, and the working surface of the cathode or anode is made with an inclination to the vertical at an angle of 38'-AND 0 26 '(RU, patent for the invention N ° 2243295)
  • the disadvantages of the electrolyzer are that high electrolyte and magnesium flow rates are created in the upper V-shaped circulation channels, leaving the electrolysis chamber to the magnesium separation cell, which leads to an increase in the removal of chlorine bubbles from the electrolysis chamber to the magnesium separation cell, i.e. to an increase in the loss of chlorine with the gases of the sanitary suction and the deterioration of the conditions for the separation of magnesium in the collection cell.
  • Small kings of magnesium are carried away by descending electrolyte flows from the cell to the electrolysis chamber, which leads to a decrease in the current output of magnesium due to the reverse reaction of magnesium chlorination in the electrolysis chamber and an increase in the specific electric energy consumption.
  • the dividing wall between the upper and lower circulating channels during operation of the electrolyzer is under the cathodic potential due to the growth of magnesium and magnesium oxide formed on the cathode adjacent to the lining of the dividing wall, which leads to its destruction and shortening the life of the electrolyzer.
  • Known electrolyzer for producing magnesium containing a bath lined with refractory materials, electrolytic compartments with graphite anodes, alternating with steel cathodes, prefabricated cells located parallel to the electrodes and separated from the electrolytic compartments by baffles, while the electrodes in the electrolytic compartments are electrically connected in parallel, and the electrodes of each electrolytic compartment are connected in series with the electrodes of the neighboring compartment, characterized in that the assembly cell located between the electrolytic compartments connected in series placed between opposite electrodes having the same electric potential, at the interelectrode distance in the electrolytic compartments is set to 20-30 mm at a cathode current density of 0.40-0.60 A / cm 2 ((RU, patent N ° 2220232)
  • the disadvantage of the above electrolyzer is that the location of the collection cell parallel to the electrodes lengthens the path of the passage of magnesium from the electrolysis chamber to the cell for magnesium separation, which leads to an increase in the reverse interaction of magnesium with chlorine in the electrolysis chamber and a decrease in current efficiency.
  • the parallel electrical connection of the electrodes in the electrolysis chamber and the serial electrical connection of the electrodes between the electrolysis chambers significantly complicates the design of the electrolyzer, which will lead to leakage of current between the chambers and a decrease in current efficiency.
  • the closest are a method for producing magnesium and chlorine from a molten salt containing MgCl 2 using an electrolyzer including an electrolysis chamber with alternating anodes and cathodes, a magnesium separation cell separated from the electrolyzer chamber by a partition with upper V-shaped and lower circulation channels, including closed circulation of the electrolyte between the electrolysis chamber and the cell for magnesium separation due to gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles in the interelectrode gap of 6 ⁇ 25, while the gas they are determined by the formula:
  • P is the gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles in between the electrode gap
  • the ascending electrolyte flows in the interelectrode gaps have a variable cross-sectional area, increasing along the melt, and the electrolyte flow rate in the upper V-shaped circulation channels is selected from the condition: - 1, (And 10.0,
  • h channel is the height of the upper circulation channels, cm;
  • I cf is the average distance between the electrodes, cm, and the electrolyzer for implementing this method, including an electrolysis chamber with alternating anodes and cathodes, a magnesium separation cell, separated from the electrolysis chamber by a partition with upper V-shaped and lower circulation channels, and the distance ratio between the electrodes at the level of the upper edge of the cathode to a distance at the level of the lower edge of the cathode is 1.1 to 3, the working surfaces of the cathode or anode are inclined to the vertical at an angle of 38 ° 1 ° 26 '.
  • the ratio of current (kA) to the mass of the electrolyte (t) in the known method was more than 10 units.
  • the disadvantages of the known method and device for its implementation should include low thermal inertia of the electrolyte, as a result of this, at the slightest change in the current output, the thermal balance at the electrolyzer is disturbed, leading to a decrease in current output.
  • Availability high speed of circulation of the electrolyte through the upper V-shaped channels leads to crushing of magnesium in the cell for separation into small beads, which are carried away by downward electrolyte flows back to the electrolysis chamber, where magnesium is chlorinated, which leads to a decrease in current efficiency and an increase in chlorine losses with plumbing gases.
  • the dividing wall between the upper and lower circulating channels during operation of the electrolyzer is under the cathodic potential due to the growth of magnesium and magnesium oxide formed on the cathode adjacent to the lining of the dividing wall, which leads to its destruction and shortening the life of the electrolyzer.
  • the problem solved by the inventions is to reduce the specific energy consumption by increasing current efficiency, reducing the loss of chlorine from the gases of the sanitary suction and increasing the life of the electrolyzer
  • the technical result is to reduce the specific energy consumption by improving the conditions for the separation of magnesium in the collection cell and, consequently, increasing the current output of magnesium, increasing the productivity of the electrolyzer, reducing the loss of chlorine from the gases of the sanitary suction, and increasing the life of the electrolyzer.
  • the proposed method for producing magnesium and chlorine from a molten salt containing MgCl 2 using a diaphragmless electrolyzer including closed circulation of the electrolyte between the electrolysis chamber and the cell for magnesium separation due to gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles in the interelectrode gap equal to 6 ⁇ 25, determined by the formula: where P-gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles in between the electrode gap; dk is the cathode current density, A / cm 2 HK, is the cathode height, cm, characterized in that the current strength (kA) and the electrolyte mass are set in such a quantitative expression that their ratio is 8-10, and the electrolyte flow from the electrolysis chamber enters into the collection cell in two directions: through the upper circulation channels and additional channels located between the upper and lower circulation channels, and the flow rate of the electrolyte in the upper circulation channels in a V-shape is chosen from the condition: where S total
  • FIG. 1 is a perspective view of a diaphragmless electrolyzer
  • FIG. 2 shows a section along aa
  • the diaphragmless electrolyzer contains a steel casing 1 lined internally with refractory material 2, an electrolysis chamber 3, with alternating anodes 4, cathodes 5, interelectrode gaps 6 and a shelter from above 7, a cell for separating magnesium 8, a partition 9 that separates the electrolysis chamber 3 from the cell for separation magnesium 8, with the upper circulation channels of the V-shaped form 10, additional channels 11, lined with fluorophlogopite 12 and the lower channels 13.
  • the cell operates as follows:
  • Another part of the electrolyte through additional channels also enters the cell for the separation of magnesium.
  • Magnesium accumulates on the surface of the electrolyte in the separation cell (8) and is periodically selected by a vacuum bucket.
  • the electrolyte freed from magnesium in the cell (8) is directed downward, and then through the lower channels 13, the electrolyte flows into the interelectrode gaps (6).
  • the ratio of the width of the electrolysis chamber to the width of the cell for the separation of magnesium is 1.6 - 2.7, with this ratio, favorable conditions are provided for the settling of magnesium in the cell for separation
  • Additional channels are installed in the partition between the upper V-shaped and lower channels, the passage area of which is 0.016-0.048 from the area of the upper V-shaped channels, which reduces the flow rate of electrolyte and magnesium in the upper channels of the V-shaped, improves conditions for settling magnesium in the cell for collecting magnesium, to reduce the removal of chlorine bubbles with electrolyte flows from the electrolysis chamber to the collection cell and thereby reduce the loss of chlorine from the gases of the sanitary suction, to prevent contact with todov septum.
  • Additional channels in the partition are made of fused-cast mica-crystalline material - fluorophlogopite, which makes it possible to increase the resistance of the refractory dividing wall and increase the service life of the electrolyzer.
  • the method is as follows:
  • a melt containing magnesium, sodium and potassium chlorides is poured into the electrolyzer lined with refractory material, and direct current is connected to the electrodes.
  • current strength (kA) and mass electrolyte (t) in the electrolyzer establish the ratio of the current strength to the mass of the electrolyte equal to 8 ⁇ 10.
  • electrolyte temperature 655 - 670 ° C
  • chlorine is released at the anodes and magnesium at the cathodes. Due to the high gas filling of the electrolyte with chlorine bubbles, upward flows of the electrolyte together with magnesium and chlorine appear in the interelectrode gap. Chlorine is collected over the electrolyte in the electrolysis chamber, from where it is removed into the main chlorine pipeline.
  • the electrolyte together with magnesium in the upper part above the cathodes is directed through the upper V-shaped circulation channels in the dividing wall into the cell for magnesium separation.
  • the other part of the electrolyte is sent from the electrolysis chamber to the cell for separation through additional channels located in the dividing wall between the upper and lower circulation channels. Due to the bifurcation of the electrolyte stream from the electrolysis chamber into a collection cell into two streams, the electrolyte flow rate in the upper circulation channels decreases and is determined by the ratio SB.K: SH.K. equal to 20-60.
  • Magnesium accumulates on the surface of the electrolyte in the cell for magnesium separation and periodically select a vacuum bucket. The electrolyte liberated from magnesium in the collection cell is directed downward, and then goes through the lower channels of the separation partition into the interelectrode gaps of the electrolysis chamber.
  • the current strength on the cell is set based on the conditions of maintaining the heat balance and observing the ratio of the current strength to the mass of the electrolyte equal to 8-10, while the mass of the electrolyte was regulated by changing the level of the electrolyte in the cell.
  • the choice of the ratio of the current strength (kA) to the mass of the electrolyte (t), as 8-10, is due to the fact that when the ratio of the current strength to the mass of the electrolyte is more than 10, the thermal inertia of the electrolyte in the electrolyzer decreases sharply and with the slightest decrease in current efficiency, the electrolyte temperature rises rapidly , which will lead to a decrease in current efficiency, with a ratio of less than 8, the specific heat loss per square meter of the bottom area of the cell increases, which leads to an increase in the specific energy consumption of the cell.
  • the electrolyte mass is maintained by changing the electrolyte level in the electrolyzer.
  • the economic result is to reduce the specific energy consumption by 470 kWh / t of magnesium, to increase the current output of magnesium by improving the completeness of magnesium withdrawal from the electrolysis chamber to the collection cell and to improve the conditions for magnesium separation in the collection cell, and to increase the electrolyzer productivity by 6, 0%, a decrease in losses of chlorine with sanitary exhaust gases by 30 kg / t Mg and an increase in the life of the electrolyzer by 8 months.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству магния и хлора электролизом из расплава солей, содержащих хлористый магний. Бездиафрагменный электролизер включает камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами, ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролиза перегородкой с верхними V-образной формы и нижними циркуляционными каналами. Электролиз ведут при газонаполнении электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре, равном 6ч-25. Скорость потока электролита в верхних циркуляционных каналах 20ч-60. Отношение силы тока к массе электролита 8ч-10. Отношение ширины камеры электролиза к ширине ячейки для сепарации магния составляет 1,6-2,7. В перегородке между верхними и нижними циркуляционными каналами установлены дополнительные каналы, площадь проходного сечения которых составляет 0.016- 0,048 от площади верхних V-образной формы каналов. Упомянутые дополнительные каналы выполнены из плавлено-литого слюдокристаллического материала - фторфлогопита. Достигается увеличение срока службы электролизёра, снижение потерь хлора с газами сантехнического отсоса.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА И ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к производству магния и хлора электролизом из расплава солей, содержащих хлористый магний.
Известен способ получения магния и хлора из содержащего MgCl2 расплава солей в электролизере с камерой электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейкой для сепарации магния, отделенной от камеры электролиза перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами, включающий поддержание газонаполнения электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре, обеспечивающего замкнутую циркуляцию электролита между камерой электролиза и ячейкой для сепарации магния и препятствующего возникновению в межэлектродном зазоре нисходящего потока электролита, и создание потока электролита и магния над катодами, направленного в сторону верхних циркуляционных каналов, отличающийся тем, что регулируют скорость потока электролита и магния над катодами путем изменения высоты верхних циркуляционных каналов в зависимости от среднего межэлектродного расстояния, выбираемой из условия
Figure imgf000003_0001
где Ьканала - высота верхних циркуляционных каналов, см;
1ср - среднее межэлектродное расстояние, см,
газонаполнение электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре поддерживают равным 6-25 условных единиц, которое определяют по формуле - i- k
1
где G - газонаполнение электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре;
dk - катодная плотность тока, А/см ; H - высота катода, см,
при этом электролиз проводят с обеспечением переменной площади сечения межэлектродных зазоров по ходу движения восходящих потоков электролита, увеличивающейся по ходу движения расплава.
2. Электролизер для получения магния и хлора, содержащий камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролиза перегородкой с верхними и нижними циркуляционными каналами, отличающийся тем, что высота катода превышает межэлектродный зазор в 25-60 раз, а рабочая поверхность катода или анода выполнена с наклоном к вертикали под углом 38’-И026’ (RU, патент на изобретение N°2243295)
Недостатками электролизера является то, что в верхних циркуляционных каналах V-образной формы создаются высокие скорости потока электролита и магния, выходящие из камеры электролиза в ячейку для сепарации магния, что приводит к увеличению выноса пузырьков хлора из камеры электролиза в ячейку для сепарации магния, то есть к увеличению потерь хлора с газами сантехнического отсоса и ухудшению условий сепарации магния в сборной ячейке. Мелкие корольки магния нисходящими потоками электролита уносятся из ячейки для сепарации в камеру электролиза, что приводит к снижению выхода магния по току за счёт обратной реакции хлорирования магния в камере электролиза и увеличению удельного расхода электроэнергии. Разделительная перегородка между верхними и нижними циркуляционными каналами в процессе эксплуатации электролизёра оказывается под катодным потенциалом за счёт образующихся на катоде наростов из магния и оксида магния, примыкающих к футеровке разделительной перегородки, что приводит к её разрушению и сокращению срока службы электролизёра.
Известен электролизер для получения магния, содержащий футерованную огнеупорными материалами ванну, электролитические отделения с графитовыми анодами, чередующимися со стальными катодами, сборные ячейки, расположенные параллельно электродам и отделенные от электролитических отделений перегородками, при этом электроды в электролитических отделениях электрически соединены параллельно, а электроды каждого электролитического отделения соединены с электродами соседнего отделения последовательно, отличающийся тем, что сборная ячейка, расположенная между последовательно соединенными электролитическими отделениями, размещена между разноименными электродами, имеющими одинаковый электрический потенциал, при этом междуэлектродное расстояние в электролитических отделениях устанавливают 20-30 мм при катодной плотности тока 0,40-0,60 А/см2 ((RU, патент N° 2220232 )
Недостатком вышеуказанного электролизера является то, что расположение сборной ячейки параллельно электродам удлиняет путь прохождения магния из камеры электролиза в ячейку для сепарации магния, что приводит к увеличению обратного взаимодействия магния с хлором в камере электролиза и снижению выхода по току. Параллельное электрическое соединение электродов в камере электролиза и последовательное электрическое соединение электродов между камерами электролиза значительно усложняет конструкцию электролизёра, что приведёт к утечкам тока между камерами и снижению выхода по току.
Наиболее близким являются способ получения магния и хлора из расплава солей, содержащих MgCl2, с использованием электролизера, включающего камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами, ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролизера перегородкой с верхними V-образной формой и нижними циркуляционными каналами, включающий замкнутую циркуляцию электролита между камерой электролиза и ячейкой для сепарации магния за счет газонаполнения электролита пузырьками хлора в междуэлектродном зазоре, равном 6^ 25, при этом газонаполнение определяют по формуле:
Figure imgf000006_0001
где П - газонаполнение электролита пузырьками хлора в между электродном зазоре;
- катодная плотность тока, А/см2
высота катода, см,
при этом восходящие потоки электролита в междуэлектродных зазорах имеют переменную площадь сечения, увеличивающуюся по ходу движения расплава, а скорость потока электролита в верхних циркуляционных каналах V-образной формы выбирают из условия:
Figure imgf000006_0002
— 1 ,(И 10,0,
где h канала— высота верхних циркуляционных каналов, см;
I ср - среднее расстояние между электродами, см, и электролизер для осуществления этого способа, включающий камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами, ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролиза перегородкой с верхними V- образной формы и нижними циркуляционными каналами, причем отношение расстояния между электродами на уровне верхней кромки катода к расстоянию на уровне нижней кромки катода составляет 1,1 - 3, рабочие поверхности катода или анода наклонены к вертикали под углом 38° 1°26'. (К Z , предварительный патент N» 16980)
Отношение силы тока (кА) к массе электролита (тн) в известном способе было больше 10 единиц.
К недостаткам известного способа и устройства для его осуществления следует отнести низкую тепловую инерцию электролита, в результате этого при малейшем изменении выхода по току происходит нарушение теплового баланса на электролизёре, приводящем к снижению выхода по току. Наличие высокой скорости циркуляции электролита через верхние V-образной формы каналы приводит к дроблению магния в ячейке для сепарации на мелкие корольки, которые уносятся нисходящими потоками электролита обратно в камеру электролиза, где происходит хлорирование магния, что и приводит к снижению выхода по току и увеличению потерь хлора с газами сантехнического отсоса. Разделительная перегородка между верхними и нижними циркуляционными каналами в процессе эксплуатации электролизёра оказывается под катодным потенциалом за счёт образующихся на катоде наростов из магния и оксида магния, примыкающих к футеровке разделительной перегородки, что приводит к её разрушению и сокращению срока службы электролизёра.
Задача, решаемая изобретениями, заключается в снижении удельного расхода электроэнергии за счёт повышения выхода по току, уменьшении потерь хлора с газами сантехнического отсоса и увеличении срока службы электролизёра
Технический результат заключается в снижении удельного расхода электроэнергии, за счет улучшения условий сепарации магния в сборной ячейке и, следовательно, повышения выхода магния по току, в увеличении производительности электролизёра, снижении потерь хлора с газами сантехнического отсоса и в увеличении срока службы электролизёра.
Технический результат достигается за счет того, что предложен способ получения магния и хлора из расплава солей, содержащих MgCl2, с использованием бездиафрагменного электролизера, включающий замкнутую циркуляцию электролита между камерой электролиза и ячейкой для сепарации магния за счет газонаполнения электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре, равном 6^ 25, определяемом по формуле:
Figure imgf000007_0001
где П-газонаполнение электролита пузырьками хлора в между электродном зазоре; d-k -катодная плотность тока, А/см2 Нк - высота катода, см отличающийся тем, что силу тока (кА) и массу электролита устанавливают в таком количественном выражении, чтобы их отношение было равно 8-10, а поток электролита из камеры электролиза поступает в сборную ячейку по двум направлениям: через верхние циркуляционные каналы и дополнительные каналы, расположенные между верхними и нижними циркуляционными каналами, причём скорость потока электролита в верхних циркуляционных каналах V- образной формой выбирают из условия:
Figure imgf000008_0001
где S в.к. суммарная площадь верхних циркуляционных каналов; д к- суммарная площадь дополнительных каналов, и бездиафрагменный электролизер для осуществления вышеуказанного способа, включающий камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами, ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролиза перегородкой с верхними V-образной формы и нижними циркуляционными каналами, отличающийся тем, что отношение ширины камеры электролиза к ширине ячейки для сепарации магния равно 1 ,6= 2,7, в перегородке между верхними V-образной формы и нижними каналами установлены дополнительные каналы, площадь проходного сечения которых составляет 0.016·^ 0,048 от площади верхних V-образной формы каналов, дополнительные каналы в перегородке выполнены из плавлено-литого слюдокристаллического материала - фторфлогопита.
На фиг. 1 представлен общий вид бездиафрагменного электролизера, на фиг. 2 -показан разрез по А-А; на фиг.З-разрез по Б-Б
Бездиафрагменный электролизер содержит стальной кожух 1, футерованный изнутри огнеупорным материалом 2, камеру электролиза 3, с чередующимися анодами 4, катодами 5, междуэлектродными зазорами 6 и укрытием сверху 7, ячейку для сепарации магния 8, перегородку 9, отделяющую камеру электролиза 3 от ячейки для сепарации магния 8, с верхними циркуляционными каналами V-образной формы 10, дополнительными каналами 11 , футерованные из фторфлогопита 12 и нижними каналами 13.
Электролизер работает следующим образом:
После заливки в электролизер расплава подключают постоянный ток к электродам. При температуре электролита 655 - 670° С на анодах (4) выделяется хлор, а на катодах (5) выделяется магний. За счет высокого газонаполнения электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре (6) появляются восходящие потоки электролита вместе с магнием и хлором, который собирается над электролитом в камере электролиза (3), откуда удаляется в магистральный хлоропровод. В верхней части междуэлектродного зазора 6 большая часть электролита вместе с магнием поступает через верхние циркуляционные каналы V-образной формы (10) в ячейку для сепарации магния (8). Другая часть электролита через дополнительные каналы также поступает в ячейку для сепарации магния. Магний накапливается на поверхности электролита в ячейке для сепарации (8) и периодически выбирается вакуум - ковшом. Освободившийся от магния электролит в ячейке (8), направляется вниз, и далее через нижние каналы 13 потоки электролита поступают в междуэлектродные зазоры (6). Отношение ширины камеры электролиза к ширине ячейки для сепарации магния равно 1,6- 2,7, при данном соотношении обеспечиваются благоприятные условия для отстаивания магния в ячейке для сепарации
В перегородке между верхними V-образной формы и нижними каналами установлены дополнительные каналы, площадь проходного сечения которых составляет 0.016- 0,048 от площади верхних V-образной формы каналов, что позволяет снизить скорость потока электролита и магния в верхних каналах V-образной формы, улучшить условия для отстаивания магния в ячейке для сбора магния, снизить вынос пузырьков хлора с потоками электролита из камеры электролиза в сборную ячейку и тем самым снизить потери хлора с газами сантехнического отсоса, предотвратить контакт катодов с перегородкой.
Дополнительные каналы в перегородке выполнены из плавлено-литого слюдокристаллического материала - фторфлогопита, что позволяет повысить стойкость огнеупорной разделительной перегородки и повысить срок службы электролизёра.
Таблица: Показатели работы электролизера:
Figure imgf000010_0001
Способ осуществляют следующим образом:
В электролизер футерованный огнеупорным материалом заливают расплав, содержащий хлориды магния, натрия и калия, подключают постоянный ток к электродам. Путём изменения силы тока (кА) и массы электролита (тн) в электролизёре устанавливают отношение силы тока к массе электролита, равным 8^ 10. При температуре электролита 655 - 670° С на анодах выделяется хлор, а на катодах магний. За счет высокого газонаполнения электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре появляются восходящие потоки электролита вместе с магнием и хлором. Хлор собирают над электролитом в камере электролиза, откуда его удаляют в магистральный хлоропровод. Большую часть электролита вместе с магнием в верхней части над катодами направляют через верхние циркуляционные каналы V-образной формы в разделительной перегородке в ячейку для сепарации магния. Другую часть электролита направляют из камеры электролиза в ячейку для сепарации через дополнительные каналы, расположенные в разделительной перегородке между верхними и нижними циркуляционными каналами. В связи с раздвоением потока электролита из камеры электролиза в сборную ячейку на два потока скорость потока электролита в верхних циркуляционных каналах снижается и определяется соотношением SB.K:SH.K. равным 20-60. Магний накапливается на поверхности электролита в ячейке для сепарации магния и периодически выбирают вакуум - ковшом. Освободившийся от магния электролит в сборной ячейке, направляется вниз, и далее через нижние каналы разделительной перегородке направляется - в междуэлектродные зазоры камеры электролиза.
Максимальный выход по току получают при скорости потока электролита, в верхних каналах определяемой соотношением SB.K.: Бд.к. = 20- 60.
Сила тока на электролизере устанавливают исходя из условий поддержания теплового баланса и соблюдения отношения силы тока к массе электролита, равного 8-10, при этом массу электролита регулировали путём изменения уровня электролита в электролизёре.
Выбор скорости потока электролита в верхних циркуляционных каналах V-образной формой из условия:
Figure imgf000012_0001
где $ в.к. суммарная площадь верхних циркуляционных каналов;
S д.к. суммарная площадь дополнительных каналов,
обусловлен тем, что при соотношении меньше 20 ухудшаются условия выноса магния из камеры электролиза в ячейку для сепарации, что приведёт к снижению выхода по току на 1-2 %, при соотношении больше 60, ухудшаются условия отстаивания магния в ячейке для сепарации, мелкие корольки магния диаметром меньше 1 ,0 мм нисходящими потоками электролита уносятся вновь в камеру электролиза, что приводит к снижению выхода по току, на 1-2 %.
Выбор отношения силы тока (кА) к массе электролита (тн), как 8- 10 обусловлен тем, что при соотношении силы тока к массе электролита более 10 тепловая инерция электролита в электролизёре резко снижается и при малейшем снижении выхода по току происходит быстрый рост температуры электролита, что приведёт к снижению выхода по току, при соотношении менее 8 увеличиваются удельные теплопотери с квадратного метра площади днища электролизёра, что приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии на электролизёре. Массу электролита поддерживают изменением уровня электролита в электролизёре.
Таблица 1 Зависимость выхода магния по току от соотношения силы тока (к А) к массе электролита (тн):
Figure imgf000012_0002
Таблица 2 Зависимость выхода магния по току от скорости потока электролита
Figure imgf000012_0003
Figure imgf000013_0001
Таблица 3 Сравнительные показатели способа по изобретению и прототипу
Figure imgf000013_0002
При новом способе происходит снижение удельного расхода электроэнергии за счёт повышения выхода по току и снижение потерь хлора с газами сантехнического отсоса
На новом электролизере достигается увеличение срока службы электролизёра, снижение потерь хлора с газами сантехнического отсоса
Экономический результат заключается в снижении удельного расхода электроэнергии на 470 кВт ч/т магния, в повышении выхода магния по току за счёт улучшения полноты вывода магния из камеры электролиза в сборную ячейку и улучшения условий сепарации магния в сборной ячейке, в увеличении производительности электролизёра на 6,0 %, снижении потерь хлора с газами сантехнического отсоса на 30 кг/т Mg и в увеличении срока службы электролизёра на 8 месяцев.

Claims

ФОРМУЛА
1. Способ получения магния и хлора из расплава солей, содержащих MgCl2, с использованием бездиафрагменного электролизера, включающий замкнутую циркуляцию электролита между камерой электролиза с чередующимися анодами и катодами и ячейкой для сепарации магния за счет газонаполнения электролита пузырьками хлора в межэлектродном зазоре, равном 6-*- 25, определяемом по формуле:
П= 1сР ,
где П - газонаполнение электролита пузырьками хлора в между электродном зазоре;
Figure imgf000014_0001
- катодная плотность тока, А/см2
Нк - высота катода, см,
отличающийся тем, что силу тока и массу электролита в электролизёре выбирают в количественном выражении таким образом, что отношение силы тока (кА) к массе электролита (тн) равно 8^ 10.
поток электролита из камеры электролиза поступает в сборную ячейку двумя путями: через верхние циркуляционные каналы и дополнительные каналы, расположенные между верхними и нижними циркуляционными каналами, скорость потока электролита в верхних циркуляционных каналах V-образной формой выбирают из условия:
Figure imgf000014_0002
Где £ ®.к суммарная площадь верхних циркуляционных каналов;
S д.к. суммарная площадь дополнительных каналов,
2. Бездиафрагменный электролизер для осуществления способа по п.1, включающий камеру электролиза с чередующимися анодами и катодами, ячейку для сепарации магния, отделенную от камеры электролиза перегородкой с верхними V-образной формы и нижними циркуляционными каналами, отличающийся тем, что отношение ширины камеры электролиза к ширине ячейки для сепарации магния равно 1 ,6-*- 2,7, в перегородке между верхними V-образной формы и нижними каналами установлены дополнительные каналы, площадь проходного сечения которых составляет 0.016^- 0,048 от площади верхних V-образной формы каналов, дополнительные каналы в перегородке выполнены из плавлено-литого слюдокристаллического материала - фторфлогопита.
PCT/KZ2018/000015 2018-07-11 2018-11-07 Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления WO2020013679A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880096479.XA CN112912545A (zh) 2018-07-11 2018-11-07 制备镁和氯气的方法及用于实施该方法的电解池
RU2020117895A RU2760025C1 (ru) 2018-07-11 2018-11-07 Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
US17/259,306 US20210254228A1 (en) 2018-07-11 2018-11-07 Method for producing magnesium and chlorine and electrolytic cell for implementing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ2018/0489.1 2018-07-11
KZ20180489 2018-07-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020013679A1 true WO2020013679A1 (ru) 2020-01-16

Family

ID=69142753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2018/000015 WO2020013679A1 (ru) 2018-07-11 2018-11-07 Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210254228A1 (ru)
CN (1) CN112912545A (ru)
RU (1) RU2760025C1 (ru)
WO (1) WO2020013679A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU217407U1 (ru) * 2023-02-01 2023-03-30 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора с нижним вводом анодов

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1782065C (ru) * 1990-12-19 1995-03-20 Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана и магния Электролизер для получения магния и хлора
UA49987C2 (ru) * 2000-07-25 2002-10-15 Державний Науково-Дослідний Та Проектний Інститут Титану Электролизер для получения магния и хлора
RU2243295C1 (ru) * 2003-05-05 2004-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт " Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
JP2015110815A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 東邦チタニウム株式会社 溶融塩電解による金属の製造方法
CN105220176A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 消除镁电解槽阴极钝化膜的装置和方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058448A (en) * 1976-06-23 1977-11-15 Muzhzhavlev Konstantin Dmitrie Diaphragmless electrolyzer for producing magnesium and chlorine
SU681116A1 (ru) * 1977-03-11 1979-08-25 Красноярский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Цветных Металлов Им. М.И.Калинина Способ снижени газонаполнени электролита в электролизерах с расплавленными сол ми
SU1185864A1 (ru) * 1983-10-27 1996-11-20 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности "ВАМИ" Способ рафинирования алюминия от магния
UA52752C2 (ru) * 1999-12-20 2003-01-15 Державний Науково-Дослідний Та Проектний Інститут Титану Электролизер для получения магния
RU2220232C2 (ru) * 2002-02-21 2003-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Электролизер для получения магния и способ получения магния в нем
JP4975244B2 (ja) * 2004-08-20 2012-07-11 東邦チタニウム株式会社 溶融塩電解による金属の製造方法および製造装置
RU2405865C1 (ru) * 2009-05-05 2010-12-10 Открытое Акционерное Общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (ОАО "РИТМ") Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
US20130032487A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-07 Olivo Sivilotti Multipolar Magnesium Cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1782065C (ru) * 1990-12-19 1995-03-20 Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана и магния Электролизер для получения магния и хлора
UA49987C2 (ru) * 2000-07-25 2002-10-15 Державний Науково-Дослідний Та Проектний Інститут Титану Электролизер для получения магния и хлора
RU2243295C1 (ru) * 2003-05-05 2004-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт " Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
JP2015110815A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 東邦チタニウム株式会社 溶融塩電解による金属の製造方法
CN105220176A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 消除镁电解槽阴极钝化膜的装置和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU217407U1 (ru) * 2023-02-01 2023-03-30 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора с нижним вводом анодов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2760025C1 (ru) 2021-11-22
CN112912545A (zh) 2021-06-04
US20210254228A1 (en) 2021-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1364077B1 (en) A method and an electrowinning cell for production of metal
US7470354B2 (en) Utilisation of oxygen evolving anode for Hall-Hèroult cells and design thereof
AU619240B2 (en) Electrolytic cell for the production of a metal
US4613414A (en) Method for magnesium production
WO2020013679A1 (ru) Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
KR20090074041A (ko) 용융 염화물로부터 금속을 제조하는 방법 및 이를 제조하기 위한 전해 전지
RU2316618C2 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
US3647673A (en) Stepped bottom for multicell furnace for production of aluminum by electrolysis
US3676323A (en) Fused salt electrolyzer for magnesium production
RU2405865C1 (ru) Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
JPS5839789A (ja) 溶融塩化物の電解方法
RU2336368C1 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
US4414089A (en) Electrolysis cell for reduction of molten metal halide
RU2243295C1 (ru) Способ получения магния и хлора и электролизер для его осуществления
USRE28829E (en) Fused salt electrolyzer for magnesium production
RU2206639C1 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
RU2128245C1 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
JPS63143279A (ja) 溶融塩電解によるマグネシウムの製造法およびその装置
RU2075550C1 (ru) Рафинировочный электролизер
RU2148682C1 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
RU74923U1 (ru) Электролизер для получения магния и хлора
RU2176291C1 (ru) Электролизер для получения магния
JPS6043496A (ja) マグネシウムおよび塩素を製造するための隔膜のない電解装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18926152

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18926152

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1