ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
ELECTROLYSIS CELL

Изобретение относится к области получения металлов электролитическим способом из расплавов, а именно к конструкциям электролизеров, и может найти применение для получения легких, тугоплавких металлов и кремния с высокой степенью чистоты.
Известен электролизер для рафинирования ванадия и других тугоплавких металлов (патент РФ №2164559, опубл. 27.03.2001 г., МПК С25С 7/00, С25С 3/26). Электролизер включает герметичный корпус, выполненный с возможностью подвода к нему напряжения, реторту, установленную в корпусе на изоляторах, крышку, средства для подачи инертного газа и для откачки воздуха, компактный анод из рафинируемого металла, обод, для подвески анодов, выполненный из двух полуокружностей с металлическими клиньями, с двумя прорезями и с приваренными в радиальном направлении токоподводящими стержнями и установленный на корпусе для обеспечения с ним электрического контакта. При этом аноды подвешены с помощью анододержателей на токоподводящие стержни обода.
Недостаток электролизера по патенту РФ №2164559 состоит в ограниченности его функциональных возможностей, в частности он предназначен для рафинирования металлов и не приспособлен для их первичного получения.
Известен также электролизер для получения щелочноземельных металлов из расплавов (патент РФ №2339744, опубл. 27.11.2008 г., МПК С25С 7/02, С25С 3/02). Электролизер содержит ванну-катод, установленные вдоль ванны на траверсе аноды с анодными устройствами, привод вертикального перемещения траверсы, неподвижную раму с боковыми и центральным укрытиями и каналами газоотсосов и токоподводящие шины. При этом каждый анод представляет собой графитовый моноблок. Неподвижная рама с боковыми и центральным укрытиями размещена на борте ванны-катода, центральное укрытие выполнено в виде плиты, а каналы газоотсосов размещены в торцах неподвижной рамы на уровне борта ванны-катода.
Недостатком электролизера по патенту РФ №2339744 является невозможность получения металла высокой чистоты ввиду того, что катодный металл загрязняется примесями анодного материала.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является электролизер по патенту РФ №2244765 (опубл. 20.01.2005 г., МПК С25С 7/00), который и принят за прототип изобретения. Электролизер содержит емкость для электролита, электроды, подключенные к источнику электрического переменного тока, индуктор для перемешивания и нагрева электролита и источник магнитного поля. Емкость для электролита установлена в зазоре магнитопровода источника магнитного поля, стенки емкости выполнены электропроводными и являются электродом, второй электрод расположен в емкости и соединен с ее стенками токопроводом, а дно выполнено из диэлектрического материала.
Недостатки прототипа заключаются в следующем: невозможность проведения электролиза из-за соединения электродов между собой токопроводом, а также загрязнение металла примесями анодного материала.
Поставлена задача приспособить электролизер для проведения электролиза с высокой чистотой получаемого металла.
Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом электролизер содержит емкость для электролита со стенками и дном из электропроводного материала, являющуюся катодом, анод, размещенный в емкости для электролита, и индуктор для нагрева и перемешивания электролита, причем катод и анод подключены к источнику переменного тока. Согласно изобретению анод и катод подключены к источнику асимметричного переменного тока, при этом анодное пространство электролизера отделено от катодного керамической мембраной с анионной проводимостью, а стенки катода экранированы электроизоляционным жаростойким материалом.
Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена конструкция электролизера.
В расположенной внутри индуктора 1 емкости 2 для электролита установлен выполненный из электроизоляционного жаростойкого материала экран 3 стенок. Функцию катода выполняет дно емкости 2. Графитовый анод 4 помещен в мембранный сосуд 5 из керамики с анионной проводимостью и вместе с ним установлен в центре емкости 2.
В мембранный сосуд 5 и емкость 2 загружают расчетное количество сухого измельченного электролита 6.
При включении индуктора 1 происходит нагрев и расплавление электролита и установление требуемой его температуры. Включают ток электролиза. При электролизе вследствие постепенного окисления графитового анода 4 до окислов углерода содержащиеся в нем примеси переходят в расплав электролита в виде катионов металлов или шлама и остаются внутри мембранного сосуда 5, не попадая в катодное пространство электролизера и не загрязняя получаемый металл. В результате металл высокой чистоты получается за одну стадию, исключая электролизное рафинирование.
Экран 3 катода исключает из работы боковую поверхность графитовой емкости 2, увеличивая плотность катодного тока на дне этой емкости до оптимального значения. При открытой же боковой поверхности емкости 2 площадь катода на порядок превышает площадь анода, и по этой причине невозможно достичь оптимальной плотности катодного тока.
Технический результат изобретения: расширение функциональных возможностей электролизера и повышение чистоты получаемого металла.