ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к получению магния электролизом расплавленных солей и направлено на усовершенствование конструкции электролизера для получения магния.
Известен электролизер для получения магния (Авт.свид.СССР №583204, опубл. 05.12.1977, бюл.45), включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой на электролитическое отделение с установленными в нем катодами и анодами и сборную ячейку. При этом перегородка выполнена с переточным каналом и с выступом, расположенным ниже входного отделения каналов, обращенным к электролитическому отделению и перекрывающим зазор между анодами и перегородкой.
Недостатком данного электролизера является то, что неполная сепарации хлора в рабочем отделении из-за малой площади пространства в зоне колебания уровня электролита и вынос хлора с расплавом в сборную ячейку. Другим недостатком является зашламление в зоне примыкания выступа V-образного канала к аноду, что приводит к разрушению разделительной перегородки.
Известен электролизер для получения магния (Авт.свид.СССР №999661, опубл.27.02.2000 г., бюл. №6), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой на одно или несколько
электролитических отделений с анодами, введенными снизу через подину ванны, и катодами, введенными через боковые стенки футеровки ванны. Разделительная перегородка выполнена с V-образным переточным каналом. При этом в электролитическом отделении выполнен канал переменного по высоте сечения, образованный разделительной перегородкой и скошенной боковой поверхностью анода, угол наклона которой совпадает с углом наклона нижней грани V-образного канала, смежной с электролитическим отделением, а угол скоса анода по отношению к вертикальной плоскости составляет не менее 45°.
Недостатком данной конструкции электролизера является относительно низкий выход магния по току и низкий выход хлора, а также высокие потери хлора с газами санитарно-технического отсоса. Это происходит из-за того, что геометрические параметры электролизера, например, площадь поперечного сечения V-образного канала и площадь горизонтального сечения межэлектродного пространства не позволяют осуществить выход магния в сборную ячейку и магний продолжает циркулировать в межэлектродном расстоянии, вступает в реакцию с хлором, выделяющимся на аноде.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет подбора оптимального соотношения геометрических параметров площади V-образного поперечного сечения переточного канала и площади горизонтального сечения межэлектродного пространства исключить повторное взаимодействие магния с хлором, это позволяет повысить выход магния и хлора, снизить потери хлора.
Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную ванну, разделенную перегородкой с V-образным переточным каналом на сборную ячейку и электролитическое отделение, в котором
размещены аноды и катоды на определенном межэлектродном пространстве, новым является то, ч т о соотношение площади поперечного сечения V-образного переточного канала перегородки к площади горизонтального сечения межэлектродного пространства равно (0,15-0,25):1.
На фиг.1 показан поперечный разрез электролизер для получения магния и хлора, на фиг.2 - горизонтальный разрез электролизера, на фиг.3 разрез переточного канала перегородки. Электролизер включает футерованную ванну 1, разделенную перегородкой 2 с переточным каналом 3 V-образной формы на электролитическое отделение 4 и сборную ячейку 5. В электролитическом отделении размещены аноды 6, установленные на подине ванны, и катоды 7, установленные в боковой стенке ванны с образованием межэлектродного пространства 8. Аноды выполнены со скошенным торцом 9 с образованием канала 10 между ним и разделительной перегородкой, в нижней части перегородки выполнен переточный канал 11. Электролизер работает следующим образом.
В футерованную ванну 1 загружают расплавленный электролит, содержащий 4-14% масс. хлорида магния. На аноды 6 и катоды 7, размещенные в электролитическом отделении 4 подают постоянный электрический ток. При этом, на катоде 7 выделяется магний, а на аноде 6 - хлор. Хлор, выделившийся на аноде 6, поднимается в межэлектродном пространстве 8 между катодом 7 и анодом 6 совместно с электролитом и магнием. Достигнув поверхности электролита, хлор переходит в газовую фазу и выводится из электролитического отделения 4. Магний вместе с потоком электролита из электролитического отделения 4 выводится через V-образный переточный канал 3 разделительной перегородки 2 в сборную ячейку 5. Но часть электролита не проходит через V-образный переточный канал 3, а проходя через зазор между анодом 6 и разделительной
2
1
перегородкой 2 вновь возвращается в межэлектродное пространство 8 между анодом 6 и катодом 7, образуя внутренний контур циркуляции. При этом магний вступает во взаимодействие с хлором, образуя вновь хлорид магния, что приводит к снижению выхода магния по току. Вместе с потоком электролита и магния через переточный канал 3 в сборную ячейку 5 выносится и часть хлора. Количество магния, вовлекамое во внутренний контур циркуляции, и количество потерь хлора за счет перехода в сборную ячейку 5, зависит от соотношения площади S сечения V-образного переточного канала и площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства.
1
2
Пример 1 расчета соотношения площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства и площади S сечения V-образного переточного канала. Геометрические параметры электролизера:
1
2
- ширина межэлектродного пространства - 7 см, длина -83 см, площадь S горизонтального сечения 581 см,
2
2
- поперечное сечение V-образного канала - 4,0 см, ширина - 20 см, площадь S поперечного сечения 80 см.
2
1
2
2
Соотношение площади S поперечного сечения V-образного переточного канала к площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства составляет 0,138. При площади S поперечного сечения V-образного переточного канала равной 80 см возрастает его гидравлическое сопротивление и вынос магния из электролитического отделения 4 в сборную ячейку 5 будет затруднен. Часть магния вместе с электролитом останется в электролитическом отделении 4 и будет циркулировать по внутреннему контуру циркуляции, что приводит к потерям магния за счет его взаимодействия с хлором. Выход магния по току при работе электролизера с вышеуказанными геометрическими параметрами
не превышает 77%. Потери хлора с газами санитарно-технического отсоса - 10 кг на 1 тонну магния.
1
2
Пример 2 расчета соотношения площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства и площади S сечения V-образного переточного канала. Геометрические параметры электролизера:
1
2
- ширина межэлектродного пространства - 7,0 см, длина - 83,0 см, площадь S горизонтального сечения 581 см,
2
2
1
2
- поперечное сечение V-образного канала - 6,0 см, ширина - 20 см, площадь S поперечного сечения 120 см, Соотношение площади S поперечного сечения V-образного канала к площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства составляет 0,207.
2
1
2
2
При площади S поперечного сечения V-образного переточного канала равной 120 см его гидравлическое сопротивление снижается, вынос магния из электролитического отделения 4 в сборную ячейку 5 будет максимальным, в результате снизиться минимально вовлечение магния во внутренний контур циркуляции в электролитическом отделении 4. За счет оптимальной скорости нисходящего потока в сборной ячейке 5 снижается вынос магния в рабочее отделение через канал 11. Выход магния по току при работе электролизера с вышеуказанными геометрическими параметрами составляет 82-83%. Потери хлора с газами санитарно-технического отсоса незначительно увеличиваются из-за повышения скорости выноса электролита и составляют 15 кг на 1 тонну магния. Пример 3 расчета соотношения площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства и площади S сечения V-образного переточного канала. Геометрические параметры электролизера:
1
2
-ширина межэлектродного пространства - 7 см, длина -83 см, площадь S горизонтального сечения 581 см,
2
2
-поперечное сечение V-образного канала - 8,0 см, ширина - 20 см, площадь S поперечного сечения 160 см,
2
1
Соотношение площади S поперечного сечения V-образного переточного канала к площади S горизонтального сечения межэлектродного пространства составляет 0,275.
2
Увеличение площади S поперечного сечения V-образного переточного канала снизит его гидравлическое сопротивление, при этом электролит будет выносится с большой скоростью вместе с магнием и неотделившимся хлором из электролитического отделения 4 в сборную ячейку 5 Высокая скорость выхода электролита с магнием через V-образный переточный канал 3 в сборную ячейку 5 не позволит магнию полностью всплыть на поверхность электролита в сборной ячейке 5 и часть магния вместе с циркуляционным потоком электролита вынесется через нижний переточный канал 11 перегородки 2 в электролитическое отделение 4 и будет циркулировать по внутреннему контуру циркуляции, что приведет к потерям магния за счет его взаимодействия с хлором. Выход магния по току при работе электролизера с вышеуказанными геометрическими параметрами не превышает 78-79%. Потери хлора с газами санитарно-технического отсоса - 90-100 кг на 1 тонну магния.
Таким образом, выбор оптимального соотношения площадей поперечного сечения V-образного канала и горизонтального сечения межэлектродного пространства позволяет повысить выход магния по току на 3-4%, и снизить потери хлора на 80-90 кг на 1 тонну магния.