ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ЖИДКОМ ВИДЕ
ELECTROLYTIC CELL FOR MAKING LIQUID METALS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкции электролизера, применяемого для получения металлов из расплавов солей по трехслойному методу.
При рафинировании металлов, например, алюминия или магния, электролизом в расплавах солей по трехслойному методу в промышленности используются ванны из керамических материалов. Однако в электролизерах, содержащих химически активные металлы, эти материалы, вследствие их быстрого разрушения, не приемлемы. В случае использования металлических ванн возможно короткое замыкание анода с катодом.
Одним из методов исключения короткого замыкания электродов является своевременное удаление целевого металла из электролизера, не допуская его контакта с металлической стенкой ванны. Однако толщина плавающей на поверхности электролита "лужи" металла невелика (10-20 мм) и удаление его без захвата электролита практически невозможно.
Поэтому представляется целесообразным получаемый жидкий металл предварительно накапливать до заданного количества в сборнике, в качестве которого может быть использован катод, выполненный в виде емкости. Из этой емкости металл можно удалять периодически. Однако задача по передаче жидкого металла с поверхности электролита в емкость, исключая при этом попадание в нее электролита, сама по себе представляет большую сложность.
Из известных конструкций электролизера для получения металлов в жидком виде в расплавах солей наиболее близким по технической сущности является электролизер по авторскому свидетельству СССР №1840842, кл. C25C, 1986 г. Он содержит металлическую ванну с указателем уровня электролита, анод и катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый торец которого установлен выше указателя уровня электролита. Катод-емкость снабжен радиально расположенными по его периметру лопастями, а дно емкости выполнено с патрубком, выступающим в ее полость. Лопасти препятствуют вращению "лужи" и способствуют некоторому увеличению расстояния от верхнего торца емкости до поверхности электролита. Однако эта величина все же невелика, и каждый раз при изменении уровня электролита требуется тщательная установка катода-емкости по высоте электролизера. А уровень электролита по мере выработки анодного сплава постоянно падает и для поддержания межэлектродного расстояния необходимо многократное перемещение катода вниз.
Таким образом, одним из существенных недостатков известного электролизера является сложность его обслуживания, связанная с практическим определением с большой точностью глубины погружения катода-емкости в электролит.
Другой недостаток заключается в следующем. Выделившийся на поверхности катода жидкий металл всплывает на поверхность электролита и образовавшаяся "лужа" металла увеличивает площадь катода, следовательно, уменьшается плотность тока. Это приводит к снижению выхода по току, а следовательно, к падению производительности электролизера.
Целью настоящего изобретения является повышение производительности электролизера и упрощение его обслуживания.
Поставленная цель достигается тем, что в известном электролизере для получения металлов в жидком виде из расплавов солей, содержащем металлическую ванну, указатель уровня металла, анод и катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый торец которой установлен выше указателя уровня металла, а снаружи и изнутри емкости выполнен канал для самопроизвольного прохождения целевого металла, причем конец канала, находящийся снаружи емкости, расположен в пределах указателя уровня металла или несколько ниже него, а другой конец канала - ниже первого.
На прилагаемых чертежах показаны общий вид электролизера в разрезе, узлы катода в различных конструктивных положениях и необходимость сечения этих узлов.
Электролизер содержит корпус 1 (см. фиг.1), металлическую ванну 2, указатель уровня металла 3, анод (жидкий сплав) 4, катод, выполненный в виде емкости 5, верхний открытый торец которой установлен выше указателя 3. Снаружи и изнутри емкости 5 выполнен канал 6 для прохождения целевого металла, причем конец 7 этого канала, находящийся снаружи емкости 5, расположен несколько ниже указателя уровня металла 3, а другой его конец 8 - ниже первого.
Канал 6 конструктивно может быть выполнен по-разному. Согласно фиг.2, он образован стенкой емкости 5 и надетым на нее с зазором необходимой величины кожухом 9, который состоит из двух обечаек 10 и 11, соединенных между собой одними концами.
На фиг.3 показан канал, представляющий собой сетку 12, в частности из металла, прилегающую к поверхности емкости с зазором или без него.
В исполнении по фиг.4 и 5 канал 6 образован продольными пазами, выполненными в стенке емкости как снаружи, так и изнутри. Возможность самопроизвольного прохождения металла по каналу определяется размерами последнего, физико-химическими свойствами жидкого металла и материалами, с которыми контактирует целевой металл.
Из литературных данных авторам не известна заявляемая совокупность отличительных признаков, следовательно, изобретение соответствует критерию "существенные отличия".
Работает электролизер следующим образом. При включении тока электролиза целевой металл из анодного сплава 4 электрохимическим путем переходит на катод и в жидком виде всплывает по стенке емкости 5 и, попав в канал 6, за счет капиллярных сил сначала поднимается вверх, затем перемещается вниз по каналу - сливается в емкость 5. Слив металла происходит благодаря тому, что конец 8 канала 6 расположен ниже его конца 7.
После накопления заданного количества целевой металл 14 удаляется из емкости 5 известными способами, например, перекачивается по трубе 15.
Высота подъема анодного металла по каналу зависит от таких факторов, как материал емкости, кожуха и сетки, смачиваемость этих материалов целевым металлом, размеры канала и др.
От величины этой высоты зависит величина выступающей из электролита 13 части емкости 5, которая должна быть не больше первой.
Пропускная способность канала взята больше скорости выделения металла.
Предложенный электролизер в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества:
1. Поскольку получаемый металл сразу удаляется по каналу, не происходит образования "лужи" металла и, следовательно, уменьшения катодной плотности тока. Поэтому сохраняется первоначально высокий выход по току.
2. Значительно упрощается обслуживание электролизера. Это связано с тем, что в предложенном электролизере высота подъема целевого металла по стенке емкости достаточно велика и нет необходимости в большой точности фиксации открытого торца емкости относительно уровня электролита.
По изобретению изготовлен опытный образец электролизера с токовой нагрузкой 3,5 кА, который успешно испытан.
Испытания показали принципиальную возможность реализации заявляемого электролизера с хорошими технологическими показателями.