ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА С НИЖНИМ ВВОДОМ АНОДОВ
BOTTOM-ANODE ELECTROLYTIC FURNACE FOR PRODUCTION OF MAGNESIUM AND CHLORINE

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройству для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.
Наиболее близкий к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является бездиафрагменный электролизер для получения магния - прототип (И.И.Иванов, М.В.Ляндлес, О.В.Прокофьев. Производство магния. - М.: Металлургия, 1979, с.159). Электролизер включает два рабочих отделения, в которых находятся аноды и катоды, одну сборную ячейку, расположенную между ними вдоль продольной оси электролизера.
Недостатком данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что циркуляционные потоки электролита, выносимые из окон разделительных перегородок и проходящие через сборную ячейку к подине, с большой скоростью возвращаются в рабочие отделения, захватывая с собой мелкие капли магния, которые частично увлекаются в шлам или взаимодействуют с хлором, выделяющимся на аноде. Кроме того, придонные слои электролита перемещают частицы шлама из сборной ячейки в рабочие отделения, взмучивая их, что усиливает пассивацию катодов и приводит к снижению показателей работы электролизера. Чем выше скорость движения придонных слоев электролита, тем дальше от сборной ячейки формируется область накапливания шлама, что затрудняет процесс его удаления. При накоплении шлама на подине рабочих отделений образуются солевые настыли и появляются утечки тока через шлам, содержащий магний, что существенно снижает выход магния по току.
Задачей изобретения является создание благоприятных гидродинамических условий для сепарации магния в сборной ячейке, организации места накапливания основной массы шлама на подине сборной ячейки, с сокращением заноса шламовых частиц в рабочие отделения, улучшение условий качественного удаления шлама из электролизера, исключающего пассивацию катодов примесями, что отрицательно сказывается на выходе магния по току.
Технический результат направлен на повышение выхода магния по току, улучшение условий труда электролизников.
Данная задача решается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора с нижним вводом анодов, содержащий футерованный кожух, разделенный на сборную ячейку и рабочие отделения перегородками с верхними и нижними циркуляционными окнами, и аноды и катоды, размещенные в рабочих отделениях, а подины в рабочих отделениях и в сборной ячейке электролизера выполнены на двух горизонтальных уровнях, при этом уровень подины в сборной ячейке размещен ниже уровня подины в рабочих отделениях электролизера и составляет 0,1-0,6 расстояния между нижними торцами катодов и подиной в рабочем отделении.
Данная конструкция электролизера позволяет значительно скорректировать направление и скорость циркуляционного потока электролита в сборной ячейке, создав оптимальные условия для полной сепарации магния от него, организовать благоприятные гидродинамические условия для максимального накопления шлама на подине сборной ячейки, сократить взмучивание шламовых частиц в рабочих отделениях, снизить пассивацию катодов. Эти факторы позволяют обеспечить повышение выхода магния по току.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».
Электролизер для получения магния и хлора изображен на чертеже. Электролизер содержит кожух 1, огнеупорную футеровку 2, разделительную перегородку 3 с верхними 4 и нижними 5 циркуляционными окнами, сборную ячейку 6 и рабочие отделения 7, в которых размещены аноды 8 и катоды 9. Подина электролизера 10 выполнена на двух горизонтальных уровнях.
Электролизер работает следующим образом.
В электролизер заливают расплав хлористых солей, подают электрический ток к электродам. При прохождении электрического тока на анодных поверхностях выделяется газообразный хлор, а на катодных - жидкий магний.
Пузырьки хлора и капли магния вместе с электролитом поднимаются вверх между рабочими поверхностями электродов. Хлор сепарируется от электролита в рабочем отделении, а электролит с магнием через верхние циркуляционные окна в разделительной перегородке выносится в сборную ячейку, где происходит отделение металла от основного циркулирующего потока электролита. Этот поток электролита через нижние циркуляционные окна возвращается в рабочее отделение электролизера.
По результатам крупно-лабораторных газогидродинамических испытаний на водной модели электролизера и исследований на опытно-промышленных электролизерах установлено, что применение подины электролизера на двух уровнях обеспечивает изменение вектора и величины скорости движения циркуляционного потока электролита в сборной ячейке по высоте нижних циркуляционных окон разделительной перегородки. Это способствует улучшению условий сепарации металла, увеличению оседающей на подину сборной ячейки шламовой массы, снижению скоростей входящих в рабочее пространство потоков электролита. Количество уносимых в рабочее отделение шламовых частиц значительно снижается, а область накапливания шлама существенно приближается к сборной ячейке. Это позволяет производить выборку шлама с минимальным его взмучиванием и при минимальной пассивации катодов.
Размещение нижнего уровня подины в сборной ячейке по отношению к верхнему уровню подины в рабочих отделениях менее 0,1 расстояния между нижними торцами катодов и подиной в рабочем отделении неэффективно, т.к. малый перепад уровней не оказывает существенного влияния на циркуляционные потоки.
При разности уровней подины в сборной ячейке и рабочих отделениях более 0,6 расстояния между нижними торцами катодов и подиной в рабочем отделении происходит сбой направленного в рабочее отделение циркуляционного потока с организацией замкнутых вихревых контуров, которые взмучивают шлам в сборной ячейке, способствуют его уносу вместе с мелкими каплями магния в рабочее отделение.
В обоих случаях наблюдается понижение выхода магния по току.
Предложенная конструкция электролизера, а конкретно - конструкция подины электролизера создает благоприятную гидродинамическую обстановку в сборной ячейке, улучшающую сепарацию магния и накапливание шлама на ее заглубленной подине, что положительно отражается на выходе магния по току.