ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
ELECTROLYTIC CELL

Изобретение может быть использовано в металлургии для получения металлов в жидком виде электролизом в расплавах солей при условии, что плотность целевого металла меньше плотности электролита.
Известен электролизер, который служит для выполнения поставленной задачи см. Ю.В.Баймаков, М.М.Ветюков. Электролиз расплавленных солей, М., 1966, с.344. Он содержит ванну с указателем уровня расплава и катод с токоподводом, установленный с возможностью перемещения его по высоте электролизера. Корпус-ванна выполнен из высокоглиноземистого кирпича. Катод имеет форму диска. Анодом является жидкий сплав, содержащий целевой металл, например, магний. Выделяющийся в процессе электролиза целевой металл всплывает вверх на поверхность электролита и собирается на ней до заданного количества, после чего извлекается из электролизера с помощью вакуум-ковша.
Благодаря подвижности катода в этом электролизере есть возможность поддержания постоянного расстояния между электродами независимо от уровня анодного сплава. Это исключает перегрев электролизера при увеличении межполюсного расстояния.
Однако этот аппарат имеет ряд существенных недостатков.
Поскольку в таком аппарате технологические продукты располагаются послойно анодный сплав, электролит, катодный металл, то при выполнении ванны из электропроводного материала произойдет короткое замыкание анода с катодом. Если же ванна изготавливается из керамических материалов, то при получении некоторых металлов, обладающих сильными восстановительными свойствами, например, кальция, происходит сильное разрушение керамики этим металлом, приводящее к частым остановкам электролизера на ремонт. В результате уменьшается среднегодовая производительность аппарата. Кроме того, продукты разрушения керамики попадают в целевой металл, снижая его качество.
При пропускании тока электролиза выделившийся на погруженных в электролит поверхностях емкости катодный металл всплывает вверх и собирается вокруг катода в виде отдельной "лужи", центр которой совпадает с центром катода. По мере накопления металла толщина его и занимаемая им площадь увеличиваются. Максимальная высота выступающей над поверхностью электролита части целевого металла находится в месте контакта его с катодом.
Через некоторое время наступает момент, когда уровень получаемого металла достигает открытого края емкости и продолжающий поступать металл переливается вовнутрь катода-емкости. При этом наружные границы "лужи" не достигают стенки ванны.
Однако у описанного электролизера имеются недостатки.
Та часть целевого металла, которая выделяется на данной поверхности катода при всплытии, может попасть на стенку ванны, а не на катод, что уменьшит выход по току.
Кроме того, металл, плавающий вокруг катода, вращается в горизонтальной плоскости. В результате может произойти обрыв части целевого металла, что также уменьшает выход по току.
И, наконец, поскольку высота выступающей над поверхностью электролита части целевого металла не превышает 10-15 мм, необходимо очень точно фиксировать верхний открытый край катода-емкости относительно уровня электролита. Существует также возможность попадания в емкость наряду с целевым металлом и какого-то количества электролита, что снижает качество продукта.
Целью настоящего изобретения является повышение выхода продукта и его качества.
Для достижения поставленной цели в известном электролизере для получения металлов в жидком виде электролизом в расплавах солей, содержащем ванну, изготовленную из стали, указатель уровня электролита и перемещающийся по высоте ванны катод, выполненный в виде емкости, верхний открытый край которой расположен выше указателя уровня электролита, катод снабжен вертикальными выпуклыми лопастями, радиально установленными по наружному периметру катода, причем один край лопасти установлен выше, а другой ниже указателя уровня электролита, а вогнутое дно емкости снабжено патрубком, выступающим в ее полость.
На фиг.1 изображен общий вид электролизера в разрезе, на фиг.2 представлен катод в разрезе, а на фиг.3 показано сечение А-А по катоду.
Электролизер содержит ванну 1, выполненную из стали и крышку 2, через которую пропущен токоподвод 3 к катоду. Последний выполнен в виде емкости 4, верхний открытый край которой 5 расположен выше указателя 6 уровня электролита. Емкость 4 снабжена вертикальными выпуклыми лопастями 7, радиально расположенными по наружному периметру емкости, причем верхний край 8 лопасти 7 установлен выше указателя 6 уровня электролита, а нижний край 9 - ниже. Вогнутое дно 10 емкости 4 снабжено патрубком 11, выступающим в полость 12.
В поперечном сечении катода (фиг.3) лопасти 7 имеют выпуклую форму и выпуклость направлена по часовой стрелке, если смотреть по направлению "катод-анод".
В нижней части ванны 1 находится анодный сплав 13, а сама ванна заключена в теплоизолирующую футеровку 14.
Через крышку 2 в полость 12 введена трубка 15, которая служит для извлечения целевого металла.
Работает электролизер следующим образом.
При пропускании тока электролиза целевой металл выделяется на катоде и собирается вокруг него в виде плавающей на поверхности электролита "лужи" жидкого металла, центр которой совпадает с центром катода.
Имеющиеся по периметру катода-емкости лопасти способствуют увеличению толщины слоя целевого металла и уменьшению потерь последнего, что повышает выход продукта и упрощает технологию установки верхнего открытого края емкости относительно уровня электролита. Кроме того, исключаются потери целевого металла, выделяющегося на донной части катода-емкости, благодаря вогнутости дна и наличию в ней патрубка, что также уменьшает потери продукта.
Из литературных данных авторам не известны признаки, сходные с признаками заявляемого решения, таким образом, решение обладает существенными отличиями.
Пример 1.
2
2
В герметичном электролизере с ванной из стали Ст.3 в инертной атмосфере гелия наплавлялся электролит, состоящий из хлорида кальция. В качестве анода использовался медно-кальциевый сплав, содержащий 63 мас.% кальция. Катод выполнен в виде емкости, верхний открытый край которой располагался на 10-15 мм выше уровня электролита. Электролиз вели при температуре 850-860°C. Катодная плотность тока составляла 5 А/см, анодная - 1 А/см. Электролиз вели 10 часов. Получен кальций с выходом по току 82%. Чистота полученного кальция по примесям удовлетворяет техническим условиям на этот металл.
Пример 2.
В герметичном электролизере с ванной из стали Ст.3 в инертной атмосфере гелия проводился процесс электрорафинирования кальция. Анодом служил медно-кальциевый сплав с содержанием кальция 63 мас.%. Электролитом служил расплавленный хлорид кальция. Катод выполнен в виде емкости, по своему наружному периметру снабженной вертикальными выпуклыми лопастями, расположенными радиально. Верхний открытый край емкости расположен на 10-25 мм выше уровня электролита, а лопасти погружены в электролит на половину своей высоты. Кроме того, дно емкости изготовлено вогнутым и снабжено патрубком, выступающим в ее полость, причем верхний конец патрубка установлен на 15-30 мм выше уровня электролита.
2
2
Электролиз вели при температуре 850-860°C. Катодная плотность тока составляла 5 А/см, анодная - 1 А/см. Процесс вели 10 часов. Получен кальций, по содержанию примесей удовлетворяющий техническим условиям на этот металл. Выход по току составил 89%.
Заявляемое изобретение позволяет на 6-7% повысить выход продукта по сравнению с прототипом благодаря значительному уменьшению потерь целевого металла в процессе электролиза.
Кроме того, упрощается технология установки верхнего открытого края катода емкости относительно уровня электролита.