ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТИЯ
ELECTROLYTIC CELL FOR RECEIVING OF LITHIUM

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения щелочных металлов электролизом расплавленных солей, в частности в промышленном производстве лития.
Известен электролизер для производства щелочного металла (лития) методом электролиза расплавленных солей (патент США №4092228, С 3/02, 1978), содержащий металлический корпус, выполненный герметичным со всеми узлами, катоды, средство для сбора и транспортировки лития внутри корпуса, выполненное в виде лотка, отводной патрубок со сборником лития, приемник (накопитель) с атмосферой защитного газа, аноды и устройство для удаления анодных газов.
Однако конструкция данного электролизера имеет существенные недостатки. Содержание влаги в хлориде лития, используемом в процессе электролиза, составляет 0,1-0,5 вес.%, так как хлорид лития очень гигроскопичен, что при равномерной загрузке хлорида лития в электролизер приводит к выделению на катодах от 1,6 до 8 л/ч водорода на 1 кА (1000А) токовой нагрузки. Кроме того, под лоток кроме лития и водорода, выделяющихся на катоде, попадает значительное количество хлора, что может привести к образованию взрывоопасной газовой смеси в сборнике, а следовательно, требует интенсивной продувки сборника аргоном. В результате интенсивной продувки сборника аргоном происходит загрязнение лития кислородом и азотом, содержащимися в аргоне, а также при взаимодействии лития с газообразным хлором в сборнике образуется хлорид лития, который вместе с литием попадает в изложницы, ухудшая качество товарного лития.
Наиболее близким по существенным признакам и достигаемому результату к заявляемому является электролизер для получения лития по патенту РФ №2135642 МПК С25С 3/02, 7/00, 1997 г. - прототип, содержащий охлаждаемый металлический корпус, выполненный герметичным со всеми узлами, катоды, снабженные газоотделителем и оборудованные системой лотков для сбора и транспортировки лития внутри корпуса с патрубком, введенным соосно в патрубок сборника, крышку с установленными в ней анодами, сборник и накопитель, расположенные вне корпуса, регулятор перепада давления.
Электролизер по патенту РФ №2135642 имеет, хотя и в меньшей степени, те же недостатки, что и электролизер по патенту США №4092228. Перечисленные недостатки данных электролизеров не позволяют получать металлический литий батарейного сорта, используемый для производства литиевой фольги, без дополнительной очистки (рафинирования). Кроме того, конструкция обоих электролизеров не обеспечивает предотвращения образования взрывоопасной газовой смеси в процессе их эксплуатации.
Технической задачей изобретения является повышение безопасности работы электролизера и качества получаемого лития.
Поставленная техническая задача решается тем, что в электролизере для получения лития, содержащем охлаждаемый металлический корпус, катоды, крышку с установленными в ней анодами, устройство сбора и транспортировки лития, согласно изобретению устройство сбора и транспортировки лития закреплено на крышке корпуса электролизера при помощи подвески и включает в себя корпус сборного устройства с закрепленным в нем осевым насосом, приемную воронку с опускной трубой, соединенную с кессоном для сбора лития, шток с запорным устройством, расположенный на крышке электролизера, и снабжено штурвалом высоты с винтовым штоком.
Приемная воронка и кессон размещены в электролизере под слоем расплавленного электролита.
В верхней части кессона расположен патрубок сброса газовой фазы, содержащий запорный клапан шаровой или конической формы. Запорное устройство клапана расположено в нижней части металлического штока, верхняя часть которого выведена за пределы корпуса электролизера.
Регулирование забора лития в электролизере производится путем опускания (поднимания) приемной воронки с опускной трубой несколько ниже уровня электролита, на поверхности которого находится расплавленный литий. Подъем (опускание) корпуса устройства сбора лития с закрепленным в нем осевым насосом, приемной воронки с опускной трубой и кессона производится штурвалом высоты за счет вращения винтового штока.
На валу осевого насоса расположено рабочее колесо, которое также находится в расплавленном электролите.
Кессон (сборник) соединен трубопроводом, содержащим вентиль, с накопительной камерой, заполненной аргоном и расположенной вне корпуса электролизера.
Данная конструкция электролизера позволяет исключить накопление водорода и хлора в кессоне и не требует его продувки аргоном. Соответственно, в накопительной камере водород и хлор также отсутствуют, поэтому для обеспечения высокого качества лития необходимо лишь создать в накопительной камере защитную атмосферу. При такой конструкции электролизера нет необходимости в интенсивной продувке аргоном накопительной камеры.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На чертеже представлен электролизер для получения лития.
Электролизер имеет охлаждаемый корпус 1 с расположенными в нем катодами 2, крышку 3 с установленными в ней анодами 4, устройство для сбора лития, включающее в себя корпус 5 сборного устройства, осевой насос 6, приемную воронку с опускной трубой 7, соединенную с кессоном 8, который, в свою очередь, соединен трубопроводом 9 с накопительной камерой 10, расположенной вне корпуса электролизера. В накопительной камере 10 находится емкость 11. Трубопровод 9 содержит вентиль 12. В верхней части кессона 8 расположен патрубок 13 с клапаном для сброса газовой фазы. Клапан патрубка 13 сброса газовой фазы открывается и закрывается запорным устройством, находящимся в нижней части штока 14. Корпус 5 сборного устройства закреплен на крышке электролизера 3 при помощи винтового штока 15 и подвески 16. Верхняя часть винтового штока 15 соединена со штурвалом высоты 17.
Электролизер работает следующим образом.
Пуск электролизера осуществляется заливкой в него расплавленного электролита или расплавлением загруженных солей за счет пропускания переменного или постоянного тока через перемычки, установленные между электродами. После наплавления солей и доведения уровня электролита на 10±5 мм выше приемной воронки перемычки удаляются, и на электроды 2, 3 подается постоянный ток. Выделяющийся на катодах литий всплывает на поверхность электролита, а выделившийся на анодах хлор удаляется через газоход (на чертеже не показан) в систему удаления анодных газов за счет разряжения, создаваемого вентилятором. Осевой насос 6 включается при появлении на поверхности электролита расплавленного лития, при этом клапан патрубка 13 сброса газовой фазы остается открытым, а вентиль 12 закрытым. При включении осевого насоса 6 смесь жидкого электролита и расплавленного лития с верхнего уровня закачивается рабочим колесом осевого насоса 6 вниз в кессон 8, литий всплывает и накапливается в кессоне 8, вытесняя из него через открытый клапан патрубка 13 анодные газы, которые могут частично захватываться электролитом с его поверхности при работе осевого насоса 6. Всплывание лития через патрубок 13 означает, что газовой фазы над поверхностью лития в кессоне 8 не осталось, и при помощи штока 14 запорным устройством, находящимся на конце штока, клапан патрубка 13 закрывается, что приводит к прекращению всплывания лития через патрубок 14. После заполнения кессона 8, трубопровода 9 расплавленным литием осевой насос 6 отключается, открывается вентиль 12, и литий под действием выталкивающей силы электролита наполняет емкость 11, находящуюся внутри накопительной камеры 10. После заполнения емкости 11 вентиль 12 закрывается, а запорный клапан патрубка 13 открывается. Через систему шлюзов литий направляется из емкости 11 накопительной камеры 10 на последующие операции разливки в изложницы, охлаждения и кристаллизации. Перед сбором расплавленного лития в приемную камеру 10 в ней создается защитная атмосфера за счет продувки и заполнения аргоном.
Регулирование забора лития в электролизере производится путем опускания (поднимания) приемной воронки с опускной трубой 8 на 10±5 мм ниже уровня электролита, на поверхности которого находится расплавленный литий. Подъем (опускание) приемной воронки с опускной трубой 7 и кессона 8 производится штурвалом высоты 17 за счет вращения винтового штока 15.
Использование изобретения позволяет повысить безопасность работы электролизера, улучшить качество лития и получать литий батарейного сорта без дополнительной очистки (рафинирования).