ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к области получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.
Известен электролизер для получения магния и хлора (кн. Производство магния. Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. - М. Металлургия, 1979, стр.155), включающий емкость, футерованную огнеупорным и теплоизоляционным материалом и разделенную перегородкой на сборную ячейку и одно или несколько электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды. Перекрытия устанавливают на продольные и на торцевые стенки электролитических отделений электролизера. В перекрытиях выполнены проемы для установки анодов. Проемы изготовлены шире толщины анодных брусьев, клиновые зазоры (проемы) со всех сторон анодных блоков составляют 20-25 мм, которые плотно заполняют асбестовым шнуром и засыпают сверху порошком.
Недостаток данной конструкции заключается в том, что при эксплуатации электролизера асбестовый шнур и порошок в клиновых зазорах быстро выходят из строя за счет температурного расширения анодных блоков и перекрытия. В результате разрушения через клиновые зазоры начинает поступать воздух в электролитические отделения, который разбавляет анодный хлор-газ, а при прохождении через зазоры вызывает окисление анодов. Все это приводит к снижению срока службы анодов и соответственно всего электролизера, к снижению концентрации анодного хлора.
Известен электролизер для получения магния и хлора (Авт. свид. №600213, опубл. 30.03.1978, бюл.12), включающий емкость, футерованную огнеупорным и теплоизоляционным материалом и разделенную перегородкой на сборную ячейку и одно или несколько электролитических отделений, в которых через боковую стенку емкости установлены катоды и сверху через перекрытие аноды. Между анодами и перекрытием размещают асбестовый шнур и засыпают пространство между анодами и перекрытием сыпучим веществом, например фтористым кальцием, после пуска электролизера на сыпучий материал заливают расплавленный материал с температурой плавления 300-450 градусов Цельсия. Это позволяет ликвидировать подсосы воздуха через уплотнения между анодом и перекрытием, и вследствие этого, уменьшить окисление графитового анода и повысить срок службы анодов, все это приводит к снижению расхода графита, электроэнергии и трудозатрат при производстве магния.
Недостаток данной конструкции заключается также в ненадежности конструкции перекрытия с установленными в нем анодами. Кроме того, при эксплуатации электролизера огнеупорный материал в клиновых зазорах быстро выходит из строя за счет температурного расширения анодов и перекрытия. В результате разрушения через клиновые зазоры начинает поступать воздух в электролитические отделения, который разбавляет анодный хлор-газ, а при прохождении через зазоры вызывает окисление анодов. Все это приводит к снижению срока службы анодов и соответственно всего электролизера, к снижению концентрации анодного хлора.
Известен электролизер для получения магния и хлора (Авт. свид. СССР №259397, лрубл. 12.12.1969, бюл.2 за 1970 г.), включающий емкость, футерованную огнеупорным и теплоизоляционным материалом и разделенную перегородкой на сборную ячейку и одно или несколько электролитических отделений, в которых размещены через футеровку боковой стенки емкости катоды и сверху через перекрытие анодные блоки, выполненные из графитовых брусьев. Отдельно каждый анодный блок по всему периметру заливают жароупорным малопористым бетоном, а между отдельными анодными брусьями блока выполняют отдельные сквозные пазы, которые также заполняют жаропрочным бетоном. Это дает возможность сократить подсос воздуха через анод в электролизер, удлинить срок службы электролизера, уменьшить расход графита и электроэнергии и уменьшить затраты на ремонт.
Недостатком данного электролизера является низкий срок службы анодов и низкая концентрация анодного хлора, так как не удается достичь полной герметизации электролизера из-за различного теплового расширения графитовых анодов и бетона. В результате разрушения в месте соединения перекрытия с анодными блоками в электролитические отделения начинает поступать воздух, который разбавляет анодный хлор-газ, а при прохождении через зазоры вызывает окисление анодов.
Известен электролизер для получения магния и хлора (авт. свид. СССР №293868, опубл. 26.01.1971, бюл.6), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий емкость, футерованную огнеупорным материалом и разделенную перегородкой на сборную ячейку и одно или несколько электролитических отделений, в которых через боковую стенку емкости установлены катоды и сверху через перекрытие графитовые аноды. Графитовый анод в верхней части залит жароупорным бетоном вместе с токоподводом, например чугунной заливкой, и представляет собой отдельный блок. Возможна заливка в один блок нескольких анодов. Установленные анодные блоки образуют анодное перекрытие. Стыки (проемы) между анодными блоками заделывают жароупорной замазкой. Анодные блоки опираются на перегородку и футеровку. С целью уменьшения теплопотерь анодные блоки сверху засыпают теплоизоляционным материалом и слоем теплоизоляции и закрывают съемными плитами. За счет этого снижаются теплопотери, что уменьшает расход электроэнергии и улучшает условия обслуживания электролизера. При смене блока происходит непрерывное обновление перекрытия, что увеличивает срок службы электролизера.
Недостатком данного электролизера является то, что анодное перекрытие захватывает и чугунную заливку, что приводит к повышенной теплоизоляции и к увеличению температуры графита до 400-500°С. Это приводит к разрушению графита, к снижению срока его службы и к повышенному расходу графитового материала. Кроме того, теплоизоляция анодного блока снизит теплоотдачу, это приведет к понижению токовой нагрузки на электролизер и к снижению его производительности. Данная конструкция не нашла применения в промышленной практике производства магния и хлора.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет создания герметичного крепления огнеупорного материала на рифленой поверхности анодного блока исключить подсос воздуха в месте примыкания графита и огнеупорного материала, за счет этого повысить срок службы анодных блоков, уменьшить расход графита и повысить концентрацию анодного хлоргаза.
Технический результат достигается тем, что предложен электролизер для получения магния и хлора, включающий футерованную огнеупорным материалом емкость, разделенную перегородкой на сборную ячейку и на одно или несколько электролитических отделений, в которых установлены катоды и через перекрытие графитовые анодные блоки, верхние части которых залиты огнеупорным материалом с образованием съемных огнеупорных блоков, образующих перекрытие с проемами, заполненными огнеупорным материалом, новым является то, что анодный блок по периметру выполнен с рифленой поверхностью на высоту, равную 0,05-0,11 высоты анодного блока, по высоте рифленой поверхности анодного блока установлен огнеупорный материал с образованием съемных огнеупорных блоков со скосами по сторонам, а проемы в перекрытии выполнены V-образной формы.
Кроме того, рифленая поверхность на анодном блоке выполнена на расстоянии 0,13-0,18 от верха анодного блока.
Кроме того, угол скоса блока съемного перекрытия равен 4-10° от вертикали.
Кроме того, в качестве огнеупорного материала использована смесь жидкого стекла и шамотной крошки.
Кроме того, в качестве огнеупорного материала использован молотый фторид кальция.
Выполнение рифленой поверхности по периметру анодного блока и размещение по высоте, равной 0,05-0,11 высоты анодного блока, огнеупорного материала позволяет получить более прочное и герметичное соединение огнеупорного материала и графита и тем самым исключить между ними образование зазоров и трещин при дальнейшей эксплуатации электролизера, что значительно снижает подсос воздуха в электролитическое отделение электролизера. Это позволит снизить окисление графита и повысить концентрацию хлора до 95-98%.
Выполнение рифленой поверхности по периметру анодного блока на расстоянии 0,13-0,18 от верха анода и размещение на ней огнеупорного материала является оптимальной величиной и позволяет создать прочное крепление анодного блока на графитовых анодах. Менее 0,13 - температура верхней части анода повыситься за счет меньшей площади его охлаждения, что приведет к окислению анодного блока и увеличению расхода графита, а большее 0,18 - потребуется увеличить длину анодного блока, что привет к повышению расхода графита.
Выполнение проемов V-образной формы между блоками, стенкой и перегородкой за счет скосов стенок съемных блоков из огнеупорного материала, с углом, равным 4-10° от вертикали, позволяет качественно герметизировать проем, что позволяет уменьшить подсос воздуха и снизить окисление графита.
Использование в качестве огнеупорного материала молотого фторида кальция или смеси жидкого стекла и шамотной крошки позволяет более прочно герметизировать проемы между блоками перекрытия и тем самым уменьшить подсос воздуха и снизить окисление графита.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном электролизере для получения магния и хлора. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
На фиг 1 показан поперечный разрез электролизера, на фиг 2 - продольный разрез, на фиг.3 - общий вид съемного анодного блока с поясом из огнеупорного материала, на фиг.4 - поперечный разрез анодного блока. Электролизер состоит из емкости 1, перегородки 2, сборной ячейки 3, электролитического отделения 4, катода 5, анодного блока 6 с рифленой поверхностью 7, съемного блока 8 из огнеупорного материала со скосом 9, перекрытия 10 с проемом 11 V-образной формы между съемными блоками и проемом 12 V-образной формы между стенкой и перегородкой, огнеупорный материал 13.
Электролизер для получения магния и хлора работает следующим образом.
Предварительно изготавливают анодные блоки 6 из четырех графитовых брусьев путем склеивания и на расстоянии 0,15 от его верха по периметру на высоту 0,06 высоты анодного блока 6 выполняют с помощью резца рифленые поверхности 7. На рифленые поверхности 7 заливают огнеупорный материал, например, керамобетон, и формируют съемные блоки 8 со скосами 9 по бокам под углом 6° к вертикали. Съемные блоки 8 устанавливают на стенку емкости 1 и на перегородку 2 с образованием перекрытия 10 с проемами 11 V-образной формы между съемными блоками 8 и с проемами 12 между блоками 8 и стенкой емкости 1 и между блоком 8 и перегородкой 2. В проемы 11 и 12 устанавливают огнеупорный материал 13.
Пример 1. Проемы 11 и 12 заполняют огнеупорным материалом 13, например смесью жидкого стекла и шамотной крошки. В боковую стенку емкости 1 устанавливают катоды 5 и начинают подготовку к процессу электролиза. Для этого загружают в сборную ячейку 3 из ковша расплавленный электролит с содержанием хлорида магния 10 масс.%, включают токовую нагрузку и разогревают электролизер до температуры 675+5 градусов Цельсия. Расплавленный электролит через нижний переточный канал перегородки 2 поступает в электролитическое отделение 4 в котором под воздействием электрического тока хлорид магния, входящий в состав расплавленного электролита, разлагается на металлический магний и хлор. Магний, выделяясь на катоде 5, всплывает на поверхность электролита в электролитическом отделении 3, и циркуляционным потоком выносится через верхний переточный канал разделительной перегородки 2 в сборную ячейку 3. Хлор, выделяясь на анодном блоке 6, переходит из электролита в газовую фазу, и затем его отводят через систему отсоса хлора под воздействием разряжения 50 П.
Пример 2. Проемы 11 и 12 заполняют огнеупорным материалом 13, например, молотым фторидом кальция. В боковую стенку емкости 1 устанавливают катоды 5 и начинают подготовку к процессу электролиза. Для этого загружают в сборную ячейку 3 из ковша расплавленный электролит с содержанием хлорида магния 10 масс.%, включают токовую нагрузку и разогревают электролизер до температуры 675+5 градусов Цельсия. Расплавленный электролит через нижний переточный канал перегородки 2 поступает в электролитическое отделение 4 в котором под воздействием электрического тока хлорид магния, входящий в состав расплавленного электролита, разлагается на металлический магний и хлор. Магний, выделяясь на катоде 5, всплывает на поверхность электролита в электролитическом отделении 3, и циркуляционным потоком выносится через верхний переточный канал разделительной перегородки 2 в сборную ячейку 3. Хлор, выделяясь на анодном блоке 6, переходит из электролита в газовую фазу, и затем его отводят через систему отсоса хлора под воздействием разряжения 50 П.
Таким образом, предложенная конструкция электролизера для получения магния и хлора позволяет за счет герметичного крепления огнеупорного материала на рифленой поверхности анодного блока исключить подсос воздуха в месте примыкания графита и огнеупорного материала, за счет этого повысить срок службы анодных блоков, уменьшить расход графита и повысить концентрацию анодного хлоргаза с 80-85% до 95-98%.