БЕЗДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА С НИЖНИМ ВВОДОМ АНОДОВ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к конструкции бездиафрагменного электролизера с нижним вводом анодов, и может быть использована для получения магния и хлора электролитическим способом.
В настоящее время для получения магния и хлора электролитическим способом широко применяют электролизеры бездиафрагменного типа с нижним вводом анодов, которые обеспечивают меньший удельный расход электроэнергии, меньший выброс хлора, меньшее тепловое воздействие на рабочих при обслуживании электролизеров, стабильные показатели при питании карналлитом. Конструктивные решения бездиафрагменного электролизера рассмотрены в монографиях А.И.Иванова, М.Б.Ляндреса и О.В.Прокофьева. Производство магния. - М.: «Металлургия», 1979, с.158-175 и В.И.Щеголев, О.А.Лебедев. Электролитическое получение магния. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2002, с. 221-230.
Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора с нижним вводом анодов (Патент РФ № 2405067, опубл. 27.11.2010, бюл.№33), содержащий футерованный кожух, разделенный на сборную ячейку и рабочие отделения перегородками с верхним и нижним циркуляционными окнами, в которых размещены аноды и катоды. Футеровка подины электролизера выполнена на двух горизонтальных уровнях, причем уровень подины в сборной ячейки по всему сечению ниже подины в рабочих отделениях электролизера на 0,1-0,6 расстояния, между нижними торцами катодов и подиной в рабочем отделении.
Недостатком бездиафрагменного электролизера данной конструкции является то, что в процессе получения магния и хлора при воздействии высоких температур, а также химически активных газов, происходит разрушение разделительной перегородки, особенно верхней её части, это происходит за счёт того, что она имеет сложносоставную конструкцию из разнородных материалов (стальной короб сантехнического отсоса, шамотный и доменный кирпич, чугунные плиты и бетонная заливка), а при нагревании все эти элементы расширяются по-разному, образуя пустоты, в которых с течением времени накапливается возгон. В случае остановки электролизера на консервацию футеровка в этом месте подвергается двойному деформированию и, в дальнейшем, после повторного пуска происходит ее «выпирание» в сборную ячейку, что приводит к разрушению разделительной перегородки и остановке электролизера на капитальный ремонт, то есть снижается срок эксплуатации электролизера. Кроме того, недостатком данной конструкции является сложность его обслуживания, особенно осложняется операция по удалению шлама из сборной ячейки из-за заужения верхней части сборной ячейки, что приводит к зашламлению электролизера и образованию настылей.
Известен электролизер с нижним вводом анодов для получения магния (Патент РФ № 2084558, опубл. 20.07.1997, бюл.№20), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий кожух, футеровку, два рабочих отделения и расположенную между ними сборную ячейку. В рабочих отделения размещены катоды, введенные через продольную стенку и аноды, введенные через подину электролизера. Сборная ячейка отделена от рабочих отделений разделительными перегородками с верхним и нижним переточными окнами. Разделительная перегородка до перекрытия выполнена из модулей с пазом и выступом в вертикальных гранях.
Недостатком известной конструкции бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов является то, что она не обеспечивает необходимую прочность элементов конструкции, так как в процессе электролитического получения магния и хлора при воздействии высоких температур, а также химически активных газов разделительная перегородка, выполненная из стандартных огнеупорных модулей низкой электрохимической стойкости, быстро разрушается, что приводит к остановке бездиафрагменного электролизера на капитальный ремонт, то есть снижается срок эксплуатации электролизера. Кроме того, недостатком данной конструкции бездиафрагменного электролизера является сложность его обслуживания, особенно осложняется операция по удалению шлама из сборной ячейки из-за заужения верхней части сборной ячейки, что приводит к зашламлению электролизера и образованию настылей.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение надежности конструкции бездиафрагменного электролизера с нижним вводом анодов в процессе получения магния и хлора.
Технический результат заключается в увеличении срока службы бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в бездиафрагменном электролизере для получения магния и хлора с нижним вводом анодов, содержащем футерованную огнеупорным материалом ванну, в которой размещены электролитические отделения с установленными в них чередующимися между собой анодами и катодами, сборную ячейку, отделенную от электролитических отделений разделительными перегородками, с верхними и нижними переточными каналами, перекрытие, новым является то, что разделительные перегородки от верхнего пере-точного канала до перекрытия выполнены из цельных блоков фторфлогопита с четырьмя окнами отвода газа в систему сантехнического отсоса, при этом верхняя часть сборной ячейки на высоте 500 мм от уровня электролита выполнена постоянного сечения при соотношении ширины верхней части к ширине нижней части сборной ячейки, равном 1:1,2.
Кроме того, новым является то, что площадь поперечного сечения четырех окон отвода газа в систему сантехнического отсоса составляет от 6 до 9% площади горизонтального сечения верхней части сборной ячейки.
Кроме того, новым является то, что четыре окна отвода газа в систему сантехнического отсоса размещены со смещением от центральной оси электролизера.
Выполнение разделительных перегородок от верхнего переточного канала до перекрытия из цельных блоков фторфлогопита с четырьмя окнами отвода газа в систему сантехнического отсоса, позволяет повысить электрохимическую стойкость разделительных перегородок, исключить их разрушение в процессе электролитического получения магния и хлора, повысить срок службы сборной ячейки и тем самым срок службы всего бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов.
Подбор опытным путем варианта выполнения конструкции верхней части сборной ячейки на высоте 500 мм от уровня электролита постоянного сечения, и выбор оптимального варианта соотношения ширины верхней части к ширине нижней части сборной ячейки, равном 1:1,2, позволяет исключить заужение верхней части сборной ячейки бездиафрагменного электролизера с нижним вводом анодов, и улучшить условия обслуживания при периодическом удалении шлама из сборной ячейки, тем самым исключить зашламление электролизера, образование настылей, и повысить срок службы сборной ячейки, и тем самым всего бездиафрагменного электролизера в целом.
Подбор опытным путем площади поперечного сечения четырех окон отвода газа в систему сантехнического отсоса к площади горизонтального сечения верхней части сборной ячейки от 6 до 9% позволяет наиболее полно улавливать агрессивные газы (смесь анодного хлоргаза, хлористого водорода и воздуха), которые выносятся потоком циркулирующего электролита из электролитических отделений в сборную ячейку, и не допустить зарастание возгоном окон отвода газа, тем самым исключить остановку бездиафрагменного электролизера на ремонт, и повысить срок службы всего бездиафрагменного электролизера в целом.
Выбор оптимального варианта размещения четырех окон отвода газа в систему сантехнического отсоса со смещением от центральной оси электролизера позволяет наиболее полно улавливать агрессивные газы (смесь анодного хлоргаза, хлористого водорода и воздуха) непосредственно из зоны газовыделений по длине сборной ячейки и эвакуировать в систему сантехнического отсоса.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен поперечный разрез бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов. На фиг.2 - его продольный разрез.
Бездиафрагменный электролизер для получения магния и хлора с нижним вводом анодов состоит из футерованной огнеупорным материалом ванны 1, в которой размещены электролитические отделения 2, с установленными в них чередующимися между собой анодами 3, установленными на подине 4, и катодами 5, установленные в боковой стенке ванны 1, сборная ячейка 6, отделенная от электролитических отделений 2 разделенными перегородками 7, с верхним 8 и нижним 9 переточными каналами, перекрытие 10. Верхняя часть сборной ячейки 6 на высоте 500 мм от уровня электролита выполнена постоянного сечения при соотношении ширины верхней части к ширине нижней части сборной ячейки 6, равной 1: 1,2. Разделительные перегородки 7 от верхнего 8 переточного канала до перекрытия 10 выполнены из цельных блоков фторфлогопита 11 с четырьмя окнами 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса. Площадь поперечного сечения четырех окон 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса составляет от 6 до 9% площади горизонтального сечения верхней части сборной ячейки 6. Четыре окна 12 отвода газа в систему сантехнического отсоса размещены со смещением от центральной оси электролизера.
Примеры работы бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов.
Пример 1.
В футерованную ванну 1 загружают расплавленный электролит, содержащий 4-14% масс. хлорида магния. На аноды 3 и катоды 5, размещенные в электролитических отделениях 2 подают постоянный электрический ток. При этом на катоде 5 выделяется магний, а на аноде 3 - хлор. Хлор, выделившийся на аноде 3, поднимается в межэлектродном пространстве между катодом 5 и анодом 3 совместно с электролитом и магнием. Достигнув поверхности электролита, хлор переходит в газовую фазу и выводится из электролитических отделений 2. Магний вместе с потоком электролита из электролитических отделений 2 выводится через верхний переточный канал 8 разделительной перегородки 7 в сборную ячейку 6. Верхняя части разделительных перегородок 7 от верхнего переточного 8 канала до плит 10 перекрытия выполнена из цельных блоков фторфлогопита 11 (ТУ 23.70.12-489-05785388 «Изделия камнелитые фторфлогопитовые») с четырьмя окнами 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса, что позволило повысить электрохимическую стойкость разделительных перегородок, исключить их разрушение в процессе электролитического получения магния и хлора. Нами экспериментально установлено, что выполнение верхней части сборной ячейки на высоте 500 мм от уровня электролита постоянного сечения при соотношением ширины верхней части к ширине нижней части сборной ячейки равной 1:1,2, позволило исключить заужение верхней части сборной ячейки, и улучшить условия обслуживания используя для удаления шлама из сборной ячейки насос, тем самым исключить зашламление электролизера, образование настылей, и повысить срок службы сборной ячейки, и тем самым всего бездиафрагменного электролизера в целом.
2
2
Вместе с потоком электролита и магния через переточный канал 8 в сборную ячейку 6 выносится и часть анодного хлоргаза. Образующая в сборной ячейке 6 смесь агрессивных газов (анодного хлоргаза, хлористого водорода и воздуха) отсасывают из-под перекрытия 10 через четыре окна 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса. Площадь поперечного сечения четырех окно 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса составляла 1073 см, площадь горизонтального сечения верхней части - 17880 см, что составляет 6% площади горизонтального сечения верхней части разделительных перегородок. Нами экспериментально установлено, что выполнение четырех окон 12 отвода газа в систему 13 сантехнического отсоса с площадью поперечного сечения меньше 6% площади горизонтального сечения приводит к снижению эффективности работы сантехнического отсоса и быстрому зарастанию возгонами окон отвода газа.
Таким образом, предложенная конструкция бездиафрагменного электролизера для получения магния и хлора с нижним вводом анодов позволит увеличить срок его службы.