электролизер для получения магния

Формула изобретения

Электролизер для получения магния, содержащий кожух, футеровку, аноды, катоды, перекрытия и сборную ячейку, отличающийся тем, что он снабжен емкостью-дозатором непрерывной подачи сырья, установленной в перекрытии сборной ячейки, с патрубками загрузки и выгрузки сырья, расположенными в противоположных торцах емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии легких металлов и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных хлоридов.

Известен электролизер, включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами и анодами, а также разделительную диафрагму (X.Л.Стрелец. Электролитическое получение магния. - М.; Металлургия, 1972, с.266).

Недостаткам этого типа электролизера являются: низкая производительность, большие затраты по удалению шлама с подины рабочего отделения и выбросы хлора в зону обслуживания, которые колеблются в пределах 15-200 кг/т магния, в зависимости от состояния разделительной перегородки по мере увеличения срока службы электролизера.

Известен бездиафрагменный электролизер, включающий кожух, футеровку, катоды, аноды, разделительные перегородки и сборные ячейки, расположенные параллельно основным рабочим поверхностям электродов (а.с. СССР №558973, опубл. в БИ №19, 1977 г.).

Существенным недостатком данной конструкции электролизера является сложность удаления шлама из электролитических отделений при обрушении анодов на подину и значительное разрушение циркуляционных каналов в перегородках во время основных заливок сырья, сопровождающихся интенсивным кипением электролита.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния - прототип (О.А.Лебедев. Производство магния электролизом. - М.: Металлургия, 1988, с.196-199).

Электролизер включает кожух, футеровку, рабочие отделения с электродами, сборную ячейку со съемной крышкой, разделительными перегородками с циркуляционными каналами и патрубками для отсоса хлора и санитарно-технических газов.

Электролизер работает следующим образом. Расплавленные хлористые соли периодически заливают в сборную ячейку, предварительно удалив из нее магний-сырец и отработанный электролит. Выделяющийся на электродах магний и хлор всплывают на поверхность электролита. Хлор по системе трубопроводов удаляется на дальнейшую переработку, магний потоком электролита выносится в сборную ячейку, где идет его накопление, а электролит циркулирует между рабочими отделениями и сборной ячейкой.

Частично с циркулирующим электролитом в сборную ячейку через циркуляционные окна попадает хлор, что приводит к снижению выхода хлора, ухудшению условий труда при выполнении операций при обслуживании электролизера и повышению затрат производства на организацию обезвреживания санитарно-технических газов от хлора и хлористого водорода.

Существенным недостатком электролизера является необходимость частого удаления шлама из межэлектродных расстояний вручную специальным инструментом. Эта операция не позволяет увеличивать рабочую ширину электродов, что ограничивает условия по увеличению производительности электролизера.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в создании условий для уменьшения образования шлама в электролизере, что снизит трудозатраты на его удаление и позволит увеличить производительность электролизера за счет подачи сырья из емкости-дозатора. Дозированная подача расплава во времени позволит работать электролизеру без периодов интенсивного кипения электролита, что приведет к повышению его производительности, снижению выбросов хлора в зону обслуживания и увеличению времени работы с минимальным отсосом санитарно-технических газов из сборной ячейки.

Поставленная задача решается так, что в электролизере для получения магния, включающем кожух, футеровку, аноды, катоды, анодные перекрытия и сборную ячейку, новым является то, что он снабжен емкостью-дозатором непрерывной подачи сырья, установленной в перекрытии сборной ячейки, с патрубками загрузки и выгрузки сырья, расположенными в противоположных торцах емкости.

Предлагаемая конструкция электролизера позволит:

- интенсифицировать электролизеры примерно на 10% за счет повышения плотности тока;

- увеличить срок службы электролизеров за счет меньшей сработки анодов, работая на более качественном сырье по окиси магния;

- снизить потери хлора с газами СТО за счет снижения объемов отсасываемых газов на газоочистку при работе в герметичном режиме;

- снизить затраты рабочей силы на удаление шлама из электролизеров за счет увеличения времени периодов подгребания и извлечения шлама вручную при резком снижении поступления оксида магния с сырьем;

- снизить удельный расход графита на 10% за счет работы с оптимальным уровнем электролита над катодами в режиме непрерывной загрузки расплава хлормагниевых солей;

- снизить тепловыделения от перекрытия сборной ячейки путем утепления перекрытия расходной емкости теплоизоляционным материалом.

На чертеже показан поперечный разрез и план электролизера для получения магния. Электролизер состоит из стального кожуха 1, зафутерованного огнеупорным материалом 2, анодами 3, катодами 5, анодными перекрытиями 6. Сборная ячейка 7 укрыта съемным перекрытием 8, а емкость 4 установлена в перекрытии 8 сборной ячейки 7. Емкость 4 составляет одно целое с перекрытием 8 сборной ячейки 7, а патрубки загрузки сырья 10 и его выгрузки 11 расположены в противоположных торцах емкости 4. В торцах сборной ячейки 7 на перекрытии 8 расположены съемные крышки 9 для выполнения технологических операций по обслуживанию электролизера.

Электролизер работает следующим образом. При прохождении через электроды и электролит постоянного тока на анодах 3 выделяется газообразный хлор, на катодах 5 - жидкий магний. Газонаполненный слой электролита вместе с каплями магния поднимается в межэлектродном пространстве, сепарируется от хлора и движется в сторону сборной ячейки 7, где жидкие капли магния сливаются в компактную массу и с помощью вакуумного ковша периодически удаляется через открытые крышки 9 перекрытия 8.

Расходная емкость 4 установлена в перекрытии 8 сборной ячейки 7, из которой электролизер непрерывно питается безводным карналлитом. По мере опорожнения емкости 4 через сливное устройство 11 в загрузочный патрубок 10 заливается очередная порция расплава до максимального заполнения объема емкости 4. В период заполнения емкости 4 расплавом сливное устройство 11 прекращает подачу сырья в сборную ячейку 7, чтобы взмученный расплавом осадок окиси магния в емкости 4 не попадал в объем рабочего электролита электролизера. Размещение патрубка сырья 10 и патрубка выгрузки 11 в противоположных торцах емкости 4 позволяет в процессе эксплуатации контролировать и регулировать процесс залива расплава солей открыв крышку 9. Кроме того, такое размещение патрубков обеспечивает максимальную зону распределения осадка оксидов на днище расходной емкости 4 из безводного карналлита.

При расплавленном питании электролизера через емкость-дозатор непрерывной подачи сырья поступление вредных примесей (MgO, MgOHCl, SО^2-₄), изменяет соотношение их содержания в рабочем электролите к содержанию примесей в порции расплава, поступающей в единицу времени. При существующей технологии питания расплавом разовая максимальная загрузка сырья составляет величину около 13900 г/сек. Скорость загрузки расплава в предлагаемом электролизере колеблется в пределах от 50 до 100 г/сек. Эта скорость подачи сырья позволяет резко изменить соотношение поступления примесей во времени к общему объему электролита и позволяет работать электролизеру без периодов кипения электролита во время основных заливок сырья. Как правило кипение электролита достигает 60 минут на каждый электролизер в сутки. Кроме этого, непрерывное питание электролизера сырьем позволяет резко изменить график ручного удаления шлама в сторону увеличения сроков, т.к. улучшаются условия естественного хлорирования вредных примесей активным хлором и основная доля оксида магния и взвесь углерода задерживаются в расходной емкости. Организация непрерывной подачи расплавленного сырья в электролизер позволяет работать при минимально оптимальном перекрытии циркуляционных каналов в разделительных стенках, это приводит к увеличению срока службы футеровки в зоне колебания уровня электролита и повышения выхода магния по току, т.к. из литературы известно, что резкое увеличение уровня электролита приводит к задержке магния в анодном пространстве и сгоранию его в хлоре.

Предложенный электролизер позволит увеличить производительность, не изменяя геометрических размеров электродов и объема электролита, сократятся выбросы хлора в окружающую среду и уменьшатся трудозатраты на извлечение шлама.