RU2092617C1

RU2092617C1 - Diaphragmless electrolyzer for producing magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2092617C1
Application number: RU95102358A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Татакин; Виктор Берович Фрейдлин; Владимир Иванович Грибов; Анатолий Афанасьевич Щелконогов; Геннадий Иванович Белкин; Константин Филиппович Житков; Николай Алексеевич Белкин; Владимир Максимович Агапов
Original assignee: Акционерное общество "Соликамский магниевый завод"; Акционерное общество "Российиский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния"
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1997-10-10
Also published as: IL116962A; RU95102358A; IL116962A0

Abstract

FIELD: electrochemical processes. SUBSTANCE: electrolyzer has chocks installed in the ends of integrated cell in front of windows in barrier. Between inactive surfaces of anodes and lining, channels for withdrawing magnesium and windows in front of channels are available. Anodes 5 are placed at 1-4 interelectrode distances from longitudinal wall. Cathodic screens 6 are adjacent to lining but can be placed at 1-2.5 interelectrode distances from lining. Distance from bottom to screen 6 is 0.4-1.5 that from bottom to lower edge of cathode 4. Between inactive surfaces of end anodes 5 and lining, there are channels for magnesium removal 15 with their bottom descended to 0.2- 0.5 height of cathode 4 and their width constituting 0.5-1.0 distance between ends of anodes and lining of longitudinal wall. Integrated cell 7 is located between electrolytic compartments 3, and is separated from them by barriers 9 and closed by covers 13. Barrier 8 in front of electrodes is continuous, whereas, that in front of magnesium removal channels 15 has windows 9. Removal of magnesium is also performed through secondary windows 10. The latter in opposite barriers 8 are shifted in relation to one another and/or arranged at an angle to longitudinal axis of electrolyzer. Ends of integrated cell bear bulges 11 with chocks on them. Chocks are inserted into integrated cell to 1-2 width of magnesium removal channel. Covers 13 of cell are equal in height or higher than vertical section of connecting pipes 14 for sanitary and technical suction and are installed with their side walls abutting these pipes. Covers may by U- or box-shaped. EFFECT: reduced effort to withdraw sludge from electrolytic compartments, increased power of electrolyzer, and reduced chlorine release. 16 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии легких металлов и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных хлоридов. The invention relates to the metallurgy of light metals and can be used to produce magnesium by electrolysis of molten chlorides.

Известен электролизер, включающий кожух, футеровку, электролитическое отделение с катодами, введенными через продольную стенку, и анодами, введенными через перекрытие, сборную ячейку, диафрагму /Х.Л.Стрелец. Электролитическое получение магния. М. Металлургия, 1972, с.266/. Known electrolyzer, including a casing, lining, an electrolytic compartment with cathodes introduced through the longitudinal wall, and anodes introduced through the overlap, the assembly cell, the diaphragm / X. L. Strelets. Electrolytic production of magnesium. M. Metallurgy, 1972, p. 266 /.

Недостатком этой конструкции электролизера является сложность извлечения шлама с подины электролитического отделения. Выбросы хлора в зону обслуживания составляют 15 200 кг/т. The disadvantage of this design of the cell is the difficulty of extracting sludge from the bottom of the electrolytic compartment. Chlorine emissions to the service area are 15,200 kg / t.

Известен бездиафрагменный электролизер, включающий кожух, футеровку, электролитические ячейки с катодами и анодами, введенными через перекрытие, сборные ячейки, расположенные параллельно рабочим поверхностям электродов и отделенные от электролитических отделений разделительными перегородками с

-образными каналами, транспортные каналы /а.с. СССР N 558973, опубл. в БИ N 19, 1977 г./.Known diaphragmless electrolyzer, including a casing, lining, electrolytic cells with cathodes and anodes introduced through the overlap, prefabricated cells located parallel to the working surfaces of the electrodes and separated from the electrolytic compartments by dividing walls with

-shaped channels, transport channels / a.s. USSR N 558973, publ. in BI N 19, 1977 /.

Наиболее существенным недостатком данной конструкции является сложность его обслуживания, особенно осложняется операция по удалению шлама из электролитических отделений при размещении анодов в подине. The most significant drawback of this design is the complexity of its maintenance, especially the operation is complicated to remove sludge from the electrolytic compartments when placing the anodes in the hearth.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния-прототип /Лебедев О.А. Производство магния электролизером. М. Металлургия, 1988, с.196 199/. Of the known analogues, the closest to the claimed technical solution for the totality of signs is an electrolyzer for magnesium prototype / Lebedev OA The production of magnesium by electrolysis. M. Metallurgy, 1988, p.196 199 /.

Электролизер включает металлический кожух, футеровку, электролитические отделения с катодами, введенными через продольную стенку и снабженными экранами, установленными у футеровки, и анодами, сборную ячейку со съемной крышкой, разделительными перегородками и с верхними и нижними циркуляционными окнами; и патрубки санитарно-технического отсоса. The electrolyzer includes a metal casing, a lining, electrolytic compartments with cathodes inserted through a longitudinal wall and provided with screens installed at the lining, and anodes, an assembly cell with a removable cover, dividing walls and with upper and lower circulation windows; and pipes for sanitary suction.

Электролизер работает следующим образом. Выдающийся на электродах магний и хлор выносится на поверхность электролита в электролитическом отделении. Поток электролита вместе с магнием выносится в сборную ячейку, затем электролит опускается в сборной ячейке и через нижнее окно возвращается над подиной в электролитическом отделении и поступает потребителю. The cell operates as follows. Magnesium and chlorine emanating from the electrodes are carried to the surface of the electrolyte in the electrolytic compartment. The flow of electrolyte together with magnesium is carried out to the collection cell, then the electrolyte is lowered in the collection cell and through the lower window returns above the bottom in the electrolytic compartment and enters the consumer.

Частично захваченный электролитом хлор через верхние окна перегородки в сборную ячейку, ухудшая условия труда при обслуживании электролизера и снижая выход хлора. Двигаясь у подины от сборной ячейки к продольной стенке, электролит перемешивает к ней шлам. The chlorine partially captured by the electrolyte through the upper windows of the partition into the collection cell, worsening working conditions during maintenance of the electrolyzer and reducing the yield of chlorine. Moving at the bottom from the collection cell to the longitudinal wall, the electrolyte mixes the sludge to it.

Существенным недостатком электролизера является необходимость подогревать шлам из междуэлектродных расстояний в сборную ячейку вручную скребком. Эта операция не позволяет увеличить ширину электродов электролизера с нижним вводом анодов, так как в этом случае возрастает длина подины, с которой подгребается шлам. Необходимо увеличить ширину сборной ячейки для ввода скребка, а это невыгодно, т.к. возрастают потери тепла и снижается съем магния с 1 м² площади электролизера и цеха. Существенно возрастают трудозатраты ручной операции подгребания шлама.A significant drawback of the electrolyzer is the need to heat the sludge from the interelectrode distances into the collection cell manually with a scraper. This operation does not allow to increase the width of the electrodes of the electrolyzer with the lower input of the anodes, since in this case the length of the hearth with which the sludge is picked up increases. It is necessary to increase the width of the collection cell for entering the scraper, and this is disadvantageous, because heat losses increase and magnesium removal decreases from 1 m ^{2 of} the electrolysis cell and workshop area. Significantly increase the labor costs of the manual operation for picking up sludge.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в создании условий для насоса шлама в сборную ячейку поток электролита, что снизит трудозатраты на удаление шлама с подины электролитического отделения, позволит увеличить мощность электролизера за счет увеличения ширины электродов, снизит выбросы хлора в зону обслуживания. The claimed technical solution is aimed at solving the problem of creating conditions for the sludge pump to collect the cell electrolyte flow, which will reduce labor costs for removing sludge from the bottom of the electrolytic compartment, will increase the capacity of the cell by increasing the width of the electrodes, and reduce chlorine emissions in the service area.

Поставленная задача решается так, что в бездиафрагменном электролизе для получения магния и хлора, включающим кожух с футеровкой, электролитические отделения с установленными в них катодами с экранами и анодами и образующими междуэлектродное расстояние, сборную ячейку со съемными крышками, отделенную от электролитических отделений перегородками с окнами, патрубки санитарно-технического отсоса, новым является то, что он дополнительно снабжен каналами для вывода магния, расположенными между нерабочими поверхностями анодов и футеровкой и/или между нерабочими поверхностями анодов; и направляющими клиньями, установленными в торцах сборной ячейки напротив окон перегородки, причем перегородка выполнена сплошной напротив междуэлектродных расстояний, а окна в перегородке расположены напротив каналов. Кроме того, каналы выполнены шириной, равной 0,5 1,0 расстояния между продольной стенкой и торцами анодов, а дно каналов заглублено на 0,2 0,5 высоты катода, аноды в электролитических отделениях расположены на 1 4 междуэлектродных расстояния от футеровки. The problem is solved in such a way that in diaphragm-free electrolysis for producing magnesium and chlorine, including a casing with a lining, electrolytic compartments with cathodes with screens and anodes installed in them and forming the interelectrode distance, a collection cell with removable covers, separated from the electrolytic compartments by partitions with windows, pipes for sanitary suction, new is that it is additionally equipped with channels for the withdrawal of magnesium, located between the non-working surfaces of the anodes and lining th and / or between non-working surfaces of the anodes; and guide wedges installed at the ends of the assembly cell opposite the partition walls, the partition being made continuous opposite the electrode spacing, and the windows in the partition are located opposite the channels. In addition, the channels are made with a width equal to 0.5 1.0 of the distance between the longitudinal wall and the ends of the anodes, and the bottom of the channels is deepened by 0.2 0.5 of the cathode height, the anodes in the electrolytic compartments are located at 1 4 interelectrode distances from the lining.

Кроме того, направляющие клинья выступают в сборную ячейку на 1 2 ширины канала для вывода магния, высота направляющего клина равна высоте канала для вывода магния, а на подине сборной ячейки выполнен выступ на уровне подины канала для вывода магния, а направляющий клин установлен на этот выступ. In addition, the guide wedges protrude into the assembly cell at 1 2 the width of the channel for magnesium output, the height of the guide wedge is equal to the height of the channel for output of magnesium, and a ledge is made at the bottom of the collection cell at the level of the bottom of the channel for magnesium output, and the guide wedge is mounted on this ledge .

Кроме того, в разделительной перегородке на уровне каналов для вывода магния дополнительно выполнены окна прямоугольного и/или V-образного сечения, причем они могут быть смещены относительно друг друга и размещены под углом к сборной ячейке. In addition, in the dividing wall at the level of the channels for outputting magnesium, windows of rectangular and / or V-shaped section are additionally made, moreover, they can be displaced relative to each other and placed at an angle to the collection cell.

Кроме того, крышки сборной ячейки выполнены по высоте равными больше высоты вертикального сечения патрубков санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним, крышки выполнены П-образной или коробчатой формы, снабжены слоем теплоизоляционного материала в коробчатых крышках, снабженных перегородками. In addition, the covers of the prefabricated cell are made equal in height to a height greater than the vertical section of the sanitary suction pipes and are installed side by side with them, the covers are U-shaped or box-shaped, equipped with a layer of heat-insulating material in box-shaped covers equipped with partitions.

Кроме того, экран катода расположен на расстояния 1 2,5 междуэлектродных расстояния от футеровки и расстояние от подины до катодного экрана составляет 1,5 0,4 расстояния от подины до нижней кромки катода. In addition, the cathode screen is located at a distance of 1 2.5 interelectrode distances from the lining and the distance from the bottom to the cathode screen is 1.5 0.4 distances from the bottom to the bottom edge of the cathode.

Снабжение электролизера дополнительными конструктивными элементами - каналами для вывода магния из электролитических отделений в борную ячейку и выполнение разделительной перегородки сплошной напротив междуэлектродных расстояний позволит организовать вынос и сбор шлама в районе разделительной перегородки, снизив тем самым трудозатраты на удаление шлама, снизить выбросы хлора в сборную ячейку, улучшив экологическую атмосферу в зоне обслуживания, повысить мощность электролизера. Размещение анодов на расстоянии на 1 2,5 МЭР от футеровки, выполнение каналов для выноса магния шириной 0,5 1,0 расстояния между продольной стенкой и торцами анодов и заглубление их дна на 0,2 0,5 высоты катода способствуют более полному выносу магния в сборную ячейку и лучшему удалению шлама от продольной стенки. Размещение в торцах сборной ячейки клиньев способствует направленности потоков электролита в сборной ячейке, устраняет застывание металла и электролита, облегчая тем самым обслуживание электролизера. С увеличением длины электролизера циркуляция электролита в сборной ячейке ослабевает, поэтому необходимы дополнительные окна в разделительных перегородках, они могут быть смещены друг относительно друга, направлены под углом к продольной оси сборной ячейки, выполнены с гидрозатвором. Предлагаемая конструкция электролизера снижает выбросы хлора в сборную ячейку в десятки раз, что позволяет уменьшить объем газов санитарно-технического отсоса. Для этого крыши в сборной ячейке выполнены коробчатой или П-образной формы по высоте равным или больше вертикального сечения патрубков санитарно-технического отсоса и установлены вплотную к ним боковыми стенками. Уменьшение тепловыделений от сборной ячейки достигается путем выполнения крышек с горизонтальными перегородками и снабжения их слоем теплоизоляционного материала. Supplying the electrolyzer with additional structural elements - channels for removing magnesium from the electrolytic compartments to the boron cell and making a continuous separation wall opposite to the electrode distances will allow organizing the removal and collection of sludge in the area of the separation wall, thereby reducing labor costs for removing sludge, and reducing chlorine emissions into the collection cell, Having improved the ecological atmosphere in the service area, increase the capacity of the cell. Placing the anodes at a distance of 1 2.5 MER from the lining, making channels for the removal of magnesium with a width of 0.5 1.0, the distance between the longitudinal wall and the ends of the anodes and deepening their bottom by 0.2 0.5 of the height of the cathode contribute to a more complete removal of magnesium into the collection cell and better removal of sludge from the longitudinal wall. The placement of wedges at the ends of the collection cell contributes to the directivity of the electrolyte flows in the collection cell, eliminates the hardening of the metal and electrolyte, thereby facilitating the maintenance of the cell. With an increase in the length of the electrolyzer, the circulation of the electrolyte in the collection cell weakens, therefore, additional windows are necessary in the separation walls, they can be displaced from each other, directed at an angle to the longitudinal axis of the collection cell, made with a water seal. The proposed design of the electrolyzer reduces chlorine emissions in the collection cell by tens of times, which allows to reduce the volume of sanitary exhaust gases. For this, the roofs in the prefabricated cell are made box-shaped or U-shaped in height equal to or greater than the vertical section of the pipes of the sanitary-technical suction and are installed side by side with them. Reducing heat from the prefabricated cell is achieved by making covers with horizontal partitions and supplying them with a layer of heat-insulating material.

На фиг. 1, 2 показан продольный и поперечный электролизер для получения магния и хлора. In FIG. 1, 2 shows a longitudinal and transverse electrolyzer for producing magnesium and chlorine.

Электролизер состоит из стального кожуха 1, футерованного внутри огнеупорным материалом 2, двух электролитических отделений 3 со стальными катодами 4, введенными через продольную стенку и графитовыми анодами 5, введенными через подину. Аноды 5 размещены на расстоянии 1 4 междуэлектродных расстояния от продольной стенки. Катодные экраны 6 прилегают к футеровке 2, но могут быть размещены на расстоянии 1 2,5 междуэлектродных расстояния от футеровки. Расстояние от подины до экрана 6 составляет 0,4 1,5 расстояния от подины до нижней кромки катода 4. Между нерабочими поверхностями торцевых анодов 5 и футеровкой расположены каналы для вывода магния 15, дно которых заглублено на 0,2 0,5 высоты катода 4, а ширина равна 0,5 1,0 расстояния между торцами анодов и футеровкой продольной стенки. Сборная ячейка 7 расположена между электролитическими отделениями 3, отделена от них разделительными перегородками 8 и закрыта крышками 13. Против электродов разделительная перегородка 8 выполнена сплошной. Против каналов для вывода магния 15 выполнены окна 9. Вынос магния также осуществляется через дополнительные окна 10 прямоугольной или V-образной формы. Окна 10 в противоположных перегородках 8 смещены друг относительно друга и/или расположены под углом к продольной оси электролизера. В торцах сборной ячейки выполнены выступы 11, на которых расположены клинья 12. Клинья 12 выступают в сборную ячейку 7 на 1 2 ширины канала для вывода магния 15, его высота равна высоте канала для вывода магния. Крышки 13 сборной ячейки 7 выполнены по высоте равными или больше высоты вертикального сечения патрубков 14 санитарно-технического отсоса и установлены боковыми стенками вплотную к ним. Крышки 13 могут быть П-образной или коробчатой формы. При коробчатой форме крышки выполнены с горизонтальными перегородками, между которыми может быть расположен теплоизоляционный материал. The cell consists of a steel casing 1, lined inside with refractory material 2, two electrolytic compartments 3 with steel cathodes 4 inserted through the longitudinal wall and graphite anodes 5 introduced through the bottom. Anodes 5 are placed at a distance of 1 4 interelectrode distances from the longitudinal wall. The cathode screens 6 are adjacent to the lining 2, but can be placed at a distance of 1 2.5 interelectrode distances from the lining. The distance from the hearth to the screen 6 is 0.4 to 1.5 the distance from the hearth to the lower edge of the cathode 4. Between the non-working surfaces of the end anodes 5 and the lining there are channels for the output of magnesium 15, the bottom of which is deepened by 0.2 0.5 of the height of the cathode 4 and the width is 0.5 1.0 the distance between the ends of the anodes and the lining of the longitudinal wall. The collection cell 7 is located between the electrolytic compartments 3, separated from them by dividing walls 8 and closed by covers 13. Against the electrodes, the dividing wall 8 is solid. Windows 9 are made against the channels for outputting magnesium 15. The removal of magnesium is also carried out through additional rectangular or V-shaped windows 10. Windows 10 in opposite walls 8 are offset from each other and / or are located at an angle to the longitudinal axis of the cell. At the ends of the collection cell, protrusions 11 are made on which wedges 12 are located. The wedges 12 protrude into the collection cell 7 by 1 2 the width of the channel for outputting magnesium 15, its height is equal to the height of the channel for outputting magnesium. The covers 13 of the prefabricated cell 7 are made equal in height to or greater than the height of the vertical section of the pipes 14 of the sanitary suction and are installed side by side close to them. Covers 13 may be U-shaped or box-shaped. In a box-shaped form, the covers are made with horizontal partitions, between which heat-insulating material can be located.

Электролизер работает следующим образом. При прохождении через электроды и электролит постоянного тока на анодах 5 выделяется газообразный хлор, на катодах 4 расплавленный магний. Газонаполненный электролит вместе с магнием поднимается в междуэлектродом пространстве, сепарируется от хлора и движется к продольной стенке в сторону от сборной ячейки 7. Движению в сборную ячейку 7 препятствует разделительная перегородка 8. The cell operates as follows. When passing through electrodes and a direct current electrolyte, chlorine gas is released at the anodes 5, and molten magnesium at the cathodes 4. A gas-filled electrolyte together with magnesium rises in the interelectrode space, is separated from chlorine and moves to the longitudinal wall away from the collection cell 7. Movement to the collection cell 7 is prevented by a dividing wall 8.

В верхней части пространства между торцом анода и продольной стенкой поток электролита разделяется. Часть его с магнием направляется в каналы 15 и через окна 9, 10 в сборную ячейку. Клинья 12 и выступ 11 способствует направленному движению электролита в сборной ячейке 7. Основной поток электролита опускается в пространстве, образованному продольной стенкой электролизера и торцом анода, проходит над подиной, способствуя выносу шлама от продольной стенки электролизера к сборной ячейке, и вновь поступает в рабочую зону. Поток электролита из сборной ячейки 7 в электрические отделения 3 невелик, замыкается под перегородкой 8 и не создает встречного потока, препятствующего движению шлама. In the upper part of the space between the end of the anode and the longitudinal wall, the electrolyte flow is divided. A part of it with magnesium is sent to channels 15 and through windows 9, 10 to a collection cell. The wedges 12 and the protrusion 11 promotes the directed movement of the electrolyte in the collection cell 7. The main flow of the electrolyte is lowered in the space formed by the longitudinal wall of the cell and the end of the anode, passes over the bottom, contributing to the removal of sludge from the longitudinal wall of the cell to the collection cell, and again enters the working area . The flow of electrolyte from the collection cell 7 to the electrical compartments 3 is small, closes under the partition 8 and does not create a counter flow that impedes the movement of sludge.

Так как каналы 6 расположены с нерабочей стороны электродов, то в них не попадает газонаполненный электролит, выбросы хлора в сборную ячейку незначительны. Since the channels 6 are located on the non-working side of the electrodes, a gas-filled electrolyte does not get into them, the chlorine emissions in the collection cell are negligible.

Предложенная конструкция электролизера позволит значительно улучшить условия труда, т.к. сократятся выбросы хлора в зону обслуживания, уменьшатся трудозатраты на извлечение шлама. The proposed design of the electrolyzer will significantly improve working conditions, because reduced chlorine emissions in the service area, reduced labor costs for the extraction of sludge.

Claims

1. Diaphragmless electrolyzer for producing magnesium and chlorine, containing a lined casing, electrolytic compartments with cathodes with screens and anodes installed in them with the formation of interelectrode distance, a collection cell with removable covers, separated from the electrolytic compartments by partitions with windows and sanitary suction pipes, characterized in that it is equipped with guide wedges installed at the ends of the assembly cell opposite the partition walls, between the non-working surfaces of the anodes and footers th output channels for magnesium, in the partition part opposite the interelectrode distance, is solid, and the windows formed in the partition wall opposite the channel.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the anodes in the electrolytic compartments are located from the lining at a distance of 1 4 electrode distances.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the channels for outputting magnesium are made with a width of 0.5 to 1.0 of the distance between the lining and the ends of the anodes.

4. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the bottom of the channels for outputting magnesium is buried by 0.2 to 0.5 the height of the cathode.

5. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the guide wedges are mounted with a protrusion in the collection cell at 1 2 channel width for the output of magnesium.

6. The electrolyzer according to claim 5, characterized in that the guide wedge is made of a height equal to the depth of the channel for the withdrawal of magnesium.

7. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that a protrusion is made at the bottom of the collection cell located at the bottom of the channel for magnesium output, and the wedge is mounted on the protrusion.

8. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that in the dividing wall at the level of the channels for outputting magnesium, additional windows of rectangular and / or V-shaped section are made.

9. The cell of claim 8, characterized in that the additional windows of the opposite dividing walls are offset from each other.

10. The electrolyzer according to claim 8, characterized in that the additional windows in the dividing wall are made at an angle to the collection cell.

11. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the covers of the collection cell are equal in height or more than the height of the vertical section of the pipes of the sanitary-technical suction and are installed side by side close to them.

12. The electrolyzer according to claim 11, characterized in that the covers of the collection cell are made U-shaped.

13. The electrolyzer according to item 12, wherein the U-shaped lids are made with horizontal partitions.

14. The electrolyzer according to item 13, wherein the U-shaped lids have a layer of heat-insulating material located between the horizontal partitions.

15. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the cathode screen is located at a distance of 1.0 to 2.5 interelectrode distances from the lining.

16. The electrolyzer according to clause 15, wherein the distance from the hearth to the cathode screen is 1.5 to 0.4, the distance from the hearth to the lower edge of the cathode.