RU2190703C1

RU2190703C1 - Electrolyzer to produce magnesium and chlorine

Info

Publication number: RU2190703C1
Application number: RU2001114110A
Authority: RU
Inventors: М.М. Николаев; В.В. Агалаков; В.С. Бабин; Г.И. Клабукова; Т.В. Бояршинова; В.И. Иванов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат"
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: non- ferrous metallurgy, winning of magnesium by electrolysis of molten salts. SUBSTANCE: electrolyzer to produce magnesium and chlorine has electrolytic compartment housing alternating anodes and cathodes, collecting cell separated from electrolytic compartment by partition with overflow V-shaped conduit with protrusion located beneath inlet of conduit, lower overflow conduit between hearth and partition. Collecting cell has area of horizontal section equal to area of vertical section of lower overflow conduit and amounts to 0.7-1.3 sum of areas of horizontal sections of interelectrode distances between cathodes and anodes. Its lining opposite to overflow conduit is made of electrochemically resistant material. EFFECT: enhanced current efficiency, prolonged service life of collecting cell and electrolyzer as unit. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения магния электролизом расплавленных солей. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to devices for producing magnesium by electrolysis of molten salts.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния (авт. свид. СССР 393356, опубл. БИ 33, 1973г.), включающий чередующиеся катоды и аноды, установленные в один ряд в электролитическом отделении, а сборная ячейка и площадка для обслуживания электролизера расположены у борта ванны со стороны, противоположной размещению ошиновки. Known diaphragmless electrolyzer for producing magnesium (ed. Certificate of the USSR 393356, publ. BI 33, 1973), including alternating cathodes and anodes installed in a row in the electrolytic compartment, and the collection cell and the platform for servicing the electrolyzer are located at the side of the bath with side opposite to the location of the busbar.

Недостатком данного устройства является то, что циркуляция электролита из электролитического отделения в сборную ячейку происходит очень интенсивно, что приводит к низкой степени разделения магния от электролита, уносу магния снова в электролитическое отделение, что значительно снижает выход магния по току. The disadvantage of this device is that the circulation of the electrolyte from the electrolytic compartment to the collection cell is very intense, which leads to a low degree of separation of magnesium from the electrolyte, entrainment of magnesium back into the electrolytic compartment, which significantly reduces the current output of magnesium.

Известен электролизер для получения магния (авт. свид. СССР 458614, опубл. БИ 4, 1975г.), включающий футерованную ванну, выполненную с перекрытием, в котором установлены катоды и аноды, собранные из отдельных графитированных брусьев и размещенные в электролитическом отделении. Сборная ячейка отделена от электролитических отделений перегородкой с переточным каналом. Отношение рабочей ширины электродов к ширине сборной ячейки составляет 2-4. При таком соотношении размеров частота удаления магния из сборной ячейки значительно уменьшается, что приводит к улучшению сепарации магния от электролита и осаждению шлама на подине электролизера. И это приводит к увеличению выхода магния по току. A known electrolyzer for producing magnesium (ed. Certificate of the USSR 458614, publ. BI 4, 1975), including a lined bath made with an overlap, in which cathodes and anodes are installed, assembled from separate graphite beams and placed in the electrolytic compartment. The prefabricated cell is separated from the electrolytic compartments by a partition with a transfer channel. The ratio of the working width of the electrodes to the width of the collection cell is 2-4. With this size ratio, the frequency of magnesium removal from the collection cell is significantly reduced, which leads to improved separation of magnesium from the electrolyte and the deposition of sludge on the bottom of the cell. And this leads to an increase in the current output of magnesium.

Недостатками данного устройства являются значительные потери магния из-за того, что электролитическая смесь (магний+электролит) на высоких скоростях выносится в сборную ячейку, вызывая перемешивание магния и шлама в сборной ячейке, что приводит к ухудшению разделения магния и шлама. Кроме того, магний при циркуляции электролита выносится из сборной ячейки через арочные каналы в электролитические отделения, взаимодействует с хлором, вызывая обратный процесс получения хлорида магния, что приводит к увеличению количества шлама и снижению выхода магния по току. Сборная ячейка выполнена из стандартных огнеупорных изделий низкой электрохимической стойкости, что снижает стойкость огнеупоров в расплаве, сокращая срок службы электролизера. The disadvantages of this device are significant losses of magnesium due to the fact that the electrolytic mixture (magnesium + electrolyte) is carried out at high speeds into the collection cell, causing mixing of magnesium and sludge in the collection cell, which leads to a deterioration in the separation of magnesium and sludge. In addition, during circulation of the electrolyte, magnesium is removed from the collection cell through arched channels to the electrolytic compartments, interacts with chlorine, causing the reverse process of producing magnesium chloride, which leads to an increase in the amount of sludge and a decrease in the current output of magnesium. The prefabricated cell is made of standard refractory products of low electrochemical resistance, which reduces the resistance of refractories in the melt, reducing the life of the cell.

Известен бездиафрагменный электролизер для получения магния, взятый в качестве прототипа (авт.свид. СССР 583204, опубл. БИ 45, 1977г.), включающий электролитические и сборные отделения, разделенные между собой разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы, в нижней части которого размещен выступ, и каналом между перегородкой и подиной электролизера в нижней части. В электролитическом отделении размещены сбоку катоды, а в перекрытии установлены аноды. Known diaphragm-free electrolyzer for producing magnesium, taken as a prototype (ed. Certificate. USSR 583204, publ. BI 45, 1977), including electrolytic and prefabricated compartments separated by a dividing wall with a transfer channel of a V-shape in the lower part which is the protrusion, and the channel between the partition and the bottom of the cell in the lower part. In the electrolytic compartment, cathodes are placed on the side, and anodes are installed in the ceiling.

Задачей изобретения является снижение турбулентности магний-электролитной смеси и создание ламинарного потока электролита, снижение образования шлама и улучшение отстоя шлама в сборной ячейке. The objective of the invention is to reduce the turbulence of the magnesium-electrolyte mixture and create a laminar flow of electrolyte, reduce sludge formation and improve sludge sludge in the collection cell.

Технический результат направлен на повышение срока службы сборной ячейки и тем самым всего электролизера в целом и повышение выхода магния по току. The technical result is aimed at increasing the service life of the collection cell and thereby the entire cell as a whole and increasing the current output of magnesium.

Данная задача решается тем, что в электролизере для получения магния и хлора, включающем электролитическое отделение, в котором размещены чередующиеся между собой аноды и катоды, образующие между собой межэлектродное расстояние, сборную ячейку, отделенную от электролитического отделения разделительной перегородкой с переточным каналом V-образной формы и с выступом, расположеным ниже входного отверстия канала, между подиной и перегородкой выполнен нижний переточный канал, новым является то, что сборная ячейка выполнена с площадью горизонтального сечения, равной площади вертикального сечения нижнего переточного канала, и составляет 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродных расстояний между катодами и анодами, а ее футеровка напротив переточного канала выполнена с покрытием из электрохимически стойкого материала. This problem is solved in that in the electrolyzer for producing magnesium and chlorine, which includes an electrolytic compartment, in which alternating anodes and cathodes are placed, forming an interelectrode distance between each other, an assembly cell separated from the electrolytic compartment by a dividing wall with a V-shaped transfer channel and with a protrusion located below the channel inlet, a lower overflow channel is made between the bottom and the partition, the new one is that the assembly cell is made with a burning area ontalnogo section equal to the area of the lower vertical section of the overflow channel, it is 0.7-1.3 and the sum of the areas of horizontal sections of interelectrode distances between the cathodes and the anodes, and its lining opposite the overflow channel is made of a material electrochemically resistant coating.

Кроме того, в качестве электрохимически стойкого материала используют муллит. In addition, mullite is used as an electrochemically stable material.

Кроме того, в качестве электрохимически стойкого материала используют фторфлогопит. In addition, fluorophlogopite is used as an electrochemically stable material.

Оптимальные условия конструктивного оформления электролизера подбирают так, чтобы площадь горизонтального сечения сборной ячейки была равна площади вертикального сечения нижнего переточного канала и площадь горизонтального сечения сборной ячейки составляла 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений межэлектродного расстояния между катодом и анодом, что позволит снизить турбулентность электролита в сборной ячейке, уменьшить шламообразование и тем самым повысить выход магния по току. The optimal conditions for the design of the electrolyzer are selected so that the horizontal sectional area of the collecting cell is equal to the vertical sectional area of the lower transfer channel and the horizontal sectional area of the collecting cell is 0.7-1.3 the sum of the horizontal cross-sectional areas of the interelectrode distance between the cathode and anode, which will reduce turbulence of the electrolyte in the collection cell, reduce sludge formation and thereby increase the current output of magnesium.

Защита сборной ячейки напротив переточного V-образного канала электрохимически стойким материалом, например муллитом или фторфлогопитом, позволяет повысить срок службы сборной ячейки и тем самым срок службы всего электролизера. Сборная ячейка напротив переточного канала подвергается большому воздействию потока электролита с магнием, выходящему из электролитического отделения через переточный V-образный канал в сборную ячейку, вызывая разрушение огнеупорного материала. Protection of the collection cell opposite the transfer V-channel with electrochemically resistant material, for example, mullite or fluorophlogopite, allows to increase the service life of the collection cell and thereby the service life of the whole cell. The collection cell opposite the transfer channel is exposed to a large effect of the flow of electrolyte with magnesium exiting the electrolytic compartment through the transfer V-channel into the collection cell, causing the destruction of the refractory material.

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, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical to all the essential features of the invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed cell, set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art determined by the applicant to achieve a technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг.1, 2 показан электролизер для получения магния и хлора. Figure 1, 2 shows an electrolyzer for producing magnesium and chlorine.

Электролизер состоит из футерованной ванны 1, электролитического отделения 2, катодов 3, анодов 4, межэлектродного расстояния 5 сборной ячейки 6, перекрытия 7, разделительной перегородки 8, переточного канала 9 V-образной формы, выступа 10, нижнего канала 11, покрытия 12 из электрохимически стойкого материала, например муллита или фторфлогопита. The electrolyzer consists of a lined bath 1, electrolytic compartment 2, cathodes 3, anodes 4, interelectrode distance 5 of the collection cell 6, overlap 7, dividing wall 8, transfer channel 9 V-shaped, protrusion 10, lower channel 11, coating 12 from electrochemically resistant material, for example mullite or fluorophlogopite.

Монтаж электролизера производят следующим образом. В ванну 1 устанавливают перекрытие 7, отлитое вместе с верхней частью разделительной перегородки 8. В перекрытии 7 закрепляют аноды 4. Сбоку в футеровке устанавливают катоды 3 на межэлектродном расстоянии 5 от анода. Изготавливают переточный V-образный канал 9. Для этого перегородку 8 выше входного отверстия переточного канала 9 отливают из огнеупорного материала V-образной формы и устанавливают соединением типа шип-паз к верхней части перегородки. Устанавливают выступ 10 и изготавливают нижнюю часть перегородки из трех и более нижних арочных каналов 11, внутри сборной ячейки 6 напротив переточного канала 9 устанавливают покрытие 12 из электрохимически стойкого материала, например муллита или фторфлогопита. Электролизер монтируют таким образом, чтобы площадь горизонтального сечения сборной ячейки 6 (S₁) была равна площади (S₂) горизонтального сечения нижнего канала между перегородкой 8 и подиной электролизера и составлять 0,7-1,3 суммы площадей горизонтальных сечений между рабочими поверхностями анода и катода (s₁+s₂+s₃+...s_n).The installation of the cell is as follows. In the bath 1, an overlap 7 is installed, cast together with the upper part of the dividing partition 8. Anodes 4 are fixed in the overlap 7. Cathodes 3 are installed on the side of the lining at an interelectrode distance 5 from the anode. An overflow V-channel is made 9. For this, a partition 8 above the inlet of the overflow channel 9 is cast from a V-shaped refractory material and installed with a spike-groove connection to the upper part of the partition. The protrusion 10 is installed and the lower part of the partition is made of three or more lower arch channels 11; inside the prefabricated cell 6, opposite the transfer channel 9, a coating 12 is made of electrochemically resistant material, for example, mullite or fluorophlogopite. The cell is mounted in such a way that the horizontal cross-sectional area of the collection cell 6 (S ₁ ) is equal to the horizontal cross-sectional area (S ₂ ) of the lower channel between the partition 8 and the bottom of the cell and comprise 0.7-1.3 the sum of the horizontal cross-sections between the working surfaces of the anode and cathode (s ₁ + s ₂ + s ₃ + ... s _n ).

Электролизер работает следующим образом. The cell operates as follows.

Сырье - безводный карналлит или хлорид магния - в виде расплава заливают в сборную ячейку 6. По нижним арочным каналам 6 разделительной перегородки 8 расплав поступает в электролитическое отделение 2 ванны 1. Под воздействием постоянного электрического тока, подаваемого на катоды 3 и аноды 4, хлорид магния разлагают на магний и хлор. Хлор выводят через систему отвода газов в электролитическом отделении потребителю. Поток электролита с магнием и хлором, не уловленным в электролитическом отделении, поступает в V-образный переточный канал 9, расплавленный магний вместе с электролитом поступает в сборную ячейку 6. Магний извлекают из сборной ячейки с помощью вакуум-ковша и направляют потребителю. Raw materials — anhydrous carnallite or magnesium chloride — are poured into the collection cell in the form of a melt 6. Through the lower arched channels 6 of the dividing wall 8, the melt enters the electrolytic compartment of bath 2 1. Under the influence of direct electric current supplied to the cathodes 3 and anodes 4, magnesium chloride decompose into magnesium and chlorine. Chlorine is removed through a gas removal system in the electrolytic compartment to the consumer. The electrolyte stream with magnesium and chlorine not trapped in the electrolytic compartment enters the V-shaped transfer channel 9, the molten magnesium and the electrolyte enter the collection cell 6. Magnesium is removed from the collection cell using a vacuum ladle and sent to the consumer.

Claims

1. An electrolyzer for producing magnesium and chlorine, comprising a bath lined with refractory material, in which an electrolytic compartment is placed with alternating anodes and cathodes installed therein and forming an interelectrode distance, a collection cell separated from the electrolytic compartment by a dividing wall with a V-shaped transfer channel shape and with a protrusion located below the inlet of the channel, between the partition and the bottom of the cell is made of the lower transfer channel, characterized in then the collection cell is made with a horizontal cross-sectional area equal to the vertical cross-sectional area of the lower transfer channel, and is 0.7-1.3 the sum of the horizontal cross-sectional areas of the interelectrode distances between the cathodes and anodes, and its lining opposite the transfer channel is made with a coating of electrochemically resistant material .

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that mullite is used as an electrochemically stable material.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that fluorophlogopite is used as an electrochemically stable material.