RU2400569C1

RU2400569C1 - Electrolysis cell

Info

Publication number: RU2400569C1
Application number: RU2009120945/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Образцов (RU); Сергей Викторович Образцов; Виктор Петрович Дмитриенко (RU); Виктор Петрович Дмитриенко; Олег Иванович Налесник (RU); Олег Иванович Налесник; Айгуль Муратовна Ивлеева (RU); Айгуль Муратовна Ивлеева
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-09-27

Abstract

FIELD: chemistry. ^ SUBSTANCE: electrolysis cell has an inductor for heating and mixing the electrolyte and electrodes which are connected to a source of asymmetric alternating current. The cathode is the bottom of the container made from electroconductive material whose lateral surface is shielded by electrically insulating refractory material. A graphite anode is placed in a membrane vessel made from ceramic material with anion conductance and is placed at the centre of the container. ^ EFFECT: broader functional capabilities of electrolysis and higher purity of obtained metal. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения металлов электролитическим способом из расплавов, а именно к конструкциям электролизеров, и может найти применение для получения легких, тугоплавких металлов и кремния с высокой степенью чистоты.The invention relates to the field of producing metals by electrolytic method from melts, namely, to designs of electrolytic cells, and can find application for producing light, refractory metals and silicon with a high degree of purity.

Известен электролизер для рафинирования ванадия и других тугоплавких металлов (патент РФ №2164559, опубл. 27.03.2001 г., МПК С25С 7/00, С25С 3/26). Электролизер включает герметичный корпус, выполненный с возможностью подвода к нему напряжения, реторту, установленную в корпусе на изоляторах, крышку, средства для подачи инертного газа и для откачки воздуха, компактный анод из рафинируемого металла, обод, для подвески анодов, выполненный из двух полуокружностей с металлическими клиньями, с двумя прорезями и с приваренными в радиальном направлении токоподводящими стержнями и установленный на корпусе для обеспечения с ним электрического контакта. При этом аноды подвешены с помощью анододержателей на токоподводящие стержни обода.Known electrolyzer for the refining of vanadium and other refractory metals (RF patent No. 2164559, publ. 03/27/2001, IPC C25C 7/00, C25C 3/26). The electrolyzer includes a sealed housing configured to supply voltage to it, a retort installed in the housing on insulators, a cover, means for supplying inert gas and for pumping air, a compact anode of refined metal, a rim for suspending anodes made of two semicircles with metal wedges, with two slots and with radially welded current-supplying rods and mounted on the housing to ensure electrical contact with it. In this case, the anodes are suspended by means of anode holders on the current-carrying rods of the rim.

Недостаток электролизера по патенту РФ №2164559 состоит в ограниченности его функциональных возможностей, в частности он предназначен для рафинирования металлов и не приспособлен для их первичного получения.The disadvantage of the electrolytic cell according to the patent of the Russian Federation No. 2164559 is the limited nature of its functionality, in particular, it is intended for refining metals and is not suitable for their primary production.

Известен также электролизер для получения щелочноземельных металлов из расплавов (патент РФ №2339744, опубл. 27.11.2008 г., МПК С25С 7/02, С25С 3/02). Электролизер содержит ванну-катод, установленные вдоль ванны на траверсе аноды с анодными устройствами, привод вертикального перемещения траверсы, неподвижную раму с боковыми и центральным укрытиями и каналами газоотсосов и токоподводящие шины. При этом каждый анод представляет собой графитовый моноблок. Неподвижная рама с боковыми и центральным укрытиями размещена на борте ванны-катода, центральное укрытие выполнено в виде плиты, а каналы газоотсосов размещены в торцах неподвижной рамы на уровне борта ванны-катода.Also known is an electrolyzer for producing alkaline earth metals from melts (RF patent No. 2339744, publ. November 27, 2008, IPC C25C 7/02, C25C 3/02). The electrolyzer contains a cathode bath, installed along the bath on the crosshead anodes with anode devices, a drive for vertical movement of the traverse, a fixed frame with side and central shelters and channels of gas suction pumps and current-carrying busbars. Moreover, each anode is a graphite monoblock. A fixed frame with side and central shelters is located on the side of the cathode bath, the central shelter is made in the form of a plate, and the channels of the gas exhaust are placed at the ends of the fixed frame at the level of the side of the bath cathode.

Недостатком электролизера по патенту РФ №2339744 является невозможность получения металла высокой чистоты ввиду того, что катодный металл загрязняется примесями анодного материала.The disadvantage of the electrolyzer according to the patent of the Russian Federation No. 2339744 is the impossibility of obtaining high purity metal due to the fact that the cathode metal is contaminated with impurities of the anode material.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является электролизер по патенту РФ №2244765 (опубл. 20.01.2005 г., МПК С25С 7/00), который и принят за прототип изобретения. Электролизер содержит емкость для электролита, электроды, подключенные к источнику электрического переменного тока, индуктор для перемешивания и нагрева электролита и источник магнитного поля. Емкость для электролита установлена в зазоре магнитопровода источника магнитного поля, стенки емкости выполнены электропроводными и являются электродом, второй электрод расположен в емкости и соединен с ее стенками токопроводом, а дно выполнено из диэлектрического материала.The closest analogue of the claimed invention is the electrolyzer according to the patent of the Russian Federation No. 2244765 (publ. 20.01.2005, IPC С25С 7/00), which is taken as a prototype of the invention. The electrolyzer contains a capacitance for the electrolyte, electrodes connected to a source of electric alternating current, an inductor for mixing and heating the electrolyte and a source of magnetic field. The capacitance for the electrolyte is installed in the gap of the magnetic circuit of the source of the magnetic field, the walls of the container are electrically conductive and are the electrode, the second electrode is located in the container and connected to its walls by a current conductor, and the bottom is made of dielectric material.

Недостатки прототипа заключаются в следующем: невозможность проведения электролиза из-за соединения электродов между собой токопроводом, а также загрязнение металла примесями анодного материала.The disadvantages of the prototype are as follows: the inability to conduct electrolysis due to the connection of the electrodes to each other with a current lead, as well as metal contamination with impurities of the anode material.

Поставлена задача приспособить электролизер для проведения электролиза с высокой чистотой получаемого металла.The task is to adapt the electrolyzer for electrolysis with high purity of the resulting metal.

Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом электролизер содержит емкость для электролита со стенками и дном из электропроводного материала, являющуюся катодом, анод, размещенный в емкости для электролита, и индуктор для нагрева и перемешивания электролита, причем катод и анод подключены к источнику переменного тока. Согласно изобретению анод и катод подключены к источнику асимметричного переменного тока, при этом анодное пространство электролизера отделено от катодного керамической мембраной с анионной проводимостью, а стенки катода экранированы электроизоляционным жаростойким материалом.This problem is solved as follows. In accordance with the prototype, the electrolyzer contains a capacitance for an electrolyte with walls and a bottom made of an electrically conductive material, which is a cathode, an anode placed in an electrolyte tank, and an inductor for heating and mixing the electrolyte, the cathode and anode being connected to an alternating current source. According to the invention, the anode and cathode are connected to an asymmetric alternating current source, while the anode space of the cell is separated from the cathode by a ceramic membrane with anionic conductivity, and the walls of the cathode are shielded by heat-insulating heat-resistant material.

Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена конструкция электролизера.Further, the invention is illustrated by the drawing, which schematically shows the design of the cell.

В расположенной внутри индуктора 1 емкости 2 для электролита установлен выполненный из электроизоляционного жаростойкого материала экран 3 стенок. Функцию катода выполняет дно емкости 2. Графитовый анод 4 помещен в мембранный сосуд 5 из керамики с анионной проводимостью и вместе с ним установлен в центре емкости 2.In the capacitance 2 for electrolyte located inside the inductor 1, a wall screen 3 made of insulating heat-resistant material is installed. The function of the cathode is performed by the bottom of the vessel 2. The graphite anode 4 is placed in a membrane vessel 5 made of ceramic with anionic conductivity and together with it is installed in the center of the vessel 2.

В мембранный сосуд 5 и емкость 2 загружают расчетное количество сухого измельченного электролита 6.In the membrane vessel 5 and capacity 2 load the calculated amount of dry powdered electrolyte 6.

При включении индуктора 1 происходит нагрев и расплавление электролита и установление требуемой его температуры. Включают ток электролиза. При электролизе вследствие постепенного окисления графитового анода 4 до окислов углерода содержащиеся в нем примеси переходят в расплав электролита в виде катионов металлов или шлама и остаются внутри мембранного сосуда 5, не попадая в катодное пространство электролизера и не загрязняя получаемый металл. В результате металл высокой чистоты получается за одну стадию, исключая электролизное рафинирование.When you turn on the inductor 1 there is heating and melting of the electrolyte and the establishment of its required temperature. Turn on the electrolysis current. During electrolysis, due to the gradual oxidation of the graphite anode 4 to carbon oxides, the impurities contained in it pass into the electrolyte melt in the form of metal cations or sludge and remain inside the membrane vessel 5 without entering the cathode space of the electrolyzer and without polluting the resulting metal. As a result, high-purity metal is obtained in one step, excluding electrolysis refining.

Экран 3 катода исключает из работы боковую поверхность графитовой емкости 2, увеличивая плотность катодного тока на дне этой емкости до оптимального значения. При открытой же боковой поверхности емкости 2 площадь катода на порядок превышает площадь анода, и по этой причине невозможно достичь оптимальной плотности катодного тока.The cathode screen 3 excludes the side surface of the graphite capacitance 2 from operation, increasing the cathode current density at the bottom of this capacitance to the optimum value. When the side surface of the vessel 2 is open, the cathode area exceeds the anode area by an order of magnitude, and for this reason it is impossible to achieve the optimal cathode current density.

Технический результат изобретения: расширение функциональных возможностей электролизера и повышение чистоты получаемого металла.The technical result of the invention: expanding the functionality of the electrolyzer and increasing the purity of the resulting metal.

Claims

An electrolyzer containing an electrolyte container with walls and a bottom of an electrically conductive material, which is a cathode, a graphite anode placed in an electrolyte container, and an inductor for heating and mixing the electrolyte, the cathode and anode being connected to an alternating current source, characterized in that it is provided membrane vessel made of ceramic with anionic conductivity, in which a graphite anode is placed, the walls of the tank are shielded by heat-insulating heat-resistant material, while the AC source is to an asymmetric alternating current.