Електролізер для одержання магнію і хлору

Т Не подлежит опублш ованию в открытой печати СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН 3(5Р'С 25 С 3/04; С. 25 В 1/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНГЫТИЙ 000209 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2862117/22-02 (22) 0 3 . 1 2 . 7 9 (72) А.Б.Кондратенко, Н.В.Хабер, С П . К о с а р е в , Ь. А.Григорьева, В.А.Рудаков, В.И.Цеголев , К.Д.Гужжавлев, А.Н .Татакин, А.В.Васильев, И.Л.Резников, Г.П.Христюк, В.Г.Овчаренко и В.И.Петров (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродноП промышленности и Производственное объединение "Хлорвинил" (53) 6 6 9 . 7 2 1 . 3 7 2 : 6 6 1 . 4 1 ( 0 8 8 . 8 ) (56) 1. Эйдензон М.А. "Магний", М., "Металлургия", 1969, с . 1 5 3 - 1 6 4 . 2 . Патент С А № 4076602, Ш к л . 204-70, опублик. 1978. 3 . Патент CUA № 2396171, кл. 204-70, опублик. 1946. ( 5 4 ) ( 5 7 ) 1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА, включающий футерованный огнеупорным материалом к о р п у с , электролитическое отделение, одну или несколько загрузочных я ч е ек с электродами постоянного т о к а , разделенные с электролитическим отделением перегородкой и имеющие ( сообщение с ним при помощи каналов, и одну или несколько сборных я ч е е к , о т л и ч а ю щ и й ся тем, ч т о , с целью увеличения срока службы анодов и уменьшения их расхода при получении магния из хлормагниевого сырья с кислородсодержащими примесями, верхняя часть электролитического отделения соединена каналом с нижней частью загрузочной ячейки в зоне электродов или под ними, а зона загрузочной ячейки, расположенная над электродами, соединена каналом с с соседней ячейкой, при этом нижняя отметка э т о г о канала расположена на высоте, составляющей 0 , 5 - 0 , 9 5 БЫ- о соты верхней отметки канала, соединяющего электролитическое отделение с нимней частью загрузочной ячейки. 2 . Электролизер по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что верхняя зона загрузочной ячейки соединена с электролитическим отделением. 3, Электролизер по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что верхняя зона загрузочной ячейки соединена со сборной ячейкой. \ |11| ц| | || fS 1 824689 рых загружают недообезвоженное хлорИзобретение относится к области магниевое сырье, и ячеек для сбора электролитического получения магния металла. При этом в верхнюю зону и хлора из расплавленных сред и загрузочной ячейки выведен канал направлено на совершенствование кондля подачи верхних слоев электролита струкции электролизера. При разработке конструкции элект- 5 из наиболее удаленной электролитической ячейки, а в нижней зоне загролизера для получения магния и хлорузочной ячейки размещен канал для ра их хлормагниевого сырья с повывывода обогащенного хлоргдагнием шенным содержанием кислородсодержаэлектролита из загрузочной ячейки щих примесей, например, воды в коли10 в электролитическую [з] . честве 0,5-0,8% и окиси магния Недостатком известного электро0 , 5-3,5% возникают серьезные "труд* лизера, принятого за прототип, являности, связанные с повышенным изноется повышенная скорость износа аносом графитированных анодов. Повыдов вследствие взаимодействия кислошенный износ анодов, вызываемый взаи модействием графита анода с кисло15 родсодержащих примесей с графитом родсодержащими примесями, ведет к анода, так как недообезвоженное уменьшению срока службы анодов и хлормагниевое сырье'загружают неувеличению их удельного расхода. посредственно в межэлектродное пространство и его хлорирование происВ настоящее время эти трудности ходит с участием графита анода. 20 не преодолены и указанное выше Цель настоящего изобретения хлормагниевое сырье перед заливкой состоит в создании электролизера в электролизеры подвергается обездля получения магния и хлора иэ воживанию и хлорированию в специальхлормагниевого сырья с повышенным ных электрических печах, в которых содерхіанием кислородсодержащих присырье плавят и рафинируют от кисломвсен (\\р - 0,5-8,0%-, Ь£О - 0,5 родсодержащих примесей, что требует 3,5%), в котором устранены недостатзначительных капитальных затрат и ки известного электролизера. эксплуатационных расходов [lj . Эта цель достигается в предлагавИзвестно несколько специальных конструкций электролизера для полу- 30 мом электролизере, который включает чения магния и хлора из хлормагние.футерованный огнеупорным материалом вого сырья с повышенным содержаникорпус, одну или несколько сборных ем кислородсодержащих примесей (воячеек и электролитическое отделение, ды и окиси магния), разработанных одну или несколько загрузочных ячес целью снижения капитальных и 35 ек с электродами постоянного тока, эксплуатационных затрат. разделенных перегородками и соединенных каналами с электролитическим Известен электролизер для полуотделением. чения магния, включающий электролитические ячейки и отделенную от них Согласно изобретению, верхняя перегородкой зону загрузки и плавле- 40 часть электролитической ячейки соения твердого исходного сырья, содердинена каналом с нижней частью загжащего избыточное количество водорузочной ячейки в зоне электродов родных и кислородных примесей [2], или под ними, а зона загрузочной ячейки, расположенная над электроНедостатки этого известного электролизера состоят в том, что расплав- лс дами, соединена каналом с соседней ячейкоп (сборной или электролитиленное в зоне загрузки хлормагниевое ческой), при этом нижняя отметка сырье с повышенным содержанием кисэтого канала расположена на высоте, лород- и водородсодержатих примесей составляющей 0,5-0,95 -высоты верхней циркуляцией направляется в межэлектотметки канала, соединяющего электродное пространство электролитичес50 ролитическую ячейку с нижней частью ких ячеек , где внесенные примеси загрузочной ячейки. кислород- и водородсодержащих соединений (иода и окись магния) взаимоВ предложенном электролизере действуют с графитом анода, в ревследствие соединения каналом верхзультате чего скорость износа аноней части электролитических ячеек с 55 нижней частью загрузочной ячейки в дов увеличивается в два-пять раз, что приводит к резкому уменьшению зоне электродов или под ними аноды срока из службы и увеличению их этой ячейки работают на свободном удельного расхода. от кислородсодержащих примесей электролите верхних слоев электролиИзвестен также электролизер для получения магния и хлора путем 60 тических ячеек, благодаря чему электролизера не полностью обезвопредотвращается износ анодов и увеженного хлористого магния. Футероличивается срок их службы. ванный огнеупорным материалом электРасположение канала, соединяющеролизер разделен на несколько электго загрузочную ячейку с соседней ролитических ячеек, в одну из кото- 65 (сборной или электролитической}, в 824689 зоне над электродами и на высоте erd нижней отметки, составляющей 0,5 0,95 высоты канала, соединяющего электролитическую ячейку с нижней частью загрузочной ячейки, обеспечивает надежную работу, малый износ и достаточный срок службы анодов электролитических "ячеек, так как по этому каналу к анодам поступает из загрузочной ячейки обогащенный хлористым магнием прохлорированный и 10 отрафинировэнный электролит. При содержании Р О Д Ы в исходном хлормагниевом сырье 7,5% и окиси магния - 1,8% нижняя отметка высоты канала, соединяющего загрузочную 15 ячейку с соседней, сборной или элект' ролитической, составляет 0,5 высоты 'от верхней отметки канала, соединяющего электролитическую ячейку с нижней частью загрузочной ячейки. При 20 этом условии износ анодов не превышает 1,2 мм/месяц, так как концентрация кислородсодержащих примесей в обогащенном хлористым магнием про' хлорированном и отрафинированном 25 электролите не увеличивается. При содержании воды в исходном хлормагнневом сырье 0,5% и 0,5% окиси магния высота нижней отметки канала, соединяющего загрузочную ячейку с соседней, сборной или электро- 30 литической, составляет 0,95 высоты от верхней отметки канала, соединяющего электролитическую ячейку с нижней частью загрузочной, при этом износ анодов также равен 1-2 мм/месяц, 35 так как содержание кислородных примесей остается таким же, как в предыдущем примере. При уменьшении высоты нижней отметки канала, соединяющего загрузоч- 40 ную ячейку с соседней, сборной или электролитической, до 0,4 части и меньше от величины верхней отметки ,канала, соединяющего электролитическую ячейку с нижней частью загрузоч- 45 ной, обогащенной хлористым магнием электролит вместе с ки елородсодержащими примесями попадает в межэлектродное пространство загрузочной ячейки и износ анодов увеличит50 ся до 5-25 мм/месяц. Превышение высоты нижней отметки канала, соединяющего загрузочную ячейку с соседней, сборной или электролитической , до 1/0 высоты отметки 55 канала, соединяющего электролизную ячейку с нижней частью загрузочной, также повысит износ анодов до 525 мм/месяц, так как содержание кислородных примесей в обогащенном хлористым магнием электролите оста- 60 ется высоким. На фиг. 1 - вид в плане электролизера, в котором зона загрузочной ячейки, расположенная над электро 65 дами, соединена каналом со сборной ячейкой; на фиг. 2 представлен продольный разрез электролизера по кана' лу, соединяющему верхнюю часть элект" ролитической ячейки с нижней частью загрузочной ячейки; на фиг. 3 вид в плане электролизера, в котором зона загрузочной ячейки, расположенная над электродами, соединена ка- , налом с электролитической ячейкой; на фиг. 4 - продольный разрез электролизера по ка іалу, соединяющему зону загрузочной ячейки над электродами с электролитической ячейкой. Конструкция электролизера выполне~ на следующим образом. В металлическом кожухе 1, футерованном огнеупорным материалом 2 з а к лючены электролитическое отделение из ячеек 3,сборная ячейка 4 и загрузочная ячейка 5,в которой установлены грагитированный анод 6 и стальной катод 7. Электролитические ячейки 3 разделены с загрузочной ячейкой 5 перегородкой 8 (фиг. 1, 2, 3, 4 ) , а загрузочная ячейка 5 разделена со сборной ячейкой 4 перегородкой 9 (фиг. 1) . Электролитические ячейки 3 соединены с нижней частью загрузочной ячейки 5 каналом 10, размещенным в перегородке 8 Ї загрузочная ячейка 5 соединена каналом 11 со сборной ячейкой 4 (фиг. 1 и фиг. 2) и на фиг. 3 и фиг. 4 - е электролитической ячейкой 3. Высота нижней отметки канала 11 (фиг. 2 и фиг. 4} - h^ , по отношению к подине 12 электролизера составляет 0,5-0,9 5 высоты верхней отметки 13 канала 10 (фиг. 2) - h? . Электролизер снабжен патрубком 14 для загрузки хлормагниевого сырья и патрубком 15 отсоса отходящих газов. В электролитическом отделении размещены графитировэнные аноды 16 и стальные катоды 17. Работа электролизера осуществляется следующим образом. Ванна электролизера заполняется расплавленным электролитом, после чего на электроды подают постоянный ток, в результате чего на анодах 6 и 16 выделяется хлор, а на катодах 7 и 17 магний. По каналу 10 верхние слои электролита электролитической ячейки , свободные от кислородсодержащих соединений, поступают в нижнюю часть загрузочной ячейки 5 под анод б и катод 7 и под действием выделяющегося на аноде 6 хлора электролит поднимается вверх, омывая электроды постоянного тока (б и 7 ) . Ua поверх-' ность этого электролита, прошедшего через межэлектродное пространство анода б и катода 7 и насыщенного хло 824689 загрузочной ячейках соприкасаются только с прохлорированным. и рафинированным сырьем, в связи с чем скорость износа анода и срок службы такой 'же, как в электролизере, работаюцем на сырье, прошедшем обработку в специальных аппаратах для плавления и рафинирования хлормагниевых расплавов. D настоящее время по предлагаемой 10 конструкции выполнен технорабочий проект опытно-промышленного электролизера и намечено его строительство. Применение электролизеров по данному изобретению позволит получить 15 большой годовой экономический эффект за счет уменьшения эксплуатационных и условно-постоянных расходов по плавлению и рафинированию сырья в Образующиеся при плавлении, хлорин специальных аппаратах, снижения рованни н рафинировании хлор-магние- ' * сквозного удельного расхода электрового сырья газы отсасывают череэ энергии, примерно, на 2000 кВт.ч на патрубок 15 и направляются в канал 1 т магния при стоимости электросанитарного отсоса. энергии 1,57 коп. на 1 кВт.ч, снижения затрат на газоочистку (около Таким образом, несмотря на то, что в электролизер загружают хлор25 3D руб. на т магния) и повышения выхода товарного хлора в количестве магниевое сырье с кислородсодержащи •600 кг на 1 т магния при стоимости ми примесями, аиоды электролизера 1 т хлора 45 руб. как в электролитических, так и в ром и магнием, непрерывно или периодически череэ патрубок 14 загружают хлормагниевое сырье с кислородсодержащими примесями. При взаимодействии последних, в частности, MtfO, с хлором образуются хлориды магния} металлический магний і имекхдийся в расплаве, рафинирует обогащенный хлористым магнием электролит от других примесей, отрицательно влияющих на процессе электролиза Гводы, сульфатов, железа, титана, бора и др.) . Прохл ори ров энный и отрафинирован-1 ный обогащенный хлористым магнием электролит по каналу 8 перетекает в сборную ячейку 4, откуда идет к анодам 16 и катодам 17 электролитических ячеек 3, 824689 10 /7 фиг 3 Редактор Н.Народная Составитель Г.Титова Техред А. Ач Корректор М. Демчик Заказ 128 3/ДСП Тираж 56 3 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раупская н а б . , д . 4/5 Филиал П П " П а т е н т " , г . Ужгород, П ул. Проектная, 4