Электролизер для получения магния с нижним вводом анодов
Электролизер включает электролитическую и сборную ячейки, перекрытия. С целью увеличения объема удаляемого избыточного тепла (в том числе при регулировании температуры) перекрытие электролитических ячеек выполнено многослойным, причем нижний слой состоит из теплопроводного, стойкого в условиях электролиза, материала, например, графита, а над ним образована полость для перемещения хладагента. В полости может быть размещен металлический кессон, охлаждаемый водой. Верхний слой перекрытия выполнен теплоизолирующим, а перекрытие может перекрывать только часть ячейки или состоять из нескольких отделений.
Полезная модель относится к металлургии цветных металлов, конкретно, к получению магния электролизом расплава хлоридов.
Недостатками известных конструкций электролизеров с нижним вводом анодов является низкая плотность тока (ниже оптимальной на 20-30%) и сложность отвода избытка тепла при необходимости снизить температуру электролита. Для увеличения плотности тока необходимо поднять силу тока, а это возможно только при удалении избыточного тепла.
Известны электролизеры с нижним вводом анодов с устройствами для отвода тепла. Например, по А.с. №1195686 средства охлаждения выполнены в виде тепловых труб, а в футеровке стенок выполнены открытые полости. Недостатком такого решения является ослабление футеровки стенок, несовершенство конструкции тепловых труб, недостаточная их надежность и ремонтопригодность.
В решении по А.с. №784385 между нижними гранями контактных головок анодов и днищем кожуха образованы сообщающиеся полости, соединенные с коллектором для теплоносителя. Недостатком такой конструкции является возможность появления настыли на подине электролизера, что затрудняет очистку подины от шлама и не позволяет отводить тепло в больших объемах.
В решении по патенту №2092618 электролизер выполнен с каналами в футеровке для охлаждающего анода. Недостатком такого электролизера является ограниченность объема тепла, подводимого к каналам путем теплопроводности футеровочных материалов и усложнение футеровки.
В наиболее близком по существу, выбранном в качестве прототипа, электролизере по А.с. №1741474 перекрытие электролизера составляют
магниевые или алюминиевые заливки головок анодов с каналами охлаждения. Существенным недостатком такого решения является реальная опасность разрушения перекрытия в результате взаимодействия заливок с горячим хлором.
Целью предлагаемого технического решения является увеличение отвода избыточного тепла и возможность регулирования отвода тепла при стабилизации оптимальной температуры процесса электролиза.
Цель достигается тем, что перекрытие электролитических ячеек выполнено многослойным, причем нижний слой состоит из теплопроводного, стойкого в условиях электролиза, материала, например, графита, а над ним образована полость для перемещения хладагента. Слой над полостью выполнен теплоизолирующим, а сторона нижнего слоя, обращенная к полости, выполнена рифленой. Полость может быть герметично облицована металлом, и образовать кессон с патрубками для ввода и вывода хладагента, например, воды. Многослойное перекрытие электролитической ячейки может составлять только часть перекрытия или быть выполнено из нескольких отделений.
На рисунке цифрами обозначены: 1 - анод, 2 - футеровка, 3 - электролитическая ячейка, 4 - сборная ячейка, 5 - нижний слой перекрытия, 6 - полость для перемещения хладагента, 7 - верхний слой перекрытия.
Электролизер работает следующим образом. При подключении тока происходит электролиз хлорида магния из расплава при оптимальной температуре 670-680°С, на катоде выделяется магний и собирается в сборной ячейке, на аноде выделяется хлор и отсасывается из-под перекрытия электролитической ячейки.
Перекрытие 5 нагревается за счет излучения от расплава, без теплоотвода его температура может достичь 500°С, при перемещении (продуве, прокачке) хладагента через полость тепло от слоя 5 отводится и он охлаждается. Объем отводимого тепла может составить 5-6 кВт м 1 м 2 перекрытия. Обычная площадь расплава в электролитической ячейке
составляет 4-6 м, а значит можно отвести от одной ячейки до 36 кВт тепла. С учетом того, что ячеек обычно не менее двух, возможный объем отводимого тепла также может быть удвоен.
Если иметь ввиду интенсификацию электролизера, то каждые 10 кВт удаления избыточного тепла позволят увеличить нагрузку на электролизер - на 5 кА. Автоматическое регулирование объема прокачиваемого хладагента позволяет оперативно реагировать на изменение температуры электролита при ее выходе из оптимума.
1. Электролизер для получения магния с нижним вводом анодов, включающий футерованный кожух, электролитическую и сборные ячейки, перекрытия, отличающийся тем, что перекрытие электролитических ячеек выполнено многослойным, причем нижний слой состоит из теплопроводного, стойкого в условиях электролиза, материала, а над ним образована полость для перемещения хладагента.
2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что нижний слой состоит из графита.
3. Электролизер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что слой над полостью выполнен теплоизолирующим.
4. Электролизер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сторона нижнего слоя, обращенная к полости, выполнена рифленой.
5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что полость герметично облицована металлом и образует кессон с патрубками для ввода и вывода хладагента.
6. Электролизер по пп.1 и 5, отличающийся тем, что в качестве хладагента используется вода.
7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что многослойное перекрытие электролитической ячейки состоит из нескольких отделений.
8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что многослойное перекрытие составляет только часть перекрытия электролитической ячейки.
