Способ повышения активности катода магниевого электролизера

 

В. Б. Фрейдлин, В. А. Пирогов, В. И. Грибов, М. Л Рудницкий, К. Ф. Житков, В. А. Агалаков, Г. И. Белкин и Й. С, Соляков (72) Авторы изобретения

Березниковский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института титана и Соликамский

1 магниевый завод (7 I ) Заявители (54) СПОСОБ ПОВЬМЕНИЯ АКТИВНОСТИ КАТОДА МАГНИЕВОГО

ЭЛЕКТРОЛИ ЗЕРА

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности производству магния электролизом из расплава хлористых солей.

Выход магния по току в первые 2 — 4 месяца на бездиафрагменных электролизерах, оборудованных катодами из горячекатанной стали Ст. 3, Ст. 0 на 10 — 12% ниже, чем в последующие месяцы эксплуатации. Низкий выход по току в этот период связан с плохой обслуживаемостью рабочих поверхностей

10 катодов.

Известен способ улучшения смачиваемости электродов в электролизерах галогенида алюминия, омыванием катода выделяюшимся алюминием (1) .

l5

Недостатками этого способа являются невозможность его использования в злектролизерах по производству магния и эффективность в ваннах, оборудованных углеграфито20 выми катодами.

Известен также способ повышения активности катодной поверхности, в котором электролит вводят соли алюминия. В процессе электролиза алюминий осаждается на ка- тоде, образуя прочный слой, который улучшает смачиваемость катода (2).

Недостатком. данного способа является быстрое разрушение алюминиевого покрытия ввиду его взаимодействия с магнием, загрязнение магния алюминием и износ стального катода вследствие взаимодействия алюминия с железом.

Известен способ улучшения смачиваемости катода, выделяющимся магнием, заключающийся в нанесении диффузионного титанового. покрытия на катодную поверхность (3).

Недостатком известного способа является образование на катодной поверхности карбидов титана, что приводит к уменьшению выхода по току.

Цель изобретения — повышение производительности магниевого электролизера за счет сокрашения длительности пуско-наладочного периода.

Поставленная цель достигается повышением активности катода магниевого электролизера металлизацией его цветным металлом перед установкой в электролизер. Катод подвергая т диффузионной металлизации магнием.

Процесс металлиэации нсдут до толщины диффузионного слоя 0,01 — 0,2 мм и содержания в нем магния 0,01 — 0,06 мас.%, предпочтительней 0,01 —.0,04 мас.%. Металлизацию сталей проводят в расплаве магния при

680 — 725 С, предпочтительней 700-725 С в течение 5 — 100 ч, предпочтительней 20 — 80 ч.

Предварительная металлизация холоднодеформированных сталей и сталей с размером зерна 4 — 45 мкм сокращает время обработки до 3-70 ч.

Предварительная металлизация стального катода магнием приводит к изменению поверхностного натяжения катодной поверхности и улучшению ее смачиваемости выделяющимся в процессе электролиза магнием.. Металлизация достигается выдержкой стального катода в расплаве магния или его сплавов, способами газофазного насыщения и др.

В процессе электролиза происходит коррозия катода, которая особенно значительна в первые недели после пуска электролизера.

Протеканием этого процесса обусловлен нижний предел толщины диффузионного слоя.

Верхний предел определяется длительностью процесса насыщения, Нижний предел содержания магния в диффузионной зоне определяется наличием роста выхода по току, а верхний предел ограничен усложнением процесса и увеличением времени обработки получения стали с более высоким содержанием магния.

Насыщение выше 0,06 мас.%, несмотря на выдержки до 400 ч, не получают.

Нижний предел температуры обусловлен диффузионной активностью магния, которая ниже 680 незначительна. Верхний предел обусловлен протеканием в материале катода с — f превращения, приводящего к замедлению диффузии магния, Нижний предел продолжительности металли зации — это время, необходимое для получения нижних пределов толщины диффузионного слоя и концентрации магния при

725 С; а верхний предел — для получения тех же величии при 680 С.

Итак металлизация при использовании сталей с размером зерна 4 — 45 мкм ускоряется.

Применение стали с зерном менее 4 мкм, хотя и улучшает условия формирования диф

08958 4 фузионного слоя, но приводит к удорожанию материала катода, так как требует проведения, сложных и дорогостоящих термических обработок. Зерно более 45 мкм приведет к увеличению длительности насыщения стали магнием, что удорожит процесс подготовки катода.

Применение холоднодеформированных сталей позволит за минимальное время получить большую концентрацию магния в материале катода, Пример 1. Металлиэации подвергают образцы иэ стали 08КП, содержащей

0,095% углерода. Процесс проводят в расплаве магния в температурном интервале 665—

750 С в течение 3,5 — 15 ч.

Содержание магния в диффузионной зоне, в зависимости от времени и температуры выдержки приведено в табл. 1. щ Толщина диффузионной зоны в зависимости от времени и температуры процесса приведена в табл. 2. Пример 2. Образцы из горячекатанной стали 08КП с разным размером зерна

2S подвергают металлизации в расплаве магния, Испытания проводят при 700 в течение

100 ч.

Результаты испытаний приведены в табл. 3.

На холоднокатанной стали с обжатием

30. 60% получают результаты, аналогичные горячекатанной стали, с размером зерна 4 мкм.

Пример 3. Для испытания на лабораторном магниевом электролизере приготовляют катоды из стали 08КП, подвергнутой металлизации магнием (катоды 2 — 5) и без нее (катод 1).

Значения толщины диффузионного слоя и содержания в нем магния приведены в

4О табл. 4, Приготовленные катоды испытывают в лабораторном электролизере, при температуре электролиза 700 С и катодной плотности тока 0,3 а/см.

Результаты испытаний приведены в табл. 5.

Применение способа повышения активности катода позволит увеличить производительность магниевого электролизера, за кампанию на 1,0 — 1,2%, благодаря повышению выхода по току и сокращению пуско-наладочного периода.

908958

Таблица 1

Содержание Мо в диффузионной зоне, мас.% при т1 ч

665 С

680 С 700 С 725 С . 750 С

3,5

0,001

Следы

Таблица 2 ч

3,5

0,001

0,006

0,01

0,007

0 005

0,17

0,10

0,011

0,008

0,21

0,12

0,014

0,01

0,18

0,28

0,021

0,014

150

Таблица 3

Размер зерна, мм

25 45

Содержание

0,002

0,007

0,009

0,012

0,014

Таблица 4

Катод 3

Катод 4 Катод 5

Катод 1 Катод 2

Показатель

0,06

0,041

0,012

0 005

Толщина диффузионного слоя, мм

0,28

0,019

0,012

0,008

60

150,Магний в диффузионном зерне, мас,%

Содержание магния в диффузионном слое, мас.%

Следы

Следы

0,002

0,008

0,01

0,013

0,006

0,013

0,015

0,019

0,01

0,025

0,03

0,038

0,003

0,007

0,009

0,012

908958

Таблица 5

Материал катода

Катод 1

Катод 2

Катод 3

Катод 4 Катод 5

Выход по току,% 72

73,5

83

84,5

Составитель А. Костин

Техред М,Гергель, Корректор Н. Стец

Редактор Н. Ковалева

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

vo делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 767/35

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ повышения активности катода, магниевого электролизера металлизацией его цветным металлом перед установкой в электролизер, отличающийся тем, что, с цельЮ повышения производительности за счет сокращения длительности пускового периода магниевого электролизера, катод подвергают диффузионной металлизации магнием.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, металлизацию ведут в расплаве магния при 680 — 725 С в течение 5 — 100 ч до толщины диффузионного слоя 001 — 0,2 мм . и содержания магния в нем 0,01 — 0,06 мас.%.

З.Способпопп.1и2, отличаюшийся тем, что, с целью ускорения процесса металлизации, в качестве материала катода используют стали с размером зерна

4 — 45 мкм и холодноформированные стали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США 1т" 4179345, кл. 204 — 67, опублик. 1979, 2, Авторское свидетельство СССР N 280866, кл. С 25 С 3/04, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР М 203920, кл. С 25 С 3/04, 1966.