RU2087594C1 - Electrolyzer for producing magnesium and chlorine - Google Patents

Abstract

FIELD: electrochemical processes. SUBSTANCE: in electrolyzer for producing magnesium and chlorine by melt electrolysis, width and depth of chlorine-withdrawing channels in anodes increases from below upward on the anode working part, and their summary cross-section area constitutes 0.01-0.30 that of interelectrode space. EFFECT: increased yield of products and reduced power consumption. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способу получения магния и хлора электролизом расплавов. The invention relates to the field of metallurgy of non-ferrous metals, in particular to a method for producing magnesium and chlorine by electrolysis of melts.

Выход магния и хлора при электролизе существенно зависит от расстояния между анодом и катодом. С повышением междуэлектродного зазора выход по току возрастает, но при этом повышается напряжение на электролизере и удельный расход электроэнергии. The output of magnesium and chlorine during electrolysis substantially depends on the distance between the anode and cathode. With an increase in the interelectrode gap, the current efficiency increases, but the voltage on the electrolyzer and the specific energy consumption increase.

Показатели магниевого электролизера повышаются при использовании анодов с хлоротводящими каналами. Хлоротводящие аноды позволяют сдвинуть наружную границу газожидкостного слоя от катода в сторону анода за счет миграции пузырьков хлора в каналы. Эффективность разделения продуктов электролиза определяется формой и величиной хлороотводящих каналов в аноде. The performance of a magnesium electrolyzer increases when using anodes with chlorinated channels. The chlorine-conducting anodes allow the outer boundary of the gas-liquid layer to be shifted from the cathode toward the anode due to the migration of chlorine bubbles into the channels. The efficiency of separation of electrolysis products is determined by the shape and size of the bleed channels in the anode.

Известен анод с хлоротводящими каналами внутри тела анода (а.с. N 398690). Хлоротводящие каналы в теле анода не обеспечивают надежного разделения продуктов электролиза, их изготовление достаточно сложно и требует значительных затрат. Аноды имеют сравнительно низкий срок службы. Known anode with chlorinated channels inside the body of the anode (and.with. N 398690). The chlorine-conducting channels in the anode body do not provide reliable separation of electrolysis products; their manufacture is rather complicated and requires significant costs. Anodes have a relatively low life.

Наиболее близким к предлагаемому является электролизер для получения легких металлов, анод которого в форме клина скошен к низу, снабжен на рабочих поверхностях системой каналов, открытых в сторону междуэлектродного зазора. Каналы имеют прямоугольную форму и в вертикальном направлении выполнены в форме синусоиды (АС N 1027287, кл. С 25 С 3/04, 1983 г. бюллетень N 25). Каналы имеют постоянное сечение, что повышает падение напряжения в аноде, удельный расход электроэнергии. Сечение каналов излишне в нижней части анода, где выделение хлора по объему невелико, а в верхней недостаточно для полного разделения магния и хлора. Величина сечения каналов на аноде не увязывается с междуэлектродным зазором, с объемом полученных магния и хлора. Closest to the proposed one is an electrolyzer for producing light metals, the anode of which in the form of a wedge is beveled to the bottom, equipped on the working surfaces with a channel system open to the side of the electrode gap. The channels have a rectangular shape and are made in the form of a sinusoid in the vertical direction (AC N 1027287, class C 25 C 3/04, 1983 Bulletin N 25). The channels have a constant cross-section, which increases the voltage drop in the anode, the specific energy consumption. The cross section of the channels is unnecessary in the lower part of the anode, where the release of chlorine by volume is small, and in the upper part it is not enough to completely separate magnesium and chlorine. The value of the cross section of the channels at the anode is not related to the interelectrode gap, to the volume of magnesium and chlorine obtained.

Заявленное техническое решение направлено на повышение выхода магния и хлора, снижение удельного расхода электроэнергии. Это достигается в электролизере, конструкция которого характеризуется совокупностью следующих существенных признаков:
ширина и глубина хлороотводящих каналов на рабочей поверхности анода возрастает с повышением высоты электродов;
поперечное сечение хлороотводящих каналов зависит от величины сечения междуэлектродного зазора и их соотношение составляет 0,01-0,30.The claimed technical solution is aimed at increasing the yield of magnesium and chlorine, reducing the specific energy consumption. This is achieved in the cell, the design of which is characterized by a combination of the following essential features:
the width and depth of the bleeding channels on the working surface of the anode increases with increasing height of the electrodes;
the cross section of the bleed channels depends on the cross section of the interelectrode gap and their ratio is 0.01-0.30.

Количество выделяющихся на электродах магния и хлора определяется плотностью тока. При одной и той же плотности тока с уменьшением расстояния между анодом и катодом, увеличением высоты электродов вероятность взаимодействия магния и хлора возрастает, их выход снижается. Для получения высоких показателей хлоротводящие каналы на анодах должны иметь переменное сечение, возрастающее при снижении расстояния между электродами и увеличении высоты электродов. The amount of magnesium and chlorine released on the electrodes is determined by the current density. At the same current density with decreasing distance between the anode and cathode, increasing the height of the electrodes, the probability of interaction of magnesium and chlorine increases, their yield decreases. To obtain high performance, the chlorine-conducting channels on the anodes should have a variable cross section, increasing with decreasing distance between the electrodes and increasing the height of the electrodes.

Экспериментально определено, что для плотности тока и высоты электродов, применяемых в промышленных электролизерах, суммарное поперечное сечение хлоротводящих каналов в верхней части анода должно составлять 0,30 части сечения междуэлектродного зазора. При этом обеспечивается полное разделение магния и хлора, снижаются их потери. При большем соотношении сечений существенно возрастают напряжение на электролизере и удельный расход электроэнергии, что экономическим невыгодно. It was experimentally determined that for the current density and the height of the electrodes used in industrial electrolyzers, the total cross section of the chlorine-conducting channels in the upper part of the anode should be 0.30 of the cross-section of the interelectrode gap. This ensures a complete separation of magnesium and chlorine, and their losses are reduced. With a larger ratio of cross sections, the voltage on the electrolyzer and the specific consumption of electricity increase significantly, which is economically disadvantageous.

На фиг. 1 3 показано расположение катодов 1 и анода 2 с хлороотводящими каналами 3 предлагаемого электролизера. In FIG. 1 3 shows the location of the cathodes 1 and the anode 2 with the bleeding channels 3 of the proposed cell.

Электролизер работает следующим образом:
Содержащийся в электролите хлорид магния под действием постоянного тока разлагается и на катоде 1 выделяется магний. Капельки магния растут и при достижении определенного размера потоком электролита выносятся в сборную ячейку. Выделяющийся на аноде 2 хлор образует пузырьки, которые стекают с каналы 3 и по ним поднимаются вверх, переходят в газовую фазу над электролитом и удаляются из электролизера. Хлороотводящие каналы увеличивают реальное расстояние между анодом и катодом, обеспечивая практически полное разделение магния и хлора, их выход повышается. При этом напряжение на электролизере растет незначительно, т.к. происходит перераспределение тока по поверхности и внутри каналов анода, обусловленное более высокой электропроводностью графита по сравнению с электролитом (почти в 500 раз).The cell operates as follows:
The magnesium chloride contained in the electrolyte decomposes by direct current and magnesium is released at cathode 1. Magnesium droplets grow and when a certain size is reached, the electrolyte flow is carried out to the collection cell. Chlorine released at the anode 2 forms bubbles that flow down from channels 3 and rise upward through them, pass into the gas phase above the electrolyte and are removed from the electrolyzer. Chlorine drainage channels increase the real distance between the anode and cathode, providing almost complete separation of magnesium and chlorine, their output increases. At the same time, the voltage on the cell increases slightly, because there is a redistribution of current on the surface and inside the channels of the anode, due to the higher electrical conductivity of graphite compared to the electrolyte (almost 500 times).

Исследования показали, что электролизер с хлоротводящими анодами предлагаемой конструкции имеет выше выход магния по току в первые 2-4 месяца его работы на 4-5% а в целом за компанию (26-28 месяцев) на 1,5-2,0% Соответственно ниже удельный расход электроэнергии. Studies have shown that the electrolyzer with chlorine-conducting anodes of the proposed design has a higher current output of magnesium in the first 2-4 months of its operation by 4-5% and for the company as a whole (26-28 months) by 1.5-2.0%, respectively lower specific energy consumption.

Claims (1)

Электролизер для получения магния и хлора, содержащий футеровку, катоды и аноды с хлоротводящими каналами, открытыми в сторону межэлектродного зазора, отличающийся тем, что каналы выполнены с переменной шириной и глубиной при их увеличении снизу вверх на рабочей части анода, причем суммарное поперечное сечение каналов составляет 0,01 0,30 сечения межэлектродного зазора. An electrolyzer for producing magnesium and chlorine, containing a lining, cathodes and anodes with chlorine-conducting channels open towards the interelectrode gap, characterized in that the channels are made with a variable width and depth when they increase from bottom to top on the working part of the anode, and the total cross-section of the channels is 0.01 0.30 cross-section of the electrode gap.

Images