Анодное устройство электролизера преимущественно для разделения оловоконденсатов в ионных расплавах

щ ОП вторск видетельству СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТН ЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ(46) 20.04.95 Ьол. Йя 1171) Институт общей и неорганической химии АКУССР; Новосибирский оловянный комбинат(54) АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДДЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ОБРЕТЕН ОЛОВОКОНДЕКСАТОВ В ИОННЫХ РАСПЛА -ВАХ(57) Сущность изобретения: анод выполняют с углублением в верхнем его торце. Гибкий токоподводящий элемент размещают в углублении и закрепляют посредством легкоплавкого сплава на ос - нове висмута, содержащего 2-7 оь натрия. Дополнительно на аноде укрепляют шину - хомут. Причем высота углубления и ширина хомута соотносятся как (1,4 - 1,6):1, хомут установлен так что его верхняя кромка находится на уровне дна углубления. Такое выполнение токоподвода к аноду обеспечивает снижение расхода электроэнергии и увеличе - ние срока службы анода. 2 зл ф - лы. 1 ил 1 табл.Изобретение относится к получению и рафинированию легкоплавких цветных металлов и их сплавов, в частности, олова, свинца и висмута, может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, получающих или перерабатывающих эти металлы,Известен электролизер для разделения сплавов жидких тяжелых цветных металлов, содержащий ванну-сборник катодного металла, служащую емкостью для электролита и катодным токоподводом; антикоррозионный пояс; керамическую подставку; выполненную из диэлектрика, цилиндрическую емкость для анодного металла; изолированный графитовый анодный стержень-токо- подвод, диск-пяту, установленную в емкости для анодного металла; изолированный графитовый анодный стержень-токо- подвод, нихромовые нагреватели и сливное устройство, Недостаток данного электролизера состоит в относительно небольшом сроке службы и низкой эксплуатационной надежности из-за разрушения анодного графитового электрода на границе раздела электрод-электролит-воздух ввиду недостаточной изоляции электрода от доступа воздуха, а также в месте крепления токоподводной шины к электроду,Отмеченные недостатки в известной мере устранены в техническом решении. Данный злектролизер содержит ваНну, служащую однавременно емкостью для электролита и катодного металла, а также выполняющую функцию катода антикоррозоонный пояс, анодную кварцевую емкость, изолированный графитовый анодный стержень-токоподвод с диском-пятой, вакуумный ковш, нихромовые нагреватели и сливное устройство. С целью увеличения срока службы и повышения эксплуатационной надежности в нем изоляция стержня-токоподвода выполнена из кварцевого волокна в виде оплетки, концы которой прижаты к диску-пяте анодного устройства графитовой насадкой, установленной на нижнем конце стержня-токоподвода,Данный электролизер обеспечивает повышение эксплуатационной надежности электрода на трехфазной границе раздела: электрод-электролит-воздух, но не обеспечивает надежности в узле крепления электрода к токоподводящей шине, В процессе электролиза в месте соединения токоподвода с электродом происходит окислениеповерхностей и их термо- и химическая коррозия, В результате растет электросопротивление в месте стыка, что приводит к локальному разогреву соприкасающихся поверхностей, Увеличивающаяся из-за этого коррозия шины-токоподвода приводит кдальнейшему повышению сопротивления вместе стыка, увеличению температуры, постепенному выгоранию электрода и полному его разрушению, В этом случае требуетсяаварийная остановка электролиза, разгрузка злектролизера, его охлаждение и заменавышедшего из строя конструктивного элемента. За счет этого в целом снижается производительность электролиза, которая темвыше, чем дольше срок его непрерывнойработы. Охлаждение электролиэера приводит к термоудару анодной емкости (кварцевой чаши) и невозможности ее дальнейшейэксплуатации, т.к, при повторном нагревеона разрушается и, следовательно, необходима ее обязательная замена. За счет замены электрода и анодной емкости-чаши20 увеличиваются эксплуатационные расходы,что снижает рентабельность злектрохимического процесса,При всем этом опытным путем доказано, что диаметр графитового стержня-токо 25 подвода позволяет передать без нарушениятоковые нагрузки в 2-3 раза больше, чемместо стыка шины-хомута и анода.Цель изобретения - увеличение срокамежремонтной эксплуатации, повышение30 эксплуатационной надежности электролизера и сокращение расхода электроэнергии.Поставленная цель достигается тем, чтоанодный графитовый стержень-электродснабжен дополнительный гибким токопод 35 водом-шиной, введенной в углубление, имеющееся в верхнем торце графитовогостержня, и укрепленной в нем посредствомзаливки висмуто-натриевым сплавом, причем высота углубления соотносится с шири 40 ной основной шины-хомута как (1,4-1,6):1.При этом верхняя кромка шины-хомута находится на уровне дна углубления, а сплавдля заливки имеет состав: мас.: натрий(2-7), висмут - остальное,Сущность предлагаемого техническогорешения состоит в том, что анодный узелзлектролизера наряду с основным токоподводом в виде шины-хомута, крепящейся кбоковой поверхности графитового стержняанода, содержит дополнительную гибкуюшину-токоподвод, которая крепится в глухом отверстии (углублении), выполненном вверхнем торце графитового стержня-анодапутем заливки натрий-висмутовым сплавом,причем высота углубления соотносится сшириной хомута как (1,4-1,6):1.Применение дополнительной гибкойшины-токоподвода повышает эксплуатационную надежность анодного узла электролизера за счет распределения рабочего токамежду основным и дополнительным токо 1790258подводами, Экспериментально установлено, что выполнение углубления и шины-хомута таким образом, чтобы выполнялосьусловие 1.:Ь - (1,4-1,6):1 (где 1.- высота углубления, Ь - ширина хомута) и крепление шины-хомута таким образом, что ее верхняякромка находится на уровне дна углубления, обеспечивает наиболее оптимальноераспределение потоков электричества поосновному и дополнительному токоподводу, что обеспечивает тем самым повышениеэксплуатационной надежности анодного узла электролиэера. Об этом свидетельствуеттакой фактор определения надежности, какпоказатель напряжениятока на ванне. Притаком указанном конструктивном выполнении анодного узла напряжение на ваннепрактически не изменяется в течение длительного эксплуатационного времени, чтосвидетельствует о хорошем контакте и отсутствии окисления шин в месте контакта санодом вследствие перегрева. Другое выполнение связей элементов анодного узла(отличное от вышеприведенного) снижает 25эксплуатационную надежность электролиэера, о чем свидетельствует повышение величин напряжения на ванне уже вначальные сроки эксплуатации, Данныеприведены в таблице. 30В качестве основного компонента сплава для заливки и крепления дополнительнойгибкой шины выбран висмут. Экспериментально установлено, что он является наиболее подходящим для данной цели в ряду 35легкоплавких металлов (олово, свинец,цинк),Введение в висмут натрия позволяетобеспечить хороший контакт гибкой шины сграфитовым стержнем-анодом и ее надежное крепление в теле электрода. Под действием электрического тока, натрий из сплавадиффундирует к границе раздела сплавграфит, восстанавливает окислы и внедряется в графит, тем самйм улучшая 45электропроводность.Оптимальное соотношение висмут+натрий установлено в результате испытаний.Если содержание натрия в сплаве менее2, то при остывании висмута в результате 50его обьемного расширения происходит разрушение графитового стержня. При содержании натрия более 7 резко падаеткоррозионная устойчивость электрода из-затого, что щелочные металлы разрушают графит, Следовательно сокращается и срок егослужбы, Еще одной особенностью являетсято, что при содержании натрия более 7 фтемпература плавления висмут-натриевогосплава превышает 400 С, что значительнозатрудняет заливку такого сплава (при его заливке происходит сильное окисление натрия и возможно его самовозгорание на поверхности).На чертеже приведен вертикальный разрез электролизера.Электролизер содержит цилиндрическую ванну 1, сваренную из листовой нержавеющей стали, служащую сборником катодного металла, емкостью для электролита и катодным токоподводом; антикоррозионный пояс 2 и керамическую подставку 3; цилиндрическую емкость 4 иэ диэлектрика для анодного металла; графитовый анодный стержень-токоподвод 5, изолированный плотно намотанным кварцевым волокном 6 (2-4 слоя) в виде сплетки, которая прижимается к диску-пяте 7 анод- ного устройства графитовой насадкой 8; основной токоподвод-хомут 9, являющийся одновременно держателем анодного электрода; гибкую шину-токоподвод 10, закрепленную в углублении в торце анодного токоподвода посредством жидкого сплава 11; вакуумный ковш 12; нихромовые нагреватели 13; сливное устройство 14.Действительными отличиями предлагаемой разработки по сравнению с известной являются;- углубление в торце анодного электрода для крепления гибкой шины;- соотношение высоты углубления и ширины хомута и их взаимное расположение;- крепление гибкой шины в углублении заливкой висмут-натриевым сплавом.Электролизер работает следующим образом.Ванну 1 заполняют электролитом, предварительно разогревая ее нагревателями 13, затем в емкость 4 загружают исходный сплав и на электроды подают напряжение. В результате электролиза анодный сплав разделяется, например, на висмут и свинец, при этом катодный металл (свинец) собирается на дне ванны 1 и его сливают через сливное устройство 14, а анодный металл (висмут) извлекают посредством вакуумного ковша 12 и разливают в изложницу(не показана). При электролизе ток нагрузки распределяется между двумя токоподводамиосновным 9 и вспомогательным 10. Это позволяет повысить надежность работы анод- ного узла и злектролизера в целом,Проведена опытная эксплуатация злектролизера, в котором применена дополнительная гибкая шина-токоподвод, залитая висмут-натриевым сплавом в графитовом стержне-электроде. Испытаниями установлено, что такое устройство надежно в экс1790258 Продолжение таблицы Протот плуатации, срок службы электролизера с таким устройством увеличивается в 1,5-2 раза,Данные испытаний приведены в таблице.Из приведенных данных следует, что выполнение анодного узла электролизера согласно предлагаемому техническому решению позволяет повысить эксплуатационную надежность электролизера, повышает срок его службы, сокращает расход электроэнергии,Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения посравнению с известным состоит в следующем:- при уменьшении напряжения на ванне и потерь в токоподводе происходит снижение энергозатрат примерно в 1,5 раза и, таким образом, экономится электроэнергия;- при применении шины увеличивается 5 срок службы в 1,6 раза. Электролизер-прототип при срокеслужбы 23 суток требует в среднем 15 перезарядок в год. При увеличении срока службы 10 до 38 суток, что достигается введением дополнительного гибкого токоподвода, необходимо 9 перезарядок электролизера в год, Это снижает затраты за счет уменьшения количества используемых кварцевых емкостей и графитовых электродов.1790258 Составитель Л. ВолковТехред М.Моргентал Редактор Г,Мельникова3 5 Корре кач каз 14 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У.Гагарина, 101 формула изобретения1. АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ОЛОВОКОНДЕНСАТОВ В ИОННЫХ РАСПЛАВАХ, содержащее анод, в верхнем торце которого выполнено углубление, токоподводящий элемент, закрепленный в углублении анода посредством заливки легкоплавкого сплава, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы и снижения расхода электроэнергии, оно снабжено дополнительным токоподводом, выполненным в виде хомута, причем высота углубления в аноде соотносится с шириной хомута как (1,4 - 1,6) : 1, верх няя кромка хомута закреплена на уровне дна углубления.2, Устройство по п,1, отличающеесятем, что заливка легкоплавкого сплава содержит: натрий - 2 - 7 , висмут остальное.,3, Устройство по п,1, отличающеесятем, что токоподводящий элемент выполнен гибким.