Общая характеристика и принцип работы магниевых электролизеров

Электролизеры для получения магния должны удовлетворять следуют им требованиям:
1. Удельная производительность, отнесенная к единице рабочего объема электролизера и единице площади электролизного цеха, должна быть высокой.
2. Выход по току должен быть не менее 85—90% и напряжение не выше 5,5—6,0 в.
3. Должны обеспечиваться безопасность для обслуживающего персонала, нормальные санитарно-гигиенические условия работы и возможность механизации производственных операций
4. Узлы и детали должны быть термически и коррозионностойкими и удобно заменяться по мере износа.
5. Концентрация хлора в анодном газе должна быть высокой.
Конструкция электролизера связана с видом и характеристикой применяемого сырья для электролиза, а также с общей технологической схемой производства.
В настоящее время существуют два основных типа электролизеров, различие конструкций которых определяется принципом их работы и применяемым сырьем.
В России, а также в других европейских странах получили распространение диафрагменные электролизеры с вертикальным расположением рабочих поверхностей электродов. Сырьем для таких электролизеров служат расплавленный безводный хлористый магний или расплавленный безводный карналлит. Конструкция такого электролизера подробно описана ниже.
На большинстве магниевых заводов CШA применяют электролизеры для получения магния из недообезвоженного гранулированного хлористого магния. Технология получения магния в таких электролизерах кратко изложена ранее и приведена на рис. 120. Схематический разрез такого электролизера представлен на рис. 140.

Электролизеры такого типа работают при токе 60 000 а, с выходом по току 75—80% и при удельном расходе электроэнергии постоянного тока 18 квт*ч/кг.
Электролизер европейского типа состоит из нескольких, обычно не менее трех, ячеек, параллельно включенных в цепь постоянного электрического тока. Ячейка состоит из одного анода и двух катодов, при этом у анода обе боковые поверхности рабочие, а у катода рабочей является только поверхность, обращенная к аноду.
Рабочие поверхности анода и катодов расположены вертикально и параллельно. Между анодом и каждым из катодов помещается диафрагма, нижняя кромка которой погружена в электролит на глубину 20—25 см (рис. 141). Диафрагма служит для разделения катодного и анодного продуктов электролиза и предотвращения возможности их обратного соединения.
При прохождении постоянного тока через электролит хлор выделяется на аноде, а магний — на катоде. При этом электролит находится в кругообразном движении в направлении, указанном стрелкой на рис. 141.

Основной причиной такой циркуляции электролита, как это показано исследованием А.И. Бухбиндера, является инжектирующее действие хлора, пузыри которого, отрываясь от анода, со значительной скоростью поднимаются вверх, увлекая за собой электролит.
Магний отрывается от поверхности катода и вместе с циркулирующим электролитом переносится в межкатодное пространство. Там скорость движения электролита уменьшается, капли магния сливаются в крупные массы и в таком виде остаются на поверхности электролита. Плавающий магний, по мере накопления, периодически извлекают из электролизера.
Хлор поднимается вдоль анода почти вертикально вверх, при чем жидкостный затвор, образованный электролитом и диафрагмами, препятствует выделению хлора наружу или в катодное пространство.
Из верхней части анодного пространства хлор непрерывно отсасывается в общий хлоропровод. Система анодов и катодов располагается в стальном кожухе, футерованном огнеупорным кирпичом.
Электролизеры различаются по способу ввода анодов: верхнему или боковому. Особенности каждой из этих конструкций подробно изложены ниже.
Наименования диафрагма, анодное и катодное пространство, заимствованные из практики электролиза водных растворов, в данном случае условны. В магниевом электролизере рабочие поверхности анода и катода не отделены друг от друга диафрагмой, которая лишь незначительно погружена в электролит. Bвиду циркуляции электролита состав его практически одинаков по всему объему ванны.
Аноды и катоды присоединяются к шинам, подключенным к источнику постоянного тока.
Современные электролизеры строятся на ток 40 000—70 000 а.