[go: up one dir, main page]

RU2041295C1 - Current supply to electrode for melt salt electolyzing - Google Patents

Current supply to electrode for melt salt electolyzing Download PDF

Info

Publication number
RU2041295C1
RU2041295C1 SU4875688A RU2041295C1 RU 2041295 C1 RU2041295 C1 RU 2041295C1 SU 4875688 A SU4875688 A SU 4875688A RU 2041295 C1 RU2041295 C1 RU 2041295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
recess
graphite
alloy
metal
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.Е. Ивановский
Ю.П. Зайков
О.В. Чемезов
Е.П. Муратов
В.П. Шевкунов
О.Г. Молостов
Original Assignee
Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН filed Critical Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН
Priority to SU4875688 priority Critical patent/RU2041295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2041295C1 publication Critical patent/RU2041295C1/en

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: electrolysis. SUBSTANCE: electrode for melt salt electrolysis has graphite working head with a recess plated with metal to install current supply rod in it. Annular gap is between the recess and the rod. Recess depth equals 2.5 2.6 its diameter. Recess bottom is semi-spherical. Working head/current supply rod gap is filled with low-melting- temperature alloy for 3/4 4/5 recess depth. The alloy is saturated with plating metal. Nickel plating of 1 4 mm thick is the best one. EFFECT: increased electrode life time and decreased power consumption to produce unit product. 5 cl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения щелочных и щелочно-земельных металлов из расплавов их галогенидных солей при высоких температурах. The invention relates to non-ferrous metallurgy and can be used to obtain alkaline and alkaline-earth metals from melts of their halide salts at high temperatures.

Аноды из графита применяют в электролизах для получения лития. Графитовые аноды имеют ряд существенных недостатков: малый срок службы и повышенный расход электроэнергии. Разогрев анодных блоков при прохождении электрического тока способствует их интенсивному разрушению под воздействием кислорода воздуха. Мелкие частицы графита попадают в расплав и снижают качество получаемого металла. Существенное падение напряжения (до 1 В) наблюдается в контакте токопроводящая шина-графитовый анод, который осуществляется с помощью металлических скоб, которые прижимаются к поверхности графита с помощью болтового соединения. Graphite anodes are used in electrolysis to produce lithium. Graphite anodes have a number of significant drawbacks: short service life and increased power consumption. The heating of the anode blocks during the passage of electric current contributes to their intensive destruction under the influence of oxygen. Small particles of graphite fall into the melt and reduce the quality of the resulting metal. A significant voltage drop (up to 1 V) is observed in the contact of the conductive bus-graphite anode, which is carried out using metal brackets, which are pressed to the surface of the graphite using a bolted connection.

Известно устройство, в котором соединение углеродной части электрода и металлической токоподводящей штанги выполнено при помощи заливки в углубление графитовой части литейного чугуна. Контакт чугуна с графитом хуже, чем контакт жидкого металла с графитом. Чугун хлорируется при повышенных температурах, что приводит к разрушению электрода. A device is known in which the connection of the carbon part of the electrode and the metal current-carrying rod is made by pouring into the recess of the graphite part of the cast iron. The contact of cast iron with graphite is worse than the contact of liquid metal with graphite. Cast iron is chlorinated at elevated temperatures, which leads to the destruction of the electrode.

Близким по технической сущности является составной электрод, содержащий рабочую головку, соединенную с токоподводящим приводом, который выполнен в виде замкнутой трубы с герметично закрывающимся отверстием в верхней части ее для заполнения этой трубы теплоносителем. Достоинством этого электрода является то, что его устройство позволяет обеспечивать интенсивный теплосъем с горячей зоны электрода. Недостатком этого электрода является отсутствие защиты от воздействия газообразного галогена места контакта "графит жидкий металл", что снижает срок службы электрода. Close in technical essence is a composite electrode containing a working head connected to a current-carrying drive, which is made in the form of a closed pipe with a hermetically sealed hole in its upper part to fill this pipe with a coolant. The advantage of this electrode is that its device allows for intensive heat removal from the hot zone of the electrode. The disadvantage of this electrode is the lack of protection against the influence of gaseous halogen at the contact point "graphite liquid metal", which reduces the life of the electrode.

Наиболее близким по технической сущности является способ соединения токоподводящих шин, в котором описано устройство токоподвода к электроду для электролиза расплавов солей, содержащее выполненный с выемкой электрод, токоподводящую штангу, установленную в выемку электрода с образованием кольцевого зазора, в который помещен легкоплавкий сплав. Однако известное устройство имеет ряд существенных недостатков. The closest in technical essence is a method of connecting current-carrying tires, which describes a device for supplying current to an electrode for electrolysis of molten salts, containing a recessed electrode, a current-supply rod installed in the recess of the electrode with the formation of an annular gap into which a low-melting alloy is placed. However, the known device has several significant disadvantages.

Отсутствует защита контакта "графит-металл" от воздействия газообразного галогена диффундирующего по порам графита. Это снижает срок службы электрода. Кроме того, не обеспечивается равномерное распределение тока по границе "графит-металл", так как в момент работы электролизера легкоплавкий сплав находится в твердом состоянии. Это приводит к увеличению энергозатрат в ходе эксплуатации данного устройства, снижению срока службы электрода. There is no protection of the graphite-metal contact from the action of gaseous halogen diffusing along the pores of graphite. This reduces the life of the electrode. In addition, the uniform distribution of current along the graphite-metal interface is not ensured, since at the time of operation of the electrolyzer, the low-melting alloy is in the solid state. This leads to an increase in energy consumption during operation of this device, reducing the life of the electrode.

Целью изобретения является увеличение срока службы электрода и снижения энергозатрат при получении щелочных и щелочно-земельных металлов электролизом расплавов галогенидов этих металлов. The aim of the invention is to increase the service life of the electrode and reduce energy consumption in the production of alkaline and alkaline-earth metals by electrolysis of melts of halides of these metals.

Это достигается тем, что в устройство токоподвода к электроду для электролиза расплавов солей в графитовой части электрода выполняется углубление в виде полусферы на внутреннюю поверхность которого наносится сплошное покрытие из никеля (или другого металла или сплава химически устойчивого в атмосфере галогена) толщиной 1-4 мм. Зазор между металлическим токоподводом и графитовой частью заполнен легкоплавким сплавом следующего состава мас. олово 39,9-60; свинец 60-39,9; никеля (или другого металла, который был использован в виде сплошного покрытия на графите) 0,1. Диаметр металлической токоподводящей штанги относится к глубине ее погружения в углубление в графите от 1:2,5 до 1:2,6. Высота уровня легкоплавкого сплава в зазоре не превышает от 3/4 до 4/5 общей глубины углубления. Токоподводящая штанга выполнена сплошной из металла, обладающего высокой электропроводностью. This is achieved by the fact that a hemisphere recess is made in the device for supplying current to the electrode for electrolysis of salt melts in the graphite part of the electrode, on the inner surface of which a continuous coating of nickel (or another metal or alloy chemically stable in a halogen atmosphere) is applied with a thickness of 1-4 mm. The gap between the metal current lead and the graphite part is filled with fusible alloy of the following composition wt. tin 39.9-60; lead 60-39.9; nickel (or other metal that was used as a continuous coating on graphite) 0.1. The diameter of the metal power rod refers to the depth of its immersion in the recess in graphite from 1: 2.5 to 1: 2.6. The level height of the fusible alloy in the gap does not exceed 3/4 to 4/5 of the total depth of the recess. The current-carrying rod is made of solid metal with high electrical conductivity.

Контакт токоподводящей штанги с графитом осуществляется через легкоплавкий сплав и металлическое покрытие. Сплошное покрытие увеличивает срок службы электрода, так как защищает легкоплавкий сплав от взаимодействия с хлором, диффундирующим по порам графитового электрода. Вследствие пористости графита сплошное покрытие металла толщиной менее 1 мм получить сложно, и оно будет не надежно из-за возможности проникновения хлора по микродефектам. При толщине покрытия более 4 мм относительно высокое электросопротивление никеля (или другого металла устойчивого к воздействию галогена) вызовет дополнительные потери электроэнергии, возможно возникновение зон местного перегрева, кроме того получить сплошное покрытие большой толщины сложно с точки зрения технологии. По сравнению с прототипом очевидно, что жидкий контакт обеспечивает более надежную и равномерную передачу электроэнергии от токоподвода к графитовому электроду, в результате не возникает зон местного перегрева и увеличивается срок службы электрода. The contact of the current-supply rod with graphite is carried out through a low-melting alloy and a metal coating. A continuous coating increases the service life of the electrode, as it protects the fusible alloy from interaction with chlorine diffusing along the pores of the graphite electrode. Due to the porosity of graphite, a continuous coating of a metal with a thickness of less than 1 mm is difficult to obtain, and it will not be reliable due to the possibility of chlorine penetration through microdefects. With a coating thickness of more than 4 mm, the relatively high electrical resistance of nickel (or another metal resistant to halogen) will cause additional energy losses, local overheating zones may occur, in addition to obtaining a continuous coating of large thickness is difficult from the point of view of technology. Compared with the prototype, it is obvious that the liquid contact provides a more reliable and uniform transmission of electricity from the current lead to the graphite electrode, as a result, there are no zones of local overheating and the electrode service life is increased.

Защита зоны контакта от воздействия газообразного хлора с помощью никелевого покрытия также увеличивает срок службы электрода предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом. The protection of the contact zone from exposure to gaseous chlorine using a Nickel coating also increases the service life of the electrode of the proposed design in comparison with the prototype.

Дно углубления в графитовой части, выполненное в виде полусферы, обеспечивает равномерное распределение тока по всей поверхности контакта "жидкий металл-графит", кроме того, такая геометрия углубления облегчает технологию нанесения металлического покрытия одинаковой толщины. В результате по сравнению с прототипом срок службы электрода возрастает. The bottom of the depression in the graphite part, made in the form of a hemisphere, provides a uniform distribution of current over the entire contact surface of the "liquid metal-graphite", in addition, this geometry of the depression facilitates the technology of applying a metal coating of the same thickness. As a result, compared with the prototype, the service life of the electrode increases.

Для того, чтобы токовая нагрузка на металлический токоподвод соответствовало переходному сопротивлению "металл-графит" необходимо, чтобы диаметр токоподвода относился к глубине погружения в углубление в графитовой части от 1: 2,5 до 1: 2,6. Это также увеличивает срок службы предлагаемого устройства. In order for the current load on the metal current lead to correspond to the transition resistance "metal-graphite", it is necessary that the diameter of the current lead relate to the immersion depth in the depression in the graphite part from 1: 2.5 to 1: 2.6. It also increases the life of the proposed device.

Чтобы исключить взаимодействие (растворение) металла покрытия со сплавом, последний насыщают материалом покрытия. Содержание свинца и олова подбирают таким, чтобы температура плавления сплава была от 200 до 250оС. Если температура плавления сплава выше 250оС может нарушиться контакт жидкий сплав-никель, если ниже 200оС, то возрастает упругость паров ценных компонентов сплава при рабочих режимах работы электрода и как результат ухудшаются условия труда обслуживающего персонала и возрастают потери ценных компонентов сплава. Чтобы улучшить условия труда и снизить потери жидкого сплава, последний заливают в зазор между токоподводящей штангой и графитовой частью на высоту от 3/4 до 4/5 от нижней точки углубления. Верхняя часть зазора заливается герметизирующим составом (жидкое стекло с асбестом, силиконовое масло). Это позволяет снизить взаимодействие жидкого сплава с воздухом, т.е. увеличивает срок службы токоподводящего устройства. Работа устройства токоподвода к электроду предлагаемой конструкции и положительный эффект, получаемый при этом иллюстрируются следующими примерами испытаний.To exclude the interaction (dissolution) of the coating metal with the alloy, the latter is saturated with the coating material. Lead and tin content is chosen such that the alloy melting temperature is from 200 to 250 C. If the melting point of the alloy above 250 ° C can break contact liquid-nickel alloy, if below 200 ° C, then increasing the vapor pressure of the alloy components at operating operating modes of the electrode and as a result, the working conditions of maintenance personnel deteriorate and losses of valuable alloy components increase. To improve working conditions and reduce the loss of liquid alloy, the latter is poured into the gap between the power supply rod and the graphite part to a height of 3/4 to 4/5 from the lower point of the recess. The upper part of the gap is filled with a sealing compound (liquid glass with asbestos, silicone oil). This reduces the interaction of the liquid alloy with air, i.e. increases the life of the power supply device. The operation of the current lead to the electrode of the proposed design and the positive effect obtained in this case are illustrated by the following test examples.

П р и м е р. Устройство токоподвода к электроду было установлено в действующую промышленную ванну по получению электролитического лития из расплава KCl-LiCl, работающую в интервале температур 450-500оС. Токовая нагрузка на цельнографитовых и составных анодах различалась в 1,4-1,5 раза при одинаковом напряжении приложенным к ним. Меньшее на 40-50% сопротивление составного анода позволяет снизить потери электроэнергии на получение 1 кг электролитического лития на 10-15% Непрерывная эксплуатация составного электрода в течение 6 месяцев на промышленной ванне показало, что его сопротивление практически не изменилось. Несмотря на то, что токовая нагрузка на анод возросла в 1,5 раза, температура электрода (на уровне дна углубления графитовой части) понизилась с 300оС для графитового электрода до 260оС для составного электрода, что свидетельствует о более эффективном отводе тепла от зоны контакта составного анода по сравнению с цельнографитовым. Использование предлагаемой конструкции при получении щелочных и щелочно-земельных металлов электролизом хлоридных расплавов солей этих металлов по сравнению с известными техническими решениями позволяет получить следующие преимущества: увеличить срок службы электрода; в настоящее время промышленная ванна с предлагаемым устройством проработала 6 месяцев без изменения электрических характеристик электрода, что свидетельствует о том, что его разрушение не происходит; сократить энергозатраты на производство единицы продукции на 10-15% повысить качество получаемого металла за счет снижения содержания в нем примеси графита; увеличить срок безостановочной работы электролизера; облегчить доступ к контакту электрода и токоподводящей шины. Сократить затраты ручного труда обслуживающего персонала в атмосфере анодных газов, которые необходимы при замене электродов.PRI me R. The current lead to the electrode was installed in an existing industrial bath for the production of electrolytic lithium from KCl-LiCl melt, operating in the temperature range 450-500 o C. The current load on the solid graphite and composite anodes differed by 1.4-1.5 times at the same voltage attached to them. A 40-50% lower resistance of the composite anode can reduce electricity losses for 1 kg of electrolytic lithium by 10-15%. Continuous operation of the composite electrode for 6 months in an industrial bath showed that its resistance has not changed. Despite the fact that the anode current load has increased by 1.5 times, the electrode temperature (at the level of the bottom recess portion graphite) decreased from about 300 C for a graphite electrode to 260 ° C for a composite electrode, indicating a more efficient removal of heat from the the contact zone of the composite anode compared with solid graphite. Using the proposed design in the production of alkali and alkaline earth metals by electrolysis of chloride melts of salts of these metals in comparison with known technical solutions allows you to obtain the following advantages: increase the service life of the electrode; at present, the industrial bath with the proposed device has worked for 6 months without changing the electrical characteristics of the electrode, which indicates that its destruction does not occur; to reduce energy costs for the production of a unit of production by 10-15% to improve the quality of the metal obtained by reducing the content of graphite impurities in it; increase the term of non-stop operation of the electrolyzer; facilitate access to the contact of the electrode and the busbar. To reduce the manual labor costs of maintenance personnel in the atmosphere of anode gases, which are necessary when replacing the electrodes.

Claims (5)

1. УСТРОЙСТВО ТОКОПОДВОДА К ЭЛЕКТРОДУ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ, содержащее выполненный с выемкой электрод, токоподводящую штангу, установленную в выемку с образованием кольцевого зазора, в который помещен легкоплавкий сплав, отличающееся тем, что с целью увеличения срока службы электрода и снижения энергозатрат на единицу продукции, выемка выполнена со сплошным металлическим покрытием, глубина выемки составляет 2,5 2,6 ее диаметра, дно выемки выполнено в виде полусферы, легкоплавкий сплав насыщен материалом покрытия. 1. DEVICE FOR CURRENT CONNECTION TO ELECTRODE FOR ELECTROLYSIS OF MELTED SALTS, containing a recessed electrode, a current-supply rod installed in a recess with the formation of an annular gap, in which a low-melting alloy is placed, characterized in that in order to increase the electrode service life and reduce energy consumption by one , the recess is made with a continuous metal coating, the depth of the recess is 2.5 to 2.6 times its diameter, the bottom of the recess is made in the form of a hemisphere, the low-melting alloy is saturated with the coating material. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что покрытие выполнено из никеля толщиной 1 4 мм. 2. The device according to p. 1, characterized in that the coating is made of Nickel with a thickness of 1 to 4 mm 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между электродом и токоподводом заполнен легкоплавким сплавом на 3/4 4/5 глубины выемки. 3. The device according to claim 1, characterized in that the gap between the electrode and the current lead is filled with fusible alloy at 3/4 4/5 of the depth of the recess. 4. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что температура плавления легкоплавкого сплава 200 250oС.4. The device according to paragraphs. 1 and 3, characterized in that the melting temperature of the low-melting alloy 200 250 o C. 5. Устройство по пп. 1,3,4, отличающееся тем, что легкоплавкий сплав содержит 39,9 60 мас. олова, 60 39,9 мас. свинца и 0,1 мас. никеля. 5. The device according to paragraphs. 1,3,4, characterized in that the fusible alloy contains 39.9 to 60 wt. tin, 60 39.9 wt. lead and 0.1 wt. nickel.
SU4875688 1990-07-27 1990-07-27 Current supply to electrode for melt salt electolyzing RU2041295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4875688 RU2041295C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Current supply to electrode for melt salt electolyzing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4875688 RU2041295C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Current supply to electrode for melt salt electolyzing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2041295C1 true RU2041295C1 (en) 1995-08-09

Family

ID=21541387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4875688 RU2041295C1 (en) 1990-07-27 1990-07-27 Current supply to electrode for melt salt electolyzing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2041295C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711425C2 (en) * 2018-01-31 2020-01-17 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") Current lead device to electrode for electrolytic production of peroxide type oxidisers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 280867, кл. C 25C 3/16, 1968. *
Авторское свидетельство СССР N 864812, кл. C 22B 34/00, 1979. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711425C2 (en) * 2018-01-31 2020-01-17 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") Current lead device to electrode for electrolytic production of peroxide type oxidisers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101684813B1 (en) Electrolysis tank used for aluminum electrolysis and electrolysis process using the electrolyzer
CA1199607A (en) Nonconsumable electrode assembly
US4247381A (en) Facility for conducting electrical power to electrodes
RU2239007C2 (en) Cathode collector rod for enhancing thermal balance
CN101743344A (en) Reduced voltage drop anode assembly for aluminium electrolysis cell
CN205062204U (en) Electrolytic furnace
US4612105A (en) Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis
WO2006007863A1 (en) Electrolysis apparatus with solid electrolyte electrodes
CN105624728A (en) Metal lithium electrolysis tank
RU2041295C1 (en) Current supply to electrode for melt salt electolyzing
US2773825A (en) Electrolysis apparatus
US6117303A (en) Modified electrolyte for fused salt electrolysis
US3202600A (en) Current conducting element for aluminum reduction cells
RU2553132C1 (en) Design of current taps of cathode of aluminium electrolyser
NO340749B1 (en) Anode unit and process for its preparation.
CN107779912B (en) Rare earth oxide molten salt electrolytic tank
JP4557565B2 (en) Electrolyzer
CN210636076U (en) Ten thousand ampere grade rare earth electrolytic cell stove
CA2504290A1 (en) Method for obtaining a good contact surface on an electrolysis cell busbar and busbar
US3838384A (en) Protected electrode lead for use in a corrosive environment
RU2727384C1 (en) Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis
RU2734512C1 (en) Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis
US4783790A (en) Direct-current arc furnace for steelmaking
US2913381A (en) Start up method for fused salt electrolytic cells
CN217628664U (en) Novel alternating current heating electrode device of magnesium continuous refining furnace