Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности к конструкции электродов электролизера для получения магния.

Известен биполярный электрод магниевого электролизера, содержащий анодную часть из графита, катодную часть из железосодержащего материала в виде стального листа, между которыми размещен промежуточный слой меди, отличающийся тем, что он снабжен металлическим стержнем, введенным в тело графита со стороны катодной части, которая закреплена болтами в стержне. (RU патент № 2211886 от 22.10.2001, опубликовано 10.09.2003, Бюл. № 25)

Недостатком изобретения является то, что через отверстия в графите, необходимые для введения в графит стержней, будет проникать электролит, что приведет к растворению стержней и болтов и выходу электродов из строя.

Наиболее близким является биполярный электрод магниевого электролизера, содержащий анодно-графитовую часть и катодную часть в виде стального листа, соединенные между собой, отличающийся тем, что соединение выполнено в виде болтов с гайками для обеспечения проводимости основной доли тока по ним до анодной части биполя за счет их увеличенной проводимой поверхности, при этом гайки размещены со стороны анодной части, защищены графитом и составляют одно целое анодной части. (RU патент № 2166010 от 21.12.1999, опубликовано 27.04.2001, Бюл. № 12)

Недостатком этого электрода является то, что защита гаек графитовыми вкладками на замазке не является надежной. В процессе работы электролизера через стыки вкладок будет происходить проникновение электролита, что приведет к растворению гаек и выходу электродов из строя. Использование сплошного стального листа на катодной части электрода приведет к разрушению биполя из-за различного теплового расширения графита и стали. Использование биполярного электрода без выступа приведет к увеличению утечек тока в обход биполярного электрода и снижению выхода по току магния, что приведет к снижению производительности электролизера и увеличению удельного расхода электроэнергии.

Задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении срока службы электролизера, повышении производительности электролизера и снижении удельного расхода электроэнергии.

Технический результат заключается в увеличении срока службы электролизера за счет увеличения срока службы биполярного электрода и в повышении производительности электролизера и снижении удельного расхода электроэнергии за счет снижения утечек тока в обход биполярного электрода.

Технический результат достигается тем, что биполярный электрод магниевого электролизера, содержащий анодно-графитовую и катодностальную части, соединенные между собой, отличается тем, что катодностальная часть сделана из нескольких отдельных стальных пластин, каждая выполнена 0,1 -0,4 высоты и 0,1 -0,4 ширины биполярного электрода, каждая стальная пластина приварена к стальным шпилькам, ввинченным в графитовую часть биполя на глубину 0,2-0, 5 его толщины, биполярный электрод в нижней части выполнен с выступом, направленном в сторону анода, толщина выступа составляет 1-4 междуэлектродного расстояния, высота выступа составляет 0,1 -0,3 высоты биполярного электрода, в стенке биполярного электрода, прилегающей к разделительной перегородке электролизера, выполнено окно, суммарная площадь проходного сечения окон всех биполей электролизера равна 0,33-1 суммарной площади проходного сечения верхних циркуляционных каналов разделительной перегородки электролизера, биполярный электрод установлен на балки, выполненные из графита, расположенные вдоль задней продольной стенки и вдоль разделительной перегородки электролизера.

На фиг. 1 показано выполнение описываемого биполярного электрода, на фиг. 2 и фиг. 3 представлена установка биполярного электрода в электролизер.

Биполярный электрод (1) содержит като дно -стальную часть, выполненную из нескольких отдельных стальных пластин (2), каждая равна 0, 1-0,4 высоты и 0,1-0, 4 ширины биполярного электрода, и приварена к стальным шпилькам (3), ввинченным в анодно-графитовую часть биполя (4) на глубину 0,2-0, 5 его толщины, для снижения утечек тока в обход биполярного электрода, он в нижней части выполнен с выступом (5), направленном в сторону анода, толщина выступа составляет 1-4 междуэлектродного расстояния, высота выступа составляет 0,1 -0,3 высоты биполярного электрода, в стенке биполярного электрода, прилегающей к разделительной перегородке (6) электролизера, выполнено окно (7), суммарная площадь проходного сечения окон всех биполей электролизера равна 0,33-1 суммарной площади проходного сечения верхних циркуляционных каналов (8) разделительной перегородки электролизера, биполярный электрод установлен на балки (9), выполненные из графита, расположенные вдоль задней продольной стенки (10) и вдоль разделительной перегородки (6) электролизера. Балки устанавливаются на подставки (18) на подине электролизера.

Выполнение катодной поверхности биполя из нескольких отдельных стальных пластин (2) с высотой, равной 0,1 -0,4 высоты биполя и шириной 0, 1-0,4 ширины биполя обеспечивает оптимальное прилегание каждой стальной пластины к графитовой поверхности биполярного электрода и предотвращает разрушение биполярного электрода из-за различного теплового расширения графита и стали. Жёсткое соединение стальных пластин (2) с графитовой частью биполярного электрода (4) при помощи шпилек (3), ввинченных в графитовую часть (4) на глубину 0,2-0, 5 её толщины с одной стороны и приваренных к стальным пластинам (2) с другой, обеспечивает надёжное электрическое соединение для прохождения постоянного тока от анодно-графитовой части (4) к катодным стальным пластинам (2) биполярного электрода. Опора биполярных электродов (1) на балки (9), расположенные вдоль задней продольной стенки (10) и вдоль разделительной перегородки (6) обеспечивает равномерную циркуляцию электролита в пространстве между подиной электролизёра и электродами, что позволяет избежать точечного накопления шлама и образования настыли на подине электролизёра, а так же позволяет осуществлять механизированное удаление шлама с подины электролизёра. Выполнение балок (9) из графита повышает стойкость их в расплаве хлоридов магния, натрия и калия.

Выполнение на биполярных электродах в нижней части выступов (5), направленных в сторону анода, толщиной, равной 1-4 межэлектродного расстояния и высотой 0,1 -0,3 высоты биполярного электрода увеличивает электрическое сопротивление цепи электролита в обход биполярного электрода (1), что приводит к существенному снижению утечек тока, проходимого от анода к катоду, минуя биполярные электроды (1) и способствует увеличению производительности электролизера и снижению удельного расхода электроэнергии.

Биполярный электрод в, например, бездиафрагменный электролизер по патенту KZ №33940 устанавливают следующим образом:

В бездиафрагменный электролизер, содержащий футерованную огнеупорными материалами ванну с продольными задней (10) и передней (11) стенками, поперечными стенками (12) и подиной (13), электролизную камеру с графитированными анодами (14) и стальными катодами (15), ячейку для сепарации магния (16), отделенную от электролизной камеры перегородкой (6) с верхними (8) и нижними (17) циркуляционными каналами между анодами и катодами устанавливают, по крайней мере, по одному биполярному электроду (1), охватывающему каждый анод со всех сторон. Биполярные электроды опираются на графитовые балки (9), устанавливаемые на подставки (18) на подине электролизера.

Использование биполярного электрода позволяет снизить силу тока на электролизере на 25-30 % и при этом повысить производительность электролизера или 25-30 % и снизить удельный расход электроэнергии или 15-20 %.