Доронин С.В. Конструктивные формы металлургического оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

140

Рис. 93. Анодное устройство электролизера ОА: 1 – анодный блок; 2 – заливка

ниппеля; 3 – ниппель; 4 – крышка укрытия; 5 – траверса; 6 – штанга; 7 – времен-

ный зажим; 8 – механизм подъема укрытия; 9 – основной зажим; 10 – анодная

шина; 11 – механизм подъема анодного массива; 12 – анодная рама; 13 – короб

газоотсоса; 14 – поперечные балки

На всех типах электролизеров анодная рама несет всю массу

анода, вместе с подъемными механизмами монтируется на опорной кон-

струкции. На электролизерах БТ рама нагружена только анодом, а на

электролизерах ВТ и ОА к ней крепится также анодная ошиновка, кото-

рая перемещается вместе с рамой. В некоторых конструкциях анодная

ошиновка служит и анодной рамой.

По мере сгорания анода рама вместе с анодом перемещается

вниз до крайнего нижнего положения, а затем должна быть поднята

вверх – эта операция на практике носит название перетяжки анодной

рамы. При выполнении данной операции анод должен оставаться на

месте. Рассмотрим последовательность перетяжки анодной рамы на

электролизерах разных типов.

На электролизерах БТ подвеска анодной рамы к опорной конст-

рукции, как правило, осуществляется через полиспастный механизм.

Штыри, расположенные на нижнем горизонте, опираются на серьги (или

клинья), закрепленные на перьях, и через них передают массу анода на

анодную раму. Когда рама опускается до крайнего нижнего положения,

анод с помощью нескольких (8–10) временных тяг (типа талрепа) под-

вешивают к опорной конструкции. Для этого один конец временной тяги

закрепляют за головку штыря, расположенного во втором ряду, а второй

– за крюк, закрепленный на опорной конструкции через электроизоляци-

141

онные прокладки. Поочередно натягивая талрепы, подвешивают анод на

временные тяги, а затем извлекают серьги (или клинья). Далее включают

механизм подъема и поднимают анодную раму, при этом анод продол-

жает висеть на временных тягах. Когда рама поднимется на 100–120 мм,

вновь устанавливают серьги (клинья) и продолжают подъем рамы с та-

ким расчетом, чтобы серьги (клинья) вплотную подошли к третьему ря-

ду штырей, проверяют и убеждаются (по натяжке талрепов), что масса

анода воспринята анодной рамой, и только после этого демонтируют

временные тяги. Зачастую операцию по перетяжке анодной рамы со-

вмещают с извлечением штырей, расположенных на нижнем горизонте.

Перетяжку рамы на электролизерах ВТ проводят с помощью

механизма подъема анода при одновременной работе вспомогательного

механизма. Основной механизм смонтирован на опорных стойках и слу-

жит для перемещения анодной рамы, а вспомогательный механизм, рас-

положенный на анодной раме, предназначен для подъема анодного ко-

жуха. Скорость перемещения основного и вспомогательного механизмов

одинакова. Подъем анодной рамы должен выполняться до перестанов-

ки штырей.

При перетяжке анодной рамы анод подвешивают на анодном

кожухе, и при этом могут быть использованы два способа. При первом

способе на 16–18 анодных штырях устанавливают временные зажимы,

опирая их на площадки, приваренные к анодному кожуху. Затем пооче-

редно ослабляют контактные зажимы, прижимающие штыри к анодной

шине, но анод не просядет, так как будет висеть на временных зажимах.

Второй способ заключается в том, что на анодный кожух устанавливают

переносной портал, к верхней части которого с помощью тяг закрепляют

штыри. И в этом случае при ослаблении контакта между анодной шиной

и штырями анод не просядет.

После подвески анода одним из рассмотренных способов зачи-

щают контактную часть штыря от существующего положения до места

нового его контакта с анодной ошиновкой, ослабляют все зажимы, при-

жимающие штыри к анодной ошиновке, и одновременно включают ос-

новной и вспомогательный механизмы. При этом основной механизм

перемещает анодную раму вверх, а вспомогательный перемещает анод-

ный кожух вниз. Так как вспомогательный механизм расположен на

анодной раме, движущейся вверх, положение анодного кожуха, а вместе

с ним и анода по отношению к катоду останется неизменным. В процес-

се перемещения анодной рамы контакт между штырем и анодной шиной

будет скользящим, т.е. возможно искрение.

После подъема рамы в крайнее верхнее положение надежно за-

тягивают зажимы, прижимающие штыри к анодной шине, а затем де-

142

монтируют временные зажимы или переносные порталы.

Перетяжку анодной рамы на электролизерах ОА осуществляют

с использованием временных зажимов или переносных порталов, кото-

рые опираются на неподвижную газосборную конструкцию. После под-

вески анодов ослабляют зажимы, прижимающие токоведущие штанги к

анодной ошиновке, и включают привод, поднимая анодную раму, но

анодный массив остается висеть на временных зажимах. После подъема

рамы в верхнее положение закрепляют токоведущие штанги к анодной

ошиновке и убирают временную подвеску анода.

Следует отметить, что увеличение шага перетяжки рамы на лю-

бой конструкции токоподвода приводит к увеличению потерь электро-

энергии в токоведущих элементах, но снижает трудозатраты на проведе-

ние операции.

Рассмотрение конструктивных решений алюминиевых электро-

лизеров и основных их узлов позволяет установить связь между прини-

маемыми конструктивными формами и основными техническими и экс-

плуатационными параметрами.

При выборе конструкции катодного кожуха исходят из мощно-

сти и производительности электролизеров, а, следовательно, из механи-

ческих, тепловых, гидравлических и электромагнитных воздействий на

несущую конструкцию. По мере роста нагрузок катодный кожух снаб-

жается днищем, оснащается мощными несущими балками по бортам,

монтируется с использованием отдельного несущего каркаса.

Форма гнезда (паза) для установки блюмсов в катодных блоках

определяется условиями снижения концентрации напряжений, прочно-

стью и долговечностью катодных блоков.

Компоновка катодных блоков при монтаже подины является од-

ним из основных факторов ее долговечности и удобства монтажа.

Выбор типа анода – обожженного или самообжигающегося –

определяет конструкцию устройств крепления анодов, конфигурацию

токоподвода и основные технико-экономические показатели.

Рассмотрим далее конструкции электролизеров, применяемых

для получения других металлов.

Изобретение [36] относится к металлургии черных и цветных

металлов, в частности к гидрометаллургии, и может быть использовано

при улучшении условий труда при получении хрома электролизом вод-

ного раствора его кислот и солей.

Цель изобретения – упрощение обслуживания и улучшение ус-

ловий труда.

Электролизер (рис. 94) включает ванну 1, стационарные аноды 2

с накладками 3 из электроизоляционного материала, катоды 4. На като-

143

дах 4 могут быть установлены накладки 5.

Рис. 94. Электролизер с накладками: а – установленными на анодах; б – установ-

ленными на анодах и катодах; 1 – ванна; 2 – анод; 3, 5 – накладки; 4 – катод; 6 –

проем

Ванна 1 выполнена с проемом 6 для бортового отсоса, располо-

женного на вертикальной стенке ванны между зеркалом электролита и

накладками 3 и 5. Материал накладок 3 и 5 должен быть не только ди-

электриком, но и обладать коррозионной стойкостью в данной среде

(например, фторопласт).

Электролизер работает следующим образом.

В ванну 1 с электролитом и анодами 2 опускаются катоды 4, при

этом накладки 3, установленные на анодах 2, перекрывают верхнюю по-

верхность электролизера.

При установленных анодах 2 и катодах 4, подаче напряжения на

электролизер и включенном вентиляторе системы бортового отсоса воз-

дух, подсасываемый из помещения в электролизер через межэлектрод-

ные зазоры в плоскости накладок 3 или 3 и 5, разбавляет и увлекает в

проем 6 бортового отсоса вредные выделения из электролита, а также

водород и кислород. Объем подсасываемого воздуха учитывает не толь-

ко скорость подсоса в межэлектродных зазорах, но и разбавление водо-

рода значительно ниже опасных концентраций.

Использование изобретения позволяет упростить обслуживание

144

электролизера за счет доступа к электродным штангам и электрическим

контактам катодов и улучшить условия труда за счет снижения количе-

ства вредных выделений, проникающих в рабочую зону цеха.

Формообразование данной конструкции характеризуется упро-

щением структуры конструкции за счет совмещения функций в одном

структурном элементе – накладки токоподводящих штырей выполняют

одновременно функции токоподвода и уплотняющего перекрытия выхо-

да газа.

Изобретение [37] относится к оборудованию электролизных

процессов, в частности к электролизерам, содержащим электрод, снаб-

женный приспособлением для улавливания электролитного тумана.

Цель изобретения – повышение степени отделения электролит-

ного тумана от выделяющихся на электроде газов.

Электролизер (рис. 95) состоит из электролизной ванны 1 и

электродной системы содержащей нерастворимый анод 2 с токоподво-

дом 3, колпак 4 из газопроницаемой ткани и катод 5, расположенный нa

расстоянии δ от анода, сетки, размещенной вокруг анода 6.

Рис. 95. Электролизер: 1 – ванна; 2 – анод; 3 – токоподвод; 4 – колпак; 5 – катод;

6 – сетка

145

Электролизер работает следующим образом.

В процессе электролиза из водных растворов на положительно

заряженном электроде 2 выделяется кислород, который выносит в атмо-

сферу цеха тонкие капельки электролита, вызывающие образование

электролитного тумана. Основное количество пузырьков кислорода вме-

сте с капельками электролита поднимается вдоль анода 2 к поверхности

электролита и фильтруется через колпак 4, выполненный из газопрони-

цаемой ткани, например лавсана, хлорина или полипропилена, закреп-

ленный на аноде ниже токоподвода 3. Электрод может быть окружен

сеткой, направляющей пузырьки выделяющегося в процессе электролиза

газа вдоль электрода вверх. Под давлением выделяющихся газов нижний

край колпака, погруженный в электролит на глубину, равную межэлек-

тродному расстоянию δ, перекрывает всю поверхность электролита ме-

жду анодом 2 и катодом 5, препятствуя выносу электролитного тумана в

помещение.

В рассматриваемой конструкции введение дополнительного

структурного элемента, не влияя существенно на основные технологиче-

ские функции, обеспечивает дополнительные возможности – снижение

вредных выделений.

Изобретение [38] относится к области получения металлов элек-

тролитическим способом, в частности к конструктивным элементам

электролизеров.

Целью изобретения является повышение долговечности.

Предложенный электролизер (рис. 96) содержит ванну 1, уста-

новочную раму 2, мембрану 3, охватывающую установочную раму, эла-

стичную трубку 4, расположенную в промежутке между установочной

рамой 2 и мембраной 3, трубопровод 5 для подачи сжатого воздуха, ка-

тод 6, трубопровод 7 для подачи электролита, трубопровод 8 для отвода

электролита, анод 9, штангу 10.

Рис. 96. Электролизер: 1 – ванна; 2 – установочная рама; 3 – мембрана; 4 – эла-

стичная трубка; 5 – трубопровод подачи сжатого воздуха; 6 – катод; 7 – трубо-

провод подачи электролита; 8 – трубопровод отвода электролита; 9 – анод; 10 –

штанга

146

Электролизер работает следующим образом.

По трубопроводу 7 в прикатодное пространство подается элек-

тролит. Электроэнергия к катоду 6 подается по штанге 10, а к аноду – по

анодной штанге. При подаче электроэнергии на катод и анод начинается

процесс электролиза, в результате которого вблизи катода образуется

серная кислота, выводимая в ванну через мембрану 3, на катоде осажда-

ется металл.

Отработанный электролит из прикатодного пространства выво-

дится по трубопроводу 8. Установка в электролизер мембраны в процес-

се электролиза приводит к образованию на ней складок, поскольку мем-

браны, как правило, представляют собой полимерные пленки армиро-

ванные тканями и имеют способность к поглощению воды при контакте

с водным раствором электролита, что приводит к набуханию мембран.

Складки на мембране приводят к нежелательному касанию анодов, к

механическому повреждению мембраны, повышению напряжения, на-

рушению равномерного распределения электролита и электрического

тока. Все это снижает долговечность электролизера. Чтобы предотвра-

тить нежелательное образование складок на мембране в эластичную

трубку 4, закрытую с одною конца, подают сжатый воздух, который уве-

личивает объем трубки 4, растягивая мембрану с целью устранения на

ней складок, и как следствие, контакта мембраны с анодом иди катодом,

что влияет на долговечность электролизера.

Данный прием формообразования заключается в выполнении

дополнительной функции без усложнения структуры и введения каких-

либо элементов. Это достигается за счет использования давления сжато-

го воздуха, который в какой-то мере можно рассматривать в качестве

виртуального структурного элемента – сжатого стержня.

Изобретение [39] относится к металлургии цветных металлов и

может быть использовано для извлечения металлов из растворов, в том

числе – из стоков промышленных предприятий.

Известны электролизеры ящичного типа с компактными элек-

тродами, применяемые для извлечения металлов из растворов,

в частности для извлечения меди, цинка. Известные электролизеры

обеспечивают приемлемые технико-экономические показатели процесса

(выход по току, расход энергии и т.д.) лишь при переработке срав-

нительно концентрированных растворов (10-100 г/л). Извлечение метал-

лов из более разбавленных растворов в электролизерах этой конструк-

ции сопровождается значительной поляризацией катода, что вызывает

протекание на нем конкурирующих реакций, главным образом – разряда

ионов водорода, с резким уменьшением эффективности процесса и

ухудшением качества осадка.

147

В последнее время для извлечения металлов из производствен-

ных растворов и сточных вод с концентрацией металла до 1 г/л и менее

(растворы выщелачивания руд, стоки металлургических заводов, про-

мывные воды гальванических цехов и др.) стали применять электролизе-

ры с трехмерными электродами. К ним относятся электролизеры с трех-

мерным пористым проточным электродом, в которых катодные листы

заменены плоскими катодными кассетами с засыпкой из углеродных

волокон или гранул, либо электроды в виде неподвижного слоя гранул

из электропроводящего материала, через который протекает обрабаты-

ваемый раствор. Этот электролизер, взятый в качестве прототипа, обес-

печивает выделение металлов из растворов с концентрацией 10-100 мг/л

до остаточной концентрации 0,005-0,7 мг/л с приемлемыми технико-эко-

номическими показателями (выход по току до 70%); большая удельная

поверхность частиц слоя обуславливает высокую производительность

электролизера. Однако, емкость насыпного электрода по осаждаемому

металлу сравнительно невысока, что делает его применение для очистки

более концентрированных растворов (1-10 г/л) нецелесообразным: про-

исходит срастание частиц слоя, уменьшение удельной поверхности слоя,

повышение гидравлического сопротивления слоя потоку раствора.

Опытной проверкой в лабораторных условиях установлено, что осажде-

ние уже 0,15-0,20 г металла в 1 см

рабочего объема насыпного электро-

да вызывает необратимое ухудшение показателей электролиза. Для

обеспечения устойчивых показателей работы электролизера в этом слу-

чае требуется частая замена насыпного слоя; это уменьшает производи-

тельность электролизера и повышает трудоемкость его обслуживания.

Целью изобретения является непрерывная выгрузка частиц с

осаждением металлом в процессе электролиза раствора.

Эта цель достигается тем, что электролизер (рис. 97) с электро-

дом в виде слоя неподвижных электропроводящих частиц дополнитель-

но содержит сборник частиц с осажденным металлом, снабженный виб-

ратором, причем сборник отделен от электрода перфорированными пе-

регородками, отверстия в которых смещены друг относительно друга.

Введение в конструкцию электролизера сборника частиц с оса-

жденным металлом обеспечивает возможность выгрузки гранул с осаж-

денным металлом из электролизера, не нарушая процесс электролиза, то

есть возможность непрерывной обработки раствора. Вибратор, установ-

ленный на сборнике, вместе с перфорированными перегородками, отде-

ляющими сборник от насыпного электрода, обеспечивает непрерывную

транспортировку гранул с осажденным металлом в сборник. Смещение

отверстий перфорированных перегородок друг относительно друга пре-

дотвращает самопроизвольную выгрузку гранул с осажденным металлом

148

из насыпного слоя в сборник в отсутствие вибрации.

Электролизер состоит из корпуса 1, установленного на аморти-

заторах 2 и соединенного со сборником гранул с осажденным металлом

3. От сборника корпус отделен перфорированными перегородками 7,

отверстия в которых смещены друг относительно друга. Сборник гранул

механически связан с вибратором 5, обеспечивающим колебания элек-

тролизера в плоскости перфорированных перегородок. В корпусе раз-

мещены катодная и анодные ячейки, разделенные диафрагмой 9. В анод-

ном пространстве расположены аноды 6, в катодном – слой гранул 10 с

погруженным в него токоподводом 8. Через отверстия в верхней перфо-

рированной перегородке гранулы под действием собственного веса по-

падают на нижерасположенную перегородку. Размеры отверстий в пере-

городках естественного откоса, гранулы в отсутствие вибрации корпуса

не просыпаются в сборник 3.

Рис. 97. Электролизер: 1 – корпус; 2 – амортизаторы; 3 – сборник; 4, 10 – слой

гранул; 5 – вибратор; 6 – анод; 7 – перегородка; 8 – токоподвод; 9 – диафрагма;

11 – сливные патрубки; 12 – патрубок

Электролизер работает следующим образом.

149

Раствор, содержащий извлекаемый металл, подается в слой гра-

нул 10 снизу через сборник 3 и перфорированные перегородки 7, одно-

временно играющие роль распределителя потока. В процессе прохожде-

ния раствора через слой гранул вследствие пропускания электрического

тока от внешнего источника, при определенном потенциале насыпного

катода на его гранулах выделяется металл. Этот процесс происходит при

весьма незначительном перенапряжении вследствие большой рабочей

поверхности катода и, следовательно, малой плотности тока. После вы-

хода раствора из слоя он выводится из корпуса через патрубок 12, буду-

чи очищен от металла. Смешивание очищенного католита с анолитом

предотвращается поддержанием уровня последнего ниже, чем уровень

католита (например, отводом через сливные патрубки 11 анолита, кото-

рый подпитывается фильтрацией очищенного раствора через диафрагму

9). Под действием вибратора 5 гранулы смешиваются относительно пер-

форированных перегородок 7, просыпаются в сборник 3 и накапливают-

ся в нём в виде периодически удаляемого слоя 4, а также поступают в

межперегородочное пространство из катодного слоя 10. Таким образом

вибрация корпуса обеспечивает транспортировку гранул по высоте слоя,

не вызывающую нарушения гидродинамического режима потока рас-

твора. Убыль гранул из насыпного слоя регулярно пополняется загруз-

кой свежих порций со стороны, противоположной перегородками 7, чем

обеспечивается их противоток относительно раствора и равномерное

наращивание.

В результате вибрации разрушаются выступы осаждаемого ме-

талла на поверхности растущих гранул, что обеспечивает появление в

насыпном слое зародышей новых гранул и уменьшает потребность в

загрузке из свежих порций.

Прием формообразования в данном случае заключается в увели-

чении степени размерности системы – переходе от плоского элемента

конструкции к объемному. Это позволяет существенно изменить усло-

вия протекания технологического процесса и придать ему свойства не-

прерывности.

Изобретение [40] относится к области переработки отходов ту-

гоплавких металлов и их сплавов методом анодного растворения, на-

пример, для удаления молибденовых кернов из вольфрамовых спиралей

при производстве электрических ламп накаливания.

Известно устройство, содержащее емкость из инертного мате-

риала, в которую загружаются в кошельках из вольфрамовой сетки

вольфрамовые спирали с молибденовыми кернами. Спирали заливают

вручную концентрированной кислотой и происходит химическое рас-

творение молибденовых кернов.