Електричне підключення електродів, комірок і електролізерів

 

Промисловий електролізер - складна конструкція, що складається з набору елементарних електрохімічних комірок. При об'єднанні елементарних електрохімічних комірок в одну конструкцію можна одержати або батарею комірок (рис. 1.9, А), або багатокомірковий електролізер (рис. 1.9, Б).

 

Рис. 1.9. Схема батареї електрохімічних комірок (А)

і багатокоміркового електролізера (Б).

1 - корпус комірки, 2 - корпус електролізера, 3 - корпус батареї

 

Якщо при об'єднанні комірок кожна з них зберігає свій власний корпус, то така конструкція називається батареєю (батарея сухих елементів, батарея акумуляторів). У тому випадку, якщо для економії місця і підвищення питомої продуктивності електрохімічного апарата всі комірки встановлюються в однім корпусі, то варто говорити про багатокомірковий електролізер.

У електролізерах усіх типів використовуються монополярні або біполярні електроди, що з'єднуються електрочно паралельно або послідовно. Монополярні електроди, підключені паралельно, звичайно приєднуються до однієї шини і мають той самий знак заряду (“+” або “-”), залежно від підключення до тієї або іншої клемі джерела живлення (рис. 1.10, А).

 

 

Рис. 1.10. Схема електричного підключення електродів у

електролізері.

А-монополярні електроди, паралельне підключення,

Б-монополярні електроди, послідовне підключення.

1 - корпус, 2 - шина, 3 - непроникна для електроліту перегородка

Перевагою паралельного підключення монополярних електродів є їхня незалежна робота, можливість витягненння з ванни і заміни будь-якого електрода без відключення електролізу і припинення технологічного процесу. Як недолік можна відзначити необхідність підведення струму до кожного окремого електрода, велику кількість шин і великі витрати дорогого кольорового металу на ошинування.

При послідовному підключенні електродів (рис. 1.10, Б) струм підводиться тільки до кінцевих електродів. Перевагами електрохімічних апаратів з послідовним підключенням електродів є мала витрата кольорового металу на ошинування і компактність електролізера. До недоліків варто віднести складність обслуговування при щільній установціі електролізерів.

Звичайно підключення електролізерів і електродів здійснюється паралельно-послідовним способом (мультипль). У цих схемах електроди в одній ванні підключено електрично паралельно, а між ваннами -- послідовно.

 

Гідравлічне підключення електролізерів

 

Електролізери та комірки в них можуть підключатися гідравлічно послідовно (рис. 1.13) або паралельно (рис 1.14).

 

 

Рис. 1.13. Схема послідовного живлення електролітом електролізера з моно- і біполярними електродами.

При послідовному живленні електролізерів проотік прагнуть організувати так, щоб електроліт подавався в нижню частину ванни, а відводився з її верхньої частини, або навпаки. Така схема циркуляції забезпечує максимально рівномірний розподіл концентрації у ванні.

Рівнобіжне живлення монополярних електродів найчастіше застосовується при розділенні електродних просторів діафрагмами та у електролізерах фільтр-пресової конструкції.

 

Рис. 1.14. Схема паралельного живлення електролітом електролізера з моно- і біполярними електродами.

Перемішування електроліту

У більшості електрохімічних процесів потрібне перемішування електроліту для усунення в ньому концентраційних неоднорідностей.

Перемішування електроліту для одержання рівномірного розподілу концентрації у ванні поділяють на два види:

- перемішування повітрям або механічними перемішувальними пристороями без протоку і стікання електроліту;

- проточне перемішування.

Перемішування без протоку електроліту може здійснюватися барботажом, аероліфтним перемішуванням або за допомогою різних механічних перемішувальних присторїв.

А. Перамішування барботажом (рис. 1.17, А).

На дно ванни між електродами укладається труба з отворами, в яку від компресора подається повітря. Газові пузирі, що спливають, інтенсивно перемішують електроліт. Недоліком такого способу перемішування є складність регулювання рівномірного розподілу повітря по всьому об^,ємові ванни.

 

 

Рис. 1.17. Схема непротічного перемішування електроліту.

 

Аероліфтне перемішування показано на рис. 1.17, Б. У ванні кріпиться відкрита з двох боків труба великого діаметра. У середину труби поміщено барботер. При подаванні повітря формується циркуляційний потік. Недоліком такого способу перемішування є різке падіння інтенсивності перемішування на відстані від труби.

У випадку, коли на електродах відбувається виділення великої кількості газів (кисню або водню), зовнішнє перемішування не потрібне.

Для перемішування електроліту у ванні за допомогою механічних пристороїв використовують чи обертові лопатеві або пропелерні мішалки, чи гребінь із стрижнів, що рухається зворотно-поступально між електродами, (рафінування срібла).

Розділ 2. ДОПОМОЖНЕ УСТАТКУВАННЯ [13-16]

 

Допоміжним будемо називати устаткування, призначене для забезпечення нормального функціонування електрохімічних апаратів – основного устаткування електрохімічних виробництв. Забезпечення функціонування в більшості випадків полягає в підготуванні вхідної сировини, якою є різні електроліти. Допоміжне устаткування застосовується також для змішування, транспортування або сушіння твердих речовин. У даній главі розглядатиметься типове устаткування, найчастіше використовуване в різних електрохімічних виробництвах (одержання алюмінію, магнію і титану електролізом розплавлених середовищ, гідрометалургії цинку, нікелю та міді, виробництві хімічних джерел струму та ін.) на різних його стадіях.

Найпоширенішим технологічним ланцюжком при отриманні продукту є:

- розмел;

- збагачення;

- випал;

- вилущування;

- очищення від домішок;

- концентрування;

- сушіння готового продукту.