NO143809B - Skrog beregnet for en oljeboreplattform av oppjekkingstypen - Google Patents

Description

Elektrolytisk celle for fremstilling av legeringer av bly med ålkalimetaller.

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrolytisk celle for fremstilling av blylege-ringer med ålkalimetaller.

Ifølge oppfinnelsen er der anordnet en

elektrolytisk celle for fremstilling av en

legering av bly med ålkalimetaller, omfat-tende en grafittanode, en smeltet alkaliklorid-elektrolytt og en katode bestående

av sirkulerende smeltet bly eller smeltet

legering av bly med ålkalimetaller, og oppfinnelsen utmerker seg ved at den del av

cellen som er i kontakt med kloret og elektrolytten er foret med ildfast maeriale bestående av ca. 30 pst. A1203 og ca. 70 pst.

Si02, mens den del som er i kontakt med

legeringen og elektrolytten er som i og for

seg kjent fåret med magnesiumoksyd, og

at sirkulasj onskretsen for katodelegeringen

omfatter en varmeveksler, en utskiller for

å hindre at elektrolytten suges inn i sirkulasj onssystemet, og en smeltedigel for opphetning av katodelegeringen.

I cellen utføres den elektrolytiske

spaltning av et smeltet alkaliklorid eller av

en smeltet blanding av alkaliklorider; ka-todene består av smeltet bly eller en smeltet legering av bly med ålkalimetaller, mens

anoden er laget av grafitt. Den katodiske

legering som er tyngre enn elektrolytten,

opptar bunnen av cellen og elektrolytten

flyter på denne; anoden er nedsenket i

elektrolytten til en passende avstand fra

katodeoverflaten. Metallionene som uttøm-mes ved katoden, danner en legering med

denne, mens kloret som blir fritt ved anoden, gjenvinnes som en gass.

Denne fremgangsmåte benyttes f. eks. ved fremstilling av den ternære legering,

som inneholder 89 pst. Pb, 10 pst. Na og 1 pst. K, som brukes direkte i fremstilling av tetraetylbly.

Cellens tetning også ved lave trykk, oppnås ved hjelp av flenser forsynt med pakninger for forbindelser mellom lokket og cellen og ved hjelp av pakningsbokser for anodeholdere som henger ned fra lokket.

Til cellens indre foring er benyttet to typer ildfast materiale. For den del som har kontakt med den smeltede elektrolytt og den anodiske gass, benyttes et silicium-aluminium-materiale og for den del som har kontakt med legeringen, benyttes et magnesiummateriale.

Sirkulasjonen av den katodiske legering og dens termiske tilberedning tilveiebringes ved hjelp av en pumpe og en varmeutveksler anbragt utenfor cellen. Dette pumpesystem utenfor cellen er laget av metallisk materiale som motstår angrep fra legeringen ved høy temperatur. Dette gir den fordel at organene for fylling og tømming av produktene kan innføres som beskrevet i det følgende.

Sirkulasj onssystemet for den katodiske legering ifølge oppfinnelsen tjener også til å føre med til cellens ene ende den slagg som eventuelt dannes i en sone som med hensikt er fri for anoder.

Det skal imidlertid bemerkes at slagg-mengden i ethvert tilfelle er helt uten be-tydning som følge av anvendelsen av egnede ildfaste materialer og som følge av ren-heten av de produkter som innføres i cellen.

Oppfinnelsen skal bli nærmere forklart under henvisning til en utførelsesform av denne som et eksempel og ved henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et lengdesnitt gjennom cellen, fig. 2 viser detaljene i for-bindelsen mellom den strømførende plugg og anodene og deres bevegelse oppover og fig. 3 et oppriss av anlegget. De samme henvisningstall er benyttet for tilsvarende deler på de forskjellige figurer.

Den viste celle tillater fremstillingen av en legering med 89 pst. bly — 10 pst. natrium og 1 pst. kalium ved elektrolyse av en blanding av 55 pst. NaCl og 45 KC1 med stort strømutbytte og gj ennom en lang tids-periode uten behov for demontering for vedlikehold og rengjøring.

Et hus 1 av jernplater i form av et rektangulært parallellepiped (1200 x 2600 x 1000 mm) med sideforsterkninger og montert på et sett jernbj eiker er innvendig f6ret med to typer ildfast materiale. Den ene type 2 består av et kompakt ildfast materiale som inneholder omkring 90 pst. MgO og forer bunnen i cellen og veggen opp til elektrolyttens halve høyde; denne foring er aldri i kontakt med kloret. Den resterende del av cellens indre overflate, dvs. den sone som er i kontakt med elektrolytten og med kloret, har en ildfast foring bestående av et meget kompakt silicium-aluminium-materiale 3 som inneholder 30 pst. Al20;t, idet cellelokkets innerforing består av det samme ildfaste materiale.

Mellom innerf6ringen og metallet er anordnet en isolator av ildfast materiale 4 for å sikre en jevn temperatur under 100° C på hele det utvendige hus, slik at angrep av klor unngås.

Alle de nevnte innerforinger er påsatt ved hjelp av minst mulig bindemidler for derved å redusere mulig dannelse av forurensninger som kan slå seg ned på katodeoverflaten.

Cellens indre bunn er foret med en plate 5 av rustfritt stål festet til et spor anordnet på sideveggen, men som kan ut-vides fritt ved opphetning. Hensikten med denne plate er å hindre at de løse stener som danner cellens bunn, fjernes ved (opp-drift) hydrostatisk støt av legeringen.

Under denne plate som danner cellens indre bunn, er anordnet et rustfritt rør 6 med stort tverrsnitt (110 x 60 m), som går gjennom cellens lengde og utenfor cellen er forbundet med trykksiden av sirkulasj onssystemet for den katodiske legering.

På den del som er motsatt nevnte rørs utløp og befinner seg inne i cellen er det en utskiller 7, hvori er nedsenket et rør 8 (med samme tverrsnitt som røret 6) for oppsamling av legeringen, hvilket rør er forbundet med sugesiden i sirkulasj onssystemet for den katodiske legering.

Denne forholdsregel gjør det mulig å hindre at elektrolytten suges inn i sirkulasj onssystemet, hvilket kunne forårsake til-stopping av rørene som følge av at saltet går over til fast form.

I cellens sidevegg foreligger en åpning 9, gjennom hvilken den ved anoden frem-stilte gass tas ut. Denne gass går deretter inn i et kjølekammer og gjennom et glass-fiber-filter, ikke vist på tegningen, som har til oppgave å holde tilbake eventuelle faste forurensninger hovedsakelig bestående av elektrolytt. Denne gass kan deretter gjenvinnes på i og for seg kjent måte.

Cellen er oventil lukket av et jern-platelokk 10 anbragt på huset ved en flens og forsynt med en innvendig foring av et ildfast materiale 3 av silicium-aluminium som inneholder 30 pst. Al20.t.

Fra dette lokk henger det ned tre anoder av kompakt elektrografitt opphengt ved hjelp av plugger eller nipler (se fig. 2) elektrisk isolert i forhold til lokket. Anode-nes høyde kan reguleres ved hjelp av en skrue; de går gjennom tre åpninger i lokkets innerforing.

Anodene består av en grafittstamme 14 med en diameter på 150 mm forbundet med et grafitthode 15 med firkantet tverrsnitt på 450 x 450 mm forsynt med huller med diameter 20 mm jevnt fordelt og som opptar en overflate tilsvarende omkring 10 pst. av hele den anodiske overflate. Disse huller tillater jevn utstrømning av anode-gassen.

Anodestammen har et lite tverrsnitt sammenlignet med hodets tverrsnitt for å redusere varmetapene langs stammen; det er ikke hensiktsmessig ytterligere å redusere tverrsnittet, da dette vil føre til øket potensialfall.

Hver anodes nippel består av en stamme 11 og en kappe 16. Den del av stammen 11

som er i kontakt med cellens gassformede atmosfære, er laget av nikkel eller annet metallisk materiale som er bestandig over-for klor ved høy temperatur og den ytre del er laget av jern. Den er vannavkjølt ved sirkulasjon innvendig og festet til grafitt-stammen ved skruegj enger.

Kappen 16 består av en nikkelsylinder, hvis nedre del har form av stump kjegle. Denne stumpkjegle-kappe er forspent ved en fjær 17 mot grafittstammens 14øvre del, som har samme form. Derved sikres en full-kommen elektrisk kontakt mellom grafitt og metall.

Hver anode bæres av en hette 12 av inconel, som hviler mot lokket og er elektrisk isolert fra dette. Den fullkomne tetning av krafttilførselen med hensyn til gas-ser sikres ved pakningsbokser 13 mellom kappen 16 og hetten 12 og ved hjelp av gummiringer av O-ring-typen (ikke vist på figuren), mellom kappen 16 og stammen 11. Tetningen av cellen med hensyn til gas-ser også ved lavt trykk skaffes ved hjelp av asbestpakninger for lokkets 10 flenser og hetten 12.

I lokket er et innløp 18 for påfylling av smeltet elektrolytt og en ventil 19 for trykk - måling. Videre foreligger ett eller flere glassvinduer, ikke vist på figuren, som kan tjene til kontroll av temperaturen ved hjelp av optisk pyrometer, hvilke vinduer an-bringes på lokket.

Den beskrevne celles nyttige anode-overflate beløper seg til omkring 5500 cm<2>, mens katodeoverflaten er omkring 11000 cm<2>. Den større katodeoverflate sammenlignet med anodeoverflaten skyldes det faktum at den tilsvarende del av legeringens sugeutskiller 7 er helt fri for anoder; denne forholdsregel viste seg å være nyt-tig under cellens arbeide, idet der spesielt i denne sone som følge av legeringens sirkulasjon foregår en oppsamling av alle forurensninger selv om mengdene er minimale og disse slår seg ned på overflaten av legeringen.

Dise forurensninger reduseres imidlertid til et minimum som følge av det hen-siktsmessige valg av ildfast materiale benyttet for cellens innerf&ring, som følge av at det brukes meget rene utgangsmateri-aler og at disse tilføres i smeltet tilstand.

Sirkulasjonen av den katodiske legering tilveiebringes ved hjelp av en neddyk-ket mekanisk pumpe 20 med en aksel sving-bart opphengt i lageret utenfor huset, som inneholder den smeltede legering. Akselen og pakningsboksen er vannkjølte og huset av stål som inneholder den smeltede legering, holdes under en virksom atmosfære. Pakningsboksen har en dobbelt tetning med mellomliggende nitrogen-trykk.

På denne pumpes trykkside er anordnet en varmeutveksler 21 bestående av en stålrørspole nedsenket i en liten ovn 22 som kan oppvarmes ved en flamme eller av-kjøles ved en luftstrøm. Denne spole kan også oppvarmes elektrisk ved hjelp av en lavspent vekselstrøm som går gjennom hele den ytre del av legeringens sirkulasj onssystem.

Den katodiske legeringstemperatur kan således innstilles med stor nøyaktighet;

som en funksjon av denne temperatur er det også mulig å foreta den automatiske styring av arbeidsforholdene ved regule-ring av den interpolare avstand ved å på-virke systemet for vertikal bevegelse av anodene.

Tilførselen av bly foregår porsjonsvis ved hjelp av smeltedigelen 23 som holdes under nitrogen; smeltedigelen består av en 50 liters jernsylinder som er elektrisk opp-varmet og forbundet med pumpens trykkside ved røret 24, som i påfyllingsøyeblik-ket oppvarmes til en temperatur over bly-ets smeltepunkt.

Innføringen av smeltet bly i cellen foregår ved fall og smeltedigelens bunn er anbragt i en sådan høyde at der ved slutten av påfyllingen gjenstår en høyde på 100— 150 mm, hvilket er tilstrekkelig for å hindre at eventuelt slagg føres inn i cellen.

Tømmingen av legeringen foregår også porsjonsvis til en 75 liters beholder 25 forbundet med pumpens innløp ved røret 26.

Under tømmingen av legeringen, som foregår ved fall under oppheting av røret 26 til en temperatur høyere enn legeringens smeltepunkt, holdes samlebeholderen

25 under en uvirksom gass.

Elektrolytten som består av meget rene salter, nærmere bestemt fri for oxygenhol-dige forbindelser, tilføres porsjonsvis til cellen gjennom tilløpet 18 i smeltet tilstand. De beste resultater er oppnådd ved tilførsel av elektrolytt i smeltet tilstand etter dekantering; bare på denne måte er det mulig fullstendig å fjerne alle spor av fuktighet og alle usmeltelige forurensninger i saltene. Smeltedigelen for saltene, ikke vist på figuren, ble laget av ildfast materiale, idet det har vist seg at vanlige metalliske materialer utsettes for en be-tydelig korrosjon som følge av de anvendte smeltede salter, hvilket ville føre til inn-føring av forurensninger som kan ødelegge elektrolysen.

Oppvarmningen foregikk ved hjelp av grafittelektroder som er anordnet på siden av smeltedigelens bunn og alltid neddyk-ket i de smeltede salter; disse elektroder tilføres en vekselstrøm med variabel spenning. Som et alternativ i industriell måle-stokk kan der anvendes opphetning med flamme i en flammeovn.

I det følgende skal som eksempel gis noen resultater oppnådd med den beskrevne celle.

Elektrolytten består av en blanding av

55 pst. NaCl og 45 pst. KC1 ved en temperatur på 710° C; den katodiske legering inneholder 9,8 pst. Na og 1 pst. K og dekker

bunnen i cellen i en høyde på 8 cm. Dens

temperatur er 700° C.

Der påfylles 375 kg smeltet bly og 111

kg smeltet blanding av NaCl og KC1, som

inneholder 7,4 pst. KC1.

Elektrolysen gjennomføres med 1,7 A/ cm- som tilsvarer tilsammen 9200 A, ved en

spenning på 5,5 V. Etter 6 timer og en til-førsel av 55000 A h er høyden av katodisk

legering 14 cm fra bunnen; 410 kg av en

legering med et Na-innhold på 10 pst. og

et K-innhold på 1,05 pst. tømmes ut.

Det ble oppnådd en produksjon av 43,5

kg alkalimetall ansett som natrium med et

strømutbytte på omkring 92 pst.

Effektforbruket pr", kg metall fremstilt

er omkring 7 kWh.

Claims (1)

1. Elektrolytisk celle for fremstilling av

   en legering av bly med ålkalimetaller, om-

   fattende en grafittanode, en smeltet alkaliklorid-elektrolytt og en katode bestående av sirkulerende smeltet bly eller smeltet legering av bly med ålkalimetaller, karakterisert ved at den del av cellen som er i kontakt med kloret og elektrolytten er f&ret med ildfast materiale bestående av ca. 30 pst. A120,, og ca. 70 pst. Si02, mens den del som er i kontakt med legeringen og elektrolytten er som i og for seg kj ent foret med magnesiumoksyd, og at sirkulasj onskretsen for katodelegeringen omfatter en varmeveksler (21), en utskiller (7) for å hindre at elektrolytten suges inn i sirkulasj onssystemet og en smeltedigel (23) for opphetning av katodelegeringen.