CN107557812A - 一种延长镁电解槽使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电解法制镁领域，具体涉及一种延长镁电解槽使用寿命的方法。本发明方法需满足以下条件之一可延长镁电解槽使用寿命：(1)石墨阳极布置方法为侧插式或者下插式，而阴极布置则对应的为下插式或者侧插式；(2)通过电解质净化装置需将电解质中的MgO含量控制在0.1％以下；(3)通过电极电流监测及处理使电极电流分布均匀。本发明方法可提高镁电解槽的使用寿命，降低镁电解的综合制造成本，对镁电解槽发展具有重要现实意义。
Description
技术领域
本发明属于电解法制镁领域，具体涉及一种延长镁电解槽使用寿命的方法。
背景技术
镁电解是制备金属镁的重要方法，更是镁钛联合企业实现镁-氯循环的关键工序，其能耗指标约占海绵钛制造成本的约36.5％。目前根据电解槽槽型结构主要有无隔板电解槽和多级性电解槽两种。电解过程是655～720℃内在较MgCl2分解电位以上将其分解为液态金属镁和氯气的过程，液镁和氯气均在密度差的作用下上浮，通过电解质循环或倒镁槽作用将液镁从电解室带至集镁室中，而氯气进入电解室上部空间从氯压管线中抽出，从而实现镁和氯气的分离。
当前电解槽布局常采用阳极上插式和阴极侧插式，其利于阳极更换处理，但频繁的更换石墨阳极也造成电解成本的增高。同时，由于电解质中存在氧化镁，其会与石墨阳极和氯气反应，造成石墨电极的消耗，随着石墨电极的影响，其厚度变薄，引起电极间极距增大，槽电压增大，电解槽热平衡及吨镁电耗将增加，故无隔板槽和多级槽使用寿命一般不超过2年。对此，延长镁电解槽使用寿命对降低镁电解成本具有重要现实意义，而当前尚未见到延长镁电解槽使用寿命的资料文献报道。
发明内容
针对现有镁电解存在影响电解槽寿命的问题，本发明提供了一种延长镁电解槽使用寿命的方法。该方法需满足以下三个条件至少一个：(1)阳极侧插式配阴极下插式，或者阳极下插式配阴极侧插式；(2)电解槽整个体系中MgO含量在0.1％以下；(3)整个电解槽体系的电极电流分布在电流平均值正负10％以内。
具体的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，采用铸铁基座实现下插式阳极与其子母线的连接。参见图1。
进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，控制铸铁基座温度低于电解质熔点温度100℃以下。
更进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，采用风冷系统控制铸铁基座温度。
具体的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，通过电解质净化装置控制体系中MgO含量。
进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，所述电解质净化装置中放置有直流电解系统和交流加热系统，通过交流加热系统控制电解质温度，通过直流电解系统控制电压。
更进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，电解质净化装置中，所述电解质温度在熔点以上沸点以下。
更进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，电解质净化装置中，所述电压为2.8～3.2V。
更进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，电解质净化装置中，当体系中MgO含量低于0.1％时，停止净化，将电解质转移至电解槽内进行电解。
更进一步的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，所述电解质净化装置中，直流电解系统的阳极为石墨材质、阴极为导电导体。
具体的，上述延长镁电解槽使用寿命的方法中，当某电极电流超过电流平均值10％以上时，对该位置电极孔吹惰性气体和/或出渣操作；当某电极电流低于电流平均值10％以上时，对该电极的子母线接头进行紧固处理。所述的惰性气体为氩气、氦气等。
本发明方法能够使电解槽泄漏率由25％降至0％，阳极石墨的消耗量小于2mm/年，电解槽使用寿命也由2年提至3年以上。本发明方法有效降低了电解槽的制作成本，从而降低了镁电解的综合成本，对镁电解槽的发展具有重大意义。同时，该技术也能够满足其他镁电解企业要求，应用可行性高，推广应用前景大。
附图说明
图1铁铸基座连接示意图；其中，1为石墨阳极，2为铸铁基座，3为阳极子母线，连接时将石墨电极1与铸铁基座2相连，铸铁基座2再与阳极子母线3相连。
具体实施方式
延长镁电解槽使用寿命的方法，满足以下三个条件至少一个：(1)电极的布置方式为：石墨阳极侧插式配阴极下插式，或者阳极下插式配阴极侧插式；(2)通过电解质净化装置需将电解质中的MgO质量分数控制在0.1％以下；(3)通过电极电流监测及处理使电极电流分布均匀；或者至少应满足电极电流分布在电流平均值正负10％以内。
上述延长镁电解槽使用寿命的方法，其中采用铸铁基座实现下插式石墨阳极与阳极子母线连接；该铸铁基座主要起到承力、密封、导电的作用。进一步的，为防止铸铁基座的氧化消耗，采用风冷系统使铸铁基座温度低于电解质温度100℃以下，从而确保电解质在铸铁基座处为凝固状态。该操作保证了下插式的顺利，以及保证了电流分布均匀。
上述延长镁电解槽使用寿命的方法，其中电解质净化装置中放置有直流电解系统和交流加热系统，操作时将熔融的电解质(在实际操作过程中，一般是将电解原料MgCl2和电解质熔盐作为整体)加入至电解质净化装置内，然后控制开启交流加热系统，控制交流加热功率使电解质温度维持在熔点以上，沸点以下即可，然后启动直流电解装置，其阳极为石墨材质，阴极为导电导体即可，控制电解槽电压为2.8～3.2V，然后检测体系中的MgO含量，当MgO含量低于0.1％时，表示电解质净化已完成，可转移至电解槽内进行电解。
电解质净化机理为(1)化学反应除MgO：即体系中的MgO与阳极石墨及氯气反应生成MgCl2和CO2，方程式为2MgO+2Cl2+C＝2MgCl2+CO2；(2)电化学反应除MgO：即MgO吸附在石墨阳极上氧化为镁离子和CO2，方程式为2MgO+C＝2Mg2++CO2；(3)物理沉积除MgO：即MgO密度较电解质大，在重力作用下沉至精炼装置底部，实现分离。整个沉降过程电解质温度需控制在其熔点以上沸点以下，以防电解质凝固或蒸气压过大造成的能耗及损失增大。在实际生产领域中，是将电解原料MgCl2和电解质一起加入到电解质净化装置中，通过该电解质净化装置进行净化电解，使整个电解体系中MgO含量低于0.1％，然后将满足电解要求的电解质加入到镁电解槽中进行电解即可。当镁电解槽中的电解原料MgCl2消耗到一定程度时，抽出电解质，再加入被电解质净化装置净化过的、满足要求的电解质再进行镁电解，以此循环连续镁电解。
上述延长镁电解槽使用寿命的方法，其中电极电流的检测方法可采用ZL201410100135.5中的方法进行测定。当某电极电流值超过平均值的10％以上时，对该位置的电极孔进行吹惰性气体或/和出渣操作；而当某电极电流低于平均值的10％以上时，对该电极的子母线接头进行紧固处理，以保证电极电流分布差异在10％以内，从而保证某个电极电流过大引起的电解质凝固层破坏，而出现阳极基座溶解现象。
实施例1
以海绵钛生产工艺还蒸工艺的MgCl2为原料，其中MgO含量0.5～1.25％，在750℃，电解电压为3.0V条件下，电解质净化装置中净化0.5h后，电解质中的MgO含量为0.05～0.08％。然后将上述满足要求的净化后的电解质加入至下插式石墨阳极和侧插式碳钢阴极的镁电解槽内，通过电极电流监测，控制电极电流分布在10％以内，运行3年后，电解槽槽电压升高0.01V，石墨电极减1.1％，仍可继续稳定运行。
实施例2
以光卤石为原料，其中MgO含量1.5～5％。在750℃，电解电压为3.1V条件下，电解质净化装置中净化1h后，电解质中的MgO含量为0.07～0.09％。然后将上述满足要求的净化后的电解质加入至侧插式石墨阳极和下插式碳钢阴极的镁电解槽内，通过电极电流监测，控制电极电流分布在8％以内，运行3年后，电解槽槽电压升高0.05V，石墨电极减2.3％，仍可继续稳定运行。
对比例
以海绵钛生产工艺还蒸工艺的MgCl2为原料，其中MgO含量0.5～1.25％，直接加入至下插式石墨阳极和侧插式碳钢阴极的镁电解槽内，运行半年，出现大面积电解质泄漏现象，拆卸发现其泄漏位置阳极基座溶解约40％，电解槽使用寿命仅为6个月。
Claims (10)
1.延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：满足以下三个条件至少一个：(1)阳极侧插式配阴极下插式，或者阳极下插式配阴极侧插式；(2)电解槽整个体系中MgO含量在0.1％以下；(3)整个电解槽体系的电极电流分布在电流平均值正负10％以内。
2.根据权利要求1所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：采用铸铁基座实现下插式阳极与其子母线的连接。
3.根据权利要求2所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：控制铸铁基座温度低于电解质熔点温度100℃以下。
4.根据权利要求3所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：采用风冷系统控制铸铁基座温度。
5.根据权利要求1所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：通过电解质净化装置控制体系中MgO含量。
6.根据权利要求5所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：所述电解质净化装置中放置有直流电解系统和交流加热系统，通过交流加热系统控制电解质温度，通过直流电解系统控制电压。
7.根据权利要求6所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：电解质净化装置中，所述电解质温度在其熔点以上沸点以下。
8.根据权利要求6所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：电解质净化装置中，所述电压为2.8～3.2V。
9.根据权利要求6所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：电解质净化装置中，当体系中MgO含量低于0.1％时，停止净化，将电解质转移至电解槽内进行电解。
10.根据权利要求1所述的延长镁电解槽使用寿命的方法，其特征在于：当某电极电流超过电流平均值10％以上时，对该位置电极孔吹惰性气体或/和出渣操作；当某电极电流低于电流平均值10％以上时，对该电极的子母线接头进行紧固处理。
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