流水线电解镁技术概述

1、流水线电解镁技术概述第27卷第4期2011年8月湖南有色金属HUNANNONFERROUSMETALS37流水线电解镁技术概述周小淞(贵阳铝镁设计研究院,贵州贵阳550081)摘要:结合当前镁电解生产的状况.介绍了流水线电解槽的组成,结构,对流水线电解镁的工艺流程作了阐述,为实现镁电解生产大型化,自动化提供有利参考.关键词:流水线;电解法炼镁;电解槽;工艺流程中图分类号:TF803.27文献标识码:A文章编号:10035540(2011)04003703当前镁工业生产中,电解法炼镁能有效提高产能和节能减排,是镁工业生产的一个趋势.电解槽是电解法炼镁的重要设备,它的性能直接影响到产品的各项工艺技

2、术指标.当前常用的电解槽_1.2j分为有隔板槽,无隔板槽,多级槽3种类型,有隔板槽为早期的西方国家技术,中国于20世纪50年代在捌顾铝厂使用有隔板槽建成镁电解车间并投入生产,民和镁厂一期工程也曾采用此项技术;无隔板电解槽l3,4J最早是由加拿大铝业公司开发和使用的,无隔板电解槽分为两种类型:一种是借导镁槽使镁进入集镁室,又称阿尔肯型无隔板电解槽;另一种无导镁槽,是借电解质的循环运动使镁进入集镁室.无隔板电解槽具有很多优点,因电解室密封性好,氯气浓度较高,氯气与镁分离较好,电耗较低.与有隔板电解槽相比,无隔板电解槽单位槽底面积镁的生产率较高,热损失较低,能量消耗显着下降,这些突出的优势使得20世

3、纪60年代以后,无隔板电解槽在世界镁工业生产中得到越来越广泛的应用.多级槽为日美20世纪8O年代技术,2007年国内相关项目通过不同途径进行了引进,主要用于钛工业生产.目前为止,国内电解法炼镁对电解槽操作的所有主要作业都是单独地在每个电解槽上进行.电解槽在供电方面是联结在一个电路上,在工艺操作方面,由于是单个设备,工作时需要对单个电解槽进行操作,这种工艺的劳动消耗量是相当大,并且频繁的操作高温熔体不利于生产的安全防范,给生产管理及环境保护带来极大危害.为此,本文介绍一种流水线作者简介:周小淞(1980一),男,助理工程师,主要从事镁,钛,碳素工艺设计.电解作业工艺,此工艺为前苏联独创技术,最早

4、在以色列镁厂得到应用,目前国内正引进过此技术,尚未投产,也未曾见报道.它可实现镁电解工艺的集中加料,集中出镁,降低工人的劳动强度,提高电解生产的安全性,为实现生产过程的全盘机械化和自动化提供有利条件.l流水线作业组成部件流水线式无隔板电解槽主要由头槽,精炼槽,流水线槽,尾槽,熔体输送管道组成,首槽,精炼槽,流水线槽和尾槽经熔体管道依次串联连接,尾槽与首槽经回流熔体管道连接.电解流水线上顺次配置头槽,精炼电解槽,流体槽,分离槽.头槽单独设整流室供电.通过直流电极除去铁,钛等杂质.第一室盖上有两个加料口,一个是氯化镁加料口,另一个是调配电解质的氯化钠和氯化钾加料口.第二室用于进一步电解除铁和钛,调

5、整温度,同时沉降杂质并出渣,纯净电解质从第二室侧面出口流出.头槽电极头用水冷却.精炼电解槽,串联于电解系列中,主要作用是稳定电解质温度,进一步电解除杂质.流体槽包括一个集镁室,两个电解室,集镁室两端上部有电解质进出口,用流槽与相邻电解槽连接.如此串联成电解生产流水线.流水线电解槽是电解车间生产主体电解槽.尾槽,又称分离槽,是电解流水线上最后一个设备,但不与直流主母线连接,各电解槽电解出的镁随同电解质汇集于分离槽.尾槽有大小各一室,每室有交流加热电极.大室侧面上部有流体进口,盖上38湖南有色金属第27卷有两个出镁口.镁汇集在大室电解质上部,电解质进入小室.小室中有两个气压泵(充气箱),气压泵出口

6、位于上盖,通过向箱内鼓压缩空气,把电解质输送到头槽,实现电解质循环.用真空抬包抽出镁,加人连续精炼炉精炼.2流水线电解镁工艺流程氯化镁由氯化镁抬包运输车运至电解车间,同固体氯化钠和氯化钾一起加入头槽,配成成分符合要求的电解质,流人第一台电解槽精炼电解槽,电解出的镁与电解质自动流人第二台精炼电解槽,然后顺次流入各流水线电解槽进行电解.头槽中有交流电极和直流电极.交流电极起加热作用;直流电极用于除去电化学活性物质(如铁,钛等).相比其它氯化物成分,氯化镁电解需要的电压低,最先被电解,随着电解和化合物形成,镁离子按照以下反应方程式从化合物中分离出来并在阴极还原:Mg+2e一-"Mg氯离子在

7、阳极氧化:2C1一一2e-'C12镁在阴极上析出,氯气在阳极上析出.氯气气泡在阳极形成,使极距间形成提升力,从而促使电解质定向循环,氯气上升到表面,排放到氯气输送管道,再进入车间氯气总管,电解质流人到集镁室时带来的部分氯气排放到废气处理系统,电解出的镁进入集镁室并与电解质一起经过槽间溜槽进入下一台电解槽.接最后一台电解槽的是尾槽,尾槽不连于直流母线上,不进行电解过程.尾槽功能是汇集镁与电解质并进行分离.尾槽中的镁用粗镁真空抬包抽出,用天车吊运到精炼车间,加入连续精炼炉进行精炼.连续精炼炉为电加热熔盐炉.由三对电极加热,电极由循环水冷却.熔盐为电解车间的电解质.天车吊着粗镁真空抬包抽出电

8、解车间尾槽中富集的镁,并用天车吊运到精炼车间,从加料口加入连续精炼炉.为防止炉内镁被氧化,熔剂喷射装置以干燥压缩空气吹人熔剂,然后充人氩气,维持炉子微正压,在一定温度下进行精炼.精炼完成后,用精镁真空抬包抽出精镁,向抬包内充人氩气,运送出车间.头槽中,氯化镁,氯化钾和氯化钠带人的一部分杂质从熔体中通过电化学处理,化学方法和依靠自重沉淀清除,杂质含可溶和不可溶成分,可溶杂质为铁和钛氧化物,硫酸盐和化学结合水,不可溶杂质为镁,硅,铝和铁氧化物,钛粉末等,为了对首槽两个室内的可溶性杂质进行电化学方法和化学方法清除,需要安装石墨电极,接通直流电源,在阳极上,氯离子被氧化生成氯气,羟基氯化物还会与氧化物

9、发生氯化反应:2MgOHC1+Cl2+CMgC12+MgO+2HCI+CO3MgO+3cl:+2C一3MgCl2+CO2+CO氧化物的氯化反应导致了阳极的耗损.杂质铁在阴极被还原.Fe2+2e¨FeTi+2eHTiTi.+3eHTi2MgOHC1+2e-"2MgO+H2+2C1一阴极反应的产物沉淀在底部混入渣中.一般而言,杂质比镁具有更强的电活性,它们先从阴极析出.与杂质铁被还原的同时,在阴极形成微量分散的镁,形成的镁可以去除铁和钛氯化物,羟基氯化镁和硫酸离子的反应物,通过以下反应还原:Fe2十+MgFe+Mg2+2TIC13+3Mg2Ti+3MgC12TiC12+MTi+

10、MgC122MgOHC1+Mg-2MgO+H2+MgCI22so4:一+8Mg8MgO+S2在镁珠表面释出的杂质使其变重,沉淀在渣中.此外,熔体还通过与湿气反应而除钛;反应生产的氧化合物混入渣中:H20+TIC12+MgO-2HC1+MgTiO22I-I20+TIC12+MgC12-+4HC1+MgTiO2杂质在阳极表面的氯化使阳极耗损,这样使电化学净化装置阳极的使用寿命减少1.52个月,为了延长阳极的使用寿命,每隔一定时期将电极极性颠倒,这样,使阳极与阴极的损耗相同,电极的使用寿命得以延长,在重力的作用下,不可溶杂质沉淀在首槽两个室的底部形成渣,熔体在首槽中有限停留的时间以及流体动力条件不足

11、以完全除去所有杂质.杂质将在精炼槽进一步去除,精炼槽中,由于大量杂质的进入,阳极的耗损严重,成渣更多,因此,精炼槽为顶插阳极,便于阳极更换,同时配有清渣装置.由于头槽和尾槽中电解质液位的液位差,工作电解质和镁接连流过所有电解槽的集镁室和熔体管道,流向分离槽,在这个过程中,氯化镁在电解槽中电解,在电解质中的浓度逐步降低.在尾槽内,镁从电解质中分离出来,汇集并初步精炼,这些过程在尾第4期周小淞:流水线电解镁技术概述39槽一室内进行,在一室中有熔融镁的集镁装置.电解质和镁流动到尾槽底部区域,流速突然减慢,为镁从电解质中分离创造了条件,熔融镁与电解质的密度差使镁上浮从电解质中分离出来.镁在集镁装置中汇

12、集.镁精炼过程为镁中不可溶的杂质沉淀在底部,电解质通过传输口流入二室中,在二室放置泵,用于将循环电解质输送到首槽形成液位差,并稀释原料使其氯化镁浓度达到工艺要求.尾槽中气压泵将电解质送入头槽,如此不断循环.电解槽出来的氯气,经支管进入带刮板的氯气导管,送到某车间统一收集.为改善电解车间工作环境,每台电解槽设卫生排气管,排出的废气送尾气处理系统净化后排人烟囱.头槽用气动抓斗出渣;渣装入渣斗,冷却后送渣场.精炼电解槽和流水线电解槽渣,用多用途真空抬包抽取稀渣;还要定期手工清除电解槽底沉积的干渣,装入渣斗,冷却后送渣场.尾槽(镁分离槽),用气动抓斗出渣,装入渣斗冷却后送渣场.尾槽气动泵室渣,用多用途

13、真空抬包抽取稀渣;还要定期手工清除尾槽气动泵室底沉积的于渣,装入渣斗,冷却后送渣场.流程图如图1所示.3结束语较之于无隔板单槽操作电解工艺,流水线电解工艺成功实现镁电解工艺的集中加料,集中出镁,大大减少车间天车运输高温熔体的频次,从而提高安全生产水平,佬有效提高劳动生产率50%以上,直流电能单耗降到13500kWh/t镁,交流电能单耗降到3000kwh/t镁,电流效率能达到80%以上l5J5,同时电解槽均处于密闭状态,可防止电解槽内氯和氯化氢有害气体的泄漏,提高环保水平.但是流水精镁图1流水线电解镁流程图线电解槽因需经熔体管道相互连接,结构复杂,绝缘难度大,生产过程维护工作量大,基建投资大,设

14、计及施工难度大的缺点,是今后设计优化的探索方向.参考文献:1徐日瑶.金属镁生产工艺学(第1版)M.湖南:中南大学出版社,2003.227233.2李大成,刘恒,周大利.钛冶炼工艺(第1版)M.北京:化学工业出版社,2009.302.3耿亚鸽,张浩勤.无隔板镁电解槽研究进展J.冶金设备,2008,(167):5861.4姜宝伟,陈平,朱卫平.影响大型无隔板镁电解槽电流效率的主要因素J.轻金属,2001,(11):4145.5张永健.镁电解生产工艺学(第l版)M.湖南:中南大学出版社,2006.421422.收稿日期:20110425TheSummaryofFlowLineElectrolyticMagnesiumTechniqueZHOUXiaosong(GuiyangAluminumandMagnesiumDesignandResearchInstitute,Guiyang550081,Chin口)Abstract:Withthecurrentstateofthemagnesiumproduction,thepaperintroducestheformandstruetureo