流水線電解鎂技術(shù)概述

1、流水線電解鎂技術(shù)概述第27卷第4期2011年8月湖南有色金屬hunannonferrousmetals37流水線電解鎂技術(shù)概述周小淞(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院,貴州貴陽550081)摘要:結(jié)合當(dāng)前鎂電解生產(chǎn)的狀況.介紹了流水線電解槽的組成,結(jié)構(gòu),對流水線電解鎂的工藝流程作了闡述,為實(shí)現(xiàn)鎂電解生產(chǎn)大型化,自動化提供有利參考.關(guān)鍵詞:流水線;電解法煉鎂;電解槽;工藝流程中圖分類號:tf803.27文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a文章編號:10035540(2011)04003703當(dāng)前鎂工業(yè)生產(chǎn)中,電解法煉鎂能有效提高產(chǎn)能和節(jié)能減排,是鎂工業(yè)生產(chǎn)的一個趨勢.電解槽是電解法煉鎂的重要設(shè)備,它的性能直接影響到產(chǎn)品的各項(xiàng)工藝技

2、術(shù)指標(biāo).當(dāng)前常用的電解槽_1.2j分為有隔板槽,無隔板槽,多級槽3種類型,有隔板槽為早期的西方國家技術(shù),中國于20世紀(jì)50年代在捌顧鋁廠使用有隔板槽建成鎂電解車間并投入生產(chǎn),民和鎂廠一期工程也曾采用此項(xiàng)技術(shù);無隔板電解槽l3,4j最早是由加拿大鋁業(yè)公司開發(fā)和使用的,無隔板電解槽分為兩種類型:一種是借導(dǎo)鎂槽使鎂進(jìn)入集鎂室,又稱阿爾肯型無隔板電解槽;另一種無導(dǎo)鎂槽,是借電解質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動使鎂進(jìn)入集鎂室.無隔板電解槽具有很多優(yōu)點(diǎn),因電解室密封性好,氯氣濃度較高,氯氣與鎂分離較好,電耗較低.與有隔板電解槽相比,無隔板電解槽單位槽底面積鎂的生產(chǎn)率較高,熱損失較低,能量消耗顯著下降,這些突出的優(yōu)勢使得20世

3、紀(jì)60年代以后,無隔板電解槽在世界鎂工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用.多級槽為日美20世紀(jì)8o年代技術(shù),2007年國內(nèi)相關(guān)項(xiàng)目通過不同途徑進(jìn)行了引進(jìn),主要用于鈦工業(yè)生產(chǎn).目前為止,國內(nèi)電解法煉鎂對電解槽操作的所有主要作業(yè)都是單獨(dú)地在每個電解槽上進(jìn)行.電解槽在供電方面是聯(lián)結(jié)在一個電路上,在工藝操作方面,由于是單個設(shè)備,工作時(shí)需要對單個電解槽進(jìn)行操作,這種工藝的勞動消耗量是相當(dāng)大,并且頻繁的操作高溫熔體不利于生產(chǎn)的安全防范,給生產(chǎn)管理及環(huán)境保護(hù)帶來極大危害.為此,本文介紹一種流水線作者簡介:周小淞(1980一),男,助理工程師,主要從事鎂,鈦,碳素工藝設(shè)計(jì).電解作業(yè)工藝,此工藝為前蘇聯(lián)獨(dú)創(chuàng)技術(shù),最早

4、在以色列鎂廠得到應(yīng)用,目前國內(nèi)正引進(jìn)過此技術(shù),尚未投產(chǎn),也未曾見報(bào)道.它可實(shí)現(xiàn)鎂電解工藝的集中加料,集中出鎂,降低工人的勞動強(qiáng)度,提高電解生產(chǎn)的安全性,為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全盤機(jī)械化和自動化提供有利條件.l流水線作業(yè)組成部件流水線式無隔板電解槽主要由頭槽,精煉槽,流水線槽,尾槽,熔體輸送管道組成,首槽,精煉槽,流水線槽和尾槽經(jīng)熔體管道依次串聯(lián)連接,尾槽與首槽經(jīng)回流熔體管道連接.電解流水線上順次配置頭槽,精煉電解槽,流體槽,分離槽.頭槽單獨(dú)設(shè)整流室供電.通過直流電極除去鐵,鈦等雜質(zhì).第一室蓋上有兩個加料口,一個是氯化鎂加料口,另一個是調(diào)配電解質(zhì)的氯化鈉和氯化鉀加料口.第二室用于進(jìn)一步電解除鐵和鈦,調(diào)

5、整溫度,同時(shí)沉降雜質(zhì)并出渣,純凈電解質(zhì)從第二室側(cè)面出口流出.頭槽電極頭用水冷卻.精煉電解槽,串聯(lián)于電解系列中,主要作用是穩(wěn)定電解質(zhì)溫度,進(jìn)一步電解除雜質(zhì).流體槽包括一個集鎂室,兩個電解室,集鎂室兩端上部有電解質(zhì)進(jìn)出口,用流槽與相鄰電解槽連接.如此串聯(lián)成電解生產(chǎn)流水線.流水線電解槽是電解車間生產(chǎn)主體電解槽.尾槽,又稱分離槽,是電解流水線上最后一個設(shè)備,但不與直流主母線連接,各電解槽電解出的鎂隨同電解質(zhì)匯集于分離槽.尾槽有大小各一室,每室有交流加熱電極.大室側(cè)面上部有流體進(jìn)口,蓋上38湖南有色金屬第27卷有兩個出鎂口.鎂匯集在大室電解質(zhì)上部,電解質(zhì)進(jìn)入小室.小室中有兩個氣壓泵(充氣箱),氣壓泵出口

6、位于上蓋,通過向箱內(nèi)鼓壓縮空氣,把電解質(zhì)輸送到頭槽,實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)循環(huán).用真空抬包抽出鎂,加人連續(xù)精煉爐精煉.2流水線電解鎂工藝流程氯化鎂由氯化鎂抬包運(yùn)輸車運(yùn)至電解車間,同固體氯化鈉和氯化鉀一起加入頭槽,配成成分符合要求的電解質(zhì),流人第一臺電解槽精煉電解槽,電解出的鎂與電解質(zhì)自動流人第二臺精煉電解槽,然后順次流入各流水線電解槽進(jìn)行電解.頭槽中有交流電極和直流電極.交流電極起加熱作用;直流電極用于除去電化學(xué)活性物質(zhì)(如鐵,鈦等).相比其它氯化物成分,氯化鎂電解需要的電壓低,最先被電解,隨著電解和化合物形成,鎂離子按照以下反應(yīng)方程式從化合物中分離出來并在陰極還原:mg+2e一-mg氯離子在陽極氧化:2

7、c1一一2e-c12鎂在陰極上析出,氯氣在陽極上析出.氯氣氣泡在陽極形成,使極距間形成提升力,從而促使電解質(zhì)定向循環(huán),氯氣上升到表面,排放到氯氣輸送管道,再進(jìn)入車間氯氣總管,電解質(zhì)流人到集鎂室時(shí)帶來的部分氯氣排放到廢氣處理系統(tǒng),電解出的鎂進(jìn)入集鎂室并與電解質(zhì)一起經(jīng)過槽間溜槽進(jìn)入下一臺電解槽.接最后一臺電解槽的是尾槽,尾槽不連于直流母線上,不進(jìn)行電解過程.尾槽功能是匯集鎂與電解質(zhì)并進(jìn)行分離.尾槽中的鎂用粗鎂真空抬包抽出,用天車吊運(yùn)到精煉車間,加入連續(xù)精煉爐進(jìn)行精煉.連續(xù)精煉爐為電加熱熔鹽爐.由三對電極加熱,電極由循環(huán)水冷卻.熔鹽為電解車間的電解質(zhì).天車吊著粗鎂真空抬包抽出電解車間尾槽中富集的鎂,

8、并用天車吊運(yùn)到精煉車間,從加料口加入連續(xù)精煉爐.為防止?fàn)t內(nèi)鎂被氧化,熔劑噴射裝置以干燥壓縮空氣吹人熔劑,然后充人氬氣,維持爐子微正壓,在一定溫度下進(jìn)行精煉.精煉完成后,用精鎂真空抬包抽出精鎂,向抬包內(nèi)充人氬氣,運(yùn)送出車間.頭槽中,氯化鎂,氯化鉀和氯化鈉帶人的一部分雜質(zhì)從熔體中通過電化學(xué)處理,化學(xué)方法和依靠自重沉淀清除,雜質(zhì)含可溶和不可溶成分,可溶雜質(zhì)為鐵和鈦氧化物,硫酸鹽和化學(xué)結(jié)合水,不可溶雜質(zhì)為鎂,硅,鋁和鐵氧化物,鈦粉末等,為了對首槽兩個室內(nèi)的可溶性雜質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)方法和化學(xué)方法清除,需要安裝石墨電極,接通直流電源,在陽極上,氯離子被氧化生成氯氣,羥基氯化物還會與氧化物發(fā)生氯化反應(yīng):2mgo

9、hc1+cl2+cmgc12+mgo+2hci+co3mgo+3cl:+2c一3mgcl2+co2+co氧化物的氯化反應(yīng)導(dǎo)致了陽極的耗損.雜質(zhì)鐵在陰極被還原.fe2+2efeti+2ehtiti.+3ehti2mgohc1+2e-2mgo+h2+2c1一陰極反應(yīng)的產(chǎn)物沉淀在底部混入渣中.一般而言,雜質(zhì)比鎂具有更強(qiáng)的電活性,它們先從陰極析出.與雜質(zhì)鐵被還原的同時(shí),在陰極形成微量分散的鎂,形成的鎂可以去除鐵和鈦氯化物,羥基氯化鎂和硫酸離子的反應(yīng)物,通過以下反應(yīng)還原:fe2十+mgfe+mg2+2tic13+3mg2ti+3mgc12tic12+mti+mgc122mgohc1+mg-2mgo+h2

10、+mgci22so4:一+8mg8mgo+s2在鎂珠表面釋出的雜質(zhì)使其變重,沉淀在渣中.此外,熔體還通過與濕氣反應(yīng)而除鈦;反應(yīng)生產(chǎn)的氧化合物混入渣中:h20+tic12+mgo-2hc1+mgtio22i-i20+tic12+mgc12-+4hc1+mgtio2雜質(zhì)在陽極表面的氯化使陽極耗損,這樣使電化學(xué)凈化裝置陽極的使用壽命減少1.52個月,為了延長陽極的使用壽命,每隔一定時(shí)期將電極極性顛倒,這樣,使陽極與陰極的損耗相同,電極的使用壽命得以延長,在重力的作用下,不可溶雜質(zhì)沉淀在首槽兩個室的底部形成渣,熔體在首槽中有限停留的時(shí)間以及流體動力條件不足以完全除去所有雜質(zhì).雜質(zhì)將在精煉槽進(jìn)一步去除,

11、精煉槽中,由于大量雜質(zhì)的進(jìn)入,陽極的耗損嚴(yán)重,成渣更多,因此,精煉槽為頂插陽極,便于陽極更換,同時(shí)配有清渣裝置.由于頭槽和尾槽中電解質(zhì)液位的液位差,工作電解質(zhì)和鎂接連流過所有電解槽的集鎂室和熔體管道,流向分離槽,在這個過程中,氯化鎂在電解槽中電解,在電解質(zhì)中的濃度逐步降低.在尾槽內(nèi),鎂從電解質(zhì)中分離出來,匯集并初步精煉,這些過程在尾第4期周小淞:流水線電解鎂技術(shù)概述39槽一室內(nèi)進(jìn)行,在一室中有熔融鎂的集鎂裝置.電解質(zhì)和鎂流動到尾槽底部區(qū)域,流速突然減慢,為鎂從電解質(zhì)中分離創(chuàng)造了條件,熔融鎂與電解質(zhì)的密度差使鎂上浮從電解質(zhì)中分離出來.鎂在集鎂裝置中匯集.鎂精煉過程為鎂中不可溶的雜質(zhì)沉淀在底部,電

12、解質(zhì)通過傳輸口流入二室中,在二室放置泵,用于將循環(huán)電解質(zhì)輸送到首槽形成液位差,并稀釋原料使其氯化鎂濃度達(dá)到工藝要求.尾槽中氣壓泵將電解質(zhì)送入頭槽,如此不斷循環(huán).電解槽出來的氯氣,經(jīng)支管進(jìn)入帶刮板的氯氣導(dǎo)管,送到某車間統(tǒng)一收集.為改善電解車間工作環(huán)境,每臺電解槽設(shè)衛(wèi)生排氣管,排出的廢氣送尾氣處理系統(tǒng)凈化后排人煙囪.頭槽用氣動抓斗出渣;渣裝入渣斗,冷卻后送渣場.精煉電解槽和流水線電解槽渣,用多用途真空抬包抽取稀渣;還要定期手工清除電解槽底沉積的干渣,裝入渣斗,冷卻后送渣場.尾槽(鎂分離槽),用氣動抓斗出渣,裝入渣斗冷卻后送渣場.尾槽氣動泵室渣,用多用途真空抬包抽取稀渣;還要定期手工清除尾槽氣動泵室

13、底沉積的于渣,裝入渣斗,冷卻后送渣場.流程圖如圖1所示.3結(jié)束語較之于無隔板單槽操作電解工藝,流水線電解工藝成功實(shí)現(xiàn)鎂電解工藝的集中加料,集中出鎂,大大減少車間天車運(yùn)輸高溫熔體的頻次,從而提高安全生產(chǎn)水平,佬有效提高勞動生產(chǎn)率50%以上,直流電能單耗降到13500kwh/t鎂,交流電能單耗降到3000kwh/t鎂,電流效率能達(dá)到80%以上l5j5,同時(shí)電解槽均處于密閉狀態(tài),可防止電解槽內(nèi)氯和氯化氫有害氣體的泄漏,提高環(huán)保水平.但是流水精鎂圖1流水線電解鎂流程圖線電解槽因需經(jīng)熔體管道相互連接,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,絕緣難度大,生產(chǎn)過程維護(hù)工作量大,基建投資大,設(shè)計(jì)及施工難度大的缺點(diǎn),是今后設(shè)計(jì)優(yōu)化的探索方向

14、.參考文獻(xiàn):1徐日瑤.金屬鎂生產(chǎn)工藝學(xué)(第1版)m.湖南:中南大學(xué)出版社,2003.227233.2李大成,劉恒,周大利.鈦冶煉工藝(第1版)m.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.302.3耿亞鴿,張浩勤.無隔板鎂電解槽研究進(jìn)展j.冶金設(shè)備,2008,(167):5861.4姜寶偉,陳平,朱衛(wèi)平.影響大型無隔板鎂電解槽電流效率的主要因素j.輕金屬,2001,(11):4145.5張永健.鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)(第l版)m.湖南:中南大學(xué)出版社,2006.421422.收稿日期:20110425thesummaryofflowlineelectrolyticmagnesiumtechniquezhouxiaosong(guiyangaluminumandmagnesiumdesignandresearchinstitute,guiyang550081,chin口)abstract:withthecurrentstateofthemagnesiumproduction,thepaperintroducestheformandstruetureof