» » Конструкции магниевых электролизеров и технология электролиза
26.04.2015

Конструкции электролизеров

В первый период развития металлургии магния для промышленных целей стремились использовать бездиафрагменные электролизеры. Это объяснялось тем, что отсутствие диафрагмы между электродами значительно упрощало конструкцию электролизера и позволяло сколь угодно близко располагать катоды от анодов Однако, несмотря на указанные преимущества бездиафрагменных электролизеров, значительного применения в промышленности они пока не получили, так как на них не удалось достигнуть приемлемых выходов по току и обеспечить удов летворительный отсос выделяющихся газов
К началу 30-х годов бездиафрагменные электротизеры были в большинстве случаев вытеснены из промышленности электролизерами диафрагменного типа (рис. 42).
Отвод тока от катодного листа изогнутой штангой (рис. 43) или наварка коробки к прямой штанге (рис. 42) позволили совместить в одном электролизере преимущества бездиафрагменных и диафрагменных электролизеров. Изогнутая штанга или приваренная коробка позволили приблизить катод к аноду на близкое расстояние и таким образом достигнуть низкого напряжения на электролизере. Штора (диафрагма), опущенная сверху в электролит между анодом и катодом, позволила осуществить достаточно полное разделение продуктов электролиза.
Электролизер с верхним вводом анодов, приведенный на рис. 42 состоит из четырех электрически параллельно соединенных между собой ячеек Число ячеек может быть увеличено.
Конструкции магниевых электролизеров и технология электролиза

Каждая ячейка состоит из одного графитированного анода и двух стальных катодов Анод вводится в электролизер через колпак, в котором собираются выделяющиеся на аноде газы. Продольные стенки колпака соединены со шторами (диафрагмами), отделяющими анодное пространство от катодного. Колпак изготовляется из шамотобетона, который, кстати, может поставить торговый дом "Бетоновоз".
Все узлы электролизера помещены в железном кожухе, футерованном изнутри шамотом
Газы из анодных и катодных пространств через систему газоходов отсасываются из каждого электролизера и удаляются из цеха. В таких электролизерах благодаря особенностям их конструкции удается повысить выход по току до 85—90% при удельном расходе электроэнергии постоянного тока 14,0—15,0 квт*ч/кг магния. Замкнутое и хорошо уплотненное анодное пространство обеспечивает высокую концентрацию хлора в газе, отсасываемом из анодного пространства.
Наряду с электролизерами с верхним выводом анодов имеются электролизеры с анодами, введенными через футеровку сбоку.
Вид одного из таких электролизеров приведен на рис. 43 и 44. Недостаток электролизеров с боковым вводом анодов заключается в том, что для смены анодов необходимо менять всю футеровку продольных стенок электролизера. Второй серьезный недостаток электролизеров с боковым вводом анодов заключается в том, что такая конструкция не исключает возможности проникновения расплавленного электролита к чугунному контакту анода и его анодного растворения. Смена анодов в электролизерах с верхним вводом может быть осуществлена без отключения электролизера. Однако срок службы анодов, введенных в электролизер сверху, примерно в два раза меньше, чем анодов, введенных сбоку. Кроме того, при одинаковой плотности тока в электролите на электролизерах с боковым вводом анодов напряжение ниже, чем на электролизерах с верхним вводом анодов, примерно на 0,4 в.
Очень существенное значение имеет мощность электролизера и его производительность. Рядом исследований, а также многолетней промышленной практикой доказаны преимущества более мощных электролизеров.
За последние 10 лет наблюдалась общая тенденция к увеличению мощности электролизеров и в настоящее время созданы электролизеры на силу тока 80—120 тыс. а.
Конструкции магниевых электролизеров и технология электролиза

Tехнология электролиза

Технология электролиза, так же как и конструкция электролизера, определяет технико-экономические показатели процесса. Самая совершенная конструкция электролизера сама по себе не гарантирует получения высоких показателей при электролизе. Только сочетание рациональной конструкции электролизера с хорошо продуманной и строго соблюдаемой технологией может обеспечить получение положительных результатов.
После окончания монтажа или капитального ремонта электролизера он просушивается электрическими нагревателями. Сушка ведется на протяжении шести — семи суток с постепенным подъемом температуры в электролизере до 350—450°. В том случае, когда электролизер работает на хлористом магнии, при пуске в него загружают (в зависимости от мощности и размеров) от 1500 до 3000 кг хлористого натрия. Если для питания электролизера применяется карналлит, то при пуске в него заливают примерно такое же количество отработанного электролита из соседнего электролизера. С помощью железных электродов, которые присоединяются к трансформатору, соль или отработанный электролит нагревают до температуры 680—700°.
Электролит прогревается в течение двух суток. По истечении указанного срока электролизер доливают расплавом до нормального уровня с тем, чтобы диафрагмы погружались в электролит на 20—25 см, и включают его в сеть постоянного тока.
Технологический режим электролиза в значительной мере определяется составом применяемого сырья и существенно различается в зависимости от того, применяется ли для питания электролиза хлористый магний или карналлит.
Электролиз хлористого магния. Содержание компонентов в электролите устанавливается с учетом состава продукта, получаемого из печей для хлорирования.
В техническом безводном хлористом магнии содержание MgCl2 колеблется от 80 до 95%. Кроме того, этот продукт содержит некоторое количество хлоридов щелочных металлов и хлористого кальция.
При выборе состава электролита следует учитывать скорость накопления в электролите солей, не подвергающихся разложению, и изменение в связи с этим уровня электролита
Концентрация MgCl2 в электролите в период между загрузками сырья не должна опускаться ниже 6%. Концентрация MgCl2 в электролите перед его удалением может быть снижена до 5—6%.
Расплавленный хлористый магний заливают, как правило, три раза в сутки. Два раза в сутки производят стандартную заливку во все электролизеры независимо от состава электролита. Третья заливка является корректировочной, и ее размер определяется по анализу электролита на содержание хлористого магния.
Хлориды щелочных металлов и хлористый кальций накапливаются б электролите, поэтому периодически приходится удалять часть электролита и заливать хлористый магний.
Если электролит содержит значительные количества CaCl2, необходимо стремиться к максимальному содержанию NaCl в электролите. Последний повышает электропроводность электролита и способствует улучшению выхода по току. При работе с электролитом, содержащим значительные количества NaCl и CaCl2, следует поддерживать его температуру равной 680—690°.
В последние годы для электролиза применяют в значительных количествах безводный хлористый магний, получающийся при восстановлении четыреххлористого титана магнием. Содержание примесей в этом хлористом магнии не превышает нескольких десятых долей процента. Поэтому требуются добавки солей для поддержания установленного состава электролита.
При электролизе хлористого магния можно достигнуть выхода по току 85—90% при удельном расходе электроэнергии 14—15 квт*ч/кг постоянного ток.
Электролиз карналлита. Технологический режим электролиза карналлита существенно отличается от режима электролиза чистого хлористого магния.
Конструкции магниевых электролизеров и технология электролиза

В табл. 14 приведен состав расплавленного карналлита, а также отработанного электролита и штама, получающихся при электролизе карналлита. С карналлитом в электролизер поступает большое количество солей калия и натрия. Накопление этих солей в электролите происходит очень быстро, благодаря чему уровень расплава в электролизере возрастает и при добавке свежего карналлита приходится удалять из него часть отработанного электролита. В зависимости от конструкции электролизера, его мощности и состава применяемого карналлита отработанный электролит удаляют через каждые 8—12 час.
Чтобы уменьшить удельный расход карналлита, стремятся доводить концентрацию MgCl2 в отработанном электролите до минимума (4—6%).
Исследованиями, проведенными А.И. Журиным, а также за водской практикой установлено, что содержание MgCl2 в электролите не должно опускаться ниже 4—6%. Если содержание MgCl2 оказывается ниже, на катоде начинают выделяться щелочные металлы, процесс электролиза резко нарушается и выход по току снижается. В связи с этим рекомендуется вести режим питания электролизера и удаления отработанного электролита так, чтобы концентрация MgCl2 от заливки до заливки изменялась от 12—14 до 4—6%.
При электролизе карналлита очень важно поддерживать постоянный температурный режим.
Заметная разница в удельных весах магния и электролита получается только при температурах выше 700°. Исходя из этого следует рекомендовать поддерживать температуру электролита при электролизе карналлита в пределах 700—720°. При этой температуре и прочих равных условиях выход по току выше.
На 1 т металла расходуется около 9 т расплавленного искусственного карналлита. При этом получается около 5 т отработанного электролита и 0,1—0,2 т шлама.
При электролизе карналлита выход по току достигает 80—83%, а удельный расход электроэнергии 15—16 квт*ч/кг постоянного тока.
Кроме двух рассмотренных нами схем электролиза — хлормагниевой и карналлитовой, на практике иногда применяют смешанную схему. Необходимость применения этой схемы возникает в том случае, если восполнение потерь хлора в технологической схеме магниевого завода производится за счет электролиза карналлита, добавляемого в электролизеры.
Количество добавляемого карналлита зависит от величины потерь хлора в производственном процессе.
В тех случаях, когда приняты две сырьевые ветки, более рационально часть электролизеров питать только хлористым магнием, а остальные — карналлитом; смешанное питание менее рационально.
Показатели процесса электролизера в определенных условиях при смешанной схеме несколько выше, чем при карналлитовой, но ниже, чем при хлормагниевой.
Извлечение металла производится один раз в сутки вакуум-ковшами.