多极镁电解槽热槽现象的探讨.pdf

2 0 1 2 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 I ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．1 2 ．0 0 8 多极镁电解槽热槽现象的探讨 周云英，石玉英 攀枝花钢企欣宇化工钛业分公司，四川攀枝花6 1 7 0 0 0 摘要多极镁电解过程中电解产出的金属镁与氯气发生二次反应使槽温升高、电流效率降低、单槽产量 减少，即所谓的热槽现象。对此热槽现象进行深入分析和探讨，并提出相应的处理措施。 关键词镁电解；电解槽；热槽现象；措施 中图分类号T F 8 2 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 2 1 20 0 2 7 0 3 S t u d y o nO c c u r r e n c eo fH o tC e l l si nM u l t i p o l e M a g n e s i u mE l e 之t r o l y z e r Z H O U Y u n y i n g ，S H IY u ～y i n g T i t a n i u mI n d u s t r yB r a n c hC o m p a n y ，P a n z h i h u aG a n g q iX i n y uC h e m i c a lI n d u s t r yC o ．，L t d ，P a n z h i h u a6 1 7 0 0 0 ．S i c h u a n ，C h i n a A b s t r a c t H o tc e l l sf r e q u e n t l yo c c u r r e di ne l e c t r o l y t i cp r o c e s so fm a g n e s i u m ．T h es e c o n dr e a c t i o nb e t w e e n m a g n e s i u mm e t a la n dc h l o r i n ea b n o r m a l l yl e dt or i s eo fe l e c t r o l y z e rt e m p e r a t u r e ，d e c r e a s eo fc u r r e n te f f i c i e n c ya n dp r o d u c t i o nr e d u c t i o ni ns i n g l ec e l t ．T h i sp h e n o m e n o n i nm u l t i p o l em a g n e s i u m e l e c t r o l y z e ri sa n a l y z e dw i t hi n - d e p t hd i s c u s s i o na n dt h em e a s u r e sa r ep u tf o r w a r d ． K e yw o r d s m a g n e s i u me l e c t r o l y s i s ；e l e c t r o l y t i cc e l l ；o c c u r r e n c eo fh o tc e l l ；m e a s u r e m e n t 多极镁电解槽在正常运行情况下，电解槽温度 基本上都处于6 5 5 ～6 6 0 ℃的低恒温状态，当槽温偏 高时启动风机冷却降温，温度偏低时则启动交流加 热系统升温，但在生产过程中，槽温往往呈上升趋 势，即产生热槽现象，多极镁电解槽正常热槽可通过 问歇式启动风机快速降温，但当热槽严重时启动风 机是无法使槽温恢复正常的，甚至会持续飙升使槽 温完全失控，此时电流效率由8 5 ％降低至3 0 ％以 下，单槽产镁量由3 ．0 5t ／d 降至1 ．0t ／d 以下，吨镁 综合电单耗则由1 28 0 0k W h 上升至2 38 0 0k W h 。 为提高多极镁电解槽电流效率，就必须尽量减 少热槽现象的发生，同时对产生的热槽现象及时分 析和处理，在最短时间内使槽温恢复正常，降低热 槽损失。本文仅针对本公司在多极镁电解槽生产过 程中出现的热槽现象及解决处理措施进行分析探 讨。 收稿日期2 0 1 2 - 0 7 2 0 作者简介周云英 1 9 7 1 一 ，女，四川什邡人，工程师 1 热槽现象产生的原因 1 ．1 原料的影响 1 ．1 ．1 氯化镁熔体中氧化镁杂质的影响 多极镁电解槽的主要原料是还蒸工序产生的副 产品熔体氯化镁，由于氯化镁具有极强的挥发 性和吸湿性，在氯化镁熔体转运过程中要求密闭不 与空气接触。但在实际操作中往往会因各种原因造 成氯化镁不能与空气完全隔离，从而生成氧化镁杂 质。其反应方程式为 M g C I 。 H 2 0 M g O 2 H C t 十 2 M g 1 0 2 2 M g O 产生的氧化镁杂质随氯化镁熔体带人电解槽后， 容易被吸附在阴极表露使阴极钝化，阴极发生钝化 后，镁不能在阴极汇集长大，而分散在电解质中[ 1 ] ，分 散在电解质中的液镁与电解质中的氯气发生二次反 应引起热槽，加入电解槽氯化镁熔体中的氧化镁杂质 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y ] ，b g r i r n m ．c n 2 0 1 2 年1 2 期 含量越高，越容易使阴极钝化，液镁与氯气越容易发 生二次反应，热槽也越严重。表1 为1 1 0k A 电解时 氯化镁中氧化镁杂质含量对3 8 槽槽温的影响。 表1 氧化镁含量对3 4 槽槽温的影响’ T a b l e1E f f e c to fc o n t e n to fm a g n e s i u mo x i d eO i l t e m p e r a t u r eo fN o ．3e l e c t r o l y t i cc e l l 1 ．1 ．2 添加剂中碳酸根杂质的影响 镁电鳃采用的添加剂一般为氟化钙，其作用主 要在于增加电解质与阴极问的界面张力，改善镁在 阴极的析出条件，溶解镁珠表面的氧化镁薄膜，使镁 更好汇集[ 2 j 。但当添加剂中杂质含量偏高，尤其是 碳酸根杂质含量偏高时，加入槽内的添加剂反而会 造成电解质的黏度增加，而且液镁表面出现大量的 灰黑色浮渣，槽温不断上升，电流效率则急剧下降。 表2 为1 1 0k A 电解时添加剂氟化钙成分对1 。槽槽 温及电流效率的影响。 表2 氟化钙成分对1 4 槽参数的影响 T a b l e2E f f e c to fc o m p o s i t i o no fc a l c i u mf l u o r i d eo np a r a m e t e r so fN o ．1c e l l 在2 0 1 2 年3 月底至4 月初期间，因现场员工误 将密封槽使用的低品位氟化钙 C a F 。8 8 ．8 4 ％， C a C O 。3 ．2 5 ％ 添加入18 槽内，造成该槽明显异常 液镁表面出现大量黑浮渣，电解质成黏稠灰黑色，槽 温持续上升，电流效率低至2 8 ．5 ％。改用高品位氟 化钙 C a F 。9 8 ％，C a C O 。0 ．0 2 ％ 和进行槽内人工清 理浮渣作业近2 月后，18 槽才逐渐恢复正常。 1 ．2 电解质组分的影响 1 ．2 ．1 氯化镁含量的影响 多极镁电解槽的电解质一般为M g C [ 一C a C I 。一 N a C I 三元系，本公司的电解质组分为M g C l 。 1 5 ．5 ％～1 8 ．5 ％，C a C l 22 2 ％～2 6 ％，C a F 。2 ．5 ％～ 3 ．5 ％，其余为N a C l 。在电解过程中，部分电解质随 氯气被带走或成渣，造成槽内组分不合理，即氯化镁 浓度偏高或偏低。 在电解质基本成分中，氯化镁对钢阴极的湿润 角较大，它能增大电解质与阴极的湿润角，从而有利 于镁在阴极上的汇集长大。因此，氯化镁浓度增大， 应能使镁的分散度降低。此外，氯化镁的表面张力 较小，氯化镁含量较高的电解质对电解质表面的镁 层起着良好的保护作用。但是，如前所述，氯化镁含 量高时，镁在电解质中的溶解度增大，电解质水解严 重，导电性降低，挥发性增大；而氯化镁浓度过低，碱 金属离子放电，也会使电流效率降低口] 。在实际生 产中发现，新槽启动初期，氯化镁浓度控制范围相对 大些，而当槽体运行一段时问以后，氯化镁浓度范围 逐渐缩小，且最终只能控制在1 6 ％～1 9 ％，偏高或 偏低都会出现槽电压升高、热槽及电流效率下降等 情况。表3 为1 1 0k A 电解时氯化镁浓度对5 。槽槽 温、槽电压及电流效率的影响。 表3氯化镁浓度对5 。槽参数的影响 T a b l e3E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fm a g n e s i u mc h l o r i d eo np a r a m e t e r so fN o ．5c e l l M g C I z ／％槽电N ／v升温速度／f ℃r a i n1 电流效率／％运行时间j 月 1 0 ，4 8 0 ．0 1 1 0 ．4 8 4 - _ 0 ．0 1 1 0 ．6 0 0 ．0 1 1 0 ．6 0 ～1 0 ．6 8 1 0 ，7 1 ～1 0 ．6 8 1 1 ．1 8 0 ．0 1 1 1 ．1 8 ～1 1 ．3 1 1 】，2 9 ～1 1 ．1 8 O ．0 3 0 0 ．0 2 8 O ．0 2 6 0 ．0 2 6 ～ 0 ，0 1 5 4 - 0 ．0 1 6 ～～0 ．0 2 6 0 ，0 5 0 O ．0 5 0 ～ O ．1 5 0 0 ．1 6 0 ～ 0 ．0 5 0 下转第4 6 页 5 O 5 0 5 5 O 5 ● ● ● ● ● ● ■ ● 5 5 5 5 5 5 5 5 ～～～～～～～～ 5 O 5 D O 5 0 O 8 0 8 9 b 8 9 O l 2 1 1 2 1 1 2 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ；／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 2 年1 2 期 [ 4 ] 鲁兆伶．用酸法从石煤中提取五氧化二钒的实验研究 与工业实践E J 3 ．湿法冶金，2 0 0 2 ，2 1 4 1 7 5 1 8 3 ． [ 5 ] 郑祥明，田学达，张小云，等．湿法提取石煤中钒的新工 艺研究E J ] ．湘潭大学自然科学学报，2 0 0 3 ，2 5 1 4 3 4 5 ． [ 6 ] 杨守志．钒冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 0 ． [ 7 ] 有色金属提取冶金手册编委会．有色金属提取冶金 手册稀有高熔点金属 下 E M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 2 ． 上接第2 8 页 1 ．2 ．2 氯化钙含量的影响 氯化钙能增加电解质的密度，使镁易于上浮，与 电解质分离，氯化钙也会使熔体黏度增加。因此，电 解质中氯化钙含量必须从密度和黏度综合考虑。实 际生产中电解质中的氯化钙含量基本上都控制在 2 2 ％- - 2 6 ％，只是在生产试运行初期，曾出现电解质 中氯化钙含量偏低或超高现象，经调整后一直处于 规定范围之内。氯化钙组分偏低，电解质与液镁密 度差较小，电解质中未及时上浮的液镁与氯气进行 二次反应，槽温升高，电流效率下降；氯化钙组分偏 高时，电解质过于黏稠，镁、渣与电解质不能很好分 离，同样加剧镁氯的二次反应。 1 ．3 电解室密封和槽负压的影响 多极镁电解槽电解室采用盐、沥青等材料进行 密封，密闭性好和单槽负压控制低的电解槽集气罩 出口氯气浓度可达到9 8 ％～9 9 ％，也就是说流人槽 内电解室的空气量极少，镁与空气接触燃烧损失少， 从而槽温控制正常，电流效率高。在槽体密封出现 泄漏点或单槽负压偏高，集气罩氯气浓度将明显下 降，当氯气浓度降至9 2 ％以下时，单槽槽温异常，电 流效率下降，主要是由于空气流入液镁燃烧损失增 加造成。 2 预防和消除热槽现象的措施 1 严格控制入槽原料及添加剂的杂质含量，主 要是控制好氯化镁原料中的氧化镁杂质含量和添加 剂氟化钙中的碳酸根含量。 2 精细化操作，减少出镁时电解质的夹带及电 解质的挥发、成渣量；定期进行电解质组分分析，并 根据分析结果及时调整组分，保持槽内各组分的稳 定性。 3 控制好单槽负压，随时检查和做好槽体密封， 定期检测集气罩出口处氯气浓度，出现异常及时查 找原因和调节处理。 4 发生热槽现象后及时查找、分析热槽产生的 原因，如果是原料问题，及时停用和更换，同时根据 情况向槽内添加适量高品质添加剂及人工清理打捞 浮渣等。 3结论 1 加入多极槽的氯化镁熔体中氧化镁杂质含量 必须≤0 ．0 5 ％，槽内电解质中氧化镁杂质含量必须 4 0 ．0 0 2 ％；常用添加剂氟化钙中的C O 。2 杂质含量 必须4 0 ．0 2 ％，C a F 。≥9 8 ％。 2 电解质组分严格控制在规定范围内M g C l 1 5 ．5 ％～1 8 ．5 ％，C a C l 22 2 ％～2 6 ％，C a F z2 ．5 ％～ 3 ．5 ％，其余为N a C l ，出现异常及时调节。 3 做好槽体密封，要求集气罩氯气浓度控制在 9 7 ％以上，单槽负压控制在3 0 ～5 0P a 。 4 出现热槽时根据情况及时处理调节，必要时 采取人工打捞浮渣，以尽快消除热槽现象。 参考文献 [ 1 ] 李树林．对镁电解过程中电解质沸腾的探讨E J ] ．轻金 属，1 9 9 7 2 3 63 8 ， [ 2 ] 徐日瑶．金属镁生产工艺学[ M ] ．长沙中南大学出版 社，2 0 0 3 2 4 1 2 4 3 ． E 3 ] 张永健．镁电解生产工艺学[ M ] ．长沙中南大学出版 社。2 0 0 6 3 5 5 - 3 5 6 ． 万方数据