多极镁电解槽热槽现象的探讨.DOC

1、 1 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 617000） 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： TF822 文献标识码： A 文章编号： 1007-7545（ 2012） 12-0000-00 Study on Occurrence of Hot Cells in Multipole Magnesium E

2、lectrolyzer ZHOU Yun-ying, SHI Yu-ying (Titanium Industry Branch Company, Panzhihua Gangqi Xinyu Chemical Industry Co., Ltd, Panzhihua 617000, Sichuan, China) Abstract: Hot cells frequently occurred in electrolytic process of magnesium. The second reaction between magnesium metal and chlorine abnorm

3、ally led to rise of electrolyzer temperature, decrease of current efficiency and production reduction in single cell. This phenomenon in multipole magnesium electrolyzer is analyzed with in-depth discussion and the measures are put forward. Key words: magnesium electrolysis; electrolytic cell; occur

4、rence of hot cell; measurement 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 655660 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 正常热槽可通过间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 85%降低至 30%以下 ，单槽产镁量 由 3.05 t/d 降至 1.0 t/d以下， 吨镁 综合电单耗则由 12 800 kWh 上升至 23

5、 800 kWh。 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 热槽问题及时分析和处理，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。 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：

6、 MgCl2+H2O=MgO+2HCl 2Mg(l)+O2=2MgO 产生的氧化镁杂质 随氯化镁熔体 带入 电解槽 后 ， 容易被吸附在阴极表面使阴极钝化，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 110 kA电解时 氯化镁中氧化镁杂质含量对 3#槽 槽温的影响 。 表 1 氧化镁含量对 3#槽 槽温的影响 Table 1 Effect of content of magnesi

7、um oxide on temperature of No.3 electrolytic cell MgO/% 电解质中 MgO 含量 /% 升 温 速度 /( min-1) 电流效率 /% 0.015 0.000 43 -0.030 87.3 0.050 0.001 40 -0.005 83.0 0.150 0.004 30 +0.033 81.2 0.560 0.016 00 +0.250 73.5 1.680 0.048 00 +0.780 68.4 2.250 0.064 30 +0.950 54.2 收稿日期 ： 2012-07-20 作者简介 ： 周云英 （ 1971-）， 女，

8、四川什邡人，工程师 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2012.12.008 2 1.1.2 添加剂中碳酸根杂质的影响 镁电解采用的添加剂 一般为氟化钙，其作用 主要在于增加电解质与阴极间的界面张 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。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 110 kA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#槽 参数 的

9、影响 Table 2 Effect of composition of calcium fluoride on parameters of No.1 cell CaF2成分 /% 使用效果 CaF2 CaCO3 外观性状 升 温 速度 /( min-1) 电流效率 /% 98.50 0.016 液镁汇聚成片，电解质清澈透明 -0.030 87.0 96.76 0.025 液镁汇聚一般，电解质清澈透明 -0.012 84.8 88.84 3.250 液镁表面出现大量黑浮渣，电解质 黏 稠 呈 灰黑色 +1.500 28.5 在 2012 年 3 月底 至 4 月初期间， 因现场员工误将 密封槽使

10、用的低品位 氟化钙（ CaF2 88.84%， CaCO3 3.25%）添加入 1#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 28.5%。 改用 高 品位 氟化钙 （ CaF2 98%， CaCO3 0.02%） 和进行槽内人工清 理浮 渣作业近 2 月后， 1#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 MgCl2-CaCl2-NaCl三元系 ， 本公司的电解质组分为： MgCl2 15.5%18.5%，CaCl2 22%26%， CaF2 2.5%3.5

11、%，其余为 NaCl。 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 3。 在 实际生产中发现，新槽 启动 初期，氯化镁浓度控制

12、范围相对大些，而当槽体运行一段时间以后，氯化镁浓度范围逐渐缩小，且最终只能控制在 16%19%，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 110 kA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 Table 3 Effect of concentration of magnesium chloride on parameters of No.5 cell MgCl2/% 槽电压 /V 升 温 速度 /( min-1) 电流 效率 /% 运行时间 /月 18.515.5 10.480.01 -0.030

13、87 1 20.015.0 10.480.01 -0.028 86 1 18.515.5 10.600.01 -0.026 86.5 6 19.015.0 10.6010.68 -0.026+0.015 86.584.2 6 20.015.5 10.7110.68 +0.016-0.026 8486.5 6 18.515.5 11.180.01 +0.050 82 18 19.015.0 11.1811.31 +0.050+0.150 8279 18 20.015.5 11.2911.18 +0.160+0.050 78.581 18 1.2.2 氯化钙含量的影响 氯化钙 能增加电解质的密度，

14、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 22%26%，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。 3 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

15、压控制低 的电解槽集气罩出口氯气浓度可达到 98%99%， 也就是说流入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 92%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

16、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 0.05%，槽内电解质中 氧 化镁 杂质含量必须 0.002%；常用添加剂氟化钙中的 CO32-杂质含量必须 0.02%， CaF2 98%。 2） 电解质组分严格 控制 在规定范围内 ： MgCl2 15.5%18.5%， CaCl2 22%26%， CaF2 2.5%3.5%，其余为NaCl，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 97%以上 ， 单槽负压 控制在 3050 Pa。 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 J. 轻金属， 1997(2)： 36-38. 2 徐日瑶 . 金属镁生产 工艺学 M. 长沙： 中南大学出版社， 2003： 241-243. 3 张永健 . 镁电解生产 工艺学 M. 长沙： 中南大学出版社 ， 2006： 355-356.