專利名稱：一種大電流無隔板鎂電解槽的制作方法
一種大電流無隔板鎂電解槽
技術領域：
本發明涉及鎂電解技術領域，具體的說，是一種大電流無隔板鎂電解槽的設計。背景技術：
鎂是極重要的有色金屬，能夠與其它金屬構成多種高強度鎂合金。鎂合金具有比重輕、比強度和比剛度高、導熱導電性好、良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成型和容易回收等優點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。鎂合金具有諸多優異的機械力學特性，隨著鎂冶煉工業的發展，它已從國防領域拓展到人們的日常生活，諸如汽車、家電、手機、電腦、通訊等，滿足產品輕、薄、小型化、高集成度的要求。自20世紀90年代以來，鎂合金的需求刺激了鎂金屬的需求量不斷增加。據報道，金屬鎂的需求量以每年5%的速度遞增，鎂已成為繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料。可以預計，隨著鎂加工技術的綠色化、大型化，金屬鎂在末來將發揮更重要的作用。中國是鎂資源大國，也是金屬鎂生產大國，但生產方法主要以皮江法為主，主要原因是國內電解法生產工藝設備落后、槽型小、電流效率及生產效率低、能耗高。目前，國外鎂電解槽電流強度大，自動化程度高，單位面積金屬鎂產量高，電耗低，最大的電解槽的電流強度已經超過400kA。我國目前運行的120kA無隔板鎂電解槽的電流效率在76 78%左右，不儀電耗大，密封性差，污染嚴重，而且腐蝕嚴重，壽命短，成本高，整個鎂電解工業與國外差距巨大。由于沒有行業需求牽引，我國技術研發也嚴重滯后于國外，目前國內很難設計電流強度高于160kA的鎂電解槽。研究先進的鎂電解工藝，設計先進高電流強度電解槽，開發具有我國自主知識產權的鎂電解關鍵技術，進一步與天然氣化工有機結合，形成鎂、天然氣化工等各項資源相互依托、互相支撐的循環經濟產業鏈，達到資源利用的最大化和經濟效益的最佳化。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種大電流無隔板鎂電解槽。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽采用無隔板電解槽形式，陰陽極之間沒有隔板阻隔，鎂珠和氯氣在電極之間有部分接觸；電解槽的電解電流為300 400kA，槽電壓為4 ν ；陽極30 60組，屬于強電流高效電解槽；電解槽的陰極的工作長度在沿集鎂室方向比陽極外緣長0. 01 0. 5m ；電解槽的陰極的工作長度沿電解槽深度方向大于陽極，尺寸為0. 01 Im ；電解槽的電極距離控制在0. 02 0. 07m，主要是降低槽電壓；電解槽的電解質液面和陰極頂部的距離為0. 01 0. 5m ；電解質液面需要精確控制。與現有技術相比，本發明的積極效果是
本發明優化了大電流無隔板鎂電解槽陰陽極的相對位置和電解質液面高度，利用數值計算分析了 300 400kA大電流鎂電解槽內部的電場、熱場、磁場和流場，通過對陰陽極相對位置和陰陽極尺寸的優化，使得無隔板鎂電解槽的槽壓得到了有效地降低。與國內現有技術相比，優化后的電解槽槽壓降可以降低約0. IV，當電流在300 400kA范圍內，鎂電解槽節能效果非常明顯。
圖1鎂電解槽示意圖；圖2 300kA鎂電解槽溫度場分布示意圖；圖3 400kA鎂電解槽電場分布示意圖；附圖中的標號分別為1、陽極，2、陰極，3、槽殼，4、耐火層，5保溫層。
具體實施方式以下提供本發明種大電流無隔板鎂電解槽的具體實施方式
。實施例1請參見附圖1-3，種大電流無隔板鎂電解槽，其基本部件為陽極1，陰極2，槽殼3， 耐火層4，保溫層5。通過電場、熱場、流場優化后設計了電流強度為300kA的無隔板鎂電解槽，電解槽電流效率經計算可以達到90%，電解槽全長12. 7米，一共設計陽極40個，陰極 41個，設計電流強度300kA，電解設計溫度為700°C，電解槽陰陽極極距為0. 04米，陰極在電解槽深度方向比陽極長0. 5m，在集鎂室方向長0. Im,電解質液面距陰極頂部為0. 2m，整體槽壓降為4. 5伏，經計算得到電解槽溫度分布如圖2 由圖2可知，在電解槽電解質中，溫度分布為電解溫度698. 56°C，陰陽極工作部分由于浸沒在電解質中，溫度也為698. 56°C，陽極頭溫度較高達到300°C以上，散熱較大，陰極頭溫度相比于陽極頭低150°C，約為138°C。電解槽槽蓋和槽殼溫度不同，槽殼溫度為室溫25°C，槽蓋溫度可達100°C以上。實施例2通過電場、熱場、流場優化后設計了電流強度為400kA的無隔板鎂電解槽，電解槽電流效率經計算可以達到93%，一共設計陽極M個，陰極55個，設計電流強度400kA，電解設計溫度為700°C，電解槽陰陽極極距為0. 04米，陰極在電解槽深度方向比陽極長0. ^!，在集鎂室方向長0. 2m,電解質液面距陰極頂部為0. 3m，整體槽壓降為5V，經計算得到電解槽槽電壓分布如圖3:由圖3可知，在電解槽中，陽極頭由于是電壓輸入，所以電壓最高，為5V，圖中紅色表示。電流自陰極頭流出電解槽，所以陰極頭電壓最低，為0V，圖中藍色表示。電壓降低最快的地方是陰陽極之間的電解質，此處由于陰陽極正對排放，所以電能消耗主要在這部分電解質，其他部分電解質電能消耗并不明顯。以上所述儀是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽采用無隔板電解槽形式，陰陽極之間沒有隔板阻隔。
2.如權利要求1所述的一種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽的電解電流為300 400kA，槽電壓為4 ν ；陽極30 60組。
3.如權利要求1所述的一種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽的陰極的工作長度在沿集鎂室方向比陽極外緣長0. 01 0. 5m。
4.如權利要求1所述的種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽的陰極的工作長度沿電解槽深度方向大于陽極，尺寸為0. 01 lm。
5.如權利要求1所述的一種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽的電極距離控制在0. 02 0. 07m。
6.如權利要求1所述的種大電流無隔板鎂電解槽，其特征在于，電解槽的電解質液面和陰極頂部的距離為0. 01 0. 5m。
全文摘要
本發明涉及一種大電流無隔板鎂電解槽，優化了大電流無隔板鎂電解槽陰陽極的相對位置和電解質液面高度，利用數值計算分析了300～400kA大電流鎂電解槽內部的電場、熱場、磁場和流場，通過對陰陽極相對位置和陰陽極尺寸的優化，使得無隔板鎂電解槽的槽壓得到了有效地降低；與國內現有技術相比，優化后的電解槽槽壓降可以降低約0.1V，當電流在300～400kA范圍內，鎂電解槽節能效果非常明顯。
文檔編號C25C3/04GK102534688SQ20121000607
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者于建國, 劉程琳, 孫澤, 宋興福, 汪瑾, 路貴民 申請人:華東理工大學