專利名稱：電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置的制作方法
技術領域：
本申請涉及電解氯化鎂生產金屬鎂領域，尤其涉及一種電解氯化鎂生產金屬鎂的
>J-U裝直。
技術背景熔鹽電解法生產金屬鎂的工藝在海綿鈦的鎂-鈦聯合企業中應用非常廣泛。在海綿鈦生產過程中，用金屬鎂還原四氯化鈦制備海綿鈦，同時產生副產物氯化鎂，氯化鎂采用熔鹽電解法生產出金屬鎂和氯氣，其中金屬鎂返回作為生產海綿鈦的還原劑循環使用，氯氣返回作為高鈦渣加碳氯化生產四氯化鈦的原料循環使用。傳統氯化鎂電解裝置主要采用有隔板電解槽或無隔板電解槽的單極電解槽，其主要結構為在一個電解槽內設置多組陰、陽電極，每組陰、陽電極形成一個電解室，一個電解槽內每個電解室之間為并聯關系。將氯化鎂配制成MgCl2含量為10% 20%的MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2電解液體系，在電解槽中用700°C的熔鹽電解，陰極生成液態鎂，陽極生成氯氣。由于金屬鎂的密度低于熔融鹽，生成的金屬鎂會浮在液面，電解將金屬鎂抽出。陽極生成的氯氣浮出電解液液面，由氯壓機產生負壓抽出。這種單極電解槽一般通過增加電解槽容積，并在同一電解槽中增加陰、陽極組數來增加單槽產能，但這種電解槽內的陰陽極組數不能過多，否則會導致電解過程熱量不平衡，而單極槽為單槽產能較低，一般僅為0. 7 I噸/天。傳統單極槽的液鎂是靠電解液循環進入集鎂室，液態鎂在電解室停留時間較長。其電解室與集鎂室之間的隔板為較薄的耐火磚拼裝而成，在運行過程中容易出現局部破損，鎂與氯氣的二次反應幾率較大，導致電解效率不高，一般僅為70%左右。傳統單極槽的電解液液位無控制手段，在電解槽加料、出鎂和電解過程中電解液液位波動比較大，容易造成電解過程的氯氣系統壓力和槽電壓的波動以及液鎂和氯氣的二次反應等問題，造成電解效率降低。傳統單極槽無其他溫度控制手段，電解液唯一的溫度控制手段是調整直流電的電流強度。當電流強度過大時，因無其他降溫手段，可能造成電解液溫度過高，電解液升華量增大，造成電解液升華物分成增加，鎂的收率降低；當電流強度過小或在直流電出現故障的情況下，因無其他升溫手段，可能造成電解液溫度過低，電解液和液鎂的粘度過低，液鎂和氯氣不能及時分離而造成二次反應，導致電流效率下降，甚至可能造成電解液和液鎂的凝固而停槽。傳統單極槽底部存在空間不足以及電解槽蓋的密封性較差等原因，在電解過程中需要打開集鎂室蓋出渣，液態鎂的氧化反應嚴重，槽渣(主要成分為MgO)比較多，造成了鎂的收率較低，勞動強度較大、操作環境比較差。
實用新型內容在下文中給出關于本實用新型的簡要概述，以便提供關于本實用新型的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本實用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實用新型的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本實用新型的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。本實用新型旨在提供一種設置有儲渣室，在電解過程中無需出渣并且電解效率較高的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置。本實用新型解決技術問題采用如下技術方案一種電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，包括溫度控制裝置、液位控制系統和電解槽；在電解槽內設置隔板將電解槽上部分割為電解室和集鎂室，所述隔板上設置有導鎂口 ；在電解室中安裝多組碳質陽極和鐵質陰極，并在陽極與陰極之間插入多塊雙性電極；在電解
室下部設置有絕緣的用于支撐電極的支撐板，支撐板上設有電解液循孔，支撐板下方為儲渣室，所述儲渣室的容積大于或等于電解槽運行一個周期產生的槽渣體積；在電解室上面設有密封蓋，密封蓋上設有氯氣排出孔、加料-出鎂口。可選的，所述電解室側壁上設置有陰極插入口，所述陰極穿過陰極插入口插入到電解室中，并且陰極伸出電解室的側面與直流鋁母線負極連接；所述陰極為側插式箱式陰極，陰極頂部為全開口 ；陰極靠近集鎂室的側壁上開設有與導鎂口連通的陰極導鎂出口，并且在該側壁下部設置有電解質出口，在與設置有陰極導鎂出口的側壁垂直的側壁上設置有多塊向陰極導鎂出口傾斜的導鎂板，在陰極內部導鎂出口上方設有向下傾斜的導鎂管。可選的，所述導鎂板與水平方向的夾角為0-40度。可選的，所述陰極導鎂出口以及隔板上的導鎂口均為方形口。可選的，所述液位控制系統包括控制單元、自動充/泄氬氣裝置、液下罐和液位計；所述液下罐和液位計設置于集鎂室內，所述控制單元分別與液位計及自動充/泄氬氣裝置連接；所述液下罐頂部設置有氬氣管，在液下罐的底部設置有開口，所述氬氣管穿過密封蓋與自動充/泄氬氣裝置連接。可選的，所述溫度控制系統包括控制單元、鼓風機、交流加熱裝置、溫度計和熱交換器；所述控制單元分別與鼓風機的控制器、交流加熱裝置的控制器及溫度計連接，所述鼓風機與熱交換器的進風管連接。可選的，所述密封蓋上還設置有陽極插入口、溫度計安裝孔、液位計安裝孔；所述陽極穿過陽極插入口插入到電解室中，所述溫度計穿過溫度計安裝孔插入到電解槽中的電解液中，所述液位計穿過液位計安裝孔插入到電解槽中的電解液中。可選的，在導鎂口以上的隔板由剛玉磚堆砌而成，在導鎂口及導鎂口以下的隔板由熔鑄莫來石磚堆砌而成。可選的，在陰極與陽極之間插入的雙性電極的數量為2 4塊。可選的，所述雙性電極為全碳質材料或者為由鐵質和碳質壓制的復合板材料，其中復合板材料雙性電極作為陰極的一面為鐵質材料，作為陽極的一面為碳質材料。可選的，在每一對陽極與陰極所形成的電解單元中，陽極與雙性電極之間、各個雙性電極之間以及雙性電極與陰極之間的距離為4. 5 5. 5mm。可選的，陽極與雙性電極之間、各個雙性電極之間以及雙性電極與陰極之間設置有絕緣的隔離定位塊。可選的，所述隔離定位塊材質為氮化硅陶瓷材料，其電阻率大于或等于IXlO6Q.mmD可選的，每一對陽極與陰極所形成的電解單元中，從陰極到陽極方向，每一塊雙性電極比其前面緊鄰的一塊雙性電極或陰極頂部高10 25mm。可選的，所述支撐板材質為莫來石。可選的，所述支撐板下方設置有用于支撐支撐板的支撐柱。可選的，在支撐板上每兩個電極之間均設置有電解液循孔，所述電解液循孔的孔長與電極的長度相同，孔寬為10 15mm。
·[0029]可選的，電解槽內的電解液液面位于陰極頂部和最高雙性電極頂部之間。本實用新型的有益效果如下(I)在電解槽底設置有儲渣室，其容積大于或等于電解裝置運行一個周期產生的槽渣的體積，因此，在電解裝置的一個運行周期內，不需要進行出渣操作，大大減少了勞動強度，改善了工作環境，降低了液鎂的氧化損失和氧化鎂槽渣的產生量，提高了氯氣濃度。(2)通過雙性電極的設置，因為雙性電極無需連接鋁母線，與設置有多組電極的電解裝置相比，提高了電解槽的單槽生產能力，降低了鋁母線、電解槽及廠家占地面積的投資。(3)設置有液位控制系統，能夠對液位進行精確有效的控制，避免了現有技術中的電解裝置在加料和出鎂過程中電解液液位波動大，造成電解過程中氯氣系統壓力和槽電壓波動以液鎂和氯氣二次反應問題，進而提高了電解效率。(4)設置有溫度控制裝置，能夠將電解槽內的電解液溫度控制在適宜的溫度范圍內，與傳統的通過調整電流強度控制溫度的方式相比，避免了因電流強度過小或在直流電出現故障的情況下，造成電解液溫度較低，電解液和液鎂粘度過低，進而液鎂與氯氣不能及時分離造成二次反應，導致電流下降，造成電解液和液鎂凝固而不得不停止生產的問題。(5)導鎂口以上的隔板由剛玉磚堆砌而成，在導鎂口及導鎂口以下的隔板由熔鑄莫來石磚堆砌而成，在運行過程中不易破損，與傳統的使用較薄的耐火磚材質的隔板相比，隔板破損率大大降低，進而提聞電解效率。
參照
以下結合附圖對本實用新型實施例的說明，會更加容易地理解本實用新型的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本實用新型的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。圖I為本實用新型實施例中電解裝置的側視剖面結構示意圖；圖2為本實用新型實施例中電解裝置電解室的主視剖面結構示意圖；圖3為本實用新型實施例中電解裝置集鎂室的俯視部分剖面的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例中電解裝置主視剖面結構示意圖。圖5為本實用新型實施例中電解裝置的箱式陰極側視剖面結構示意圖。圖6為本實用新型實施例中電解裝置的箱式陰極主視圖。圖中標記示意為1-電解槽、2a_集鎂室上蓋、2b_電解室上蓋、2c-加料-出鎂口、3-集鎂室、4-電解室、5-陽極、6-陰極、6a-陰極導鎂進口、6b-陰極導鎂出口、6c-電解質出口、6d-導鎂板、6e-導鎂管、7-雙性電極、8-液下罐、8a-開口、8b_氬氣管、9-熱交換器、9a-進風管、9b_出風管、IOa-集鎂室交流加熱電極、IOb-電解室交流加熱電極、11_支撐柱、12-支撐板、13-隔板、14-溫度計、14a-溫度計安裝孔、15-液位計、15a_液位計安裝孔、16-隔離定位塊、17-儲渣室、18-氯氣排出口。
具體實施方式
下面參照附圖來說明本實用新型的實施例。在本實用新型的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本實用新型無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。實施例參見圖1-4、一種電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，包括溫度控制系統、液位控制系統和電解槽I ;在電解槽I內設置隔板13將電解槽I上部分割為電解室4和集鎂室3，并且在所述隔板13上設置有導鎂口 6b。在電解室4中安裝有三塊碳質陽極5和四塊鐵質陰極6，并在陽極5與陰極6之間插入兩塊雙性電極7，將電解室4分為3個電解單元。在電解室4下部設置有絕緣的用于支撐電極的支撐板12，支撐板12可以比較牢固的固定電極，防止電解過程中電極移位。支撐板12上設有電解液循孔，支撐板12下方為儲渣室17，所述儲渣室17的容積大于或等于電解槽I運行一個周期產生的槽渣體積，因此，在電解裝置運行期間不需要進行出渣操作，大大減少了勞動強度，改善了工作環境，降低了液鎂的氧化損失和槽渣(氧化鎂)產生量，提高了氯氣濃度。在電解槽I上面設有密封蓋，密封蓋上設有氯氣排出孔18、加料-出鎂口 2c。上述實施例中，優選在所述電解室4的側壁上設置陰極插入口，所述陰極6穿過陰極插入口插入到電解室中，并且陰極6伸出電解室4的側面與直流鋁母線負極連接；參見圖5、圖6，所述陰極6為側插式箱式陰極，陰極頂部為全開口 ；陰極6靠近集鎂室3的側壁上開設有與導鎂口連通的陰極導鎂出口 6b，并且在該側壁下部設置有電解質出口 6c，在與設置有陰極導鎂出口 6b的側壁垂直的側壁上設置有多塊向陰極導鎂出口 6b傾斜的導鎂板6d，在陰極內部陰極導鎂出口 6b上方設有向下傾斜的導鎂管6e。這樣陰極面產生的液鎂通過陰極頂部入口進入箱式陰極中，在通過陰極前側面上方導鎂出口進入集鎂室，實現液鎂與氯氣和電解液快速、有效分離，減少二次反應，提高電流效率。上述實施例中，所述陰極導鎂出口及隔板13上的導鎂口優選為方形口。每一對陽極5與陰極6所形成的電解單元中，從陰極6到陽極5方向，靠近陰極6的第一塊雙性電極7的頂部比陰極6高出25mm，第二塊雙性電極7頂部比第一塊雙性電極7的頂部高出25_。這階梯式電極安裝方式可以使陰極6產生的液鎂快速進入陰極導鎂進口 6a，進而減少鎂與氯氣的二次反應。上述實施例中，所述密封蓋優選包括電解室上蓋2b和集鎂室上蓋2a，當然也可以是一體設置的一個密封蓋。上述實施例中,所述液位控制系統優選包括控制單元、自動充/泄IS氣裝置、液下罐8和液位計15 ;所述液下罐8和液位計15設置于集鎂室3內，所述控制單元分別與液位計15及自動充/泄氬氣裝置連接；所述液下罐8頂部設置有氬氣管Sb，在液下罐8的底部設置有開口 8a，所述氬氣管8b穿過集鎂室上蓋2a與自動充/泄氬氣裝置連接。電解槽I中液位具體控制方法為通過控制單元對液位計反饋的液位信號進行分析，對自動充/泄氬氣裝置發出向液下罐8進行充氬氣或泄氬氣的指令，將液下罐8中部分電解液壓入電解槽I中，或將電解槽I中的部分電解液壓入液下罐8中，以實現電解槽I內電解液液位的自動控制，具體操作時，可將電解槽I內的液位控制在目標值的±5mm的范圍內。上述實施例中，所述溫度控制系統優選包括控制單元(圖中未示出)、鼓風機(圖中未示出)、交流加熱裝置、溫度計14和熱交換器9 ;所述熱交換器9設置有進風管9a和出風管％ ;所述控制單元分別與鼓風機的控制器、溫度計14及交流加熱裝置的控制器連接，所述鼓風機與熱交換器9的進風管9a連接，熱交換器9的出風管9b可以直接與大氣相通。所述熱交換器9優選設置在集鎂室4中，并完全浸沒在電解液中。所述交流加熱裝置優選包括設置在集鎂室3內的兩個集鎂室交流加熱電極IOa和設置在電解室4內的兩個電解室交流加熱電極10b，具體設置時，可以將兩個集鎂室交流加熱電極IOa安裝在集鎂室3兩側靠下部的位置，將兩個電解室交流加熱電極IOb安裝在電解室4兩側靠下部的位置。電解槽I中電解液溫度具體控制方法為通過控制單元對溫度計14反饋的溫度信號進行分析，對鼓風機的控制器及加熱裝置的控制器發出啟動和停止的指令，以實現電解槽I內電解液溫度的自動控制，可將電解液的溫度精確控制在目標值的±10°c的范圍內。上述實施例中，優選在所述電解室上蓋2b上設置陽極插入口、溫度計安裝孔14a、液位計安裝孔15a ;所述陽極5穿過陽極插入口插入到電解室4中，陽極5在電解室2b上蓋以上的部分與直流鋁母線正極連接；所述溫度計14穿過溫度計安裝孔14a插入到電解槽I中電解液中，所述液位計15穿過液位計安裝孔15a插入到電解槽I中的電解液中。上述實施例中，在陰極導鎂出口 6b以上的隔板13優選由剛玉磚堆砌而成，在陰極導鎂出口 6b及陰極導鎂出口 6b以下的隔板13優選由熔鑄莫來石磚堆砌而成，剛玉磚具有耐沖刷、強度高的優點，熔鑄莫來石磚具有熱膨脹均勻、熱穩定性好、軟化點高的優點，采用此兩種材料的隔板具有壽命長的優點。上述實施例中，在陰極6與陽極5之間插入的雙性電極7的數量優選為2 4塊。上述實施例中，所述雙性電極7優選為全碳質材料或者為由鐵質和碳質壓制的復合板材料，其中復合板材料雙性電極作為陰極的一面為鐵質材料，作為陽極的一面為碳質材料。上述實施例中，在每一對陽極與陰極所形成的電解單元中，陽極5與雙性電極7之間、各個雙性電極7之間以及雙性電極7與陰極6之間的距離優選為4. 5 5. 5mm。 上述實施例中，陽極5與雙性電極7之間、各個雙性電極7之間以及雙性電極7與陰極6之間優選設置有絕緣的隔離定位塊16。所述隔離定位塊16材質優選為氮化硅陶瓷材料，其電阻率大于或等于IXlO6Imm;以實現電極之間精確定位隔離和防止電解過程電極之間的短路。上述實施例中，每一對陽極5與陰極6所形成的電解單元中，從陰極6到陽極5方向，每一塊雙性電極7優選比其前面緊鄰的一塊雙性電極7或陰極6頂部高10 25mm。上述實施例中，所述支撐板12材質優選為莫來石。上述實施例中，優選在所述支撐板12下方設置有用于支撐支撐板12的支撐柱11。上述實施例中，優選在在支撐板12上每兩個電極之間均設置有電解液循孔，所述電解液循孔的孔長與電極的長度相同，孔寬為10 15mm。上述實施例中，電解槽I內的電解液液面優選位于陰極6頂部和最高的雙性電極7頂部之間。上述實施例中，電解室4中可以設置多塊陰極6、陽極5以及雙性電極7。雙性電極7靠近陰極的一邊為陽極，另一邊為陰極，這種雙性電極不需要與直流電鋁母線連接，可提高電解槽的空間有效利用率，大大提
權利要求1.ー種電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于包括溫度控制系統、液位控制系統和電解槽；在電解槽內設置隔板將電解槽上部分割為電解室和集鎂室，所述隔板上設置有導鎂ロ ；在電解室中安裝多組碳質陽極和鐵質陰極，并在陽極與陰極之間插入多塊雙性電極；在電解室下部設置有絕緣的用干支撐電極的支撐板，支撐板上設有電解液循孔，支撐板下方為儲渣室，所述儲渣室的容積大于或等于電解槽運行ー個周期產生的槽渣體積；在電解室上面設有密封蓋，密封蓋上設有氯氣排出孔、加料-出鎂ロ。
2.根據權利要求I所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述電解室側壁上設置有陰極插入口，所述陰極穿過陰極插入口插入到電解室中，并且陰極伸出電解室的側面與直流鋁母線負極連接；所述陰極為側插式箱式陰極，陰極頂部為全開ロ ；陰極靠近集鎂室的側壁上開設有與導鎂ロ連通的陰極導鎂出口，并且在該側壁下部設置有電解質出口，在與設置有陰極導鎂出口的側壁垂直的側壁上設置有多塊向陰極導鎂出口傾斜的導鎂板，在陰極內部導鎂出口上方設有向下傾斜的導鎂管。
3.根據權利要求2所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述導鎂板與水平方向的夾角為0-40度。
4.根據權利要求2所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述陰極導鎂出ロ以及隔板上的導鎂ロ均為方形ロ。
5.根據權利要求I所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述液位控制系統包括控制單元、自動充/泄氬氣裝置、液下罐和液位計；所述液下罐和液位計設置于集鎂室內，所述控制単元分別與液位計及自動充/泄氬氣裝置連接；所述液下罐頂部設置有氬氣管，在液下罐的底部設置有開ロ，所述氬氣管穿過密封蓋與自動充/泄氬氣裝置連接。
6.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述溫度控制系統包括控制單元、鼓風機、交流加熱裝置、溫度計和熱交換器；所述控制単元分別與鼓風機的控制器、交流加熱裝置的控制器及溫度計連接，所述鼓風機與熱交換器的進風管連接。
7.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述密封蓋上還設置有陽極插入口、溫度計安裝孔、液位計安裝孔；所述陽極穿過陽極插入口插入到電解室中，所述溫度計穿過溫度計安裝孔插入到電解槽中的電解液中，所述液位計穿過液位計安裝孔插入到電解槽中的電解液中。
8.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于在陰極與陽極之間插入的雙性電極的數量為2 4塊。
9.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于在每一對陽極與陰極所形成的電解單元中，陽極與雙性電極之間、各個雙性電極之間以及雙性電極與陰極之間的距離為4. 5 5. 5mm。
10.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于陽極與雙性電極之間、各個雙性電極之間以及雙性電極與陰極之間設置有絕緣的隔離定位塊。
11.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于每ー對陽極與陰極所形成的電解單元中，從陰極到陽極方向，每ー塊雙性電極比其前面緊鄰的一塊雙性電極或陰極頂部高10 25mm。
12.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于所述支撐板下方設置有用干支撐支撐板的支撐柱。
13.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在于在支撐板上每兩個電極之間均設置有電解液循孔，所述電解液循孔的孔長與電極的長度相同，
14.根據權利要求1-5任一項所述的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，其特征在干電解槽內的電解液液面位于陰極頂部和最高雙性電極頂部之間。
專利摘要本實用新型涉及電解氯化鎂領域，具體公開了一種電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置，包括溫度控制系統、液位控制系統和電解槽；在電解槽內設置隔板將電解槽上部分割為電解室和集鎂室；在電解室中安裝多組碳質陽極和鐵質陰極，在陽極與陰極之間插入多塊雙性電極；在電解室下部設置有支撐板，支撐板上設有電解液循孔，支撐板下方為儲渣室；在電解室上面設有密封蓋。本實用新型的電解氯化鎂生產金屬鎂的裝置不需要進行出渣操作，大大減少了勞動強度，改善了工作環境，降低了液鎂的氧化損失和氧化鎂槽渣的產生量，提高了單槽產能和電解效率。
文檔編號C25C7/00GK202450165SQ201220020530
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者周茂敬 申請人:青海北辰科技有限公司