CN102534688A - 一种大电流无隔板镁电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大电流无隔板镁电解槽，优化了大电流无隔板镁电解槽阴阳极的相对位置和电解质液面高度，利用数值计算分析了300～400kA大电流镁电解槽内部的电场、热场、磁场和流场，通过对阴阳极相对位置和阴阳极尺寸的优化，使得无隔板镁电解槽的槽压得到了有效地降低；与国内现有技术相比，优化后的电解槽槽压降可以降低约0.1V，当电流在300～400kA范围内，镁电解槽节能效果非常明显。

Description

一种大电流无隔板镁电解槽
【技术领域】
本发明涉及镁电解技术领域，具体的说，是一种大电流无隔板镁电解槽的设计。
【背景技术】
镁是极重要的有色金属，能够与其它金属构成多种高强度镁合金。镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高、导热导电性好、良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能、易于加工成型和容易回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”。
镁合金具有诸多优异的机械力学特性，随着镁冶炼工业的发展，它已从国防领域拓展到人们的日常生活，诸如汽车、家电、手机、电脑、通讯等，满足产品轻、薄、小型化、高集成度的要求。自20世纪90年代以来，镁合金的需求刺激了镁金属的需求量不断增加。据报道，金属镁的需求量以每年5％的速度递增，镁已成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料。可以预计，随着镁加工技术的绿色化、大型化，金属镁在末来将发挥更重要的作用。
中国是镁资源大国，也是金属镁生产大国，但生产方法主要以皮江法为主，主要原因是国内电解法生产工艺设备落后、槽型小、电流效率及生产效率低、能耗高。目前，国外镁电解槽电流强度大，自动化程度高，单位面积金属镁产量高，电耗低，最大的电解槽的电流强度已经超过400kA。我国目前运行的120kA无隔板镁电解槽的电流效率在76～78％左右，不仪电耗大，密封性差，污染严重，而且腐蚀严重，寿命短，成本高，整个镁电解工业与国外差距巨大。由于没有行业需求牵引，我国技术研发也严重滞后于国外，目前国内很难设计电流强度高于160kA的镁电解槽。
研究先进的镁电解工艺，设计先进高电流强度电解槽，开发具有我国自主知识产权的镁电解关键技术，进一步与天然气化工有机结合，形成镁、天然气化工等各项资源相互依托、互相支撑的循环经济产业链，达到资源利用的最大化和经济效益的最佳化。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大电流无隔板镁电解槽。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽采用无隔板电解槽形式，阴阳极之间没有隔板阻隔，镁珠和氯气在电极之间有部分接触；
电解槽的电解电流为300～400kA，槽电压为4～v；阳极30～60组，属于强电流高效电解槽；
电解槽的阴极的工作长度在沿集镁室方向比阳极外缘长0.01～0.5m；
电解槽的阴极的工作长度沿电解槽深度方向大于阳极，尺寸为0.01～1m；
电解槽的电极距离控制在0.02～0.07m，主要是降低槽电压；
电解槽的电解质液面和阴极顶部的距离为0.01～0.5m；电解质液面需要精确控制。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明优化了大电流无隔板镁电解槽阴阳极的相对位置和电解质液面高度，利用数值计算分析了300～400kA大电流镁电解槽内部的电场、热场、磁场和流场，通过对阴阳极相对位置和阴阳极尺寸的优化，使得无隔板镁电解槽的槽压得到了有效地降低。与国内现有技术相比，优化后的电解槽槽压降可以降低约0.1V，当电流在300～400kA范围内，镁电解槽节能效果非常明显。
【附图说明】
图1 镁电解槽示意图；
图2 300kA镁电解槽温度场分布示意图；
图3 400kA镁电解槽电场分布示意图；
附图中的标号分别为：1、阳极，2、阴极，3、槽壳，4、耐火层，5保温层。
【具体实施方式】
以下提供本发明种大电流无隔板镁电解槽的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1-3，种大电流无隔板镁电解槽，其基本部件为阳极1，阴极2，槽壳3，耐火层4，保温层5。通过电场、热场、流场优化后设计了电流强度为300kA的无隔板镁电解槽，电解槽电流效率经计算可以达到90％，电解槽全长12.7米，一共设计阳极40个，阴极41个，设计电流强度300kA，电解设计温度为700℃，电解槽阴阳极极距为0.04米，阴极在电解槽深度方向比阳极长0.5m，在集镁室方向长0.1m，电解质液面距阴极顶部为0.2m，整体槽压降为4.5伏，经计算得到电解槽温度分布如图2：
由图2可知，在电解槽电解质中，温度分布为电解温度698.56℃，阴阳极工作部分由于浸没在电解质中，温度也为698.56℃，阳极头温度较高达到300℃以上，散热较大，阴极头温度相比于阳极头低150℃，约为138℃。电解槽槽盖和槽壳温度不同，槽壳温度为室温25℃，槽盖温度可达100℃以上。
实施例2
通过电场、热场、流场优化后设计了电流强度为400kA的无隔板镁电解槽，电解槽电流效率经计算可以达到93％，一共设计阳极54个，阴极55个，设计电流强度400kA，电解设计温度为700℃，电解槽阴阳极极距为0.04米，阴极在电解槽深度方向比阳极长0.4m，在集镁室方向长0.2m，电解质液面距阴极顶部为0.3m，整体槽压降为5V，经计算得到电解槽槽电压分布如图3：
由图3可知，在电解槽中，阳极头由于是电压输入，所以电压最高，为5V，图中红色表示。电流自阴极头流出电解槽，所以阴极头电压最低，为0V，图中蓝色表示。电压降低最快的地方是阴阳极之间的电解质，此处由于阴阳极正对排放，所以电能消耗主要在这部分电解质，其他部分电解质电能消耗并不明显。
以上所述仪是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽采用无隔板电解槽形式，阴阳极之间没有隔板阻隔。
2.如权利要求1所述的一种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽的电解电流为300～400kA，槽电压为4～v；阳极30～60组。
3.如权利要求1所述的一种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽的阴极的工作长度在沿集镁室方向比阳极外缘长0.01～0.5m。
4.如权利要求1所述的种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽的阴极的工作长度沿电解槽深度方向大于阳极，尺寸为0.01～1m。
5.如权利要求1所述的一种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽的电极距离控制在0.02～0.07m。
6.如权利要求1所述的种大电流无隔板镁电解槽，其特征在于，电解槽的电解质液面和阴极顶部的距离为0.01～0.5m。
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