CN111850614B - 高效节能多极镁电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效节能多极镁电解槽，为解决在高强度投料高负荷生产状态下，容易出现运行不稳定问题，包括设置在电解槽里依次并列的多个电解室，每个电解室由侧横插阴极和顶下插阳极及位于侧横插阴极与顶下插阳极之间的多个并列石墨电极组成，其特征在于每个电解室在侧横插阴极与顶下插阳极之间设置依次间隔分布的6‑10偶数个相邻成对石墨电极。每对石墨电极的间距小于相邻对石墨电极的对与对之间的间距，也小于两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距。具有产能高，耗能少，且运行稳定的优点。

Description

高效节能多极镁电解槽
技术领域
本发明涉及一种多极镁电解槽，特别是涉及一种高效节能多极镁电解槽。
背景技术
钛及钛合金具有比重轻、比强度高、高温下抗蠕变性能好、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、冶金、汽车等行业广泛用做结构材料，同时还可以作为功能材料如储氢材料、形状记忆合金材料等。目前镁钛联合企业在还原-蒸馏工序中产生的副产品MgCl2及时送到电解车间，然后在电解槽中进行电解生成金属镁和氯气，电解车间产生的氯气送到氯化工序。这样实现了原料的Mg-Cl2-MgCl2闭路循环。
目前通常使用的是多极式电解槽，侧面是钢阴极，从槽盖上插下去的是石墨块阳极，阳极组和阴极组交替排布。钢阴极的材料为钢，阳极是石墨材料的。钢阴极从电解槽下底部的侧面竖着进入电解槽。阳极从顶部插下去，和阴极之间是交替的。在电解质熔体里面，阴极、阳极、阴极、阳极之间形成电流的回路，使电解在阳极和阴极表面进行，分别生成不同的产物。在阳极生成氯气，在阴极生成金属镁，这两者沿着内部循环的电解质通道进行循环。氯气通过集气罩引出来，送到氯气集中处理系统，处理完后再向其他工序输送。金属镁则通过电解质循环到集镁室进行汇集。因金属镁的比重要小，浮在表面最后被抽出来。目前存在的不足是单槽产量较小，能耗较高，不能满足大规模海绵钛生产的需求。
为此现有技术对成熟技术的每个电解室顶下插阳极与侧横插阴极之间设置的二个石墨电极进行增加，取得了增加产能和减少能耗的技术效果。但是，成熟技术之所以为成熟技术，就是有无数理由支持必须这么做的，所以，当对成熟技术顶下插阳极与侧横插阴极之间设置的二个石墨电极进行增加改进取得节能和高产效益的同时，也必然附诸多产不利因素，比如在高强度投料高负荷生产状态下，容易出现运行不稳定问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种产能高，耗能少，且运行稳定的高效节能多极镁电解槽。
为实现上述目的，本发明高效节能多极镁电解槽包括设置在电解槽里依次并列的多个电解室，每个电解室由侧横插阴极和顶下插阳极及位于侧横插阴极与顶下插阳极之间的多个并列石墨电极组成，其特别之处在于每个电解室在侧横插阴极与顶下插阳极之间设置依次间隔分布的6-10偶数个相邻成对石墨电极。也就是在现有电解镁电解槽里面的阴阳极之间的两块石墨电极基础上至少增加四块偶数石墨电极，确保整个电解槽里面的电极从两块增加到六块，使导电的面积增加、加快电化学反应速率，提高生产能力以及其他各方面的指标，特别是运行稳定性。具有产能高，耗能少，且运行稳定的优点。
作为优化，每对石墨电极的间距小于相邻对石墨电极的对与对之间的间距，也小于两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距。
作为优化，各对石墨电极的电极间距相等。
作为优化，相邻对石墨电极的对与对之间的间距，与两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距相等。
作为优化，每个电解室在侧横插阴极与顶下插阳极之间设置依次间隔分布的6个三相邻对石墨电极。
作为优化，各对石墨电极的电极间距相等，相邻对石墨电极的对与对之间的间距，与两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距相等；当每个电解室的并列石墨电极数量为Z时，每个电解室的每对石墨电极的间距与相邻对石墨电极的对与对之间的间距，和两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距的差距≦（每个电解室的侧横插阴极与顶下插阳极之间距离的1/ Z - Z×石墨电极的电极向厚度）/(10-16)。
作为优化，差距≦（每个电解室的侧横插阴极与顶下插阳极之间距离的1/ Z - Z×石墨电极电极向厚度）/(12)。
作为优化，是横长方形电解槽，横长方形电解槽的密封顶盖上设置氯气集气罩；横长方形电解槽纵向前半部依次成一排并列的多个电解室，横长方形电解槽后半部上方的密封顶盖上设置加料孔，抽镁孔和测温孔。
作为优化，横长方形电解槽纵向前半部依次成一排并列的多个电解室的侧横插阴极和顶下插阳极依次从左至右循环交替设置，依次成一排并列多个电解室的横向两边电极与横长方形电解槽左和右侧内壁之间的距离大于电解室的各对石墨电极与横长方形电解槽前槽壁之间的距离。
最左边侧横插阴极与长方形电解槽内左壁之间的间隔空间上方的密封顶盖处设置氯气集气罩，横长方形电解槽纵向后半部上方的密封顶盖上自左至右依次间隔设置加料孔，抽镁孔和测温孔。
作为优化，抽镁孔位于横长方形电解槽纵向后半部上方的密封顶盖纵向后半部的横向中心和竖向中心，加料孔和测温孔分别对称位于密封顶盖纵向后半部的抽镁孔左右两侧，并且都位于抽镁孔所在的横直线上。加料孔与横长方形电解槽左侧壁横向距离和测温孔与横长方形电解槽右则壁横向距离相等，并且为加料孔和测温孔与抽镁孔之间横向距离的一半。
目前应用是六组一排，六组阴极和六组阳极全部采用铝母排进行连接。电流效率增加到90%以上，直流电耗从现在的10500下降到8000多。电解槽的电压降从10.50V提高到15.50V。电解槽的尺寸会变大。改进后的电解槽的产能可以从每天3吨多的产量增加到5吨多，产能效率明显增加，具有显著的经济效益。
采用上述技术方案后，本发明高效节能多极镁电解槽具有产能高，耗能少，且运行稳定、可靠的优点。
附图说明
图1是本发明高效节能多极镁电解槽第一种实施方式的电解室的结构示意图；图2是本发明高效节能多极镁电解槽第一种实施方式的俯视结构示意图。图3-4分别是本发明高效节能多极镁电解槽第二和三种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
实施例一，如图1-2所示，本发明高效节能多极镁电解槽包括设置在电解槽1里依次并列的多个电解室，每个电解室由侧横插阴极2和顶下插阳极3及位于侧横插阴极2与顶下插阳极3之间的多个并列石墨电极4组成，每个电解室在侧横插阴极2与顶下插阳极3之间设置依次间隔分布的6个三对石墨电极4。也就是在现有的电解镁的电解槽里面的阴阳极之间增加两组电极，确保整个电解槽里面的电极增加到四对。即在现有已经增加两块电极的基础上，再增加两块电极，使导电的面积又再增加很多，从而使生产能力，以及其他各方面指标都得到进一步的提高。在阴极和阳极之间增加六块石墨电极，使导电的面积提高两倍，每一个电解槽生产效率得到大幅度提高，每台电解槽可以配套生产海绵钛的能力从1000吨提高到3000吨。
每对石墨电极4的间距小于相邻对石墨电极4的对与对之间的间距，也小于两边对石墨电极4与其相邻侧横插阴极2和顶下插阳极3的间距。各对石墨电极4的电极间距相等。相邻对石墨电极4的对与对之间的间距，与两边对石墨电极4与其相邻侧横插阴极2和顶下插阳极3的间距相等。也就是每个电解室在侧横插阴极2与顶下插阳极3之间设置依次间隔分布的6个三相邻对石墨电极4。
各对石墨电极4的电极间距相等，相邻对石墨电极4的对与对之间的间距，与两边对石墨电极4与其相邻侧横插阴极2和顶下插阳极3的间距相等；每个电解室的每对石墨电极4的间距与相邻对石墨电极4的对与对之间的间距，和两边对石墨电极4与其相邻侧横插阴极2和顶下插阳极3的间距的差距≦（每个电解室的侧横插阴极2与顶下插阳极3之间距离的1/ 6 - 6×石墨电极电极向厚度）/(10-16)。所述差距≦（每个电解室的侧横插阴极2与顶下插阳极3之间距离的1/ 6 - 6×石墨电极电极向厚度）/(12)。
本发明高效节能多极镁电解槽是横长方形电解槽1，横长方形电解槽1的密封顶盖5上设置氯气集气罩6；横长方形电解槽1纵向前半部依次成一排并列的多个电解室，横长方形电解槽1纵向后半部上方的密封顶盖5上设置加料孔7，抽镁孔8和测温孔9。
横长方形电解槽1纵向前半部依次成一排并列的多个电解室的侧横插阴极2和顶下插阳极3依次从左至右循环交替设置，依次成一排并列多个电解室的横向两边电极与横长方形电解槽1左和右侧内壁之间的距离大于电解室的各对石墨电极4与横长方形电解槽1纵向前槽壁之间的距离。
最左边侧横插阴极2与长方形电解槽1内左壁之间的间隔空间上方的密封顶盖5处设置氯气集气罩6，横长方形电解槽1纵向后半部上方的密封顶盖5上自左至右依次间隔设置加料孔7，抽镁孔8和测温孔9。
抽镁孔8位于横长方形电解槽1纵向后半部上方的密封顶盖5纵向后半部的横向中心和竖向中心，加料孔7和测温孔9分别对称位于密封顶盖5纵向后半部的抽镁孔8左右两侧，并且都位于抽镁孔8所在的横直线上。加料孔7与横长方形电解槽1左侧壁横向距离和测温孔9与横长方形电解槽1右则壁横向距离相等，并且为加料孔7和测温孔9与抽镁孔8之间横向距离的一半。目前是六组一排，六组阴极和六组阳极全部采用铝母排进行连接。
采用该电解槽装置，可获得了以下技术经济指标：电流效率增加到90%以上，直流电耗为8000kWh/t，电解槽的电压降为17.50V，单槽产能达到8.5t/d以上。改进后的电解槽尺寸变大，生产效率明显增加，能耗大大降低，每台电解槽可以配套生产海绵钛的能力从1000吨提高到3000吨，且运行稳定、可靠，具有显著的经济效益。
实施例二，如图3所示，本发明高效节能多极镁电解槽与上述实施例一的区别在于每个电解室在侧横插阴极2与顶下插阳极3之间设置依次间隔分布的8个4对石墨电极4。
实施例三，如图4所示，本发明高效节能多极镁电解槽与上述实施例一的区别在于每个电解室在侧横插阴极2与顶下插阳极3之间设置依次间隔分布的10个5对石墨电极4。
总之，本发明高效节能多极镁电解槽具有产能高，耗能少，且运行稳定、可靠的优点。

Claims (7)

1.一种高效节能多极镁电解槽，包括设置在电解槽里依次并列的多个电解室，每个电解室由侧横插阴极和顶下插阳极及位于侧横插阴极与顶下插阳极之间的多个并列石墨电极组成，其特征在于每个电解室在侧横插阴极与顶下插阳极之间设置依次间隔分布的6-10偶数个相邻成对石墨电极；每对石墨电极的间距小于相邻对石墨电极的对与对之间的间距，也小于两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距；各对石墨电极的电极间距相等；相邻对石墨电极的对与对之间的间距，与两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距相等。
2.根据权利要求1所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于每个电解室在侧横插阴极与顶下插阳极之间设置依次间隔分布的6个三相邻对石墨电极。
3.根据权利要求1-2任一所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于各对石墨电极的电极间距相等，相邻对石墨电极的对与对之间的间距，与两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距相等；当每个电解室的并列石墨电极数量为Z时，每个电解室的每对石墨电极的间距与相邻对石墨电极的对与对之间的间距，和两边对石墨电极与其相邻侧横插阴极和顶下插阳极的间距的差距≦（每个电解室的侧横插阴极与顶下插阳极之间距离的1/Z-Z×石墨电极的电极向厚度）/(10-16)。
4.根据权利要求3所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于差距≦（每个电解室的侧横插阴极与顶下插阳极之间距离的1/Z-Z×石墨电极的电极向厚度）/(12)。
5.根据权利要求1-2任一所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于是横长方形电解槽，横长方形电解槽的密封顶盖上设置氯气集气罩；横长方形电解槽纵向前半部依次成一排并列的多个电解室，横长方形电解槽纵向后半部上方的密封顶盖上设置加料孔，抽镁孔和测温孔。
6.根据权利要求5所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于横长方形电解槽纵向前半部依次成一排并列的多个电解室的侧横插阴极和顶下插阳极依次从左至右循环交替设置，依次成一排并列多个电解室的横向两边电极与横长方形电解槽左和右侧内壁之间的距离大于电解室的各对石墨电极与横长方形电解槽纵向前槽壁之间的距离；
最左边侧横插阴极与长方形电解槽内左壁之间的间隔空间上方的密封顶盖处设置氯气集气罩，横长方形电解槽纵向后半部上方的密封顶盖上自左至右依次间隔设置加料孔，抽镁孔和测温孔。
7.根据权利要求6所述高效节能多极镁电解槽，其特征在于抽镁孔位于横长方形电解槽纵向后半部上方的密封顶盖纵向后半部的横向中心和竖向中心，加料孔和测温孔分别对称位于密封顶盖纵向后半部的抽镁孔左右两侧，并且都位于抽镁孔所在的横直线上。
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