CN113493918A - 低恒温密闭镁电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解氯化镁的镁电解装置领域，具体公开了一种低恒温密闭镁电解装置，包括槽壳、镁电解装置耐火内衬、隔墙、导流块、防腐带砖、背墙、加料通道、熔体冷却器和加热电极；所述镁电解装置耐火内衬与槽壳之间设置有柔性膨胀板。本发明的低恒温密闭镁电解装置能够实现氯化镁的低恒温密闭电解，产出液态镁纯度高、无需精炼，并且电解过程中升华物和槽渣量小，无需配备大量的升华物处理设备，节约了建设投资，降低了设备和管道的维护成本，最终达到了降低生产成本的目的。此外反应室盖密封和阳极密封的设置使得产出氯气浓度远远高于传统镁电解装置，可以直接应用于下游生产工序，进一步提升了镁电解装置产品的附加值，同时改善了作业环境。

Description

低恒温密闭镁电解装置

技术领域

本申请涉及电解氯化镁的镁电解装置领域，尤其涉及低恒温密闭镁电解装置。

背景技术

金属镁是二十世纪才发展起来的新型轻质耐腐蚀金属材料，广泛应用于汽车制造业、轻工业、冶金工业、化学工业、电子工业和仪表制造业等。镁作为上述下游产业的原辅料，其质量直接关系到下游产业的产品质量，而镁质量主要体现为镁的纯度。

镁的冶炼方法有电解法和皮江法。虽然皮江法炼镁的生产成本相对于电解法存在一定的优势，但在环境保护角度而言，皮江法炼镁的二氧化碳排放量远远超过电解法，随着国家外对于二氧化碳排放量的日益重视，电解法炼镁的环境效益终将得到体现。同时电解法炼镁的另外一种产品氯气属于重要化工原料，可制盐酸、漂白粉，用于制造杀虫剂、自来水消毒、制塑料、合成橡胶的原料，这进一步提升了电解法炼镁的产品附加值。除此之外，随着国内外对于盐湖资源的不断探索和开发利用，电解法炼镁作为其中氯化镁的主要开发技术，势必将会得到有力的推广和应用。

传统镁电解装置的主要结构为在其内部设置一个反应室和一个电解室，电解室内部间隔设置多组阳极和阴极，每组阳极与其相邻阴极之间形成一个反应间隔。然后再向镁电解装置中加入熔体，熔体主要成分是电解质，电解质一般有三元系MgCl2-NaCl-CaCl2或四元系MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2的电解质，且电解质的温度控制在670～750℃之间。利用通过阴极和阳极的直流电对电解质中的氯化镁进行电解，在反应间隔中阴极一侧的表面生成液态镁，阳极一侧的表面生成氯气。由于液态镁的密度低于电解质，生成的液态镁会上浮并随着熔体的循环通过反应室和金属室之间隔墙上设置的上熔体循环口进入金属室，最终浮于金属室熔体表层。同时阳极生成氯气会从反应室熔体中逸出并随着氯气管网抽送至下游氯气处理系统。

镁的熔点是650℃，而传统镁电解装置在电解过程中熔体的温度在670～750℃之间，首先这种高温电解使得熔体内电解质对于液态镁的覆盖程度下降，还有液态镁的化学活性增强，最终造成液态镁在金属室熔体表面剧烈氧化，甚至是燃烧。再加之金属室内对于液态镁缺乏有效的保护措施，然而仅仅依靠金属盖的简单覆盖是远远不够的。液态镁剧烈氧化或燃烧会产生大量的氧化镁颗粒，这些氧化镁颗粒不但对液态镁会造成污染，影响液态镁纯度，而且还会产生大量的槽渣。其次这种高温电解会明显增大熔体中氯化镁、氯化钠的挥发量，同时增大熔体与镁电解装置内部耐火内衬的反应程度，使得氯气中产生大量的升华物和槽渣。升华物随着氯气的输送被带入氯气管网和下游氯气处理系统。对于氯气中大量的升华物，传统的措施都是在配套氯气管网的主管道中增设刮板机。利用刮板机对主管道中积存的升华物进行清理。由于升华物易吸潮，粘度增大，使得刮板机故障频出。同时管道中潮湿的升华物还会腐蚀管道、刮板机和管道附件，严重影响整个电解系统的稳定运行。此外大量的槽渣还会使得熔体浑浊，电流效率下降，甚至是镁电解装置运行紊乱，无法连续稳定运行。

随着镁电解装置的运行，加料、电解质中氯化镁的组分比例变化、反应间隔短路或反应间隔厚度不均等原因会导致镁电解装置热平衡被破坏，熔体温度出现偏高或偏低的异常现象。对于熔体温度偏低的情况，传统镁电解装置都是通过调整系列直流电的强度或人为制造反应间隔短路来对槽温进行提升，但这都难免会对镁电解装置的产量造成影响，前者甚至会影响整个系列镁电解装置的运行。虽然也有采用交流加热电极的方式对槽温进行提升，但就此前来看，此种交流加热电极提升槽温的方式还不够成熟，当较长时间运行交流加热电极时，交流加热电极安装处会频发熔体泄露事故，甚至是大量熔体泄露所造成的镁电解装置报废。对于熔体温度偏高的情况，传统电解装置都是采用压缩空吹扫熔体降温或切断直流电的方法，但这两种方法还是会影响镁电解装置的运行，并且降温效果不佳，降温时间较长。

传统镁电解装置加料都是从金属室盖或反应室盖直接加入熔体，在这个过程中，被加入物料势必会对熔体表层的镁层进行扰动，破坏镁层表面覆盖的电解质膜，甚至还有由于物料中存在杂质成分而污染液态镁，影响液态镁的纯度。

传统镁电解装置反应室密封措施单一，难以保证反应室在高温、强气体腐蚀环境下的密封效果，使得氯气浓度基本无法达到90%以上并直接用作下游工序的原料。这种低浓度氯气提纯难度大且成本高，大多不合格氯气只能作为废品利用碱液进行中和处理，其处理成本极高。此外以往反应室密封措施单一还会使得反应室内氯气外泄，造成作业人员工作环境恶化。

传统电解装置在运行的中后期，由于熔体循环对石墨材质阳极底部的冲刷极为严重，使得阳极底部的厚度损失高达5～10毫米/月，间接造成反应间隔在垂直方向和水平方向上的宽度严重不均，继而造成镁电解装置热平衡被破坏，以及电流效率和产量的下降。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种低恒温密闭镁电解装置。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

低恒温密闭镁电解装置，包括槽壳、镁电解装置耐火内衬、隔墙、导流块、防腐带砖、背墙、加料通道、熔体冷却器和加热电极；所述槽壳内部设置有镁电解装置耐火内衬；所述镁电解装置耐火内衬与槽壳之间设置有柔性膨胀板；所述隔墙和导流块将镁电解装置耐火内衬内部分为金属室和反应室；所述镁电解装置耐火内衬包括前墙、侧墙、后墙和槽底；所述前墙和侧墙在镁层所在高度处设置有防腐带砖；所述金属室顶部设置有金属室盖，所述金属室盖上设置有测温管、出镁口、熔体冷却器安装孔和加料通道安装孔；所述金属室内部设有熔体冷却器和加料通道；所述熔体冷却器包括冷却主管、冷却主管法兰和冷却支管；所述冷却主管外部设置冷却器防腐护管，并且在冷却主管顶部和底部分别设置冷却主管法兰和尾盖；所述冷却支管与冷却主管连接并且在其内部形成通道；所述冷却支管内部设置加强肋；所述加料通道内部设置有物料通道，并且在物料通道底部设置有物料出口；所述冷却主管和加料通道分别从熔体冷却器安装孔和加料通道安装孔伸出金属室盖；所述金属室内部侧墙上设置有加热电极；所述加热电极包括内水套、外水套、冷却风管和电极；所述内水套的内部设置有内冷却腔和内溢流腔，并且在内冷却腔一侧设有内水套进水管和内水套出水管；所述外水套的内部设置有外冷却腔和外溢流腔，并且在外冷却腔一侧设有外水套进水管和外水套出水管；所述内溢流腔和外溢流腔分别设置有内溢流管和外溢流管；所述电极中部设置内水套；所述内水套与外水套之间设置电极内密封；所述外水套设置在槽壳上；所述反应室内部设置阳极、阴极和背墙；所述反应室顶部设置有反应室盖；所述反应室盖上设置有阳极安装孔和氯气罩；所述阳极通过阳极安装孔垂直插入反应室；所述隔墙上设置有上熔体循环口；所述导流块之间设置有下熔体循环口；所述阴极包括阴极端板、阴极侧板、阴极底板和阴极导电板；在所述一侧阴极端板上设置有熔体出口，在另一侧阴极端板上设置有阴极导电板；所述阴极端板和阴极侧板所形成的顶部开口为熔体进口；所述阴极端板、阴极侧板和阴极底板两两之间设置加强筋板；所述阴极侧板内侧设置有液态镁收集板；所述熔体出口与上熔体循环口连通；所述阴极导电板穿过背墙和后墙伸出槽壳外部；所述隔墙顶部设置有帘墙；所述帘墙顶部设置隔离装置；所述背墙设置在后墙的靠反应室一侧；所述背墙、隔墙和帘墙的两端均与侧墙之间设置有膨胀间隙；所述背墙和后墙与阴极导电板之间设置有膨胀间隙；所述隔离装置和槽壳二者与金属室盖边缘之间的间隙处设置金属室盖密封；所述金属室盖密封为固体氯盐；所述隔离装置和槽壳二者与反应室盖边缘之间的间隙处设置反应室盖密封；所述反应室盖密封从下到上依次为耐火浇注料、石膏、电解质和沥青；所述阳极安装孔与阳极之间的间隙处设置阳极密封；所述阳极密封从下到上依次为石棉绳、电解质、沥青；所述电解质为氯化镁、氯化钠、氯化钙的混合物。

可选的，所述冷却主管、冷却支管和尾盖之间采用焊接连接，并且其相应焊缝处需进行渗铝处理；所述冷却支管底部设置管支撑；所述熔体冷却器内的冷却介质采用水或压缩空气。

可选的，所述加热电极与侧墙之间设置有电极外密封；所述阴极导电板与槽壳之间设置有阴极口密封；所述电极内密封、电极外密封和阴极口密封为耐火浇注料；所述电极的一端设置有热电偶安装孔，电极另一端设置电极头；所述冷却风管朝向电极的一侧均匀设置有出风孔，且在冷却风管一端设置封头。

可选的，所述测温管底部伸入熔体，测温管外部和内部分别设置有不锈钢外护管和熔体测温热电偶。

可选的，所述金属室内设置有熔体液位调节罐；所述熔体液位调节罐包括侧板、顶板、氩气管；所述氩气管外侧设置有调节罐防腐护管；所述顶板内部设置有横撑和筋板。

可选的，所述反应室盖、阳极、背墙和后墙之间设置氯气通道；所述氯气通道与氯气罩内部连通。

可选的，所述阴极和阳极之间设置有等势电极，且等势电极的数量为1～10块；所述阳极和阴极二者与等势电极之间，以及各等势电极之间均设有反应间隔；所述阳极、阴极和等势电极均设置在导流块的上方；所述反应间隔设置在下熔体循环口的上方。

可选的，所述阳极和等势电极采用石墨材料；所述阴极材料为碳钢。

可选的，所述导流块下方设置有支撑。

可选的，所述加料通道顶部设置有密封盖。

可选的，所述金属室盖设有液位测量氩气管；所述液位测量氩气管底部设有氩气出口并且伸入熔体内部，液位测量氩气管顶部分别设有氩气进口和压力检测口；液位测量氩气管的外侧设置有不锈钢外护管。

可选的，所述背墙和防腐带砖采用氧化铝砖、刚玉砖或莫来石砖中的任一一种砖砌筑而成；所述镁电解装置耐火内衬采用黏土砖砌筑而成。

本发明的有益效果如下：

（1）防腐带砖、背墙和柔性膨胀板的设置，能够在不增加镁电解装置成本的情况下减小镁电解装置耐火内衬的厚度，提高镁电解装置整体的散热效率，使得镁电解装置能够将直流电通过熔体所产生的热量及时散出，使得熔体温度基本处于一个相对低恒温的状态下。具体的，镁电解装置在金属室和反应室内对于镁电解装置耐火内衬熔体腐蚀最为严重的位置是镁层所在位置，而熔体冲刷最为严重的位置便是背墙靠反应室一侧。首先防腐带砖和背墙均设置在镁电解装置内部对于耐火内衬熔体热腐蚀或熔体冲刷最为严重的位置，也是传统镁电解装置最容易发生内衬穿孔和熔体泄露的位置，再加之防腐带砖和背墙砖采用耐熔体热腐蚀和耐冲刷能力较高的刚玉砖、莫来石砖或氧化铝砖，使得这种对镁电解装置耐火内衬薄弱位置进行局部加强的设置能够在减小镁电解装置耐火内衬厚度的情况下保证镁电解装置的稳定性和安全性。其次柔性膨胀板吸收镁电解装置耐火内衬热膨胀的方式有别传通缝或错缝形式的膨胀缝设置，相比之下前者更加适合于这种较薄的镁电解装置耐火内衬，无通缝和错缝膨胀缝的设置使得镁电解装置耐火内衬的严密性明显提高，进一步保证了在减小镁电解装置耐火内衬厚度以提高镁电解装置整体的散热效率情况下镁电解装置运行的稳定性和安全性。（2）相对于传统镁电解装置而言，熔体冷却器和加热电极的设置可以使得镁电解装置能够在相对低恒温电解的过程中根据不同的作业需要对熔体温度进行快速调整，而不需要始终维持670℃以上的熔体温度来生产运行。当镁电解装置电解生产时，可以通过熔体冷却器和加热电极共同作用将熔体温度控制在651～655℃之间的低温状态；当镁电解装置进行出镁作业前，通过加热电极迅速将熔体温度提高至670～700℃，可以避免液态镁在出镁设备内发生凝固而堵塞设备；当镁电解装置出镁作业完成后，通过熔体冷却器将熔体快速降温至651～655℃的低温状态。同时在镁电解装置运行过程中还会由于加料、电解质中氯化镁的组分比例变化、反应间隔短路等原因导致熔体温度出现偏高或偏低的异常现象，此种情况下也可以通过熔体冷却器或加热电极作用来维持正常的熔体温度，提高镁电解装置生产运行的连续稳定性。此外加热电极中内水套和外水套的设置，不但可以对电极本身进行冷却，还可以对电极周围耐火内衬进行冷却，使得加热电极能够得到高效立体的冷却，有效避免加热电极自身和加热电极周边镁电解装置耐火内衬因局部高温所造成的熔体泄露事故，尤其对于较薄的镁电解装置耐火内衬而言效果更为明显。（3）镁电解装置低温电解的实现，首先将提高金属室内熔体表面电解质对于镁层的覆盖程度，降低了液态镁由于暴露而造成的氧化，并且低温液态镁还会降低其被氧化的剧烈程度，继而减少槽渣生成和液态镁中氧化物的成分，提高镁的纯度。其次低温电解还能够大幅度减小熔体中氯化镁、氯化钠的挥发量，降低熔体与镁电解装置内部耐火内衬的反应程度，明显减少由氯气中的升华物和槽渣。升华物量的减少，使得氯气管网和氯气处理系统无需配备大量的升华物处理设备，节约了建设投资，同时也降低了生产运行过程中设备和管道的检修频次及维护成本，延长了系统运行寿命，最终达到了降低生产成本的目的。此外槽渣量的减少可以降低电解质的浑浊程度，继而减少了由此而造成的镁电解装置运行紊乱，提高了生产运行的连续稳定性。（4）加料通道的设置，镁电解装置在加料时无需打开金属室盖，能够避免加料作业时空气混入金属室内并对液态镁造成剧烈氧化；同时物料是从加料通道内部物料通道和物料出口进入金属室内，不会对镁层造成扰动和破坏电解质对镁层的覆盖保护，同时还避免了加料过程中物料含有的杂质成分对于镁层的污染，从而进一步提高了镁的纯度。（5）液位测量氩气管的设置，在用于测量熔体液位之外，还能够给金属室补充氩气，时刻保持液态镁在金属室内处于氩气气氛中，减少与氧化性气体的接触，从而实现了对液态镁的进一步保护，保证了液态镁的产品质量。（6）反应室盖密封和阳极密封的设置能够在防止反应室内氯气外泄，改善作业人员作业环境的同时，大幅度减少空气，尤其是空气中的水分进入反应室。减小空气进入反应室有利于提高镁电解装置产出氯气的浓度，保证氯气的成品质量。减少空气中水分进入反应室，可以保证产出氯气的干燥程度，避免形成高温潮湿氯气对镁电解装置、氯气管网及下游氯气处理系统造成严重破坏性腐蚀，继而进一步提高了氯气的产品质量和系统生产运行的稳定性和安全性。具体的，耐火浇注料和石棉绳设置在密封的最下层，由于二者有较强的耐高温性和热强性，使其在抵抗高温熔体的情况下，还能保持一定的密封强度；石膏和电解质设置在中间层，除了起到进一步隔绝氯气和空气之外，还能利用其良好的吸水性将进入反应室空气中的水分吸收；顶层沥青的设置，可以利用沥青的热流动性及时填补由于镁电解装置温度变化在密封周边和密封自身产生的间隙和裂缝。此外以上密封材料在密封安装前都具有流动性或柔性，在密封安装过程能够很好的与密封处贴合严密。（7）导流块的设置能够减少熔体循环对阳极和等势电极底部的冲刷破坏，以及冲刷破坏所造成的反应间隔在垂直方向和水平方向上的宽度不均，尤其是由于反应间隔宽度不均所引起的阴极、阳极和等势电极表面电流密度大小不均所造成的镁电解装置电流效率下降和产量减少。（8）背墙、隔墙和帘墙的两端与侧墙之间，以及背墙和后墙与阴极导电板之间设置膨胀间隙，可以使得背墙、隔墙和帘墙在烤槽和运行过程受热升温而自由膨胀，避免膨胀产生的热应力导致墙体破损，继而造成熔体和氯气在隔墙和帘墙处的内泄，以及熔体在背墙和后墙处的外泄，严重威胁镁电解装置的生产运行。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的侧视剖面结构示意图。

图2为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的A-A剖面结构示意图。

图3为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的B-B剖面结构示意图。

图4为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的C-C剖面结构示意图。

图5为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的俯视结构示意图。

图6为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的熔体冷却器主视结构示意图。

图7为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的熔体冷却器俯视结构图。

图8为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的加热电极主视剖面结构示意图。

图9为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的加热电极侧视结构示意图。

图10为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的加料通道主视剖面结构示意图。

图11为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的加料通道侧视结构示意图。

图12为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的熔体液位调节罐主视结构示意图。

图13为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的熔体液位调节罐侧视剖面结构示意图。

图14为本发明实施例中低恒温密闭镁电解装置的阴极主视剖面结构示意图。

图中标记示意为：1－槽壳、2－柔性膨胀板、3－镁电解装置耐火内衬、3a－前墙、3b－侧墙、3c－后墙、3d－槽底、4－防腐带砖、5－金属室盖密封、6－金属室盖、7－加料通道、7a－密封盖、7b－物料通道、7c－物料出口、8－液位测量氩气管、9－熔体冷却器、9a－尾盖、9b－冷却主管、9c－冷却器防腐护管、9d－冷却主管法兰、9f－冷却支管、9g－加强肋、10－测温管、11－隔离装置、12－反应室盖、13－阳极、14－等势电极、15－阴极、15a－阴极端板、15b－阴极侧板、15c－熔体出口、15d－熔体进口、15e－加强筋板、15f－液态镁收集板、15g－阴极底板、15h－阴极导电板、16－反应室盖密封、17－帘墙、18－上熔体循环口、19－隔墙、20－导流块、21－背墙、22－阴极口密封、23－加热电极、23a－电极内密封、23b－内溢流腔、23c－内冷却腔、23d－内水套、23e－冷却风管、23f－外水套出水管、23g－内水套出水管、23h－热电偶安装孔、23i－热电偶、23j－电极、23k－内水套进水管、23m－内溢流管、23n－外水套进水管、23p－外冷却腔、23q－外水套、23r－外溢流管、23s－外溢流腔、23t－电极头、23v－封头、24－支撑、25－出镁口、26－熔体液位调节罐、26a－侧板、26b－顶板、26c－调节罐防腐护管、26d－氩气管、26e－横撑、26f－筋板、27－管支撑、28－氯气罩、29－阳极密封、30－电极外密封、31－反应间隔、32－下熔体循环口、33－氯气通道、34－熔体冷却器安装孔、35－加料通道安装孔、36－阳极安装孔、37－金属室、38－反应室。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

实施例

参见图1－5、低恒温密闭镁电解装置，包括槽壳1、镁电解装置耐火内衬3、隔墙19、导流块20、防腐带砖4、背墙21、加料通道7、熔体冷却器9和加热电极23；所述槽壳1内部设置有镁电解装置耐火内衬3；所述镁电解装置耐火内衬3与槽壳1之间设置有柔性膨胀板2，能够吸收镁电解装置耐火内衬在烤槽和运行过程中的受热膨胀；所述隔墙19和导流块20将镁电解装置耐火内衬3内部分为金属室37和反应室38；所述镁电解装置耐火内衬3包括前墙3a、侧墙3b、后墙3c和槽底3d；所述前墙3a和侧墙3b在镁层所在高度处设置有防腐带砖4，能够有效抵抗镁层位置熔体强烈的热腐蚀；所述金属室37顶部设置有金属室盖6，所述金属室盖6上设置有测温管10、出镁口25、熔体冷却器安装孔34和加料通道安装孔35，测温管10的设置使得熔体温度能够得到检测；所述金属室37内部设有熔体冷却器9和加料通道7。熔体冷却器9的设置使得熔体能够通过熔体冷却器9内冷却介质进行快速降温。

参见图6、图7，所述熔体冷却器9包括冷却主管9b、冷却主管法兰9d和冷却支管9f；所述冷却主管9b外部设置冷却器防腐护管9c，并且在冷却主管9b顶部和底部分别设置冷却主管法兰9d和尾盖9a；所述冷却支管9f与冷却主管9b连接并且在其内部形成通道，可以设置多条冷却支管9f，起到增大熔体与冷却支管9f的换热面积，从而可以提高冷却效率和缩短温度调整时间；所述冷却支管9f内部设置加强肋9g，可以避免冷却支管9f在高温熔体中发生严重变形而破裂。

参见图10、图11，所述加料通道7内部设置有物料通道7b，并且在物料通道7b底部设置有物料出口7c，使得物料能够从加料通道7内部物料通道7b和物料出口7c进入反应室，避免加料过程中对镁层中液态镁的扰动和污染。；

所述冷却主管9b和加料通道7分别从熔体冷却器安装孔34和加料通道安装孔35伸出金属室盖6；所述金属室37内部侧墙3b上设置有加热电极23，用于对熔体进行加热；

参见图8、图9，所述加热电极23包括内水套23d、外水套23q、冷却风管23e和电极23j；所述内水套23d的内部设置有内冷却腔23c和内溢流腔23b，并且在内冷却腔23c一侧设有内水套进水管23k和内水套出水管23g；所述外水套23q的内部设置有外冷却腔23p和外溢流腔23s，并且在外冷却腔23p一侧设有外水套进水管23n和外水套出水管23f；所述内溢流腔23b和外溢流腔23s分别设置有内溢流管23m和外溢流管23r；所述电极23j中部设置内水套23d；所述内水套23d与外水套23q之间设置电极内密封23a；所述外水套23q设置在槽壳1上；内水套23d和外水套23q的设置，不但可以对电极本身进行冷却，还可以对电极周围耐火内衬进行冷却，使得加热电极能够得到高效立体的冷却，尤其适用于较薄的镁电解装置耐火内衬3。

所述反应室38内部设置阳极13、阴极15和背墙21；所述反应室38顶部设置有反应室盖12；所述反应室盖12上设置有阳极安装孔36和氯气罩28；所述阳极13通过阳极安装孔36垂直插入反应室38；所述隔墙19上设置有上熔体循环口18；所述导流块20之间设置有下熔体循环口32；导流块20的宽度略窄于其正上方阳极13、阴极15和等势电极14，同时下熔体循环口32略宽于其正上方反应间隔31，使得导流块20能够起到导流但不限流的作用。

参见图14、所述阴极15包括阴极端板15a、阴极侧板15b、阴极底板15g和阴极导电板15h；在所述一侧阴极端板15上设置有熔体出口15c，在另一侧阴极端板15上设置有阴极导电板15h；所述阴极端板15a和阴极侧板15b所形成的顶部开口为熔体进口15d；所述阴极端板15a、阴极侧板15b和阴极底板15g两两之间设置加强筋板15e，彼此之间采用焊接或螺栓连接，目的在于防止阴极在高温熔体内部发生变形，影响反应间隔31的间距或造成反应间隔31发生短路；所述阴极侧板15b内侧设置有液态镁收集板15f，使得能够对随着熔体从熔体进口15d流入阴极15内部的液态镁进行汇集，同时也使得熔体中液态镁和氯气能够快速有效的分离，从而保证了电流效率和产量。

所述熔体出口15c与上熔体循环口18连通，使得流入阴极的熔体能够通过上熔体循环口18流入金属室38；所述阴极导电板15h穿过背墙21和后墙3c伸出槽壳1外部；所述隔墙19顶部设置有帘墙17；所述帘墙17顶部设置隔离装置11；所述背墙21设置在后墙3c的靠反应室38一侧，对后墙3c进行局部加强，提高后墙的抗熔体冲刷能力；所述背墙21、隔墙19和帘墙17的两端均与侧墙3b之间设置有膨胀间隙（图中未示出），保证背墙、隔墙和帘墙能够有向两端热膨胀的空间，避免耐火砖因受热膨胀而挤碎；所述背墙21和后墙3c与阴极导电板15h之间设置有膨胀间隙（图中未示出），防止阴极导电板15h之间的耐火砖因受热膨胀而挤碎，所述隔离装置11和槽壳1二者与金属室盖6边缘之间的间隙处设置金属室盖密封5；所述金属室盖密封5为固体氯盐；所述隔离装置11和槽壳1二者与反应室盖12边缘之间的间隙处设置反应室盖密封16；所述反应室盖密封16从下到上依次为耐火浇注料、石膏、电解质和沥青；所述阳极安装孔36与阳极13之间的间隙处设置阳极密封29；所述阳极密封29从下到上依次为石棉绳、电解质、沥青；所述电解质为氯化镁、氯化钠、氯化钙的混合物。

上述实施例中，所述冷却主管9b、冷却支管9f和尾盖9a之间采用焊接连接，并且其相应焊缝处需进行渗铝处理，使得提高焊缝处的抗熔体腐蚀能力；所述冷却支管9f底部设置管支撑27，避免冷却支管9f变形过大而拉裂焊缝；所述熔体冷却器9内的冷却介质采用水或压缩空气，一般正常情况下采用压缩空气作为冷却介质即可实现调温功能，而水冷可用于熔体泄露等紧急情况的时候。

上述实施例中，所述加热电极23与侧墙3b之间设置有电极外密封30；所述阴极导电板15h与槽壳1之间设置有阴极口密封22；所述电极内密封23a、电极外密封30和阴极口密封22为耐火浇注料，浇注料不但具有良好的熔体密封性，而且还具有一定的绝缘阻值，可以避免镁电解装置发生漏电。接地；所述电极23j的一端设置有热电偶安装孔23h，电极另一端设置电极头23t；所述冷却风管23e朝向电极23j的一侧均匀设置有出风孔(图中未示出)，且在冷却风管23e一端设置封头23v。电极头23t的设置能够减缓熔体对于电极23j的电化学腐蚀，提高加热电极23处的密封性。

上述实施例中，所述测温管10底部伸入熔体，测温管10外部和内部分别设置有不锈钢外护管(图中未示出)和熔体测温热电偶(图中未示出)。不锈钢外护管(图中未示出)的设置能够抵抗镁层位置处强烈的熔体腐蚀，从而有效保证延长测温管10的安全性和使用寿命，平均寿命延长3～6个月。

上述实施例中，所述金属室37内设置有熔体液位调节罐26，能够对镁电解装置在电解、加料和出镁过程中所发生的液位变化进行调整，以维持最佳的运行液位高度；所述熔体液位调节罐26包括侧板26a、顶板26b、氩气管26d；所述氩气管26d外侧设置有调节罐防腐护管26c；所述顶板26b内部设置有横撑26e和筋板26f，防止侧板26a和顶板26b在熔体中发生热变形。

上述实施例中，所述反应室盖12、阳极13、背墙21和后墙3c之间设置氯气通道33；所述氯气通道33与氯气罩28内部连通。

上述实施例中，所述阴极15和阳极13之间设置有等势电极14，且等势电极14的数量为1～10块；所述阳极13和阴极15二者与等势电极14之间，以及各等势电极14之间均设有反应间隔31；所述阳极13、阴极15和等势电极14均设置在导流块20的上方；所述反应间隔31设置在下熔体循环口32的上方。使得熔体从下熔体循环口32垂直向上流入反应间隔31，然后从反应间隔31通过熔体进口15d流入阴极15内部。

上述实施例中，所述阳极13和等势电极14采用石墨材料；所述阴极15材料为碳钢，可以提高氯气在阳极上的析出和液态镁在阴极上的汇聚，保证镁电解装置产能。

上述实施例中，所述导流块20下方设置有支撑24。

上述实施例中，所述加料通道7顶部设置有密封盖7a。

上述实施例中，所述金属室盖6设有液位测量氩气管8；所述液位测量氩气管8底部设有氩气出口(图中未示出)并且伸入熔体内部，液位测量氩气管8顶部分别设有氩气进口(图中未示出)和压力检测口(图中未示出)；液位测量氩气管8的外侧设置有不锈钢外护管(图中未示出)。向氩气进口中通入小于0.02Mpa的低压氩气，避免氩气管8中氩气压力产生较大波动。同时通过压力检测口对氩气管8中氩气压力进行监测，在利用熔体液位和氩气管8中氩气压力的线性关系，间接表征出熔体液位的实时高度。

上述实施例中，所述背墙21和防腐带砖4采用氧化铝砖、刚玉砖或莫来石砖中的任一一种砖砌筑而成，氧化铝砖、刚玉砖或莫来石砖均有着较强的抗熔体腐蚀和熔体冲刷能力，可以对镁电解装置进行局部加强；所述镁电解装置耐火内衬3采用黏土砖砌筑而成，虽然黏土砖的抗熔体腐蚀和熔体冲刷能力相对较弱，但其成本相比氧化铝砖、刚玉砖和莫来石砖会低很多，但对于提升镁电解装置的技术经济性是非常有利的。

本发明的工作原理如下：采用上述的低恒温密闭镁电解装置对熔体中氯化镁进行电解生产镁和氯气。首先向装置中加入电解质，电解质一般有三元系MgCl2-NaCl-CaCl2或四元系MgCl2-NaCl-KCl-CaCl2的电解质。两种电解质的组份取决于所加入原料的成分。将电解质的温度控制在651～655℃之间的低温状态。利用通过阴极和阳极的直流电对电解质中的氯化镁进行电解，在反应间隔中阴极一侧的表面生成液态镁，阳极一侧的表面生成氯气。生成的液态镁和氯气在反应室熔体上表面进行分离。其中氯气通过氯气通道被汇集到氯气罩，继而通过氯气管网进入氯气处理系统；液态镁将进一步随着熔体的流动进入阴极内部并汇集于液态镁收集板下，然后通过熔体出口和上熔体循环口进入金属室，最终浮于金属室的熔体表层。镁电解装置在出镁作业前，通过加热电极迅速将熔体温度提高至670～700℃，在出镁作业完成后，通过熔体冷却器将熔体快速降温至651～655℃的低温状态，至此完成一个完整出镁作业温度控制。同时在镁电解装置运行过程中还会由于加料、电解质中氯化镁的组分比例变化、反应间隔短路等原因导致熔体温度出现偏高或偏低的异常现象，此种情况下也可以通过熔体冷却器或加热电极作用来维持正常的熔体温度，提高镁电解装置生产运行的连续稳定性。

镁电解装置的低温电解可将产出镁的纯度提升至99.90%以上，无需二次精炼，产出氯气的浓度提升至96%以上，升华物量减少至8千克/吨镁。，除此之外还节约了电解系统的建设投资，降低了设备和管道的维护成本，明显改善了作业环境，降低了人员劳动强度。

Claims (12)

1.低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：包括槽壳、镁电解装置耐火内衬、隔墙、导流块、防腐带砖、背墙、加料通道、熔体冷却器和加热电极；所述槽壳内部设置有镁电解装置耐火内衬；所述镁电解装置耐火内衬与槽壳之间设置有柔性膨胀板；所述隔墙和导流块将镁电解装置耐火内衬内部分为金属室和反应室；所述镁电解装置耐火内衬包括前墙、侧墙、后墙和槽底；所述前墙和侧墙在镁层所在高度处设置有防腐带砖；所述金属室顶部设置有金属室盖，所述金属室盖上设置有测温管、出镁口、熔体冷却器安装孔和加料通道安装孔；所述金属室内部设有熔体冷却器和加料通道；所述熔体冷却器包括冷却主管、冷却主管法兰和冷却支管；所述冷却主管外部设置冷却器防腐护管，并且在冷却主管顶部和底部分别设置冷却主管法兰和尾盖；所述冷却支管与冷却主管连接并且在其内部形成通道；所述冷却支管内部设置加强肋；所述加料通道内部设置有物料通道，并且在物料通道底部设置有物料出口；所述冷却主管和加料通道分别从熔体冷却器安装孔和加料通道安装孔伸出金属室盖；所述金属室内部侧墙上设置有加热电极；所述加热电极包括内水套、外水套、冷却风管和电极；所述内水套的内部设置有内冷却腔和内溢流腔，并且在内冷却腔一侧设有内水套进水管和内水套出水管；所述外水套的内部设置有外冷却腔和外溢流腔，并且在外冷却腔一侧设有外水套进水管和外水套出水管；所述内溢流腔和外溢流腔分别设置有内溢流管和外溢流管；所述电极中部设置内水套；所述内水套与外水套之间设置电极内密封；所述外水套设置在槽壳上；所述反应室内部设置阳极、阴极和背墙；所述反应室顶部设置有反应室盖；所述反应室盖上设置有阳极安装孔和氯气罩；所述阳极通过阳极安装孔垂直插入反应室；所述隔墙上设置有上熔体循环口；所述导流块之间设置有下熔体循环口；所述阴极包括阴极端板、阴极侧板、阴极底板和阴极导电板；在所述一侧阴极端板上设置有熔体出口，在另一侧阴极端板上设置有阴极导电板；所述阴极端板和阴极侧板所形成的顶部开口为熔体进口；所述阴极端板、阴极侧板和阴极底板两两之间设置加强筋板；所述阴极侧板内侧设置有液态镁收集板；所述熔体出口与上熔体循环口连通；所述阴极导电板穿过背墙和后墙伸出槽壳外部；所述隔墙顶部设置有帘墙；所述帘墙顶部设置隔离装置；所述背墙设置在后墙的靠反应室一侧；所述背墙、隔墙和帘墙的两端均与侧墙之间设置有膨胀间隙；所述背墙和后墙与阴极导电板之间设置有膨胀间隙；所述隔离装置和槽壳二者与金属室盖边缘之间的间隙处设置金属室盖密封；所述金属室盖密封为固体氯盐；所述隔离装置和槽壳二者与反应室盖边缘之间的间隙处设置反应室盖密封；所述反应室盖密封从下到上依次为耐火浇注料、石膏、电解质和沥青；所述阳极安装孔与阳极之间的间隙处设置阳极密封；所述阳极密封从下到上依次为石棉绳、电解质、沥青；所述电解质为氯化镁、氯化钠、氯化钙的混合物。

2.根据权利要求1所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述冷却主管、冷却支管和尾盖之间采用焊接连接，并且其相应焊缝处需进行渗铝处理；所述冷却支管底部设置管支撑；所述熔体冷却器内的冷却介质采用水或压缩空气。

3.根据权利要求1所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述加热电极与侧墙之间设置有电极外密封；所述阴极导电板与槽壳之间设置有阴极口密封；所述电极内密封、电极外密封和阴极口密封为耐火浇注料；所述电极的一端设置有热电偶安装孔，电极另一端设置电极头；所述冷却风管朝向电极的一侧均匀设置有出风孔，且在冷却风管一端设置封头。

4.根据权利要求1所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述测温管底部伸入熔体，测温管外部和内部分别设置有不锈钢外护管和熔体测温热电偶。

5.根据权利要求1所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述金属室内设置有熔体液位调节罐；所述熔体液位调节罐包括侧板、顶板、氩气管；所述氩气管外侧设置有调节罐防腐护管；所述顶板内部设置有横撑和筋板。

6.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述反应室盖、阳极、背墙和后墙之间设置氯气通道；所述氯气通道与氯气罩内部连通。

7.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述阴极和阳极之间设置有等势电极，且等势电极的数量为1～10块；所述阳极和阴极二者与等势电极之间，以及各等势电极之间均设有反应间隔；所述阳极、阴极和等势电极均设置在导流块的上方；所述反应间隔设置在下熔体循环口的上方。

8.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述阳极和等势电极采用石墨材料；所述阴极材料为碳钢。

9.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述导流块下方设置有支撑。

10.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述加料通道顶部设置有密封盖。

11.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述金属室盖设有液位测量氩气管；所述液位测量氩气管底部设有氩气出口并且伸入熔体内部，液位测量氩气管顶部分别设有氩气进口和压力检测口；液位测量氩气管的外侧设置有不锈钢外护管。

12.根据权利要求1-5任一项所述的低恒温密闭镁电解装置，其特征在于：所述背墙和防腐带砖采用氧化铝砖、刚玉砖或莫来石砖中的任一一种砖砌筑而成；所述镁电解装置耐火内衬采用黏土砖砌筑而成。

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