影响流水线镁电解稳定运行关键因素研究

2019-12-26李万利

世界有色金属 2019年18期

李万利

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州 730021）

1 镁电解技术的发展形势

在发展的过程中，镁电解槽初期使用的主要是无隔板的电解槽，后期开始使用有隔板的槽。当前在使用的过程中，主要使用无隔板和多级槽，依照阳极的位置对电解槽进行划分，可以划分为上插槽、侧插槽和下插槽，上插阳极由于电解槽维护和更换较为方便，所以应用较为广泛，侧插槽和下插槽能够在应用的过程中对石墨阳极完全隔绝空气，可以让石墨氧化损耗大幅度降低，但是会导致石墨连接的铸铁出现电化学溶解等情况，所以导致发展受到了一定的阻碍，但是利用强制冷却阳极头的方式，可以有效的将该问题解决。

2 案例分析

我国四川某海绵钛厂引进了国外的海绵钛厂设备在镁电解的过程中使用的主要是大型流水线镁电解槽技术，利用气压泵来保证整个流程的物流和能流平衡，已经使用了超过三个月，稳定性较好，但是在循环运行的过程中产生了大面积漏槽的问题，造成循环中断，对循环的连续稳定性产生了一定的影响，本文重点分析研究对循环稳定运行产生影响的因素，以便后期进行控制。

3 影响循环稳定运行的关键因素

3.1 电解槽泄漏

（1）漏槽原因。在流水线运行的过程中产生大面积漏槽的问题，造成循环液位大幅度下降，甚至比电解槽溢流口低，这样就会导致电解质大幅度流失，对流水线的稳定性产生较大的影响。通过分析研究发现，大部分电解槽泄漏位置主要是阳极头位置，通过判断发现阳极头位置的温度相对较高，这就导致阳极头附近的电解质凝固层受到破坏，最终造成漏槽的问题。导致阳极头温度过高的原因在于电极电流过载，这样就会导致自身出现大量热量，由于在操作的过程中，电解槽电极是通过多组结构相同的阴阳极交替并联而产生的，从理论上进行分析这种方式在运用的过程中电极电流分布较为稳定，但是操作的过程中可能会出现很多影响因素。而且电极电流相对较大，可能可以达到5000A，无法直接对大电流进行测量，所以需要测量一段铝母排压降来对整体的电流进行分析。

图1 电极电流与电极头温度的关系

对数据和图表进行查看，可以发现阳极电流分布位置和阳极头温度规律相同，主要是电流高的时候，阳极头出现的温度也高，在电阻不变的情况下，利用欧姆定律就可以发现，如果电流增强一倍，电阻热就出现平方式的增长，这样就会导致阳极头的温度较高，由于电极的运行电解质慢慢开始渗透向外部保持层，会逐步降温，达到熔点之后就会产生凝固层。这样可以有效的避免电解槽出现泄漏，但是由于下插槽的阳极在耐火层中埋入，在电极电流过载的条件下，电极会出现一定的热量，最终导致附近的温度大幅度上升，在温度达到电解质熔点的过程中就会破坏电解质凝固层，并且慢慢向外渗漏，如果这时候依然持续过热，就会造成电极出现泄漏，产生漏槽的问题。

（2）处理措施。导致电解槽泄漏的核心因素就是局部电极电流出现过载的情况，电解槽各个电极产生电流分布不均的问题。对同一数据进行分析可以发现，流水线电解槽的集镁室和电解室相比更加窄。另外插阳极布置的过程中，导致槽底除渣有较大的难度，甚至无法有效的将死区清除。伴随电解的开始，电解残渣无法有效清除，就会累积在阴极当中，这样就会严重的影响阴极镁的汇聚，导致镁损失。

另外，金属镁电解残渣的导电性相对较好，可能会导致阴阳极之间出现短路等问题，和熔盐电阻相比，其电阻相对较小，可能会导致大量电流从电极当中通过。在此过程中阴阳极不会出现电化学反应，也不会产生氯气和镁。由于没有足够的动力带动，导致短路的产生，残渣无法有效的被清理。在此过程中就会导致电极出现持续电流或在阴阳极之间产生短路。这种短路现象会导致非常严重的后果，因为金属镁的偏析聚集，在冷却之后，就会从电解残渣中逐步析出，但是电解残渣和热态的镁熔聚在一起，在阴阳极间造成阳极产生严重的短路。

因为缺乏动力，无法完全的将阴阳极短路的电极残渣消除。在电流过载电极附近使用4分管通入氩气，这样可以有效的改善电极电流的情况，让电流明显降低，有效的解决电极电流过载的问题。

3.2 循环温度

因为流水线镁电解槽热源主要是熔盐电阻热所产生的，如果超电压异常或者出现停电操作，电解槽温度会快速下降，会对循环连续稳定运行产生较大影响。在此过程中可能会产生连续断电处理母排等问题。在停电之后电解槽的温度情况较为异常，可能会造成液态镁在槽当中出现凝固，对循环流速产生很大的影响。在流速降低之后造成电解质和煤在溜槽当中出现凝固等问题。

3.3 循环流量

流水线电解质循环主要是通过气压泵把尾槽当中的电解质送入到头槽而产生的。在操作的过程中如果气压泵的流量无法达到要求，很出现很大的问题，对整体系统的运行是非常不利的，无法及时把集镁室当中的液镁带入到尾槽分离。

通过分析可以发现由于循环流量的进一步上升，相邻电解槽当中的氯化镁浓度差和温度才会出现进一步下降，对相关数据进行分析可以发现循环量在逐步上升，在此过程中也带动电解质，加快了流水线的能流和物流与循环量的进一步增加，在运行的过程中会导致电解槽出现温度差下降趋势变缓等问题，无法保证设备的稳定性，在应用的过程中该参数和循环电解质在电解槽当中热交换期间的时间相关。如果温差相对较小，在操作的过程中电解质的热交换也慢慢变缓，导致相连电解槽当中氯化镁的浓度差在前期会逐步随着循环流量的增加而进一步的下降，在后期会出现逐步增加的趋势，究其原因主要是循环流量下降的时候，出现了电解室和集镁室之间的电解质交换也逐步减弱的情况，电解室当中的镁无法及时的向集镁室当中送入，导致副反应增加，电解的效率大幅度下降，所以一定要重视让循环流量增加，这是保证流量稳定的基础，可以让循环的稳定性大幅度提高。