鎂電解作業(yè)探究

王永榮，李鵬業(yè)

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000）

鎂電解作業(yè)一般有電解槽烘爐、電解槽啟動(dòng)、電解工藝操作、電解槽故障及其處理、陽(yáng)極氣體處理等過(guò)程。

1 電解槽烘爐

為快速達(dá)到電解槽設(shè)計(jì)指標(biāo)和提高電解槽內(nèi)襯的壽命，電解槽在啟動(dòng)之前必須嚴(yán)格按照烘爐曲線溫度控制要求進(jìn)行烘爐，進(jìn)而徹底除去電解槽內(nèi)部的水分。電解槽的烘爐可采用電加熱和天然氣加熱兩種方式。天熱氣加熱時(shí)需要嚴(yán)格做好電解槽密封，以減少空氣與陽(yáng)極的接觸機(jī)會(huì)防止電解槽內(nèi)部陽(yáng)極被氧化。

利用天然氣進(jìn)行烘爐時(shí)必須要做好各種前期的檢查工作，避免烘爐期間因準(zhǔn)備工作不充分而導(dǎo)致烘爐中斷。首先烘爐前一定要檢查極距情況，對(duì)于偏差較大的必須要重新調(diào)整，以避免新槽啟動(dòng)后因陽(yáng)極問(wèn)題轉(zhuǎn)入臨時(shí)檢修工作。陽(yáng)極冷卻夾套及交流電極冷卻水流量是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)也是一個(gè)很重要的檢查工作，必須要確保烘爐前水流量正常，否則陽(yáng)極很容易被燒損，投運(yùn)交流電極后極易發(fā)生電解質(zhì)泄漏。

啟動(dòng)前的各項(xiàng)檢查工作完成后，利用天然氣烘爐，期間需嚴(yán)格按照烘爐曲線及時(shí)間要求進(jìn)行，并做好排水工作。

圖1 烘爐曲線圖

2 電解槽啟動(dòng)

在生產(chǎn)中根據(jù)啟動(dòng)是否使用交流電加熱而分為兩種啟動(dòng)方法：交流電啟動(dòng)及直流電啟動(dòng)。利用直流電啟動(dòng)時(shí)，在接通電源的初期，金屬鎂呈海綿狀固態(tài)析出，很容易造成陰陽(yáng)極的短路，極易造成電解槽的冷槽，處理的勞動(dòng)強(qiáng)度特別大。通常采用交流地啟動(dòng)的方法。

在電解槽烘爐達(dá)到預(yù)定溫度后，槽殼內(nèi)抽水工作繼續(xù)進(jìn)行。利用抬包將準(zhǔn)備好的電解質(zhì)加入電解槽中，當(dāng)電解質(zhì)液面高于交流電極10cm左右后停止加入電解質(zhì)，啟動(dòng)交流電極對(duì)已加入的電解質(zhì)進(jìn)行保溫及加熱12h。繼續(xù)添加電解質(zhì)至滿足直流啟動(dòng)的液位要求，并及時(shí)調(diào)整交流加熱變功率，防止出現(xiàn)電解質(zhì)低溫。實(shí)踐證明，當(dāng)一次性將電解質(zhì)加入電解槽后，利用交流電極加熱至670℃以上時(shí)需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，直接影響后續(xù)電解槽的啟動(dòng)工作。電解質(zhì)添加結(jié)束后，繼續(xù)將熔體加熱12h～15h左右，以便于在通直流電和析出鎂液之前，便于利用電解質(zhì)將隔墻浸漬好。將電解槽接入直流系列，電解槽就可以投料及產(chǎn)出。當(dāng)電解槽溫度不需要交流電輔助加熱時(shí)，可以停用交流電。抽水工作在無(wú)法抽出酸水后停止抽水。

3 電解槽工藝操作

（1）電解槽加料。無(wú)水氯化鎂顆粒料通過(guò)氣力輸送系統(tǒng)輸送至每臺(tái)電解槽對(duì)應(yīng)的中間料倉(cāng)中，根據(jù)電解質(zhì)中氯化鎂濃度情況調(diào)整下料頻率。氯化鎂顆粒料是從電解室中部加入的。通過(guò)每班次對(duì)氯化鎂濃度的分析需要及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。為使鎂珠更好的匯集，還需要通過(guò)實(shí)際情況添加CaF2，除特殊情況外，CaF2的添加是在輸送氯化顆粒料時(shí)按照輸送量的0.02%進(jìn)行添加。由于熔體中還有少量氧化物的存在，氧化物過(guò)高會(huì)造成陰極鈍化，嚴(yán)重影響電解槽效率，還需要添加碳粉。根據(jù)電解質(zhì)中鋁液濃度進(jìn)行調(diào)整。如果電解質(zhì)中氯化鈉、氯化鈣含量偏低，則需要在熔鹽爐中配比較高含量的電解質(zhì)，利用抬包倒換電解質(zhì)改變其成分，如果需要的量較少也可以通過(guò)人工添加的方式進(jìn)行改變。

（2）出鎂。出鎂是利用抬包從電解槽中抽出熔融金屬鎂。由于配比的電解質(zhì)密度較大于鎂液密度，故產(chǎn)出的鎂液在電解質(zhì)上部。真空抬包管深入鎂液后就可以將其抽出，其中也會(huì)夾帶抽取一定的電解質(zhì)，這部分電解質(zhì)自動(dòng)分離后排至熔鹽爐中，鎂液排至精煉爐進(jìn)行澆鑄。出鎂時(shí)電解溫度一般不低于700℃，否則容易堵塞出鎂管。

（3）除渣。由于加入電解槽中的氯化鎂顆粒料含有水、MgOHCl，氯化鎂的水解，鎂液的氧化、空氣滲入后帶入的水分與原料的反應(yīng)等原因，會(huì)在槽底部產(chǎn)生大量的MgO渣。大量的槽渣產(chǎn)生后電解質(zhì)流動(dòng)性變差，同時(shí)會(huì)堵塞電解質(zhì)循環(huán)路徑，故必須渣量達(dá)到影響電解槽運(yùn)行時(shí)進(jìn)行出渣操作?，F(xiàn)在一般采用機(jī)械出渣的方式，出渣前將電解槽中的鎂出干凈，以避免出渣期間鎂液的大量燃燒產(chǎn)生更多的槽渣。出渣時(shí)，打開(kāi)集鎂室的槽蓋，吊出預(yù)制塊，利用專用的抓斗經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)行抓渣。抓渣后電解質(zhì)液位會(huì)下降，需及時(shí)補(bǔ)充液位，避免發(fā)生電解室中短路的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

4 電解槽故障及處理

（1）MgCl2濃度過(guò)高。為保證電解槽較高的電流效率跟氯氣濃度，在電解生產(chǎn)時(shí)電解質(zhì)中氯化鎂濃度通常保持在10%～20%，如果電解槽電解質(zhì)中的MgCl2濃度較高時(shí)（＞20%），電解槽內(nèi)就存在高循環(huán)風(fēng)險(xiǎn)。所謂電解槽內(nèi)的高循環(huán)，是指電解質(zhì)從一個(gè)隔間轉(zhuǎn)移到另一個(gè)隔間，然后再返回的過(guò)程。

這種情況會(huì)造成效率損失，從而降低MgCl2的消耗量，進(jìn)一步加大MgCl2的濃度，造成更多的循環(huán)和更高的效率損失。如果發(fā)生以上狀況可采取降低加料速度的措施處理，降低電解槽的進(jìn)料量及進(jìn)料速度后將導(dǎo)致電解槽質(zhì)位降低。因此，需要定期向電解槽內(nèi)添加電解質(zhì)。

（2）MgCl2濃度過(guò)低。在正常生產(chǎn)時(shí)如果電解槽電解質(zhì)中的MgCl2濃度較低時(shí)，會(huì)造成電流效率及其氯氣濃度的下降，為保證正常生產(chǎn)，必須及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。采取的措施是必須在很短的時(shí)間內(nèi)提高無(wú)水氯化鎂顆粒料的投料速度。提高投料速率一段時(shí)間后進(jìn)行取樣分析，用以確認(rèn)MgCl2濃度是否已經(jīng)有所恢復(fù)，并相應(yīng)地重新調(diào)整投料速度。

（3）熱槽。由于極距的增大，氯氣管道堵塞，氯氣的排放量減少、電解質(zhì)配比不合理，槽渣增多、氯化鎂濃度變高，電阻增大，電流密度增大等原因都可以引起電解槽的熱槽，當(dāng)電解質(zhì)溫度達(dá)到740℃時(shí)，鎂液在電解質(zhì)中翻滾，造成鎂的二次反應(yīng)損失，電流效率降低。當(dāng)電解槽的槽溫過(guò)高時(shí)，會(huì)造成很多危害，升華物的量增加，容易堵塞氣體導(dǎo)道，處理升華物的操作也增加，加大了勞動(dòng)強(qiáng)度；鎂燃燒損失加重，鎂的溫度越高，與氧氣的反應(yīng)就會(huì)越劇烈，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，會(huì)促進(jìn)槽溫進(jìn)一步升高，反應(yīng)還會(huì)生成氧化鎂，導(dǎo)致氧化鎂含量增加；電解槽中的電解質(zhì)、液態(tài)鎂以及氯氣泡的正常運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)遭到破壞,氯氣和金屬鎂接觸的機(jī)會(huì)增加，導(dǎo)致電流效率降低；氧化鎂等雜質(zhì)含量增加，導(dǎo)致槽渣增多，槽電壓升高，導(dǎo)致電耗增加，槽溫會(huì)繼續(xù)升高，形成惡性循環(huán)；槽溫過(guò)高還會(huì)增大電解槽陰極處電解質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)影響到粗鎂的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此要嚴(yán)格控制電解槽中熔體的溫度。鎂電解槽中熔體的溫度一般控制在680℃～720℃。

（4）冷槽。當(dāng)電解槽在直流運(yùn)行過(guò)程中，其槽溫低于675℃時(shí)電解槽就處于冷槽期，電解槽加料量過(guò)大或直流電流降低時(shí)滿足不了電解槽能量時(shí)都有可能發(fā)生冷槽，冷槽時(shí)電解質(zhì)表面顏色變?yōu)榘导t色，電解室中鎂液與電解質(zhì)分離不充分，鎂液不能很好的在電解質(zhì)表面凝聚，是以鎂珠的形式出現(xiàn)在陰極附近，這種情況極易引起陰極與陽(yáng)極之間的短路，如果槽溫度持續(xù)降低，很容易造成電解槽陽(yáng)極撓性連接器的燒損，還可能帶來(lái)更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以應(yīng)避免電解槽冷槽的發(fā)生。如果電解槽電解質(zhì)溶體溫度出現(xiàn)持續(xù)下降情況，應(yīng)立即開(kāi)啟電解槽交流加熱變壓器，及時(shí)升溫[2]。

5 電解槽陽(yáng)極氣體處理

電解槽陽(yáng)極氣體主要是陽(yáng)極升華物跟氯氣，由于陽(yáng)極升華物中含有致癌物質(zhì)（氯代烴等）一般采用沉降與布袋過(guò)濾方式將氯氣與升華物分離，陽(yáng)極升華物與氯氣分離后對(duì)陽(yáng)極升華物進(jìn)行水溶，在陽(yáng)極升華物的水溶液中按配比加入混凝劑、絮凝劑及堿液攪拌，最終將陽(yáng)極升華物中的有害物質(zhì)分離進(jìn)行無(wú)害化處理。目前電解鎂廠對(duì)氯氣的處理是根據(jù)自身原料和工藝情況選擇處理方式的，氯氣的處理方式有：氯氣二次循環(huán)至氯化鎂脫水（上個(gè)世紀(jì)青海民和鎂廠采用氯氣抑制氯化鎂熔體的水解）[3]、氯氣輸送至下游制PVC、氯氣制鹽酸等方式。

6 小結(jié)

電解槽工藝條件的控制至關(guān)重要，先期出現(xiàn)的小問(wèn)題小故障必須及時(shí)處理，避免后期對(duì)電解槽造成不可逆的影響。