CN110219021B - 一种镁电解槽及镁电解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁电解槽和镁电解工艺，包括电解槽本体，电解槽本体由碳素材料制成，电解槽本体在中间处设有一分隔墙以使得电解槽本体被分为电解池和还原室，电解池和还原室上部由分隔墙隔离，下部连通；电解池的上方敞开，还原室上方有盖板密封，电解池内安装有阳极块；盖板或还原室的上部的侧壁上开设有连接口。该镁电解工艺采用二氧化硅、氧化钙、氟化钙、氧化镁为电解液，直接用氧化镁为原料。本发明提供的镁电解槽结构简单，建造方便，配合本发明提供的镁电解工艺，具有工艺流程短、能耗低、电解液和原料获取容易等优点，将极大地推动镁冶金工业的发展，并改善环境污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种镁电解槽及镁电解工艺。
背景技术
现在镁的冶炼有两种工艺：硅热法和电解法。硅热法需要先冶炼出硅铁，然后再用硅铁在高温和真空（含惰性气体保护）的条件下还原出金属镁，该工艺工序过程复杂，需要消耗大量的能源，同时产生大量的粉尘，严重污染环境。电解法是以无水氯化镁为原料，但是无水氯化镁制取困难，需要在氯气保护的条件下加热氯化镁，而氯气极易腐蚀设备。这两种工艺都存在缺陷，极大的限制了镁冶金工业的发展。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种镁电解槽。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种镁电解槽，包括电解槽本体，所述电解槽本体由碳素材料制成，所述电解槽本体在中间处设有一分隔墙以使得所述电解槽本体被分为电解池和还原室，所述电解池和还原室上部由所述分隔墙隔离，下部连通；所述电解池上方敞开，所述还原室的上方放置有盖板，当所述盖板放置在所述还原室的上方时可实现对所述还原室的上方密封处理，所述电解池内安装有阳极块，所述盖板或所述还原室的上部的侧壁上开设有连接口。
进一步地，所述电解槽本体的下方设置有电磁搅拌器。
进一步地，所述电解池和还原室的底部放置有铁、锰中的一种或两种。
本发明还提供一种使用上述镁电解槽进行镁电解的工艺，其直接使用氧化镁为原料，电解液的成分为二氧化硅、氧化钙、氟化钙和氧化镁的混合物。
进一步地，镁电解的工艺中，所述电解液的高度高于所述分隔墙的下端。
进一步地，镁电解的工艺中，所述还原室由惰性气体保护。
本发明提供的一种使用上述镁电解槽进行镁电解的工艺，包括以下步骤：
1）取下还原室上方的盖板，然后往电解池和还原室内加入电解液，电解液的高度高于分隔墙的下端、低于连接口以使得电解池和还原室的下部在电解液和隔离墙的作用下互相隔离；
2）在电解池和还原室的上方盖上盖板，并将外部的真空泵通过管道连接电解池处的连接口，将外部的镁蒸气冷凝器、惰性气体罐、真空泵连接还原室处的连接口，此时除了连接口处，盖板实现对电解池和还原室的上端敞口的密封；
3）启动真空泵，抽出电解池和还原室内的空气以形成一种真空状态；
4）关闭真空泵，往电解池内加入空气，往还原室内加入惰性气体，二者同步进行，直到电解池和还原室的压强与大气压平衡；
5）移走电解池上方的盖板，并在电解池内安装阳极块，阳极块由阳极母线固定在外围钢结构上，并由阳极母线向阳极块导电；
6）将阳极块连接正极，电解槽本体连接负极，通电后实现电解，往电解池内加入氧化镁，在还原室内生成镁蒸气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的镁电解槽结构简单，建造方便，配合本发明提供的镁电解工艺，具有工艺流程短、能耗低、电解液和原料获取容易等优点，将极大地推动镁冶金工业的发展，并改善环境污染的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例启动中抽真空时的正剖视图；
图2为本发明实施例启动中抽真空时的俯视图；
图3为本发明实施例正常生产时的正剖视图；
图4为本发明实施例正常生产时的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图4，本发明提供一种镁电解槽，包括电解槽本体1，电解槽本体1由碳素材料制成，电解槽本体1在中间处设有一分隔墙2以使得电解槽本体1被分为电解池3和还原室4，电解池3和还原室4上部由分隔墙2隔离，下部连通；还原室4的上方放置有盖板5，当盖板5放置在还原室4的上方时可实现对还原室4的上方密封处理，电解池3内安装有阳极块6，阳极块6由阳极母线固定在外围钢结构上，并由阳极母线向阳极块6导电，阳极块6为碳素阳极，盖板5上开设有连接口7，盖板5由粘土质耐火材料制作。
电解槽的启动和生产按以下步骤进行：
1）取下还原室4上方的盖板5，往电解池3和还原室4内加入电解液9，电解液9成分为二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氟化钙的混合液，电解液9的高度高于分隔墙2的下端；
2）在电解池3和还原室4的上方盖上设置有连接口7的盖板5，并将外部的真空泵通过管道连接电解池3上的盖板5的连接口7，将外部的镁蒸气冷凝器、氩气罐、真空泵连接还原室4上的盖板5的连接口7，此时除了连接口7处，盖板5实现对电解池3和还原室4的上端的密封；
3）启动真空泵，抽出电解池3与还原室4内的空气以形成一种真空状态（真空度符合常规的镁电解的真空度即可）；
4）关闭真空泵，往电解池3内加入空气，往还原室4内加入氩气，二者同步进行，直到电解池3和还原室4的压强与大气压平衡；
5）移走电解池3上方的盖板5，并在电解池3内安装阳极块6，阳极块6由阳极母线固定在外围钢结构上，并由阳极母线向阳极块6导电，阳极块6上端暴露在空气中，下部浸在电解液9中，但不与电解池3的底部和侧壁接触；
6）往电解池3内加入铁水10，将阳极块6连接正极，电解槽本体连接负极；
7）把电磁搅拌器8安装在电解槽下方并启动；电解槽启动完成；
8）接通电源后，在电解的作用下，电解液9中的二氧化硅被分解，在正极即阳极块6生成氧气，并与阳极块6（碳素材料）反应生成二氧化碳溢出进入空气中，在电解池3下方生成单质硅，单质硅溶解于铁水10中形成硅铁；
9）电解液9中的氧化镁和溶解于铁水10中的硅向还原室4移动，电磁搅拌器8加快这一进程；
10）电解液9中的氧化镁和铁水10中的硅在还原室4（高温以及氩气保护的条件）反应，生成二氧化硅和镁蒸汽；
11）二氧化硅向电解池3移动，电磁搅拌器8加快这一进程；
12）由于电解液9中的氧化镁不断地向还原室4移动，并在还原室4内与铁水4中的硅反应，所以浓度不断的下降，需要人为的往电解池内加入氧化镁；
13）电解液9中的二氧化硅在电解池3内分解生成硅，并向还原室4移动，最后又在还原室4内与氧化镁反应生成二氧化硅，并向电解池3移动，两者同时进行，电解池3的浓度在下降，还原室4的浓度在上升，总的浓度不变，电磁搅拌器加快它们的移动，达到平衡，也加快生产效率；
14）镁蒸汽在还原室4内生成，通过连接口7进入冷凝器，变成镁熔液，镁熔液经过浇铸就得到了镁锭了。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种镁电解槽，包括电解槽本体（1），所述电解槽本体（1）由碳素材料制成，其特征在于，所述电解槽本体（1）在中间处设有一分隔墙（2）以使得所述电解槽本体（1）被分为电解池（3）和还原室（4），所述电解池（3）和还原室（4）上部由所述分隔墙（2）隔离，下部连通，所述电解池（3）和还原室（4）的底部放置有铁、锰中的一种或两种；所述电解池（3）上方敞开；所述还原室（4）的上方处放置有盖板（5），当所述盖板（5）放置在所述还原室（4）的上方时可实现对所述还原室（4）的上方密封处理，所述电解池（3）内安装有阳极块（6），阳极块（6）连接正极，电解槽本体（1）连接负极，所述还原室（4）的上部的侧壁上开设有连接口（7），实施时，电解池（3）盖上带有连接口（7）的盖板（5），电解池（3）上的盖板（5）的连接口（7）通过管道连接真空泵，还原室（4）上的盖板（5）的连接口（7）连接外部的镁蒸气冷凝器、氩气罐、真空泵；使用氧化镁为原料，电解液的成分为二氧化硅、氧化钙、氟化钙和氧化镁的混合物，所述电解液的高度高于分隔墙（2）的下端。
2.根据权利要求1所述的镁电解槽，其特征在于，所述电解槽本体（1）的下方设置有电磁搅拌器（8）。
3.一种使用权利要求1所述的镁电解槽进行镁电解的工艺，其特征在于，所述还原室（4）由惰性气体保护。
4.根据权利要求3所述的镁电解工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）取下还原室（4）上方的盖板（5），然后往电解池（3）和还原室（4）内加入电解液，电解液的高度高于分隔墙（2）的下端、低于连接口（7）以使得电解池（3）和还原室（4）的下部在电解液和隔离墙（2）的作用下互相隔离；
2）在电解池（3）和还原室（4）的上方盖上盖板（5），并将外部的真空泵通过管道连接电解池（3）处的连接口（7），将外部的镁蒸气冷凝器、惰性气体罐、真空泵连接还原室（4）处的连接口（7），此时除了连接口（7）处，盖板（5）实现对电解池（3）和还原室（4）的上端敞口的密封；
3）启动真空泵，抽出电解池（3）和还原室（4）内的空气以形成一种真空状态；
4）关闭真空泵，往电解池（3）内加入空气，往还原室（4）内加入惰性气体，二者同步进行，直到电解池（3）和还原室（4）的压强与大气压平衡；
5）移走电解池（3）上方的盖板（5），并在电解池（3）内安装阳极块（6）；
6）将阳极块（6）连接正极，电解槽本体（1）连接负极，通电后实现电解，往电解池（3）内加入氧化镁，在还原室（4）内生成镁蒸气。
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