Journals →  Цветные металлы →  2020 →  #4 →  Back

Легкие металлы, углеродные материалы
ArticleName Обзор конструкций электролизеров для производства магния и усовершенствование технологии электролиза
DOI 10.17580/tsm.2020.04.04
ArticleAuthor Лысенко А. П., Тарасов В. П., Комелин И. М.
ArticleAuthorData

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. П. Лысенко, профессор каф. цветных металлов и золота, канд. техн. наук, эл. почта: reikis@yandex.ru
В. П. Тарасов, зав. каф. цветных металлов и золота, проф., докт. техн. наук
И. М. Комелин, ведущий инженер каф. цветных металлов и золота, эл. почта: komelin@mail.ru

Abstract

Рассмотрены основные конструктивные решения по усовершенствованию электролизеров и определены приоритетные направления их дальнейшего совершенствования. Приведены характеристики бездиафрагменного и биполярного электролизеров. Показаны преимущества биполярного электролизера с существенными усовершенствованиями конструкции:
– размещение двух биполярных электродов между катодом и анодом позволяет в 3 раза повысить производительность по сравнению с монополярными при одинаковой токовой нагрузке, а также снизить удельный расход электроэнергии с 13,5 до 10 кВт·ч/кг Mg;
– герметичность электролизера, снижающая потери электролита и хлора, позволяющая убрать сантехотсос, прекратить откачку шламоэлектролитной смеси и выборку шлама, а также замену анодов за весь период эксплуатации;
– проведение процесса электролиза при низкой температуре (655 oC) для снижения потерь магния в результате протекания обратной реакции магния с хлором;
– подогрев электролита и магния с помощью подогревных электродов переменного тока на период его выборки и охлаждение после окончания выборки с помощью воздухоэлектролитного теплообменника;
– поддержание постоянного уровня электролита с помощью заполняемой аргоном балластной емкости для облегчения перетока магния в сборную ячейку и снижения его потерь;
– использование водяного охлаждения для интенсификации электролиза (поднятия нагрузки без перегрева электролита) и увеличения срока службы анодов;
– малое межполюсное расстояние, снижающее напряжение на ванне и соответственно удельный расход электроэнергии.
Из всех перечисленных усовершенствований конструкции во внедряемых в настоящее время на российских заводах электролизерах Э230 СВО используют только водяное охлаждение анодных головок. Все рассмотренные электролизеры (и биполярный) имеют общий недостаток — низкий выход по току в интервале 78–85 %. Предложен способ проведения процесса электролиза с получением магния на катодных поверхностях в твердом виде. Этот способ снижает степень обратного взаимодействия между хлором и магнием. Приведены методика лабораторных экспериментов по электролизу магния в различных температурных режимах и полученные результаты. Показано, что проведение процесса электролиза магния в твердом виде увеличивает выход по току до 95–96 %. По итогам работы сформулированы основные направления усовершенствования конструкции и технологии электролитического производства магния.

keywords Магний, электролиз, солевой расплав, бездиафрагменный электролизер, биполярный электролизер, выход по току, лабораторная ячейка, усовершенствование конструкции
References

1. Pat. 10017867 US. Electrorefining of magnesium from scrap metal aluminum or magnesium alloys / Gesing A. J., Das S., Gesing M. A. ; Publ. 13.08.2015.
2. Белоусов М. В., Ракипов Д. Ф., Колесникова М. П. Современное состояние и перспективы развития производства магния // Материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 10–11 октября 2014. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. С. 250–254.
3. Thayer R. L., Neelameggham R. Improving the Electrolytic Process for Magnesium Production // Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. August 2001. P. 15–17. DOI: 10.1007/s11837-001-0128-2.
4. Язев В. Д. Создание электролизера для производства магния. — Березники, 2007. — 278 с.
5. Щеголев В. И., Лебедев О. А. Электролитическое получение магния. — М. : Руда и металлы, 2002. — 245 с.
6. Сергеев В. А, Калмыков А. Г., Агалакова Н. Н. Модернизация электролизеров в цехе металлургии магния АВИСМА // Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. 10–11 октября 2014. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. С. 125–129.
7. Лебедев В. А., Седых В. И. Металлургия магния : учебное пособие. — Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2010. — 174 с.
8. Пат. 2137864 РФ. Способ получения магния на графитовом электроде / Татакин А. Н., Бойцева В. Н., Афанасьева А. С., Грищенко Р. В., Борисоглебский Ю. В. ; опубл. 20.09.1999.
9. Стрелец Х. Л., Десятников О. Г., Желуднева В. Н. Журнал прикладной химии. Вязкость расплавов MgCl2 – NaCl – KCl – CaCl2 при содержании 10 % (мас.) MgCl2. 1955. № 4. С. 643.
10. Стрелец Х. Л., Десятников О. Г. Электропроводность расплавленных солей изоконцентрационного разреза [10 % (вес.) MgCl2] системы MgCl2 – KCl – NаCl – CaCl2 // Труды ВАМИ. 1957. № 39. С. 415-421.
11. Belavadi J. B., Rajagopalan N., Desikan P. S., Sen U. Fusibility stady of the magnesium cell electrolyte containing MgCl2, CaCl2, NaCl and KCl // J. Appl. Electrochem. 1982. Vol. 12, No. 5. P. 501–503.
12. Технологическая инструкция «Производство магния-сырца электролитическим способом». — Запорожье : ЗТМК, 1997.
13. Osamu Takeda, Tetsuya Uda, Toru H. Okabe. Treatise on Process Metallurgy. 2014. Vol. 3: Industrial Processes. P. 1057
14. Gokhan Demirci, Ishak Karakaya. Electrolytic magnesium production and its hydrodynamics by using an Mg–Pb alloy cathode // Journal of Alloys and Compounds. 2008. No. 465. P. 255–260.
15. ГОСТ Р 57613–2017. Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия. — Введ. 1.08.2018.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back