影響流水線鎂電解穩(wěn)定運行關(guān)鍵因素研究

李萬利

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730021）

1 鎂電解技術(shù)的發(fā)展形勢

在發(fā)展的過程中，鎂電解槽初期使用的主要是無隔板的電解槽，后期開始使用有隔板的槽。當前在使用的過程中，主要使用無隔板和多級槽，依照陽極的位置對電解槽進行劃分，可以劃分為上插槽、側(cè)插槽和下插槽，上插陽極由于電解槽維護和更換較為方便，所以應(yīng)用較為廣泛，側(cè)插槽和下插槽能夠在應(yīng)用的過程中對石墨陽極完全隔絕空氣，可以讓石墨氧化損耗大幅度降低，但是會導致石墨連接的鑄鐵出現(xiàn)電化學溶解等情況，所以導致發(fā)展受到了一定的阻礙，但是利用強制冷卻陽極頭的方式，可以有效的將該問題解決。

2 案例分析

我國四川某海綿鈦廠引進了國外的海綿鈦廠設(shè)備在鎂電解的過程中使用的主要是大型流水線鎂電解槽技術(shù)，利用氣壓泵來保證整個流程的物流和能流平衡，已經(jīng)使用了超過三個月，穩(wěn)定性較好，但是在循環(huán)運行的過程中產(chǎn)生了大面積漏槽的問題，造成循環(huán)中斷，對循環(huán)的連續(xù)穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定的影響，本文重點分析研究對循環(huán)穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響的因素，以便后期進行控制。

3 影響循環(huán)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素

3.1 電解槽泄漏

（1）漏槽原因。在流水線運行的過程中產(chǎn)生大面積漏槽的問題，造成循環(huán)液位大幅度下降，甚至比電解槽溢流口低，這樣就會導致電解質(zhì)大幅度流失，對流水線的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。通過分析研究發(fā)現(xiàn)，大部分電解槽泄漏位置主要是陽極頭位置，通過判斷發(fā)現(xiàn)陽極頭位置的溫度相對較高，這就導致陽極頭附近的電解質(zhì)凝固層受到破壞，最終造成漏槽的問題。導致陽極頭溫度過高的原因在于電極電流過載，這樣就會導致自身出現(xiàn)大量熱量，由于在操作的過程中，電解槽電極是通過多組結(jié)構(gòu)相同的陰陽極交替并聯(lián)而產(chǎn)生的，從理論上進行分析這種方式在運用的過程中電極電流分布較為穩(wěn)定，但是操作的過程中可能會出現(xiàn)很多影響因素。而且電極電流相對較大，可能可以達到5000A，無法直接對大電流進行測量，所以需要測量一段鋁母排壓降來對整體的電流進行分析。

圖1 電極電流與電極頭溫度的關(guān)系

對數(shù)據(jù)和圖表進行查看，可以發(fā)現(xiàn)陽極電流分布位置和陽極頭溫度規(guī)律相同，主要是電流高的時候，陽極頭出現(xiàn)的溫度也高，在電阻不變的情況下，利用歐姆定律就可以發(fā)現(xiàn)，如果電流增強一倍，電阻熱就出現(xiàn)平方式的增長，這樣就會導致陽極頭的溫度較高，由于電極的運行電解質(zhì)慢慢開始滲透向外部保持層，會逐步降溫，達到熔點之后就會產(chǎn)生凝固層。這樣可以有效的避免電解槽出現(xiàn)泄漏，但是由于下插槽的陽極在耐火層中埋入，在電極電流過載的條件下，電極會出現(xiàn)一定的熱量，最終導致附近的溫度大幅度上升，在溫度達到電解質(zhì)熔點的過程中就會破壞電解質(zhì)凝固層，并且慢慢向外滲漏，如果這時候依然持續(xù)過熱，就會造成電極出現(xiàn)泄漏，產(chǎn)生漏槽的問題。

（2）處理措施。導致電解槽泄漏的核心因素就是局部電極電流出現(xiàn)過載的情況，電解槽各個電極產(chǎn)生電流分布不均的問題。對同一數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，流水線電解槽的集鎂室和電解室相比更加窄。另外插陽極布置的過程中，導致槽底除渣有較大的難度，甚至無法有效的將死區(qū)清除。伴隨電解的開始，電解殘渣無法有效清除，就會累積在陰極當中，這樣就會嚴重的影響陰極鎂的匯聚，導致鎂損失。

另外，金屬鎂電解殘渣的導電性相對較好，可能會導致陰陽極之間出現(xiàn)短路等問題，和熔鹽電阻相比，其電阻相對較小，可能會導致大量電流從電極當中通過。在此過程中陰陽極不會出現(xiàn)電化學反應(yīng)，也不會產(chǎn)生氯氣和鎂。由于沒有足夠的動力帶動，導致短路的產(chǎn)生，殘渣無法有效的被清理。在此過程中就會導致電極出現(xiàn)持續(xù)電流或在陰陽極之間產(chǎn)生短路。這種短路現(xiàn)象會導致非常嚴重的后果，因為金屬鎂的偏析聚集，在冷卻之后，就會從電解殘渣中逐步析出，但是電解殘渣和熱態(tài)的鎂熔聚在一起，在陰陽極間造成陽極產(chǎn)生嚴重的短路。

因為缺乏動力，無法完全的將陰陽極短路的電極殘渣消除。在電流過載電極附近使用4分管通入氬氣，這樣可以有效的改善電極電流的情況，讓電流明顯降低，有效的解決電極電流過載的問題。

3.2 循環(huán)溫度

因為流水線鎂電解槽熱源主要是熔鹽電阻熱所產(chǎn)生的，如果超電壓異?；蛘叱霈F(xiàn)停電操作，電解槽溫度會快速下降，會對循環(huán)連續(xù)穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。在此過程中可能會產(chǎn)生連續(xù)斷電處理母排等問題。在停電之后電解槽的溫度情況較為異常，可能會造成液態(tài)鎂在槽當中出現(xiàn)凝固，對循環(huán)流速產(chǎn)生很大的影響。在流速降低之后造成電解質(zhì)和煤在溜槽當中出現(xiàn)凝固等問題。

3.3 循環(huán)流量

流水線電解質(zhì)循環(huán)主要是通過氣壓泵把尾槽當中的電解質(zhì)送入到頭槽而產(chǎn)生的。在操作的過程中如果氣壓泵的流量無法達到要求，很出現(xiàn)很大的問題，對整體系統(tǒng)的運行是非常不利的，無法及時把集鎂室當中的液鎂帶入到尾槽分離。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)由于循環(huán)流量的進一步上升，相鄰電解槽當中的氯化鎂濃度差和溫度才會出現(xiàn)進一步下降，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)量在逐步上升，在此過程中也帶動電解質(zhì)，加快了流水線的能流和物流與循環(huán)量的進一步增加，在運行的過程中會導致電解槽出現(xiàn)溫度差下降趨勢變緩等問題，無法保證設(shè)備的穩(wěn)定性，在應(yīng)用的過程中該參數(shù)和循環(huán)電解質(zhì)在電解槽當中熱交換期間的時間相關(guān)。如果溫差相對較小，在操作的過程中電解質(zhì)的熱交換也慢慢變緩，導致相連電解槽當中氯化鎂的濃度差在前期會逐步隨著循環(huán)流量的增加而進一步的下降，在后期會出現(xiàn)逐步增加的趨勢，究其原因主要是循環(huán)流量下降的時候，出現(xiàn)了電解室和集鎂室之間的電解質(zhì)交換也逐步減弱的情況，電解室當中的鎂無法及時的向集鎂室當中送入，導致副反應(yīng)增加，電解的效率大幅度下降，所以一定要重視讓循環(huán)流量增加，這是保證流量穩(wěn)定的基礎(chǔ)，可以讓循環(huán)的穩(wěn)定性大幅度提高。

4 結(jié)語

通過分析發(fā)現(xiàn)對流水線鎂電解連續(xù)穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響的因素很多，主要是電解槽出現(xiàn)泄漏的情況、槽溫偏低以及循環(huán)流量無法達到要求，在操作的過程中一定要重視這些問題，保證設(shè)備的穩(wěn)定性。