Общие плюсы диафрагменных (относительно бездиафрагменных)

Надежное разделение магния и хлора;

Возможность регулировки межэлектродного расстояния и следовательно тепловой режим.

Общие минусы

Большое межэлектродное пространство, а следовательно большой расход электроэнергии (15 –17 кВт·ч/кг);

Каждый катод работает только с одной стороны, что снижает удельную производительность отнесенную к занимаемой площади;

Плохо загерметизирован катодный узел.

Бездиафрагменный электролизер

Рис.3.18. Схема бездиафрагменного электролизера для получения магния

Отличительная особенность таких электролизеров – наличие ячеек двух типов электрохимической и сборной, разделенных стенкой. В стенке вверху и внизу имеются окна, через которые проходит электролит, циркулирующий из электрохимической ячейки и обратно. Магний выносится в сборную ячейку и периодически извлекается.

Катоды зафиксированы жестко, и обе стороны катода рабочие. Увеличенная рабочая поверхность катодов и, следовательно, лучшее использование объема ванны – одно из главных преимуществ таких электролизеров. Обслуживание электролизера – заливка сырья, извлечение металла и шлама – производится только через сборную ячейку, что позволяет лучше герметизировать верхнее строение электролизера.

Различные типы компоновки бездиафрагменных электролизеров позволили увеличить токовую нагрузку до 400 кА.

Рис.3.19. Бездиафрагменный электролизер для получения магния

Технология электролиза Питание электролизера

При электролизе постепенно уменьшается концентрация хлорида магния в электролите и снижается уровень расплава в ванне вследствии удаления из нее продуктов электролиза. Уровень должен быть таким, чтобы диафрагма была погружена в него не менее чем на 100-150 мм.

В ванну периодически, для поддержания концентрации хлористого магния в заданных пределах и сохранения уровня электролита, загружают сырье – расплавленный хлорид магния или карналлит. Предельные концентрации хлорида магния в электролите и порядок заливки зависят от состава сырья и схемы питания.

Известно, что от концентрации хлорида магния в электролите зависят выход по току, напряжение на электролизере, выход шлама, его распределение по подине и характер циркуляции электролита.

Рис.3.20. Зависимость выхода потоку магния от содержания MgCl₂

При питании возвратным хлоридом магния ванны с натриево-калиевым электролитом оптимальный интервал концентрации хлорида магния 8 – 18%. Когда уровень в ванне достигает нижнего предела, в ванну заливают необходимое количество оборотного хлорида магния. При этом концентрация других компонентов колеблется в незначительных пределах. Потери этих солей (в основном это потери NaCl) компенсируются добавкой этой соли в ванну. Фторсоли загружаются при пуске электролизера или при снижении выхода по току, когда это сопровождается появлением большого количества неслитых корольков магния так называемой «икры».

При питании ванны безводным карналлитом (около 50% хлорида магния, остальное хлориды калия и натрия) по мере расходования хлорида магния, содержание KCl NaCl возрастает. Для заливки свежего карналлита необходимо удалить часть отработанного электролита. Удаляется не реже 2-х раз в сутки, добавка свежего 1 – 2 раза в сутки. При содержании хлорида магния ниже 7% выход по току резко снижается. Но вести электролиз до остаточного содержания хлорида магния 7 % не выгодно из-за потерь магния с отработанным электролитом. На практике ведут до 4-5%. Это снижает средний выход по току, но остается выгодным. Верхний предел концентрации хлорида магния 12 –14 %. Также в количестве 0,3 - 0,4% от массы заливаемого карналлита добавляется измельченный плавиковый шпат.

Отработанный электролит используется либо как один из компонентов при получении искусственного карналлита из хлор-магниевого раствора, либо для получения рафинированного флюса, либо в качестве калийного удобрения.