Поточная технология электролиза карналлита

Значительным шагом в реализации полностью механизированного и автоматизированного производства магния является поточная технология. Она создается из 25-30 электролизеров, соединенных последовательно переточными и соединительными каналами. Обезвоженное сырье поступает в головной миксер, куда подается оборотный электролит для получения расплава с 20 – 24% хлорида магния. В миксере осуществляется очистка расплава от твердых взвесей отстаиванием и электрохимическая очистка от примесей.

Затем расплав подается в рафинировочные электролизеры (3-4 с верхним вводом анодов), здесь завершается очистка электролита и отстой основной массы шлама.

Далее идут проточные электролизеры с нижним вводом анодов, в которых осуществляется выработка хлорида магния до 8 – 9 %.

Из продукционных электролизеров электролит с магнием поступает в миксер сепаратор, где оборотный электролит отделяется от магния и возвращается в голову процесса.

Часть оборотного электролита поступает в хвостовые электролизеры, где вырабатывается до 4 – 5 % хлорида магния, что позволяет уменьшить его потери.

При поточной технологии в каждом электролизере устанавливается постоянный уровень и состав электролита, стабилизируется температура. Все это положительно сказывается на показателях процесса.

Основной продукционный электролизер – с нижним вводом анодов. Основные отличия отсутствие разделительных перегородок и сборной ячейки для магния, надежная герметизация, отсутствие санитарно-гигиенического отсоса. Срок службы 4-5 лет.

3.2. Рафинирование магния

Жидкий магний сырец содержит обычно примеси, отрицательно влияющие на свойства магния. Также содержатся неметаллические примеси. Хлориды входящие в состав электролита, окись магния, нитрид и силицид магния. Окись образуется при горении магния, нитрид при взаимодействии с азотом воздуха. Силицид при взаимодействии с огнеупорами в электролизере.

Магний, полученный термическим методом хлоридов, не содержит. Характерные примеси окись и нитрид магния, а также окислы железа, алюминия, кальция и кремния. Наиболее сильную коррозию магния вызывают хлориды магния и кальция.

Металлические примеси это калий, натрий, кальций и железо. Наиболее вредное влияние оказывают железо, никель, медь и кремний, резко снижая коррозионную стойкость. Примеси щелочных, меди, кремния ухудшают пластичность магния и сплавов.

Поэтому магний сырец непригоден для непосредственного применения. Его необходимо очищать от примесей.

Существующие методы очистки магния

1. рафинирование переплавкой с флюсами и отстаиванием; отделяются неметаллические примеси и железо;

2. рафинирование присадками тугоплавких металлов или их хлоридов; при этом Mg хорошо очищается от Fe, Si и частично от Mn, Al, O₂, N₂;

3. глубокая очистка магния методами вакуумной возгонки, электролитического рафинирования, зонной плавки; получаем магний высокой чистоты, свободный практически от всех примисей.

1. В настоящее время рафинирование флюсами проводится при переплавке твердого металла, и для приготовления сплавов. Флюсы делятся на рафинирующие и покровные

Рафинирование магния сводится к охлаждению его до 700-710С (при этом в осадок выделяется железо) и отделению примесей от металла отстаиванием. Рафинированный магний технической чистоты из магния сырца, получают в печах непрерывного рафинирования.

На разлив Магний-сырец

Нагреватель Mg

Расплав

Рис.3.21. Схема печи непрерывного рафинирования

Состав расплава 10 MgCl₂, 60-70 KCl, 10-15 NaCl, 5-10 BaCl. Плотность при 700С около 1,75 г/см³.

Растворимость железа в магнии при 700С менее 0,04%; при 800 – 0,1%.

2. Очистка магния хлоридами титана и металлическим титаном.

Добавляют флюс содержащий хлориды титана в количестве 0,05-0,3 % от массы очищаемого магния (в пересчете на титан).

Расплавленный магний перемешивают с флюсом при 700С в течении 15 мин, затем отстаивают 30 мин.

Mg + TiCl₂ = MgCl₂ + Ti

3Mg + TiCl₃ = 3MgCl₂ + 2Ti

Выделившийся мелкодисперсный титан сорбирует хлор и кислород, и дает с железом интерметаллиды. Растворимость титана в магнии при 720 и 800С 0,027 и 0,043%. Принцип действия металлическим титаном аналогичен.

3. Вакуумная возгонка. Основана на различии в давлениях насыщенного пара магния и примесей. Уменьшение давления снижает температуру кипения металлов и солей. При нагреве в вакууме магний испаряется, пары попадают в охлаждаемый конденсатор, где и осаждаются в виде плотно сросшихся кристаллов. Выход конденсата 70-80%, расход энергии ~ 5 кВт·ч/кг .

Зонная плавка. Внутри атмосфера сернистого газа, способствующая возникновению защитной пленки. Шестикратное перемещение расплавленной зоны снижает содержание примесей до 0,001%. Магний полученный так очень пластичен. Процесс связан с большим расходом энергии, и как следствие дороговизной продукта.

Трехслойное электролитическое рафинирование. Металлы утяжелители цинк, медь, свинец. Плотность магния < пл. электролита < пл. анодный сплав. Температура процесса 710С. Расход энергии 9-10 кВт·ч/кг

Возможно проводить электролитическое рафинирование через диафрагму. При этом снижается падение напряжения в электролите, из-за снижения межэлектродного расстояния.