книги из ГПНТБ / Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов учеб. пособие

чаемого отработанного электролита реализуется в качестве товар­ ного продукта — калийного удобрения. Согласно техническим условиям, этот материал должен содержать не менее 72% КС1 и должен быть измельчен так, чтобы фракция 1—3 мм составляла не менее 90%. Отработанный электролит перерабатывают на кондиционное калийное удобрение различными способами.

По одному' способу расплавленный электролит откачивают в стальные короба, в которых он застывает. Застывшие блоки сплава солей перевозят в дробильно-размольное отделение, где их последовательно дробят сначала вручную, затем на щековых и молотковых дробилках.

По другому способу расплавленный электролит подают на поверхность вращающегося полого барабана, охлаждаемого внутри проточной водой. Расплав застывает и сходит с поверхности барабана в виде небольших тонких пластинок, которые во время, транспортировки на упаковку еще более измельчаются.

Наиболее совершенным и перспективным способом перера­ ботки отработанного электролита является распыливание рас­ плава под давлением через форсунки центробежного типа. После охлаждения мелких капель расплава получаются преимуще­ ственно оплавленные полые и исслеживающиеся гранулы.

При всех способах получается некоторое количество очень мелкой (некондиционной) фракции материала. Предложено этот материал прессовать, полученные брикеты дробить, от дробленого продукта отделять грохочением кондиционные (по размеру зерен) фракции, а остальное возвращать на прессование.

Извлечение шлама

На подину электролизера постепенно осаждаются различные вещества, взвешенные в электролите: окись магния и другие твердые примеси — сульфиды, окислы железа и кремния, нерастворившиеся фтористые соли, а также увлеченные примесями ко­ рольки магния. Смоченные электролитом все эти вещества обра­ зуют шлам — вязкое вещество черного или темно-бурого цвета. Примерный состав шлама, % (по массе): 18—20 MgO, 5—7 MgCl2, 3—5 Mg, 2,5—5,0 S i02+ A120 3, остальное хлориды калия, натрия, кальция. Количество шлама зависит от состава сырья, которым питают электролизер, и от состава электролита (см. табл. 7).

При накоплении шлама между э4ектродами возможны корот­ кие замыкания и, как следствие, сильный местный перегрев электролита и электр'одов. Большое количество шлама в ванне приводит также к «зашламлению» рабочей поверхности катодов. Поэтому необходимо регулярно и тщательно удалять шлам из ванны.

Шлам из электролизера удаляют с помощью вакуум-ковша с заборным устройством (рис. 37). Весь агрегат подвешен на крюке мостового крана. При питании электролизера безводным карнал­

111

литом шлам удаляют ежесуточно из каждой ячейки поочередно (при нормальном технологическом режиме). Эту операцию обычно совмещают с извлечением отработанного электролита. Заборное устройство 5 присоединяют к вакуум-ковшу / и погружают в элект­ ролизер; подключают тигель вакуум-ковша к вакуумной линии и, четыре-пять раз засасывая и сливая электролит, прогревают всю систему. Затем погружают заборное устройство в ячейку,

удобрение или для получения флюса. Если надо получить чистый, без примесей SiO3, Fe20 3 и дру­ гих окислов, отработанный электролит (например, для использо­ вания по схеме на рис. 5), то извлеченную из электролизера смесь можно разделить отстаиванием в обогреваемом миксере на густой

(отбросный) шлам и чистый электролит.

Способ извлечения шлама из электролизеров, которые питают хлоридом магния, несколько отличается от описанного выше. Шлам из электролизера удаляют один раз в неделю из двух несмежных ячеек. За этот период шлам на подине уплотняется так, что после извлечения основного количества шлама вакуумковшом в смеси с электролитом уплотненный шлам с подины при­ ходится выбирать (один раз в 1—2 недели) черпаками — ложками вручную.

Смесь шлама и электролита сливают в короб, установленный около электролизера, и после отстаивания шлама осветленный электролит (примерно 60%) сливают из короба в электролизер.

112

Более глубокое разделение шлама и электролита отстаиванием может быть достигнуто в обогреваемом миксере. Для поддержа­ ния необходимого уровня электролита после извлечения шлама в электролизер загружают 200—300 кг хлорида натрия или смеси солей, состав которой такой же, как у рабочего электролита.

3. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МАГНИЯ

Процесс извлечения магния полностью механизирован. Вакуумковш для извлечения магния (рис. 38) представляет собой закры­ тый футерованный и теплоизолированный сосуд, в который поме­ щен стальной тигель. В нижней части к ковшу присоединена всасывающая труба с приемником на конце. Вход из ковша в трубу

может закрываться игольчатым клапаном. В верхней части ковша имеется штуцер для подсоединения к вакуумной линии. Для пред­ варительного разогрева ковша служат нагревательные элементы, помещенные в пазы футеровки. Вакуум-ковш перемещается мосто­ вым краном, на котором он подвешен. Можно также использо­ вать для извлечения магния вакуум-ковш, установленный на электрокаре.

Магний извлекают из электролизера следующим образом. Предварительно разогретый ковш присоединяют к вакуумной линии и создают в нем разрежение 550—600 мм рт. ст. Затем вса­ сывающую трубу опускают в ячейку, открывают игольчатый клапан, и металл с некоторым количеством электролита заса­ сывается в ковш. Затем клапан закрывают и повторяют эту опера­ цию на остальных ячейках. После наполнения ковша его отклю-

чают от вакуумной линии; электролит, который находится в ниж­ ней части ковша, выпускают в электролизер, а магний перево­ зят в литейное отделение.

Применяют также вакуум-ковш, который отличается от опи­ санного выше наличием двух выпускных леток на дне тигля. Верх­ ние кромки леток находятся на разных уровнях, что позволяет почти полностью.отделить магний от электролита (рис. 39). После заполнения тигля отключают вакуум, и в течение 1—2 мин ме­ талл отстаивается, т. е. электролит скапливается на дне тигля. Затем электролит выпускают через нижнюю летку, а после этого — металл через верхнюю. Количество извлеченного из электролизера магния определяют (с точностью до 10 кг) с помощью крановых весов.

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОЛИТА

Исходя из влияния температуры на выход по току, следовало бы проводить электролиз при температуре, близкой к точке плав­ ления магния. На практике целесообразно получать магний пере­ гретым немного выше температуры плавления, чтобы он не зат­ вердевал в вакуум-ковше при извлечении из ванны и при пере­ возке в литейный цех. Исследованиями и промышленной прак­ тикой установлено, что наилучшие показатели электролиза (макси­ мальный выход по току, наименьшее шламообразование, низкое содержание примесей в магнии) достигаются (при прочих нормаль­ ных условиях процесса) при таких температурах: 1) при электро­ лизе хлорида магния (натриево-кальциевый электролит) — в пре­ делах 710—720° С; 2) то же, но электролит натриево-калиевый —

впределах 690—710° С; 3) при электролизе карналлита (электро­ лит калиевый) — в пределах 680—690° С.

При электролизе возможны периодические незначительные колебания температуры (± 10°) от крайних значений, но обычно

вправильно спроектированном электролизере она находится в ука­ занных выше пределах, если соблюдаются следующие условия:

1)межэлектродное расстояние соответствует расчетной плотности тока; 2) электропроводность электролита находится в пределах, соответствующих заданному составу его; 3) выход по току доста­ точно высокий; 4) тепловые потери, особенно с газами катодного отсоса, не выше нормь!. Резкое отклонение температуры электро­ лита от норм указывает, как правило, на изменение одного или более из этих четырех условий.

Греющее напряжение, а значит, и температуру электролита можно регулировать путем изменения межэлектродного расстоя­

ния. Как правило, расстояние между электродами после того, как на электролизере установилось тепловое равновесие и дос­ тигнут нормальный выход по току, не следует изменять без достаточных для этого оснований, в противном случае серьезно расстраивается работа электролизера.

114

В процессе эксплуатации электролизера постепенно срабаты­ ваются рабочие плоскости анодов, вследствие чего увеличивается межэлектродное расстояние, повышается напряжение и, если выход по току остается на прежнем уровне, повышается темпера­ тура. В этом случае температуру электролита можно понизить, уменьшив межэлектродное расстояние до нормальной величины. Когда при высоком выходе по току температура электролита ниже нормальной и отсос катодных газов не превышает нормы, то это указывает на необходимость увеличения межэлектродного расстояния, если невозможно повышение силы тока.

Температуру электролита можно уменьшать в пределах 30—40° С, увеличивая количество отсасываемых из катодного пространства газов. Применение обратного приема для повышения температуры электролита ограничивается необходимостью отсоса определенного количества газов в санитарно-гигиенических целях.

Иногда температура электролита повышается потому, что выход по току по различным причинам резко снизился. В таких случаях прежде всего принимают меры для повышения выхода по току. Учитывая известную зависимость греющей мощности от выхода по току, целесообразно в таких случаях понижать температуру электролита всеми доступными средствами: усиленно отсасы­ вать катодные газы, умеренно загружать твердый безводный хло­ ристый магний или безводный карналлит и, если возможно, умень­ шать межэлектродное расстояние. По мере повышения выхода по току электролизер вводят в нормальный режим.

Иногда, в особенности в начальный период работы электроли­ зера, после пуска тепловые потери превышают нормальный при­ ход тепла и температура электролита резко понижается. В таких случаях греющую мощность повышают, увеличивая сопротив­ ление между электродами, временно отключая один или два катода.

Перечисленные случаи отклонения температуры электролита от нормы и способы ее регулирования наиболее типичны. Другие, более редкие случаи перегрева или переохлаждения электролита изложены в разделе о ненормальной работе электролизеров.

5. ОТСОС ГАЗОВ ИЗ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

На 1 кг магния теоретически получается 2,92 кг хлора. Факти­ чески же выход хлора в анодный газ вследствие частичных потерь несколько ниже: 2,6—2,75 кг на 1 кг магния. Анодный газ со­ держит некоторое количество хлористого водорода и окислов углерода, а также воздуха, который засасывается через неплот­ ности анодного пространства и хлоропроводов. Средний химиче­ ский состав анодного газа на выходе из электролизера, % <объемн.); 85—90 С12, 2—3 НС1, 1—2 СО + С 02, 3—4 0 2 и 12—15 N,.

Коллекторы анодного газа присоединены к магистральному хлоропроводу. Хлоропроводы изготовляют из кислотоупор­

ного чугуна или керамиковых труб. Разрежение во всей системе хлоропроводов, включая анодное пространство электролизера, создается хлорными компрессорами, которые отсасывают анод­ ный газ из электролизеров и нагнетают его к месту потребления.

На рис. 40 показан схематический разрез ротационного хлорного компрессора. Он работает по следующему принципу: ротор 1 свободно вращается в эллиптиче­ ском корпусе 2, внутри которого находится серная кислота, служащая жидкост­ ным поршнем. Ротор состоит из цилиндрической втулки 3 и лопаток 4, располо­

женных радиально по окружности и образующих камеры. В нижней части каждой камеры, образованной лопатками ротора, имеются отверстия. Во время вращения

Рнс. 40. Поперечный разрез ротационного хлорного ком­ прессора:

1 — ротор; 2 — корпус; 3 — втулка; 4 — лопатка

ротора кислота увлекается лопатками, приходит во вращение и под влиянием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса.

Корпус компрессора имеет эллиптическую форму, поэтому кислота, переме­ щаемая в соответствии с очертаниями внутренней поверхности корпуса, попере­ менно, по два раза за один оборот ротора, или удаляется из ротора (точка А), или вталкивается в него (точка Б). В первом случае в камерах создается разреже­

ние, и хлор поступает в камеры всасывающего патрубка компрессора. Когда кислота вталкивается в ротор, хлор под давлением выходит через нижнее отвер­ стие камер ротора и выходные отверстия в боковой крышке в нагнетательный патрубок компрессора.

Часть кислоты увлекается вместе с хлором. Она отделяется в кислотоотделителе, проходит через орошаемый водой холодильник и возвращается в компрессор. Во избежание сильной коррозии материала компрессора концентрация серной кислоты, циркулирующей в системе, не должна быть менее 92%, а.температура не должна быть выше 30° С.

Хлоропроводы, по которым отсасывается хлор из электролизеров, должны быть герметичны; в противном случае в них засасывается значительное количество воздуха и концентрация хлора в анодном газе снижается. При большом подсосе воздуха увеличивается объем отсасываемых газов, что приводит к повышению

116

расхода энергии на транспортировку газа, а при недостаточной производитель­ ности компрессора — к выделению хлора в цех электролиза.

Перед вводом нового или отремонтированного хлоропровода в работу он должен быть проверен на герметичность. Для этого в нем создают избыточное давление воздуха 150 мм вод. ст. Герметичность хлоропровода считается удовлет­ ворительной, если в течение 3 мин давление снижается не более чем до

100мм вод. ст.

В хлоропроводе, а также в патрубках, соединяющих катодное и анодное

пространства электролизера с соответствующими газопроводами, осаждаются возгоны солей, которые увлекаются газами из электролизера. В 1 м3 анодного

газа содержится 90— 120 г возгона. Отложения солей в трубах создают дополни­ тельное сопротивление, что ухудшает условия отсоса газов. Поэтому все газовые коммуникации необходимо периодически очищать от солей. Дляэтой цели в па­ трубках анодного и катодного отсосов предусмотрены лючки.

Основная масса возгона солей, скапливающихся в магистральном хлоропро­ воде, периодически удаляется скребковым транспортером-очистителем, который монтируетсячвнутри хлоропровода. Соли собираются в бункер, оттуда они струей воды удаляются в канализацию. Если в хлоропроводе нет очистителя, то соли вымывают водой. В этом случае имеются, как правило, два хлоропровода, из которых один резервный. Такой способ удаления возгона возможен только при условии, если хлоропровод устроен из керамиковых труб, так как металлические трубы быстро разрушаются под действием кислого раствора солей.

Подлежащий промывке хлоропровод отключают и включают в работу резерв­ ный. Затем первый хлоропровод заполняют водой, которую спустя некоторое время выпускают в канализацию. После промывки хлоропровод следует хорошо просушить, в противном случае в нем быстро накопятся соли, а стыки труб разру­ шатся от действия влажного хлора.

О необходимости чистки хлоропровода судят по наличию перепада разреже­ ния между отдельными участками хлоропровода. Перепад разрежения зависит от объема отсасываемых газов, диаметра и длины хлоропровода и устанавли­ вается практическим путем. В хлоропроводах осаждаются наиболее крупные частицы солей, остальной возгон уносится потоком газа к компрессору. Газообраз­ ный хлор содержит также небольшое количество влаги, которая засасывается через неплотности с воздухом.

Попадая с хлором в компрессор, соли частично реагируют с серной кислотой, образуя соляную кислоту и сульфаты. От действия кислоты, а также от истирания твердой взвесью солей компрессор сильно изнашивается. Вода разбавляет серную кислоту, что усиливает коррозию металла, из которого изготовлен компрессор; при этом увеличивается расход кислоты. Поэтому газообразный хлор перед поступ­ лением в компрессор обязательно следует очистить от возгона и высушить.

Для улавливания возгона применяют рукавные фильтры; рукава изготовляют из асбестовой или перхлорвиниловой ткани. Хлор сушат в осушительных башнях, наполненных кислотоупорными кольцами. Он проходит через башни и орошается, серной кислотой, которая поглощает воду. Фильтры и осушительные башни включены последовательно по направлению движения хлора из магистрального хлоропровода к хлорному компрессору.

При сухой очистке хлоропроводов содержание воды в хлористом газе незна­ чительно. В этом случае сушка газа серной кислотой нецелесообразна. Небольшое количество влаги почти полностью поглощается гигроскопическими солями воз­ гона, осевшего в фильтрах. Схема транспортировки и очистки газообразного хлора представлена на рис. 41.

Для того чтобы хлор не выделялся в атмосферу цеха, в анодном пространстве электролизера следует всегда поддерживать разрежение, величина которого устанавливается в зависимости от конструкции электролизера и степени его гер­ метичности. Разрежение должно быть по возможности малым во избежание боль­ шого подсоса воздуха в анодное пространство, снижающего концентрацию хлора

ванодном газе и ускоряющего окисление головки анода (при верхнем вводе его

вэлектролизер).

117

вается натяжением пружины задатчика 7, соединенной с мембраной 6. При откло­ нении разрежения от заданной величины мембрана 6 прогибается и отклоняет струйную трубку 5 от ее среднего положения относительно сопловой насадки 4.

Рис. 41. Аппаратурно-технологическая схема транспортирования

В струйную трубку поступает из маслонапорной установки 8 масло под давлением 5— 6 ат. При среднем положении струйной трубки струя выходящего

из нее масла равномерно распределяется по приемным отверстиям сопловой на­ садки. В этом случае в цилиндре серводвига­

6 . НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Нормы и показатели технологического режима, периодичность технологических и контрольных операций на электролизерах определяются специальными инструкциями.

118

Ниже приведены основные контролируемые нормы техноло­ гического режима:

Содержание в электролите хлоридов натрия, калия, кальция при электролизе карналлита устанавливается самопроизвольно и, как правило, не регулируется. При электролизе хлорида магния содержание этих компонентов поддерживается в преде­ лах, указанных в табл. 7. В частности, при использовании нат­ риево-калиевого электролита обычно приходится периодически загружать в ванну расчетное количество чистого твердого хло­ рида натрия.

Содержание примесей (Н20, SOi", Fe3+, MgO, В и др.) в элек­ тролите не регламентируется. Но это не означает, что количество их в электролите не подлежит контролю и регулированию. Мини­ мально допустимое содержание примесей в электролире должно обеспечиваться чистотой сырья. Поэтому вредные (для процесса электролиза) примеси должны быть по возможности удалены из сырья в процессе его подготовки к электролизу. Примеси, остав­ шиеся в сырье, должны быть в «неактивной» форме, т. е. в виде нерастворимы^ окислов, но не в составе хорошо растворимых хлоридов (см. с. 97).

Расстояние между электродами и напряжение на электролизере должны быть в таких пределах, чтобы при заданной плотности тока' и нормальном отсосе газов из электролизера он нахо­ дился в тепловом равновесии при температуре электролита, не превышающей нормы. Однако во всех случаях расстояние между электродами не должно превышать 7—8 см. Расстояние между электродами следует периодически измерять и по мере износа анодов регулировать, подвигая катоды к анодам. Для устойчи­ вости напряжения на электролизере необходимо, чтобы рабочие плоскости катодов были всегда параллельны соответствующим плоскостям анодов. .

119

На некоторых заводах электролизеры при питании возвратным хлоридом магния (натриево-калиевый электролит) работают с ус­ тойчивыми высокими показателями при межэлектродном расстоя­ нии 5—6 см *. Выход по току по сравнению с этим же показателем при межэлектродном расстоянии 7—8 см не только не ниже, но даже несколько выше. За счет уменьшения межэлектродного расстояния с 7 до 5,5—6 см была повышена сила тока и соответ­ ственно производительность серии на 6—7 %, а расход энергии на получение 1 т магния снижен на 240 кВт-ч. Испытанием не­ скольких промышленных электролизеров показана возможность уменьшения межэлектродного расстояния до 4—5 см с сохране­ нием хороших показателей электролиза. Это делат возможным дальнейшее увеличение производительности серии и уменьшение расхода энергии.

Отметим, что электролиз при малом расстоянии между электро­ дами предъявляет более жесткие требования к температуре элек­ тролита (690—710° С), концентрации MgCl2 (8—18%) и NaCl (40—50%) в электролите. Катоды должны быть хорошо уравно­ вешены, а расстояние их от анодов— жестко фиксировано спе­ циальным приспособлением. Работа электролизеров при умень­

матического централизованного контроля температуры и напря­ жения на электролизерах и силы тока на серии К В качестве пока­ зывающих и регистрирующих приборов использованы автома­ тические 24-точечные потенциометры типа ЭПП-09М. Автомати­ зация контроля на электролизной серии позволяет поддерживать технологические параметры в узких заданных пределах, своевре­ менно обнаруживать отклонения от нормы, способствует стаби­ лизации высоких технологических показателей и улучшению условий труда.

Болтовые соединения контактов в процессе эксплуатации электролизеров постепенно ослабляются, переходное сопротивле­ ние в них увеличивается, что приводит к дополнительной затрате электроэнергии. Обычно нормируют не сопротивление, а падение напряжения, которое не должно превышать следующих величин в контактах, мВ:

Состояние контактов периодически проверяют и при необхо­ димости сильнее подтягивают болтовые соединения.*1

* О,л ю н и н Г. В., С п р ы г и н А. И ., М у ж ж а в л е в К- Д. и д р. — «Цветная металлургия» (Бюл. ин-та «Цветметинформация»), 1971, № 15, с. 32—33.

1 3 у е в Н. М., И р т е г о в Н. Н. , Ш а р у н о в а Г. Г., К и р и ­ л е н к о И. С. — «Цветные металлы», 1964, № 8 , с. 61—63.

120