[发明专利]制备镁和氯气的方法及用于实施该方法的电解池

说明书

本发明涉及使用电解池从含氯化镁的盐溶液中生产镁和氯气的方法。无隔膜电解池包括具有交替的阳极和阴极的电解室；通过具有上部V形流通通道和下部流通通道的分隔部与电解室隔开的镁分离池。电解在电极间间隙中的具有氯气泡的电解质的6‑25气体饱和度下进行。上流通通道中的电解质的流速为20‑60。电流强度与电解质质量之比为8‑10。电解室与镁分离池的宽度之比为1.6‑2.7。在上下流通通道之间，在分隔部中设有附加通道，所述附加通道的流路面积是上部V形通道面积的0.016‑0.048。附加通道由熔融浇铸的结晶云母材料、即氟金云母制成。结果是电解池使用寿命的增加以及管道气体中氯气损失的减少。

技术领域

本发明涉及通过电解从含氯化镁的盐熔体中生产镁和氯气的方法。

背景技术

现有技术公开了一种从电解池中的含MgCl₂的盐熔体生产镁和氯气的方法，该电解池具有带有交替的阳极和阴极的电解室、和通过具有上下流通通道的分隔部与电解室隔开的镁分离池。已知的方法包括：在电极间间隙中保持带有氯气泡的电解质的气体饱和度，其提供了电解质在电解室和镁分离池之间的闭合循环，并防止电解质在电极间间隙中向下流动；以及引发阴极上的电解质和镁流，该流被引向上流通通道。该已知方法的特征在于，通过根据平均电极间距离改变上流通通道的高度来调节阴极上的电解质和镁流的速率，该高度选自以下条件：

h_通道＝(1.0-10.0·l_平均，

其中h_通道是上流通通道的高度，单位为cm；

l_平均是平均电极间距离，单位为cm；

电极间间隙中带有氯气泡的电解质的气体饱和度保持等于6-25常规单位，由下式确定：

其中G是在电极间间隙中带有氯气泡的电解质的气体饱和度；

d_k是阴极电流密度，单位为A/cm²；

H_k是阴极高度，单位为cm。

电解以在向上电解质流的方向上电极间间隙的可变截面积进行，该截面积沿熔体的路径增加。

RU 2243295公开了一种用于生产镁和氯气的电解池，其包括具有交替的阳极和阴极的电解室和通过具有上下流通通道的分隔部与电解室隔开的镁分离池。该电解池的特征在于，阴极的高度比电极间间隙高25-60倍，并且阴极或阳极的工作表面相对于垂直方向倾斜38'-1°26'的角度(RU 2243295)。

RU 2243295中公开的电解池的缺点在于，在上部V形流通通道中提供了从电解室流向镁分离池的高速电解质和镁流，从而增加了从电解室向镁分离池的氯气泡的遗留(carryover)，即增加了管道(plumbing)气体中氯气的损失并使收集池中的镁分离条件恶化。小的镁珠被向下的电解质流从分离池带走进入电解室，从而由于电解室中镁氯化的逆反应而降低了镁的电流输出，并增加了比电能消耗。在电解池运行期间，由于在阴极上并靠近分隔部的衬里形成了镁和氧化镁生长物，因此上下流通通道之间的分隔部处于阴极电势下，从而导致破坏分隔部并缩短电解池的使用寿命。

RU 2220232公开了一种用于生产镁的电解池，该电解池包括衬有耐火材料的槽、具有与钢阴极交替的石墨阳极的电解室、平行于电极布置并通过分隔部与电解室隔开的收集池。电解室中的电极并联电连接，并且每个电解室的电极与相邻室的电极串联连接。该已知的电解池的特征在于，布置在串联连接的电解室之间的收集池布置在具有相同电位的异种电极之间，并且在0.40A/cm²-0.60A/cm²的阴极电流密度下，电解室中的电极间距离设置为20mm至30mm。