Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. П. Лысенко, профессор каф. цветных металлов и золота, канд. техн. наук, эл. почта: reikis@yandex.ru
В. П. Тарасов, зав. каф. цветных металлов и золота, проф., докт. техн. наук
И. М. Комелин, ведущий инженер каф. цветных металлов и золота, эл. почта: komelin@mail.ru

Рассмотрены основные конструктивные решения по усовершенствованию электролизеров и определены приоритетные направления их дальнейшего совершенствования. Приведены характеристики бездиафрагменного и биполярного электролизеров. Показаны преимущества биполярного электролизера с существенными усовершенствованиями конструкции:
– размещение двух биполярных электродов между катодом и анодом позволяет в 3 раза повысить производительность по сравнению с монополярными при одинаковой токовой нагрузке, а также снизить удельный расход электроэнергии с 13,5 до 10 кВт·ч/кг Mg;
– герметичность электролизера, снижающая потери электролита и хлора, позволяющая убрать сантехотсос, прекратить откачку шламоэлектролитной смеси и выборку шлама, а также замену анодов за весь период эксплуатации;
– проведение процесса электролиза при низкой температуре (655 ^oC) для снижения потерь магния в результате протекания обратной реакции магния с хлором;
– подогрев электролита и магния с помощью подогревных электродов переменного тока на период его выборки и охлаждение после окончания выборки с помощью воздухоэлектролитного теплообменника;
– поддержание постоянного уровня электролита с помощью заполняемой аргоном балластной емкости для облегчения перетока магния в сборную ячейку и снижения его потерь;
– использование водяного охлаждения для интенсификации электролиза (поднятия нагрузки без перегрева электролита) и увеличения срока службы анодов;
– малое межполюсное расстояние, снижающее напряжение на ванне и соответственно удельный расход электроэнергии.
Из всех перечисленных усовершенствований конструкции во внедряемых в настоящее время на российских заводах электролизерах Э230 СВО используют только водяное охлаждение анодных головок. Все рассмотренные электролизеры (и биполярный) имеют общий недостаток — низкий выход по току в интервале 78–85 %. Предложен способ проведения процесса электролиза с получением магния на катодных поверхностях в твердом виде. Этот способ снижает степень обратного взаимодействия между хлором и магнием. Приведены методика лабораторных экспериментов по электролизу магния в различных температурных режимах и полученные результаты. Показано, что проведение процесса электролиза магния в твердом виде увеличивает выход по току до 95–96 %. По итогам работы сформулированы основные направления усовершенствования конструкции и технологии электролитического производства магния.

1. Pat. 10017867 US. Electrorefining of magnesium from scrap metal aluminum or magnesium alloys / Gesing A. J., Das S., Gesing M. A. ; Publ. 13.08.2015.
2. Белоусов М. В., Ракипов Д. Ф., Колесникова М. П. Современное состояние и перспективы развития производства магния // Материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 10–11 октября 2014. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. С. 250–254.
3. Thayer R. L., Neelameggham R. Improving the Electrolytic Process for Magnesium Production // Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. August 2001. P. 15–17. DOI: 10.1007/s11837-001-0128-2.
4. Язев В. Д. Создание электролизера для производства магния. — Березники, 2007. — 278 с.
5. Щеголев В. И., Лебедев О. А. Электролитическое получение магния. — М. : Руда и металлы, 2002. — 245 с.
6. Сергеев В. А, Калмыков А. Г., Агалакова Н. Н. Модернизация электролизеров в цехе металлургии магния АВИСМА // Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. 10–11 октября 2014. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. С. 125–129.
7. Лебедев В. А., Седых В. И. Металлургия магния : учебное пособие. — Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2010. — 174 с.
8. Пат. 2137864 РФ. Способ получения магния на графитовом электроде / Татакин А. Н., Бойцева В. Н., Афанасьева А. С., Грищенко Р. В., Борисоглебский Ю. В. ; опубл. 20.09.1999.
9. Стрелец Х. Л., Десятников О. Г., Желуднева В. Н. Журнал прикладной химии. Вязкость расплавов MgCl₂ – NaCl – KCl – CaCl₂ при содержании 10 % (мас.) MgCl₂. 1955. № 4. С. 643.
10. Стрелец Х. Л., Десятников О. Г. Электропроводность расплавленных солей изоконцентрационного разреза [10 % (вес.) MgCl₂] системы MgCl₂ – KCl – NаCl – CaCl₂ // Труды ВАМИ. 1957. № 39. С. 415-421.
11. Belavadi J. B., Rajagopalan N., Desikan P. S., Sen U. Fusibility stady of the magnesium cell electrolyte containing MgCl₂, CaCl₂, NaCl and KCl // J. Appl. Electrochem. 1982. Vol. 12, No. 5. P. 501–503.
12. Технологическая инструкция «Производство магния-сырца электролитическим способом». — Запорожье : ЗТМК, 1997.
13. Osamu Takeda, Tetsuya Uda, Toru H. Okabe. Treatise on Process Metallurgy. 2014. Vol. 3: Industrial Processes. P. 1057
14. Gokhan Demirci, Ishak Karakaya. Electrolytic magnesium production and its hydrodynamics by using an Mg–Pb alloy cathode // Journal of Alloys and Compounds. 2008. No. 465. P. 255–260.
15. ГОСТ Р 57613–2017. Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия. — Введ. 1.08.2018.