权利要求
1.一种可在线修复的多极镁电解槽，包括槽体、设置在所述槽体内并将槽体分隔为电解室和集镁室的隔墙，在电解室内设有阳极组件与阴极组件，在电解室顶部设有阳极盖;其特征在于：
所述阳极组件包括多个能够独立进行更换的阳极模块;
所述阴极组件包括多个钢阴极;
所述阳极盖为能够独立于所述槽体进行更换的盖体结构;
所述隔墙包括能够在线进行更换或修复的上部隔墙;
其中，所述阳极模块、所述阳极盖及所述上部隔墙中的至少一者被配置为能够在电解槽不停产或短暂断电的情况下进行独立更换或修复。
2.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述阳极模块与所述阴极组件的钢阴极在所述电解室内沿水平方向交替排列布置。
3.根据权利要求1或2所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：每个所述阳极模块包括通过绝缘连接件固定连接在一起的石墨阳极与双极板。
4.根据权利要求3所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述阳极盖为多个独立可拆卸的小盖结构，所述阳极盖的数量与所述阳极模块的数量相对应，并分别覆盖于对应的阳极模块上方。
5.根据权利要求4所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：每个所述阳极盖上设有供其下方对应的石墨阳极穿过的开口，所述阳极盖与所述石墨阳极之间通过高温密封材料实现可拆卸的密封连接。
6.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述上部隔墙为能够独立吊装更换的陶瓷隔板。
7.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述隔墙还包括下部隔墙，所述下部隔墙为金属板，且与多个所述钢阴极焊接连接以共同构成框式阴极结构。
8.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述集镁室的顶盖上开设有拔渣口。
9.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：还包括用于加热电解质的交流加热电极，所述交流加热电极为上插式结构，包括导电棒和套设在所述导电棒外的绝缘套管;所述导电棒能够沿竖直方向调节插入电解质的深度;所述绝缘套管设置于所述电解槽的顶部。
10.根据权利要求1所述的可在线修复的多极镁电解槽，其特征在于：所述电解室的底部设有带孔的支撑平台，所述支撑平台通过多根平台支撑柱与所述集镁室的底部连接。
说明书
技术领域
背景技术
[0002]熔盐电解法是工业生产金属镁的重要工艺方法之一。其基本原理是在直流电作用下，电解槽内的氯化镁发生电化学分解：氯离子在阳极(通常为石墨)上放电，生成氯气并收集利用;镁离子在阴极(通常为钢制)上获得电子，还原为金属镁。析出的金属镁借助电解质的循环流动被带入专门的集镁室，因其密度小于电解质而浮于表面，从而实现分离与汇集。
[0003]作为镁电解的核心设备，电解槽结构经历了持续演进，从早期的有隔板槽、无隔板槽，发展到目前广泛应用的多极镁电解槽(结构如图1所示)。多极槽采用多个阳极与阴极交替排列的结构，并在阴极与阳极之间插入多块双极板，增加了工作面，具有操作简便、电流效率高、运行成本相对较低等显著优点。特别是其能够产出高浓度(如95%以上)的氯气，极大便利了后续氯处理与资源化利用，使其成为海绵钛等全流程生产中的标准配套工艺。
[0004]然而，现行普遍使用的多极镁电解槽在长期运行可靠性、可维护性及经济性方面仍存在若干亟待解决的固有问题，主要体现在以下方面：
1.当前槽内的核心部件，如石墨阳极、双极板、整体的阳极大盖等，均为在筑槽时一次性安装的独立散件。一旦在运行周期内发生破损、过度消耗或密封失效，无法在生产过程中进行局部修复或更换。电解槽只能被迫作为“病槽”低效运行，或提前停槽进行全槽大修。大修除钢壳外，需更换几乎所有内衬及部件，费用高昂(单次可达300-400万元)，且每次大修导致长约30天的停产，造成显著的产量损失。按典型槽寿命2年计算，吨镁分摊的大修成本高达1500-2000元。
[0005]2.电解室与集镁室之间起关键分隔作用的上部隔墙与下部隔墙，均为耐火材料砌筑的整体结构。运行中，隔墙因电解质冲刷、热应力或化学侵蚀而破损后无法在线修复。上部隔墙破损会导致：① 电解室产生的氯气与集镁室的镁液串通，发生二次反应，不仅降低镁产量，反应放热还会引起槽温异常升高;② 氯气从加料口等处逸散，恶化作业环境;③空气可能侵入电解室，加速石墨阳极的氧化损耗。下部隔墙破损则会扰乱电解质设计的循环路径，直接影响电解效率与镁的汇集。
[0006]3.为保持电解温度，槽内通常设置侧插式交流加热电极。该结构存在两大隐患：一是电极本身或其与槽体密封处可能因烧损或施工质量问题而发生电解质泄漏事故;二是在运行过程中，电极易被逐渐堆积的槽渣掩埋，导致其无法正常导电发热。当直流供电系统出现故障时，槽内电解质有因热量不足而凝固的风险，可能造成“死槽”的严重生产事故。
[0007]4. 长期运行监测表明，石墨阳极及双极板在电解质中会持续消耗减薄(如2年内阳极平均减薄23mm，双极板减薄9mm)，而钢阴极损耗极微。石墨阳极及双极板减薄后导致阴阳极之间的极距逐渐增大，槽电压升高，无效的电能发热加剧，最终造成电流效率与镁产量持续下降。
[0008]因此，迫切需要一种能够在不停产或短暂停产的情况下，对上述易损、易耗部件进行在线修复、更换或清理的镁电解槽结构，以大幅延长槽寿命、降低维修成本、保障安全连续生产。
发明内容
[0009]为解决现有技术中多极镁电解槽无法在线修复、维护成本高、存在安全隐患以及运行效率衰减快等问题，本发明的目的在于，提供了一种可在线修复的多极镁电解槽。该电解槽通过对关键部件的模块化、可拆卸化设计，实现在不停产或短暂停产的情况下，对易损、易耗部件进行局部更换、修复或清理，从而大幅延长槽体使用寿命，降低维修成本，保障安全连续生产，并维持电解槽的高效运行状态。
[0010]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可在线修复的多极镁电解槽，包括槽体、设置在所述槽体内并将槽体分隔为电解室和集镁室的隔墙，在电解室内设有阳极组件与阴极组件，在电解室顶部设有阳极盖;所述阳极组件包括多个能够独立进行更换的阳极模块;所述阴极组件包括多个钢阴极;所述阳极盖为能够独立于所述槽体进行更换的盖体结构;所述隔墙包括能够在线进行更换或修复的上部隔墙;其中，所述阳极模块、所述阳极盖及所述上部隔墙中的至少一者被配置为能够在电解槽不停产或短暂断电的情况下进行独立更换或修复。
[0011]进一步的，所述阳极模块与所述阴极组件的钢阴极在所述电解室内沿水平方向交替排列布置。
[0012]进一步的，每个所述阳极模块包括通过绝缘连接件固定连接在一起的石墨阳极与双极板。优选所述绝缘连接件为陶瓷螺栓。陶瓷材料具有良好的绝缘性和耐高温腐蚀性，使用陶瓷螺栓连接能确保石墨阳极与双极板之间可靠绝缘，同时形成坚固的模块化整体结构，便于吊装。
[0013]进一步的，所述阳极盖为多个独立可拆卸的小盖结构，所述阳极盖的数量与所述阳极模块的数量相对应，并分别覆盖于对应的阳极模块上方。将阳极盖小型化、标准化，能够针对单个损坏的阳极模块进行局部吊装更换，操作灵活，对起重设备要求低。
[0014]进一步的，每个所述阳极盖上设有供其下方对应的石墨阳极穿过的开口，所述阳极盖与所述石墨阳极之间通过高温密封材料实现可拆卸的密封连接。该密封结构既能保证电解室的密封性，防止氯气外泄，又能在高温下软化，便于实现阳极盖与阳极模块的连接与分离，是实现在线更换的关键。
[0015]进一步的，所述上部隔墙为能够独立吊装更换的陶瓷隔板。采用整块可吊装陶瓷板替代砌筑结构，使其在发生破损时能够被整体取出并更换，从而在线修复电解室与集镁室之间的气密性分隔，防止氯气与镁液串通。
[0016]进一步的，所述隔墙还包括下部隔墙，所述下部隔墙为金属板，且与多个所述钢阴极焊接连接以共同构成框式阴极结构。将下部隔墙与钢阴极整合为一个坚固的金属框架，大大增强了其结构强度和抗侵蚀能力，几乎无需维修，同时框式结构也有利于电解质的稳定循环。所述上部隔墙与下部隔墙之间具有一个供电解质由电解室流入集镁室的循环通道。
[0017]进一步的，所述集镁室的顶盖上开设有拔渣口。设置拔渣口提供了在线清理槽内沉积固体渣物的通道，可定期或根据需要清除沉渣，避免渣物堆积影响电解质循环、掩埋加热电极或减少有效容积。
[0018]进一步的，所述多极镁电解槽还包括用于加热电解质的交流加热电极，所述交流加热电极为上插式结构，包括导电棒和套设在所述导电棒外的绝缘套管;所述导电棒能够沿竖直方向调节插入电解质的深度;所述绝缘套管设置于所述电解槽的顶部。将电极改为从顶部插入，彻底消除了侧插式电极穿过槽侧壁可能带来的电解质泄漏风险;可调深度便于根据工况调节加热功率;顶部安装方式也使得电极损坏后易于在线更换。优选所述绝缘套管为陶瓷管。陶瓷管具有优异的绝缘性能、耐高温和耐电解质腐蚀的特性，是保证上插式电极安全可靠运行的关键部件。
[0019]进一步的，所述电解室的底部设有带孔的支撑平台，所述支撑平台通过多根平台支撑柱与所述集镁室的底部连接。所述支撑平台上的孔和所述上部隔墙与下部隔墙之间的循环通道，共同构成电解质在电解室与集镁室之间循环流动的路径。支撑平台为电解室底部提供了稳定的支撑，其上的孔洞是电解质自集镁室进入电解室的主要通道，隔墙的循环通道共同构成了完整的循环回路，保证了电解反应的持续进行和镁珠的顺利输送。
[0020]本发明的有益效果在于：
(1)实现了关键部件的在线可更换性：通过将阳极组件模块化(石墨阳极与双极板连接成整体)、阳极盖小型化与独立化、上部隔墙板可吊装化、交流加热电极上插式与可调化设计，使得石墨阳极、双极板、阳极盖、上部隔墙板、交流电极等易损易耗部件在生产过程中(配合短路开关短暂停电后)即可进行局部更换或修复，避免了因局部损坏导致的整槽停运和大修。
[0021](2)显著延长槽寿命并降低维修成本：在线修复能力使得电解槽无需因局部问题而提前大修，可将典型槽寿命从2年延长至4年甚至更久。吨镁分摊的大修费用可显著降低，经济效益显著。
[0022](3)彻底消除安全隐患：将交流加热电极由侧插式改为上插式，完全消除了从电极侧壁密封处泄漏电解质的风险，提高了生产安全性。同时，电极不易被槽渣掩埋，保障了应急加热功能。
[0023](4)维持高效稳定运行：可及时更换因消耗而减薄的阳极模块，恢复最佳极距;可及时修复破损的隔墙，防止氯气与镁串通反应;可通过拔渣口清理沉渣，维持电解质正常循环。这些措施能有效防止电解槽沦为“病槽”，使其长期保持在高效、稳定的工作状态。
[0024](5)结构合理，便于实施：各改进部分结构设计巧妙，与现有槽体结构兼容性好，改装或新建均易于实现，操作维护简便。
附图说明
[0025]图1为现有技术中多极镁电解槽的结构示意图。
[0026]图2为图1中沿A-A方向的剖视图。
[0027]图3为图2中沿B-B方向的剖视图。
[0028]图4为本发明所述多极镁电解槽的结构示意图。
[0029]图5为图4中沿A-A方向的剖视图。
[0030]图6为图5中沿B-B方向的剖视图。
[0031]图7为本发明所述多极镁电解槽中阳极模块的结构示意图。
[0032]图8为本发明所述阳极模块与阳极盖的连接示意图。
[0033]图中所示：1-槽体;2-电解室;3-集镁室;4-隔墙;4a-上部隔墙(陶瓷隔板);4b-下部隔墙(金属板);5-阳极模块;5a-石墨阳极;5b-双极板;6-钢阴极;7-阳极盖;8-绝缘连接件(陶瓷螺栓);9-交流加热电极;9a-导电棒;9b-绝缘套管(陶瓷管);10-拔渣口;11-支撑平台;12-平台支撑柱;13-循环通道、14-氯气出口、15-氯化镁与抽出镁的孔。
具体实施方式
[0034]下面由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0036]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
实施例
[0037]如图4-7所示，本实施例提供一种可在线修复的多极镁电解槽，适用于熔盐电解法制取金属镁。
[0038]该多极镁电解槽包括槽体1，所述槽体1为双层结构，其外层为钢制外壳，其内层为耐火砖墙，槽体1内竖直设置有隔墙4，所述隔墙4将槽体1内部分隔为电解室2和集镁室3，电解室2和集镁室3内都装有电解质。
[0039]所述隔墙4由上部能够在线进行更换或修复的上部隔墙(陶瓷隔板)和下部的下部隔墙(金属板)组成。上部隔墙4a为整块长条形陶瓷板，通过可拆卸的安装方式固定在槽体上部，在损坏时，能够在电解槽不停产或短暂断电的情况下进行独立更换或修复。下部隔墙4b为耐高温合金钢板，与阴极组件的多个钢阴极6焊接为一体，形成框式阴极结构，不仅强度高、抗侵蚀，还有利于电解质稳定循环。在上部隔墙4a与所述下部隔墙4b之间形成供电解质流通的循环通道13(电解质通过循环通道13由电解室2流向集镁室3)。
[0040]在电解室2内设有阳极组件与阴极组件，在电解室2顶部设有阳极盖7，在电解室2内侧壁上部靠近阳极盖7的位置设有氯气出口14，电解室2和集镁室3内的电解质面高于循环通道13顶部，低于氯气出口14底部。电解室2底部位于集镁室3底部的上方，在电解室2底部设有带孔的支撑平台11，通过多根平台支撑柱12与集镁室3底部连接。支撑平台11上的孔与隔墙4上的循环通道13共同构成电解质在电解室2与集镁室3之间的循环路径，确保反应持续进行和镁的顺利输送。
[0041]所述阳极组件包括多个能够独立进行更换的阳极模块5，每个阳极模块5由一块石墨阳极5a和两组设置在石墨阳极5a两侧的双极板5b(每组两件)通过绝缘连接件8(采用双头陶瓷螺栓，每个阳极模块5设4套绝缘连接件8)连接固定，形成一个可整体吊装的单元，每个阳极模块5在损坏时，也能够在电解槽不停产或短暂断电的情况下进行独立更换或修复。石墨阳极5a的上端穿透阳极盖7后伸出电解室2外，双极板5b的上端与阴极组件上端均位于氯气出口14下方。
[0042]所述阳极盖7包括多个独立可拆卸的小盖结构(本实施例为7个)，阳极盖7的数量与阳极模块5一致并一一对应的覆盖于每个阳极模块5的上方，每个阳极盖7对应覆盖一个阳极模块5，其上设有供石墨阳极5a穿过的开口。阳极小盖7a与石墨阳极5a之间采用高温沥青或类似密封材料进行可拆卸密封，既保证气密性，又便于拆卸更换。每个阳极盖7，在损坏时，同样也能够在电解槽不停产或短暂断电的情况下进行独立更换或修复。
[0043]所述阴极组件包括多个钢阴极6，每个钢阴极6与下部隔墙4b焊接连接，共同形成稳固的框式结构。该结构在运行中几乎不损耗，且有助于维持电解质的流动路径。阴极组件上端也位于氯气出口14下方。钢阴极6与阳极模块5在电解室2内交替水平排列，相邻两钢阴极6之间设置一个阳极模块5。
[0044]在集镁室3顶部设有加氯化镁与抽出镁的孔15(氯化镁与抽出镁共用一个孔)。
[0045]在集镁室3的顶盖上还设有用于加热电解质的交流加热电极9，所述交流加热电极9为上插式结构(交流加热电极9数量为两个，分别设置于集镁室3顶盖两侧作为正极与负极)，每个交流加热电极9包括导电棒9a和套设在所述导电棒9a外的绝缘套管(陶瓷管)9b;所述导电棒9a可沿竖直方向调节插入电解质的深度;所述绝缘套管(陶瓷管)9b设置于所述集镁室3的顶部，其下端伸入集镁室3内。交流加热电极9的导电棒9a沿着绝缘套管(陶瓷管)9b从集镁室3顶部插入电解质中，导电棒9a的插入深度可调，从而实现加热功率的调节。绝缘套管(陶瓷管)9b不仅绝缘，还能有效防止电解质泄漏。该结构避免了侧插式电极的泄漏风险，且损坏后可在线更换。
[0046]在集镁室3的顶盖上开设有一个拔渣口10。通过该拔渣口10可放入抓渣斗或L形刮渣工具，定期清理沉积在槽底的固体渣物，避免渣物堆积影响电解质循环或掩埋加热电极。
[0047]在线修复操作方法
本发明的核心在于可在不停产或仅短暂停电的情况下，对关键部件进行在线更换或修复，具体操作如下：
(1)更换阳极模块5与阳极盖7：
首先使用赛尔开关将电解槽的直流电路短路，停止氯气产生。吊出待更换的某个阳极盖7及对应的阳极模块5。将新阳极模块5安装到位，盖上对应的阳极盖7，并在阳极盖7与对应的阳极模块5接缝处浇灌高温沥青密封。最后拆除赛尔开关，恢复直流供电，电解槽即可继续正常运行。
[0048](2)更换上部隔墙4a：
同样在短路停电状态下，将损坏的上部隔墙4a吊出，安装新的上部隔墙4a，并对安装缝隙进行密封处理，恢复气密性后即可恢复正常生产。
[0049](3)更换或调整交流加热电极9：
无需短路停电，直接吊出损坏的导电棒9a或绝缘套管(陶瓷管)9b，更换新件。可通过调整导电棒9a的插入深度来调节加热功率，操作简便安全。
[0050](4)清理槽底沉渣：
在正常生产过程中，可通过拔渣口10放入抓渣装置或L形工具，将沉积在槽底的固体渣物捞出，恢复电解质的有效容积和流动性能。
[0051]通过上述结构设计与在线修复方法，本发明实现了多极镁电解槽的关键部件在线可更换、可修复，具有以下显著效果：
延长槽寿命：槽体1寿命可从原来的2年延长至4年以上，大幅降低大修频率。
[0052]节约维修成本：吨镁分摊的大修成本从1500-2000元降至750-1000元，万吨规模年节约维修费用可达数百万元。
[0053]提升安全性：上插式电极彻底杜绝电解质泄漏风险，加热功率可调，应急保障能力强。
[0054]维持高效运行：及时更换损耗阳极、修复隔墙、清理沉渣，使电解槽始终处于高效稳定状态，提高电流效率和镁产量。
[0055]操作灵活简便：模块化、可拆卸化设计便于实施，兼容现有槽体结构，易于推广使用。本发明其它未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术。
[0056]需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0057]本发明的保护范围不限于具体实施方式所公开的技术方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明的保护范围。
说明书附图(8)
