[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于多極鎂電解技術(shù)中的氮化硅陶瓷絕緣材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210500599.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103848631A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李華堅(jiān);許宏杰;王艷玲;藍(lán)振華;趙芬玲;劉晶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海彭浦特種耐火材料廠(chǎng)有限公司;上海柯瑞冶金爐料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/584
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/584;C25C3/04;C25C7/00
• 代理公司: 上海智信專(zhuān)利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于多極鎂電解技術(shù)中的高純氮化硅絕緣材料，更確切地說(shuō)所述Si₃N₄絕緣材料用于多極鎂電解法還原海綿鈦電解槽中石墨電極板間的絕緣材料，該產(chǎn)品使用壽命已經(jīng)超過(guò)18個(gè)月，有效地提高了電解槽的壽命，提高了生產(chǎn)效率。屬于特種陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在鎂法海綿鈦制造工藝中，鎂是鈦生產(chǎn)主要原料之一。熔融鎂作為還原劑與四氯化鈦反應(yīng)生成海綿鈦，同時(shí)還原反應(yīng)產(chǎn)出熔融態(tài)氯化鎂。氯化鎂需要經(jīng)電解工藝產(chǎn)出鎂和氯氣，鎂以液鎂形態(tài)返回到海綿鈦還原工序作為還原劑，氯氣返回氯化工序作為原料制備四氯化鈦，或進(jìn)行液化處理生產(chǎn)液氯。因此電解是鎂法海綿鈦生產(chǎn)工藝中原料循環(huán)使用的重要工藝環(huán)節(jié)（其工藝流程如圖1所示）。

目前應(yīng)用于海綿鈦行業(yè)的鎂電解技術(shù)在國(guó)內(nèi)主要有海綿鈦行業(yè)110kA無(wú)隔板鎂電解槽技術(shù)；國(guó)際上以烏克蘭為代表的175kA無(wú)隔板鎂電解槽技術(shù)以及日本的多極鎂電解槽技術(shù)。除此之外，全流程生產(chǎn)海綿鈦技術(shù)中，每生產(chǎn)1T海綿鈦的單位電耗約為3.2萬(wàn)kWh，其中用于鎂電解的單位電耗約為2.1萬(wàn)kWh。由此可見(jiàn)，鎂電解電耗占海綿鈦生產(chǎn)電耗的65%以上。因此，低電耗、高質(zhì)量鎂的鎂電解技術(shù)對(duì)于提升海綿鈦質(zhì)量、降低海綿鈦生產(chǎn)成本有著舉足輕重的作用。鎂電解技術(shù)的水平主要取決于鎂電解槽的技術(shù)裝備水平。體現(xiàn)電解槽技術(shù)水平的主要技術(shù)指標(biāo)是單位產(chǎn)品能耗低、單槽產(chǎn)能大、產(chǎn)品回收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好及環(huán)保指標(biāo)好。

當(dāng)前，國(guó)際上鎂電解槽的設(shè)計(jì)正在朝著大型槽、大電流方向發(fā)展，并且在槽型結(jié)構(gòu)上不斷優(yōu)化改進(jìn)。電解槽按照結(jié)構(gòu)可分為有隔板與無(wú)隔板兩種。有隔板電解槽由于密閉性差、氯氣回收率低以及氯氣濃度低在國(guó)際上已被淘汰。目前國(guó)際上有代表性的鎂電解槽按照陰陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)分為單極槽（有隔板槽與無(wú)隔板槽）與多級(jí)槽(見(jiàn)圖2)。多級(jí)槽是指在陽(yáng)極與陰極之間增加數(shù)個(gè)雙電極，以增加電解面積從而提高電解效率。

如圖2所示，在陰、陽(yáng)極間電勢(shì)能的作用下，氯化鎂被電解為鎂離子和氯離子，分別聚積在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)。鎂離子在陰極獲得2個(gè)電子變?yōu)榻饘冁V。由于其質(zhì)量比電解液質(zhì)量輕而上浮到電解液頂部進(jìn)入到電解槽內(nèi)的集鎂室，定期通過(guò)真空被抽吸到電解槽外的鎂抬包送至液鎂緩沖裝置，供進(jìn)一步使用。電解產(chǎn)生的氯離子在陽(yáng)極區(qū)失去電子，與另一個(gè)氯離子結(jié)合生成氯氣，順著陽(yáng)極上升到電解液表面通過(guò)管道被氯氣壓縮機(jī)所提供的負(fù)壓抽吸到氯氣總管。

由于多極鎂電解槽良好的電解鎂質(zhì)量、高濃度的氯氣含量、較低的直流電耗和較小的環(huán)境壓力，其對(duì)海綿鈦生產(chǎn)最終產(chǎn)品-海綿鈦的質(zhì)量指標(biāo)有著良好的促進(jìn)作用；高濃度的氯氣及較低的直流電耗對(duì)于降低海綿鈦的成本也有著積極作用。因此，多極鎂電解槽技術(shù)在海綿鈦生產(chǎn)工藝中的成功運(yùn)用，必將成為全流程海綿鈦健康發(fā)展的必由之路。

國(guó)內(nèi)有些企業(yè)曾經(jīng)使用過(guò)反應(yīng)燒結(jié)氮化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅等材質(zhì)都沒(méi)有取得較好的效果，而本發(fā)明人擬采用熱壓燒結(jié)制成的高純氮化硅陶瓷絕緣材料用于多極鎂電解槽中雙極性電極正負(fù)極間（如圖2示）起絕緣作用，利用高純Si₃N₄優(yōu)異的物化性能，有望取得良好的使用效果。本發(fā)明的產(chǎn)品的成功使用的原因，歸結(jié)于該產(chǎn)品具備了良好的耐侵蝕、耐高溫、強(qiáng)度高等綜合特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于多極鎂電解技術(shù)中的高純氮化硅絕緣材料。所述的絕緣材料用于多極鎂電解法還原海綿鈦的電解槽中雙極性石墨電極板間的絕緣材料，所提供的絕緣材料不僅必須具備經(jīng)受長(zhǎng)期在浸泡在MgCl₂溶液中，并且要長(zhǎng)期在高溫下承受金屬鎂熔液的侵蝕，而且還要有足夠的高溫下強(qiáng)度和高溫下的高絕緣性，以保障石墨電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本發(fā)明材料所提供的陶瓷材料必須具備：①良好的高溫強(qiáng)度；②良好的抗鎂溶液侵蝕性；③良好的抗腐蝕性能；④良好的絕緣性能。

基于以上要求，本發(fā)明提供的絕緣材料采用高純氮化硅為主體原料，為確保提供的絕緣材料具有高的相對(duì)密度（要求≥98%），而且又要降低燒結(jié)溫度以節(jié)省能耗，所以在高純Si₃N₄主體原料中添加少量燒結(jié)劑，比如：Y₂O₃、BN、Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃或MgF₂中兩種、三種或以上采用真空熱壓的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的綜合性能。