專利名稱：由熔融氯化物生產(chǎn)金屬的方法和電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉M包含氯化鋅的熔融氯化物電解液生產(chǎn)液態(tài)鋅和氯氣的方法以 及實(shí)施該方法的電解槽。
背景技術(shù)：
已有一些涉及由氯化鋅電解生產(chǎn)鋅的專利及其它文獻(xiàn)。這些專利和報(bào)告主 要描述了具有敘內(nèi)所有電極的單一隔室的電解槽。而另一方面，本發(fā)明描述了 具有至少兩個(gè)隔室的電,，其中至少一個(gè)隔室容納電極(電 室)且至少 一個(gè)隔室緊挨著該電皿室。這些腔室通過(guò)允許電解液在隔室之間流動(dòng)的分隔壁分隔開(kāi)。電才^2bi^向的、水平的或以一定角度傾斜。礦ib^ (Bureau of Mines)的才艮告8133和8524 (美國(guó)內(nèi)^US D印.of the Interior)椰苗述了從ZnCl2溶鹽槽電解制取鋅。報(bào)告8133給出了利用兩 個(gè)單極電極進(jìn)行電解的結(jié)果，而才艮告8524同時(shí)涉及單極槽和^L槽中的電解。 所有槽中的電極均為水平或由水平位置稍微傾斜。W0 2004/074552 Al描述了在具有傾斜電極的雙極電解槽中從熔融ZnCl2生產(chǎn)鋅和氯氣。從鎂的電解生產(chǎn)已知其它的槽設(shè)計(jì)，這些槽設(shè)計(jì)用于多-單極電極(US 4,308,116 )和多-練電極(GB 8800674 )。但是金屬鎂比電解液^JL^在其 頂部，而鋅比電解液重且會(huì)匯集在槽底部。因此，用于電解生產(chǎn)鋅的具有兩個(gè) 或更多個(gè)隔室的槽設(shè)計(jì)將與用于鎂生產(chǎn)的電解槽有相當(dāng)大的差異。EP 1364077 Bl描述了用于從溶融氟化物/氧化物電解液生產(chǎn)鋁和氧氣的電 解槽，該槽包含非消耗型陽(yáng)極。所描述的槽具有分隔的隔室， 一個(gè)電極隔室和一個(gè)氣體分離腔室。氣體分離腔室的目的是確^^v電解液有皿去除氧。生成的鋁;^Jij槽底部，在那里它ii/v^三金屬匯集隔室以保護(hù)它免受溶解在電解液 中的氧的影響。發(fā)明內(nèi)容才娥如在所附權(quán)利要求書(shū)中限定的本發(fā)明，if脈提^lf確保電解^it當(dāng)流動(dòng)狀態(tài)的、用于生產(chǎn)鋅的新方法和電餘隋。由于該槽設(shè)計(jì)以;M目應(yīng)的用于操怍其的方法，因》化陽(yáng)極(3)上產(chǎn)生的氯 氣泡的向上流動(dòng)對(duì)電解液產(chǎn)生拖動(dòng)，這引起陽(yáng) 陰極之間的向上流動(dòng)。在單 一隔室的槽中，該流動(dòng)可引起具有尤其是湍流的電解液流動(dòng)的體積(槽的上部) 和具有幾乎零流動(dòng)逸復(fù)的體積(電極以下)。這兩種情況都是不希望的。強(qiáng)湍 流可《I起增大的槽耗損以"^#之間的再化合，而低的速度可導(dǎo)致泥渣的匯集。以下，#€過(guò)實(shí)施例和附圖描^^發(fā)明，其中


圖1以截面端視圖顯示了4 本發(fā)明的具有兩個(gè)隔室的槽的主，件，圖2以截面俯視圖顯示了圖1所示的槽的主^4p件， 圖3以截面順抖見(jiàn)圖顯示了圖1所示的槽的主，件。M實(shí)施方式參照?qǐng)D1，以截面視圖方式顯示了具有電解腔室2和一個(gè)々財(cái)妾腔室1的電解 槽。圖2利用同樣的附圖標(biāo)記在陰招水平上顯示了相同槽的俯視圖。應(yīng)當(dāng)理解可以有;ut腔室結(jié)構(gòu)。例如， 一種腔室結(jié)構(gòu)可以具有共享中間共用々N^腔室的兩個(gè)分隔開(kāi)的電解腔室。在圖中，附圖才射己3和4分別是陽(yáng)#陰極。在顯示 的實(shí)施方案中，通過(guò)頂部插入陽(yáng)極3，而從側(cè)部插入陰極4。應(yīng)當(dāng)理解，jE^目反 的結(jié)構(gòu)是同樣可行的，只有頂部插入電極、只有側(cè)部插入的電極、或具有底部 插入電極的結(jié)構(gòu)也是可行的。對(duì)于底部或側(cè)部插入電極，適當(dāng)冷卻電極頭對(duì)于 避免電解滴，中滲漏是重要的。恥fel電極結(jié)構(gòu)也是可行的。在itb^t情況下， 只有(一個(gè)或多個(gè))端部陰極和(一個(gè)或多個(gè))陽(yáng)極需要被插入槽中。雙極電 極將完全浸入電解液中。雙極電極也允許電極傾斜?？梢詢A斜到幾乎水平的電 極結(jié)構(gòu)。在傾斜的電才^LL，氯氣產(chǎn)生于朝下的電核束面上，而鋅產(chǎn)生于朝上的 表面上。進(jìn)一步參照?qǐng)Dl,附圖才朽己5表示Zn池。當(dāng)鋅產(chǎn)生時(shí)，它將匯集絲底部， 并且要求定期的金屬放出。絲的上部i^X有氯氣出口 6。可通過(guò)開(kāi)口 9取出金屬，而可通過(guò)一個(gè)開(kāi)口 io進(jìn)行zna添加。才娥槽底部和槽蓋之間的高度，可
以^中抽吸出或泵逸出金屬。由于Zn的密度，抽吸只對(duì)小于約1. 5m的高度有效。更大高度時(shí)，需要M。 ^t^i^電解腔室內(nèi)進(jìn)行ZnCl2添加，因?yàn)閆nCl2通常具有比電解'狄高的密度。在電解腔室中"認(rèn)ZnCl2比在々p^腔室中更有效，因?yàn)樵陔娊馇皇抑袑?duì)流更強(qiáng)烈。但是向々Ii^腔室中添加ZnCl2也是可行的。ZnCl2可以按氣態(tài)或固態(tài)力口入。附圖才斜己7和8表示將電解腔室和々p^腔室分隔開(kāi)的分隔壁(截面視圖)。
利用與圖l和圖2相同的附圖才斜己，圖3顯示了貫越分隔壁的,抖械面圖。通過(guò)分隔壁8的充分浸漬實(shí)現(xiàn)兩腔室中^A的分隔。電解腔室主M氯氣，而々1^腔室主M空n^合適的惰性氣體。分隔壁7將有助于產(chǎn)生圖1中箭頭表示的循環(huán)電解液流動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整壁7和8之間的間隙和/或壁7和槽底部之間的間隙來(lái)拴制電解液的逸l。參照?qǐng)D3,附圖才科己11和12表示用于上分隔壁和下分隔壁的支^^i體。
用于生產(chǎn)鋅的具有兩個(gè)或更多個(gè)隔室的槽設(shè)計(jì)的目的是在槽中建立電解液的可控流動(dòng)。在陽(yáng)極(3)上產(chǎn)生的氯氣泡的向上流動(dòng)對(duì)電解液產(chǎn)生拖動(dòng)，這引起陽(yáng)極和陰極之間的向上流動(dòng)。在具有兩個(gè)或更多個(gè)隔室的槽中，電解液的向上流動(dòng)可從電極隔室2被引向(一個(gè)或多個(gè))4峰隔室1，且該電解液將從該(一個(gè)或多個(gè))々峰隔室流回到電極下方的電極隔室，由此產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)?！┴?cái)^空室中的向下流動(dòng)優(yōu)選慢于電擬應(yīng)室中的向上流動(dòng)，這可通過(guò)4財(cái)妄腔室中的大的流動(dòng)截面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該循環(huán)流動(dòng)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)電解液流動(dòng)可具有M為層流的1生質(zhì)；穿過(guò)(一個(gè)或多個(gè))^條腔室的流動(dòng)允許有皿分離小的氯氣泡和電解液；緩慢沉降的小金屬滴將沉降在(一個(gè)或多個(gè))々M務(wù)腔室中而非在電核上方的湍流中與氯再化合；低密度的固體氧化物顆粒在電解液中的停留時(shí)間將增長(zhǎng)，由itbititiL許更有效的氯化(Mx0 + Cl2= MC12 + 02)而減少泥渣形成。與電招J空室隔開(kāi)的腔室還具有可以禍金#出和氯氣提取分隔開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)。否則，必須實(shí)施特殊的措施以載在取出金屬期間Cl2^Mf滲漏。
在槽中，可進(jìn)行;W材^Ht擇。陽(yáng)極優(yōu)選^1材料。石墨由于其相對(duì)低的電
阻因而是te的。陰衫L也可以是^1材料，但也可以使用導(dǎo)電陶資如TiB2。可應(yīng)用情f生或接近惰性的金屬如Mo、 W和Nb。導(dǎo)電陶資和金屬相對(duì)于碳的優(yōu)點(diǎn)是碳不能潤(rùn)濕液態(tài)Zn，因jt匕鋅以;f艮細(xì)的液滴產(chǎn)生。從電流^:率和^r屬匯集兩方面的
觀泉看，較大的Zn液滴是有利的。
槽本身可由鋼殼制得，該鋼殼襯有合適的^例如氧化鋁基、氧4^基、
碳材料、氮^^、碳^tt、氮德基的執(zhí)或其組合。
電解液必須包含ZnCl2。 ZnCl2應(yīng)優(yōu)逸不含水分、氧化物和氬氧化物，但含
有一些雜質(zhì)是可接受的。jH^卜，^i^fM—種或多種其它氯4緣以增加電導(dǎo)率、減小粘度、吸濕性和Zna的蒸氣壓力。添加的典型氯4緣是LiCl、NaCl和KC1，也可^^a金屬氯化物及其它堿金屬氯化物。ZnCl2^1可^JL個(gè)重量百分化直至80 w%。電解溫度可為Zn的熔點(diǎn)(420。C )及以上的溫度。
權(quán)利要求
1. 通過(guò)利用電解槽從包含氯化鋅的鹽熔融物電解生產(chǎn)鋅的方法，所述電解槽具有至少一個(gè)包含電解液的電解腔室(2)和至少一個(gè)鄰接腔室(1)，所述至少一個(gè)鄰接腔室(1)通過(guò)至少一個(gè)分隔壁(7，8)與所述電解腔室隔開(kāi)，其特征在于通過(guò)至少一個(gè)分隔壁將(一個(gè)或多個(gè))電解腔室中的(一種或多種)氣氛與(一個(gè)或多個(gè))鄰接腔室中的(一種或多種)氣氛隔開(kāi)，并且在電解液液面水平以下，使電解液穿過(guò)(一個(gè)或多個(gè))分隔壁中或(一個(gè)或多個(gè))分隔壁上的至少一個(gè)開(kāi)口而被引導(dǎo)在(一個(gè)或多個(gè))電解腔室和(一個(gè)或多個(gè))鄰接腔室之間流動(dòng)，并且產(chǎn)生的鋅匯集在槽底部。
2. 才M^權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生的液體4^皮^i出槽。
3. 才娘權(quán)矛漆求1-2的方法，其中以連續(xù)或半連續(xù)的方式注入固態(tài)或氣態(tài)ZnCl2。
4. 用于從包含氯化鋅的鹽熔融物電解生產(chǎn)鋅的電解槽，該槽具有至少一個(gè)具有電招Jlii^^有電解'液的電解月空室(2 )，該槽還包含至少一個(gè)4N^腔室(1),所述至少一個(gè)々財(cái)妄腔室(1)通過(guò)至少一個(gè)分隔壁(7， 8 )與所述電解腔室分隔開(kāi)，^#攤于iU至少一個(gè)分隔壁以便將(一個(gè)或多個(gè))電解腔室中的(一種或多種)氣脈(一個(gè)或多個(gè))々N^腔室中的(一種或多種)氣氛分隔，并且在電解';i^K平以下，在分隔壁中或分隔壁上設(shè)置至少一個(gè)開(kāi)口以允許電解液在(一個(gè)或多個(gè))電解腔室和(一個(gè)或多個(gè))々峰腔室之間流動(dòng)，且其中槽底部適于匯集產(chǎn)生的鋅。
5. #^權(quán)利要求4的電餘隋，將征在于該槽包含兩個(gè)或更多個(gè)單極電極。
6. 才財(cái)居權(quán)利要求4的電解槽，其特征在于該槽包含兩個(gè)棘電極以及一個(gè)或多個(gè)*電極。
7. 才財(cái)居權(quán)牙'虔求5-6的電解槽，其特征在于該單極電極由^P介質(zhì)如水來(lái)輛。
8. 才財(cái)居權(quán)利要求4的電觶漕，其特4^于該槽包含基于石墨材料的(一個(gè)或多個(gè))電極。
9. 才財(cái)居權(quán)矛溪求4的電解槽，耕棘于在該槽內(nèi)襯中的材料包含多于95%
全文摘要
本方法涉及用于從包含氯化鋅的鹽熔融物電解生產(chǎn)鋅的方法及電解槽。該電解槽具有至少一個(gè)包含電解液的電解腔室(2)和至少一個(gè)鄰接腔室(1)，所述至少一個(gè)鄰接腔室通過(guò)至少一個(gè)分隔壁(7，8)與所述電解腔室隔開(kāi)。(一個(gè)或多個(gè))電解腔室中的(一種或多種)氣氛通過(guò)至少一個(gè)分隔壁與(一個(gè)或多個(gè))鄰接腔室中的(一種或多種)氣氛分隔。在電解液液面水平下方，電解液通過(guò)(一個(gè)或多個(gè))分隔壁中或(一個(gè)或多個(gè))分隔壁上的至少一個(gè)開(kāi)口被引導(dǎo)在(一個(gè)或多個(gè))電解腔室和(一個(gè)或多個(gè))鄰接腔室之間流動(dòng)。產(chǎn)生的鋅金屬匯集在槽底部?？梢园椿旧蠈恿鞣绞娇刂齐娊庖旱牧鲃?dòng)。
文檔編號(hào)C25C1/16GK101522953SQ200780034888
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者C·羅森科爾德 申請(qǐng)人:諾爾斯海德公司