本發(fā)明屬于電解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電解金屬氯化物制備氫氧化物的裝置。
背景技術(shù)：
大多數(shù)金屬元素的氯化物都可溶于水形成濃度較高的水溶液，而很多金屬氫氧化物則不溶或難溶于水，例如堿土金屬元素、稀土元素、鐵、鈷、鎳、鋁及鎵等，這類元素其氫氧化物及氧化物已廣泛應(yīng)用于電子、電器、光學(xué)、儀表、冶金、國(guó)防與航空航天等領(lǐng)域，其制備方法分為火法和濕法兩大類。
以氧化鎂為例，大規(guī)模生產(chǎn)氧化鎂的方法有白云石碳化法、菱鎂礦碳化法等，裝備主要是直燃式立窯、回轉(zhuǎn)爐、鼓泡碳化設(shè)備等；以海水、鹵水為原料生產(chǎn)氧化鎂，國(guó)內(nèi)使用的主要方法有石灰（或白云石灰）法、氨法（或碳銨法）和燒堿（或純堿）法，整體過(guò)程操作環(huán)境差，能耗較高，生產(chǎn)成本高。
以氧化鋁為例，拜耳法成為生產(chǎn)氧化鋁的主流工藝，但是拜耳法對(duì)鋁土礦的品質(zhì)要求比較高，國(guó)內(nèi)很多高鐵鋁土礦、高硫鋁土礦等中低品位鋁土礦并不適用拜耳法的生產(chǎn)工藝。且拜耳法流程中母液蒸發(fā)耗能很大，并不利于能源節(jié)約。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝復(fù)雜、設(shè)備眾多、操作也不簡(jiǎn)單，生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品也并不總是很理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備中存在的流程長(zhǎng)、能耗高以及成本高等難題，本發(fā)明提供了一種用于電解金屬氯化物制備氫氧化物的裝置，通過(guò)該套筒多電極隔膜電解系統(tǒng)對(duì)金屬氯化物溶液進(jìn)行電解，可以直接獲得相應(yīng)金屬的氫氧化物，并能得到純度很高的副產(chǎn)品氫氣和氯氣，所得氫氧化物經(jīng)過(guò)煅燒即可得到高品質(zhì)金屬氧化物。
本發(fā)明的裝置由電解系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，其中電解系統(tǒng)由電源裝置和電解槽構(gòu)成，電解槽包括電解槽外殼及其內(nèi)部交替設(shè)置n個(gè)圓筒陽(yáng)極和n個(gè)圓筒陰極，其中n個(gè)圓筒陰極頂端固定于絕緣框上，絕緣框由一個(gè)圓筒側(cè)壁和一個(gè)頂板構(gòu)成；n個(gè)圓筒陽(yáng)極固定于圓形底板上；每個(gè)圓筒陰極的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)陰極工作面，陰極工作面與圓筒陰極的軸線重合，每個(gè)圓筒陽(yáng)極的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)陽(yáng)極工作面，陽(yáng)極工作面與圓筒陽(yáng)極的軸線重合；同一個(gè)圓筒陰極兩側(cè)的兩個(gè)陰極工作面之間的環(huán)狀空間為陰極室，陰極室底部通過(guò)圓形底板的通孔與電解槽外殼內(nèi)部聯(lián)通；同一個(gè)圓筒陽(yáng)極兩側(cè)的兩個(gè)陽(yáng)極工作面之間的環(huán)狀空間為陽(yáng)極室，陽(yáng)極室底部連接圓形底板，陽(yáng)極室上設(shè)有陽(yáng)離子交換膜；陰極室內(nèi)均勻分布有陰極導(dǎo)電柱，陰極導(dǎo)電柱兩端分別連接圓筒陰極和陰極工作面；陽(yáng)極室內(nèi)均勻分布有陽(yáng)極導(dǎo)電柱，陽(yáng)極導(dǎo)電柱兩端分別連接圓筒陽(yáng)極和陽(yáng)極工作面。
上述裝置中，絕緣框中心與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起，旋轉(zhuǎn)軸下端穿過(guò)底板并與旋轉(zhuǎn)裝置裝配在一起；底板上固定有與每個(gè)陰極工作面相配合的均勻分布的8個(gè)刮板，用于刮去陰極工作面上沉積的物料。
上述裝置中，圓筒陽(yáng)極上端連接陽(yáng)極導(dǎo)電母線板，陽(yáng)極導(dǎo)電母線板連接直流電源正極；圓筒陰極上端連接陰極導(dǎo)電母線板，陰極導(dǎo)電母線板連接直流電源負(fù)極。
上述裝置中，絕緣框及其上固定的圓筒陰極在旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下按順時(shí)針與逆時(shí)針交替的順序可以各旋轉(zhuǎn)45°；圓筒陽(yáng)極上部的4個(gè)陽(yáng)極母線板穿過(guò)絕緣框的旋轉(zhuǎn)孔不與絕緣框相接觸，以不影響絕緣框及固定其上的圓筒陰極的交替旋轉(zhuǎn)。
上述裝置中，陽(yáng)極室設(shè)有氯氣導(dǎo)管、進(jìn)液管和出液管，進(jìn)液管和出液管均插入陽(yáng)極室內(nèi)，進(jìn)液管位于陽(yáng)極室內(nèi)的部分均勻分布有圓孔，出液管插入陽(yáng)極室底部，進(jìn)液管與出液管交替排布；陰極室設(shè)有氫氣導(dǎo)管。
上述裝置中，各陰極工作面、陽(yáng)極工作面與相應(yīng)圓筒陰極、圓筒陽(yáng)極為同軸圓筒，軸線重合，當(dāng)圓筒陽(yáng)極和圓筒陰極超過(guò)一個(gè)時(shí)，各圓筒陰極與相鄰的兩個(gè)圓筒陽(yáng)極之間的距離相等，各圓筒陽(yáng)極與相鄰的兩個(gè)圓筒陰極間距相等。
上述的陰極電極板、陰極工作面、陰極導(dǎo)電柱、陰極導(dǎo)電母線板和氫氣導(dǎo)管的材質(zhì)為鈦涂釕材料；陽(yáng)極電極板、陽(yáng)極工作面、陽(yáng)極導(dǎo)電柱、陽(yáng)極導(dǎo)電母線板、氯氣導(dǎo)管、進(jìn)液管和出液管的材質(zhì)為鈦涂釕材料。
上述的絕緣框、底板和旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為pvc塑料、橡膠或聚四氟材料。
上述電解槽外殼的材質(zhì)為pvc塑料、玻璃或有機(jī)玻璃。
上述的n≥1。
本發(fā)明的裝置的使用方法按以下步驟進(jìn)行（以氯化鎂溶液為例）：
1.向電解槽內(nèi)加入氯化鎂溶液，使陰極室和電解槽內(nèi)充滿氯化鎂溶液；通過(guò)陽(yáng)極室頂部的進(jìn)液管將氯化鎂溶液注滿陽(yáng)極室內(nèi)；
2.通過(guò)連接直流電源的陰極導(dǎo)電母線板和陽(yáng)極導(dǎo)電母線板，分別向各陰極和各陽(yáng)極通電對(duì)氯化鎂溶液進(jìn)行電解，控制電流密度在0.01-0.6a/cm2；
3.將陰極室、陽(yáng)極室內(nèi)電解產(chǎn)生的氫氣、氯氣分別通過(guò)氫氣導(dǎo)管、氯氣導(dǎo)管收集；由于陰極導(dǎo)電板及陰極工作面的不斷旋轉(zhuǎn)，析出的氫氧化鎂沉淀大多分布于溶液中，很少附著在陰極工作面上的氫氧化鎂沉淀被刮板刮下后也分布于溶液中；
4.陰極室及電解槽內(nèi)的懸濁液被不斷抽出，經(jīng)過(guò)濾后，添加氯化鎂調(diào)整濃度重新加入電解槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氯化鎂的循環(huán)使用；電解槽陽(yáng)極室內(nèi)氯化鎂溶液不斷從出液管抽出，并通過(guò)進(jìn)液管向陽(yáng)極室內(nèi)添加新的氯化鎂溶液，保持陽(yáng)極室內(nèi)溶液濃度維持穩(wěn)定；
5.將過(guò)濾得到的氫氧化鎂洗滌、烘干、高溫煅燒后，最終得到氧化鎂產(chǎn)品，電解裝置與過(guò)濾設(shè)備、循環(huán)溶解設(shè)備及泵等共同構(gòu)成了金屬氯化物水溶液循環(huán)電解過(guò)濾系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了金屬氯化物電轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氫氧化物的連續(xù)生產(chǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種用于電解金屬氯化物制備氫氧化物的裝置的電解槽部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中a面的俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的一種用于電解金屬氯化物制備氫氧化物的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1.圓筒陰極，2.圓筒陽(yáng)極，3.旋轉(zhuǎn)軸，4.陽(yáng)極工作面，5.陰極工作面，6.陽(yáng)極導(dǎo)電柱，7.陰極導(dǎo)電柱，8.底板，9.絕緣框，10.氯氣導(dǎo)管，11.氫氣導(dǎo)管，12.電解槽外殼，13.電解槽及陰極室內(nèi)金屬氯化物溶液，14.陽(yáng)極室內(nèi)金屬氯化物溶液，15.刮板，16.聚四氟乙烯隔膜，17.旋轉(zhuǎn)孔，18.進(jìn)液管，19.出液管，20.陰極室；21.陽(yáng)極室；22.陽(yáng)離子交換膜，23.攪拌器，24.直流電源，25.過(guò)濾機(jī)，26.干燥箱，27.第一溶解槽，28.第一泵，29.第二溶解槽，30.第二泵。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中以氯化鎂為例，在所述套筒多電極電解裝置中進(jìn)行溶液電解。
本發(fā)明的裝置體系具有通氣、攪拌、快速過(guò)濾及干燥的功能，攪拌方式為機(jī)械攪拌，或者為機(jī)械和氣體耦合攪拌，攪拌的作用在于抑制槽底沉淀以及氣泡分散，陰極區(qū)電解液通過(guò)過(guò)濾設(shè)備，濾液調(diào)整濃度后返回陰極區(qū)，陽(yáng)極區(qū)電解液通過(guò)溶解槽調(diào)整溶液濃度后返回陽(yáng)極區(qū)，分別實(shí)現(xiàn)陰陽(yáng)極電解液的連續(xù)循環(huán)。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的鈦基釕材料為市購(gòu)產(chǎn)品。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的陽(yáng)離子交換膜為市購(gòu)產(chǎn)品。
本發(fā)明實(shí)施例1中進(jìn)液管和出液管各有4根。
本發(fā)明實(shí)施例中獲得的氧化鎂產(chǎn)品白度≥97，純度≥99.5%。
實(shí)施例1
用于電解金屬氯化物制備氫氧化物的裝置整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，由電解系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，其中電解系統(tǒng)由電源裝置和電解槽構(gòu)成，包括攪拌器23，直流電源24，過(guò)濾機(jī)25，干燥箱26，第一溶解槽27，第一泵28，第二溶解槽29和第二泵30；陽(yáng)極室21與第一溶解槽27和第一泵28構(gòu)成循環(huán)回路；陰極室20與第二溶解槽29、第二泵30和過(guò)濾機(jī)25構(gòu)成循環(huán)回路；干燥箱26用于接收過(guò)濾機(jī)25產(chǎn)生的固體物料；陰極室20內(nèi)設(shè)有攪拌23；陰極室20和陽(yáng)極室21內(nèi)的陰極和陽(yáng)極分別與直流電源24的兩極連接；陽(yáng)極室21外設(shè)有陽(yáng)離子交換膜22；
電解槽外殼12內(nèi)部設(shè)置一個(gè)圓筒陽(yáng)極2和一個(gè)圓筒陰極1，其中圓筒陰極1頂端固定于絕緣框9上，絕緣框9由一個(gè)圓筒側(cè)壁和一個(gè)頂板構(gòu)成；圓筒陽(yáng)極2固定于圓形底板8上；圓筒陰極1的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)圓筒狀的陰極工作面5，陰極工作面5與圓筒陰極1的軸線重合，圓筒陽(yáng)極2的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)圓筒狀的陽(yáng)極工作面4，陽(yáng)極工作面4與圓筒陽(yáng)極2的軸線重合；圓筒陰極1兩側(cè)的兩個(gè)陰極工作面5之間的環(huán)狀空間為陰極室20，陰極室20底部通過(guò)圓形底板8的通孔與電解槽外殼12內(nèi)部聯(lián)通；圓筒陽(yáng)極2兩側(cè)的兩個(gè)陽(yáng)極工作面4之間的環(huán)狀空間為陽(yáng)極室21，陽(yáng)極室21底部連接圓形底板8；陰極室20內(nèi)均勻分布有陰極導(dǎo)電柱7，陰極導(dǎo)電柱7兩端分別連接圓筒陰極1和陰極工作面5；陽(yáng)極室21內(nèi)均勻分布有陽(yáng)極導(dǎo)電柱6，陽(yáng)極導(dǎo)電柱6兩端分別連接圓筒陽(yáng)極2和陽(yáng)極工作面4；
絕緣框9中心與旋轉(zhuǎn)軸3固定在一起，旋轉(zhuǎn)軸3下端穿過(guò)底板8并與旋轉(zhuǎn)裝置裝配在一起；底板8上固定有與每個(gè)陰極工作面5相配合的均勻分布的8個(gè)刮板，用于刮去陰極工作面5上沉積的物料；
圓筒陽(yáng)極2上端連接陽(yáng)極導(dǎo)電母線板，陽(yáng)極導(dǎo)電母線板連接直流電源24正極；圓筒陰極1上端連接陰極導(dǎo)電母線板，陰極導(dǎo)電母線板連接直流電源24負(fù)極；
絕緣框9及其上固定的圓筒陰極1在旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下按順時(shí)針與逆時(shí)針交替的順序可以各旋轉(zhuǎn)45°；絕緣框9上設(shè)有旋轉(zhuǎn)孔17，圓筒陽(yáng)極上部的4個(gè)陽(yáng)極母線板穿過(guò)絕緣框9的旋轉(zhuǎn)孔17不與絕緣框相接觸，以不影響絕緣框9及固定其上的圓筒陰極1的交替旋轉(zhuǎn)；
陽(yáng)極室21設(shè)有氯氣導(dǎo)管10、進(jìn)液管18和出液管19，進(jìn)液管18和出液管19均插入陽(yáng)極室21內(nèi)，進(jìn)液管18位于陽(yáng)極室21內(nèi)的部分均勻分布有圓孔，出液管19插入陽(yáng)極室21底部，進(jìn)液管18與出液管19交替排布；陰極室21設(shè)有氫氣導(dǎo)管11；
各陰極工作面5、陽(yáng)極工作面4與相應(yīng)圓筒陰極1、圓筒陽(yáng)極2為同軸圓筒，軸線重合；
陰極電極板、陰極工作面、陰極導(dǎo)電柱、陰極導(dǎo)電母線板和氫氣導(dǎo)管的材質(zhì)為鈦涂釕材料；陽(yáng)極電極板、陽(yáng)極工作面、陽(yáng)極導(dǎo)電柱、陽(yáng)極導(dǎo)電母線板、氯氣導(dǎo)管、進(jìn)液管和出液管的材質(zhì)為鈦涂釕材料；
絕緣框、底板、旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為pvc塑料；
電解槽外殼的材質(zhì)為pvc塑料；
圓筒陽(yáng)極和圓筒陰極的厚度為3mm；電極（圓筒陽(yáng)極或圓筒通陰極）與其工作面之間的半徑差為2cm，相鄰的陽(yáng)極工作面和陰極工作面之間半徑差為43mm；
采用上述裝置電解10%的氯化鎂水溶液的方法按照以下步驟進(jìn)行：
1.向電解槽內(nèi)加入氯化鎂溶液，使陰極室和電解槽內(nèi)充滿氯化鎂溶液；通過(guò)陽(yáng)極室頂部的進(jìn)液管將氯化鎂溶液注滿陽(yáng)極室內(nèi)；
2.通過(guò)連接直流電源的陰極導(dǎo)電母線板和陽(yáng)極導(dǎo)電母線板，分別向各陰極和各陽(yáng)極通電對(duì)氯化鎂溶液進(jìn)行電解，控制電流密度在0.01a~0.6/cm2；
3.將陰極室、陽(yáng)極室內(nèi)電解產(chǎn)生的氯氣、氫氣分別通過(guò)氯氣導(dǎo)管、氫氣導(dǎo)管收集；由于陰極導(dǎo)電板及陰極工作面的不斷旋轉(zhuǎn)，析出的氫氧化鎂沉淀大多分布于溶液中，很少附著在陰極工作面上的氫氧化鎂沉淀被刮板刮下后也分布于溶液中；
4.陰極室及電解槽內(nèi)的懸濁液被不斷抽出，經(jīng)過(guò)濾后，添加氯化鎂調(diào)整濃度重新加入電解槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氯化鎂的循環(huán)使用；當(dāng)電解進(jìn)行至陽(yáng)極室內(nèi)溶液濃度降低時(shí)，通過(guò)進(jìn)液管向陽(yáng)極室內(nèi)添加新的氯化鎂溶液，并將陽(yáng)極室內(nèi)原有氯化鎂溶液排出，使陽(yáng)極室內(nèi)溶液濃度維持穩(wěn)定；
6.將過(guò)濾得到的氫氧化鎂洗滌、烘干、高溫煅燒后，最終得到氧化鎂產(chǎn)品。
實(shí)施例2
裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：
（1）電解槽內(nèi)部交替設(shè)有2個(gè)圓筒陽(yáng)極和2個(gè)圓筒陰極；
（2）陽(yáng)極電極板和陰極電極板的厚度為4mm；
（3）相鄰電極板與工作面之間的半徑差為3cm，兩同極工作面之間半徑差為64mm；
（4）各圓筒陰極與相鄰的兩個(gè)圓筒陽(yáng)極之間的距離相等，各圓筒陽(yáng)極與相鄰的兩個(gè)圓筒陰極間距相等；
（5）絕緣框、底板、旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為橡膠；
（6）電解槽外殼的材質(zhì)為玻璃；
方法同實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于：
（1）向電解槽內(nèi)加入質(zhì)量濃度為10%的氯化鑭溶液；
（2）電解控制電流密度為0.3a/cm2；得到的氫氧化鑭產(chǎn)品純度≥95%。
實(shí)施例3
裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：
（1）電解槽內(nèi)部交替設(shè)有3個(gè)圓筒陽(yáng)極和3個(gè)圓筒陰極；
（2）各圓筒陰極與相鄰的兩個(gè)圓筒陽(yáng)極之間的距離相等，各圓筒陽(yáng)極與相鄰的兩個(gè)圓筒陰極間距相等；
（3）絕緣框、底板、旋轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為聚四氟材料；
（4）電解槽外殼的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。