一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置及方法，該裝置包括：電解槽體、熔鹽添加系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)，其中電解槽體主要包括電解室、電極組進(jìn)料置換倉、電極組出料置換倉、加熱保溫部件，電極系統(tǒng)包括電極組及直流陰陽極母線，電解質(zhì)通過熔鹽添加系統(tǒng)進(jìn)入電解室內(nèi)，電極組不斷通過進(jìn)料置換倉進(jìn)入電解室，接通陰陽極母線進(jìn)行電解，同時(shí)在傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下依次移動(dòng)至出料置換倉處完成電解并取出。本裝置可實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物電極組的連續(xù)電解，有利于推進(jìn)固態(tài)氧化物電解技術(shù)的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
【專利說明】
一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置及方法，屬于電解冶金行業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)氧化物直接電解還原工藝(FFC電解工藝)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中成功應(yīng)用到多個(gè)金屬、非金屬、合金及其混合物等直接電解制備領(lǐng)域中，如金屬T1、Fe_Ti合金、硅碳復(fù)合材料等。該工藝最大的特點(diǎn)是將固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物直接作為陰極，在熔鹽中通入直流電后即可發(fā)生還原得到對(duì)應(yīng)的單質(zhì)及混合物。
[0003]FFC電解工藝在實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上取得了較大的成就，但就其技術(shù)而言基本上還處于半連續(xù)的分批生產(chǎn)工藝，還未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的工業(yè)運(yùn)行。由于采用的是固態(tài)氧化物作為陰極，在電解過程中陰極一直為固體狀態(tài)，在電解前后均需放入/提出電解槽，因此難以直接應(yīng)用鋁電解、鎂電解等工業(yè)的電解槽來實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)型固態(tài)氧化物電解槽大多為半連續(xù)式，難以實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)。固態(tài)氧化物直接電解還原的連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備與技術(shù)相關(guān)報(bào)道較少。如專利W02005038092、CN200480037265.3根據(jù)鋁電解工業(yè)槽形式提出的固態(tài)氧化物T12連續(xù)電解方式，它將陽極石墨置于電解槽熔鹽上部，陰極托板置于熔鹽下部并呈傾斜狀，T12顆粒從其中一側(cè)上方加入，在重力作用下與陰極托盤接觸并在托盤的振動(dòng)下向另一側(cè)儲(chǔ)槽中滑動(dòng)。這種方式需靠固態(tài)氧化物的重力，難以保證電流的穩(wěn)定連接，從而影響電解的連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。中國專利CN201280007577.4提出的固體原料電解槽，是將陽極并排列于熔鹽上方，固體原料采用托盤，從電解槽陽極底部移動(dòng)通過熔鹽，同時(shí)在陰極和陽極上施加電壓，實(shí)現(xiàn)還原。該方法在一定程度上借鑒了鋁電解槽技術(shù)，在陰極托盤運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)固體原料的電解。該方式存在的問題仍是浸沒于熔鹽中的固體原料的直流導(dǎo)電問題，由于熔鹽具有一定浮力，固體原料在托盤中的導(dǎo)電難以保證，導(dǎo)致電解過程的穩(wěn)定性難以確保。
[0004]本發(fā)明提出利用陰極籃裝載固態(tài)氧化物并為固態(tài)氧化物提供電連接，形成一體的陰極，進(jìn)一步與陽極、陰陽極集流體、陰陽極匯流排、隔熱板等形成電極組，在此基礎(chǔ)上，提出連續(xù)化電解的工業(yè)電解槽槽型和固態(tài)氧化物連續(xù)化電解的方法，推動(dòng)固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物直接電解還原的工業(yè)化發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置，實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物連續(xù)電解還原技術(shù)的工業(yè)化。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用所述工業(yè)電解裝置連續(xù)電解還原固態(tài)氧化物或含有固態(tài)氧化物的混合物的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主要內(nèi)容如下:一種固態(tài)氧化物或含有固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置，包括:電解槽體、熔鹽添加系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)，其中電解槽體主要包括電解室、電極組進(jìn)料置換倉、電極組出料置換倉，電極系統(tǒng)包括電極組及直流陰陽極母線，電極組不斷通過進(jìn)料置換倉進(jìn)入電解室，接通陰陽極母線進(jìn)行電解，同時(shí)在傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下依次移動(dòng)至出料置換倉處完成電解并依次取出，從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原。
[0008]在本發(fā)明中，電極組可以是單獨(dú)的陰極和單獨(dú)的陽極組，也可以是陰極和陽極組合的陰陽極組，在電解過程中陰極和陽極交替排布。電極組包括隔熱板、陰陽極及其集流體等。所述的固態(tài)氧化物可以為 T1、Zr、Hf、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Fe、Co、N1、Mn、Cu、Zn、S1、Ge、Pb、Sn、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Ga、In、Tl、Sc、U或者稀土元素中的一種或多種元素的氧化物。所述的含固態(tài)氧化物的混合物為所述氧化物之間混合或與導(dǎo)電金屬或非金屬單質(zhì)的混合物。固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物可壓制成片狀、顆粒狀或塊狀中的一種或幾種?？刹捎藐帢O籃裝載固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物，同時(shí)還通過壓接等方式為其提供穩(wěn)定的電連接，從而形成整體的陰極。在本發(fā)明中，電極組與直流陰陽極母線可以是運(yùn)動(dòng)連續(xù)導(dǎo)電，也可以是間斷式導(dǎo)電。所述的運(yùn)動(dòng)連續(xù)導(dǎo)電可采用電刷或者滑輪式導(dǎo)電，電極組運(yùn)動(dòng)時(shí)電刷或者滑輪隨著運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。所述的間斷式導(dǎo)電采用壓緊連接、螺紋連接或法蘭連接進(jìn)行導(dǎo)電，所述的壓緊連接的動(dòng)力可以是氣動(dòng)、液壓或者是重力中的一種或幾種。電極組運(yùn)動(dòng)陰陽極匯流排和直流陰陽極母線導(dǎo)電接頭脫開，電極組停止運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)電接頭接通實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電進(jìn)行電解。
[0009]在本發(fā)明中，電解室可以是一個(gè)電極組大小為一個(gè)電解工位，分成多個(gè)電解工位，當(dāng)電極組在傳動(dòng)系統(tǒng)作用下從第一個(gè)工位移動(dòng)到最后一個(gè)工位時(shí)，電解完成，也可以是多個(gè)電極組為一個(gè)電解工位，當(dāng)電解完成時(shí)，多個(gè)電極組同時(shí)移出電解室后再放入多個(gè)電極組開始下一輪電解。電解過程匯總多個(gè)電極組的隔熱板共同形成電解室蓋板，防止高溫熔體對(duì)上部機(jī)械的熱輻射。
[0010]本發(fā)明的電解裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)可以為鏈?zhǔn)竭\(yùn)送，也可以是脈沖式推動(dòng)，電極組懸掛在鏈條上，依靠鏈條的驅(qū)動(dòng)器向下一工位方向運(yùn)動(dòng)，也可以通過脈沖式推動(dòng)器在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中，電極組進(jìn)料置換倉和電極組出料置換倉內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)送電極組的機(jī)械裝置，用于電極組的進(jìn)出。電極組進(jìn)料置換倉和出料置換倉與電解室之間設(shè)置有閘板閥或者伸縮式隔板閥，用來保證電解室氣氛。采用感應(yīng)開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)電極組進(jìn)出電解室時(shí)的閘板閥或伸縮式隔板閥的開啟和關(guān)閉，所述的感應(yīng)開關(guān)可以是紅外線感應(yīng)開關(guān)、微波感應(yīng)開關(guān)、電磁感應(yīng)開關(guān)的一種或多種。電極組進(jìn)料置換倉可實(shí)現(xiàn)抽氣和惰性氣體置換功能，保證電解室氣氛可控，同時(shí)還具備加熱功能，用于電極組的預(yù)熱。電極組出料置換倉設(shè)有惰性氣體噴淋裝置，對(duì)電解后電極組進(jìn)行冷卻。本發(fā)明中的氣氛控制系統(tǒng)包括進(jìn)氣口、出氣口及控制器、尾氣處理器，所述的進(jìn)氣口、出氣口設(shè)置在槽體上，控制器通過控制進(jìn)氣量、抽氣量來控制電解室中氣體壓力并快速排除電解中產(chǎn)生的廢氣和粉塵，并通過尾氣處理器進(jìn)行處理。
[0011]本發(fā)明中的熔鹽添加系統(tǒng)包括計(jì)量器、加料器，電解質(zhì)通過計(jì)量器計(jì)量后再通過加料器從電解槽體的電解質(zhì)進(jìn)料口加入電解室中，加料器與電解槽體的電解質(zhì)加料口相連接，加料動(dòng)力可以是高位重力，也可以是熔體栗來提供。
[0012]本發(fā)明中的電解槽體上設(shè)置有溢流口，用于將廢液廢渣排入廢液槽，廢液槽處于電解裝置保溫層中，并可通過電解裝置的側(cè)門迅速移出和更換。
[0013]本發(fā)明中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含溫度監(jiān)控器、深度監(jiān)測(cè)器、氣體成分檢測(cè)器、壓力監(jiān)測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)熔鹽溫度、深度及電解室氣氛、壓力，用于反饋控制電解槽加熱保溫元件、熔鹽加料系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。一種采用上述的工業(yè)電解裝置進(jìn)行固態(tài)氧化物或有固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解生產(chǎn)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:(I)通過熔鹽添加系統(tǒng)將電解質(zhì)加入電解室中，在電解槽體的加熱保溫作用下熔化；(2)將電極組推入電極組進(jìn)料置換倉，開啟閥門，在傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下將電極組送入電解室第一個(gè)工位浸沒在熔鹽中；(3)根據(jù)所需電解時(shí)間，調(diào)節(jié)好傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行速率，在一定的電解電壓和電流密度下進(jìn)行電解；(4)當(dāng)電極組運(yùn)行到最后一個(gè)工位時(shí)，停止電解，將電極組吊入電極組出料置換倉；(5)每從電解室取出一個(gè)或多個(gè)電極組，即可從電極組進(jìn)料置換倉進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)電極組，實(shí)現(xiàn)連續(xù)電解。
[0014]本發(fā)明所述的熔鹽電解質(zhì)可以為氯化鈣也可以為以氯化鈣為主的混合電解質(zhì)，所述的混合電解質(zhì)其他組分可以是LiCl、NaCl、KCl、BaCl2、CsCl、SrCl2中的一種或多種。所述的固態(tài)氧化物可以為11、2匕^\0、]\10、￥、￥、他、丁&、卩6、(:0、祖、]\111、01、211、51、66、？13、511、八8、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Ga、In、Tl、Sc、U或者稀土元素中的一種或多種，所述的含固態(tài)氧化物的混合物為上述氧化物之間混合或與導(dǎo)電金屬或非金屬單質(zhì)的混合物。所述的電解電壓小于電解質(zhì)理論分解電壓，所述的電解電流密度為100?3000A/m2，所需的電解時(shí)間為達(dá)到電解固態(tài)氧化物所需電量及以上所需時(shí)間，所述的電解溫度保持為600-1100°C。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于多個(gè)電極組連續(xù)進(jìn)入電解室電解，并依次移動(dòng)至出料置換倉冷卻完成電解，實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物電極組的連續(xù)電解，有利于推進(jìn)固態(tài)氧化物電解技術(shù)的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
[0016]下面將進(jìn)一步結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。這些描述只是為了進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置示意圖
[0018]圖2本發(fā)明所述的組合的陰陽極電極組局部放大圖
[0019]圖3本發(fā)明鏈?zhǔn)竭\(yùn)送系統(tǒng)工業(yè)電解裝置示意圖
[0020]圖4本發(fā)明脈沖式推動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)電解裝置示意圖
[0021]圖5非連續(xù)式工業(yè)電解裝置示意圖
[0022]1-電解槽體加熱保溫部件，2-熔鹽電解質(zhì)，3-直流陰陽極母線，4-電解質(zhì)加料口，5-進(jìn)氣口，6-電極組進(jìn)料置換倉，7-電極組，8-傳動(dòng)系統(tǒng)，9-惰性氣體噴淋器，I O-電極組出料置換倉，11 -閘板閥或隔板閥，12-尾氣處理器，13-出氣口，14-監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，15-溢流口，16-廢液槽，17-陽極，18-陰極籃，19-固態(tài)氧化物陰極，20-隔熱板，21-陽極匯流排，22-陰極匯流排，23-鏈條驅(qū)動(dòng)軸，24-鏈條，25-脈沖推動(dòng)器
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供的固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置包括電解槽體、熔鹽添加系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)8、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)。圖1是本發(fā)明的工業(yè)電解裝置示意圖，熔鹽電解質(zhì)2通過電解裝置熔鹽添加系統(tǒng)從熔鹽加料口4加入電解室中并在加熱保溫部件I作用下保持熔化狀態(tài)。電極組7通過左側(cè)電極組進(jìn)料置換倉6進(jìn)入電解室中，連接在傳動(dòng)系統(tǒng)8上，同時(shí)電極組陰陽極匯流排與直流陰陽極母線3連接后開始電解。在電解的過程中，傳動(dòng)系統(tǒng)8帶動(dòng)電極組7往電極組出料置換倉10方向移動(dòng)。以一個(gè)電極組尺寸為一個(gè)工位，電極組7每移動(dòng)一個(gè)工位，電極組進(jìn)料置換倉6放入一個(gè)新電極組進(jìn)行電解，同時(shí)電極組出料置換倉10提起一個(gè)電解完畢的電極組，置于惰性氣體噴淋器9下冷卻后取出。電極組進(jìn)料置換倉和出料置換倉與電解室之間設(shè)置有閘板閥或者伸縮式隔板閥11，用來保證電解室氣氛。該工業(yè)連續(xù)電解裝置設(shè)有氣氛控制系統(tǒng)，通過控制進(jìn)氣流量和廢氣抽氣流量來穩(wěn)定電解室的氣氛，氣體從進(jìn)氣口5進(jìn)入，從出氣口 13流出，同時(shí)設(shè)有尾氣處理裝置12，處理抽出的廢氣中的顆粒物和有害氣體。該工業(yè)連續(xù)電解裝置設(shè)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)14，通過測(cè)試探頭深入電解室及熔鹽內(nèi)部，測(cè)量熔鹽溫度、深度、組分及電解室氣氛和壓力，用于反饋給熔鹽加料系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)和電解槽體對(duì)各組分進(jìn)行控制。工業(yè)連續(xù)電解裝置右側(cè)設(shè)有溢流口 15和廢液槽16，電解過程產(chǎn)生的廢液廢渣在電極移動(dòng)過程中往溢流口15富集并排入廢液槽16中，利于電解質(zhì)的更新。
[0024]圖2給出的是陰陽極組合的陰陽極組實(shí)例，該電極組有陽極塊17、陽極匯流21排、陰極籃18、固態(tài)氧化物陰極19、陰極匯流22排、隔熱板20組成，隔熱板大小與電解工位大小一致，多個(gè)電極組蓋板連接共同形成電解室的防熱蓋板。
[0025]圖3是本發(fā)明的工業(yè)連續(xù)電解裝置的一種傳動(dòng)系統(tǒng)8為鏈?zhǔn)竭\(yùn)送的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，運(yùn)送系統(tǒng)主要包括鏈條24和鏈條驅(qū)動(dòng)軸23，電極組7在電極組進(jìn)料置換倉6中機(jī)械吊入置換倉后，在機(jī)械裝置作用下接入鏈?zhǔn)竭\(yùn)送的鏈條24上，隨著鏈條24的運(yùn)行往電解室中移動(dòng)。電極組7進(jìn)入電解室后，電極組陰陽極匯流排與直流陰陽極母線相連接，即可開始電解。隨著電解的進(jìn)行，鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)系統(tǒng)帶著電極組緩慢往電極組出料置換倉10運(yùn)行，到達(dá)出料置換倉10時(shí)，電解停止，電極組7在出料置換倉10中的機(jī)械協(xié)助下脫開鏈條，進(jìn)入出料置換倉10，并在惰性氣體噴淋下冷卻后取出。每取出一個(gè)電極組7，從電極組進(jìn)料置換倉放入一個(gè)電極組，從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原。
[0026]圖4是本發(fā)明的工業(yè)連續(xù)電解裝置的一種脈沖推動(dòng)式運(yùn)送的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，運(yùn)送系統(tǒng)主要為電極組進(jìn)料倉方向的脈沖推動(dòng)器25，推動(dòng)器一個(gè)沖程為電極組一個(gè)工位。電極組7在電極組進(jìn)料置換倉6中機(jī)械吊入置換倉后，在機(jī)械裝置作用下進(jìn)入電解室中，連接在運(yùn)動(dòng)軌道上，該運(yùn)動(dòng)軌道可以是直流陰陽極母線3，也可以是與直流陰陽極母線平行的軌道。電極組陰陽極匯流排的電刷或者滑輪與直流陰陽極母線3相連接后，即可開始電解。在電解的同時(shí)，脈沖推動(dòng)器25按照設(shè)定頻率推動(dòng)電極組7往電極組出料置換倉10運(yùn)行，將電極組7每推動(dòng)一個(gè)工位后，脈沖推動(dòng)器25縮回，待到電極組進(jìn)料置換倉6進(jìn)入一個(gè)新電極組后、繼續(xù)進(jìn)行脈沖推進(jìn)。到達(dá)電極組出料置換倉10的電極組7與直流陰陽極母線3脫開后，在出料置換倉中機(jī)械操作下進(jìn)入出料置換倉，通過惰性氣體噴淋冷卻后取出，實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原。
[0027]采用本發(fā)明的工業(yè)電解裝置進(jìn)行固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)熔鹽電解方法的具體操作過程為:
[0028]1.工業(yè)電解槽中預(yù)先為每個(gè)工位布置一個(gè)不含電極的電極組，關(guān)閉置換倉與電解室的蓋板。
[0029]2.開啟氣氛控制系統(tǒng)，根據(jù)電解室氣氛控制進(jìn)氣量和抽氣量，保證電解室氣氛穩(wěn)定。
[0030]3.從熔鹽添加系統(tǒng)加入適量熔鹽，在工業(yè)電解裝置的加熱保溫層作用下保持電解所需溫度。
[0031]4.開啟熔鹽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過熔鹽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的探頭測(cè)定熔鹽組分、溫度、深度、氣氛組成、壓力等，并反饋給各路控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。
[0032]5.將固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物壓制成片狀或者顆粒狀與陰極籃裝載成陰極，同時(shí)與陽極、陰陽極匯流排、隔熱板共同形成電極組。將電極組置于進(jìn)料置換倉，打開置換倉與電解室之間的隔板，在置換倉中機(jī)械的作用下與傳動(dòng)系統(tǒng)的鏈條或軌道連接上，隨后在電解室內(nèi)連接上直流陰陽極母線，開啟電解。
[0033 ] 6.根據(jù)電解控制要求，確定電解電流密度和電量，設(shè)置合適的傳動(dòng)速度和頻率，使得每個(gè)電極組從第一個(gè)工位開始電解，到達(dá)最后一個(gè)工位時(shí)電解結(jié)束。
[0034]7.電極組到達(dá)最后一個(gè)工位時(shí)，出料置換倉與電解室的隔板開啟，電極組陰陽極匯流排和直流陰陽極母線脫開，在出料置換倉中的機(jī)械裝置作用下與傳動(dòng)系統(tǒng)脫開，進(jìn)入出料置換倉。此時(shí)出料置換倉與電解室隔板關(guān)閉，開啟惰性氣體噴淋冷卻裝置，將電極組迅速冷卻至200°C以下后取出。
[0035]8.電極組每移動(dòng)一個(gè)工位，電極組進(jìn)料置換倉按照步驟5進(jìn)入一個(gè)電極組，使得電解室中每個(gè)工位上都有一個(gè)電極組在電解。同時(shí)，電解室根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果反饋控制電解室氣氛及電解質(zhì)的物性參數(shù)，及時(shí)從溢流口排除廢棄殘?jiān)?br>[0036]對(duì)比實(shí)施例:
[0037]為了更清楚的了解本工業(yè)連續(xù)電解裝置所帶來的優(yōu)勢(shì)，這里將
【申請(qǐng)人】前期的非連續(xù)式電解槽進(jìn)行對(duì)比。非連續(xù)式電解槽的示意圖如圖5所示，為方便對(duì)比，非連續(xù)式電解槽所有構(gòu)件與本發(fā)明連續(xù)式電解裝置基本一致，包含了電解槽體、熔鹽添加系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)五個(gè)部分。在操作過程中，每次只能將一個(gè)電極組模塊通過置換倉置于電解室中電解，電解完成后在置換倉中冷卻后取出，重新放入一個(gè)電極組重復(fù)電解。相比之下，非連續(xù)式電解裝置每次只能電解I個(gè)電極組模塊，但所需要的各個(gè)組件均不能少，若以其作為一個(gè)基本單元復(fù)制進(jìn)行工業(yè)化，所需的操作量大，占地面積廣，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于連續(xù)式電解槽。
[0038]本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明作出相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解還原的工業(yè)電解裝置，其特征在于:固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物作為陰極，該裝置包括:電解槽體、熔鹽添加系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)，所述的電解槽體包括電解室、電極組進(jìn)料置換倉、電極組出料置換倉、加熱保溫部件，所述的電極系統(tǒng)包括電極組和直流陰陽極母線，運(yùn)行過程中，電極組不斷通過所述的進(jìn)料置換倉進(jìn)入電解室，接通直流陰陽極母線進(jìn)行電解，在所述的傳動(dòng)系統(tǒng)作用下依次移動(dòng)至出料置換倉處完成電解并取出。2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組可以是單獨(dú)的陰極和單獨(dú)的陽極組，或是陰極和陽極組合的陰陽極組，在電解過程中陰極和陽極交替排布。3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:固態(tài)氧化物為T1、Zr、Hf、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Fe、Co、N1、Mn、Cu、Zn、S1、Ge、Pb、Sn、Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Ga、In、Tl、Sc、U或者稀土元素中的一種或多種元素的氧化物，所述的含固態(tài)氧化物的混合物為所述氧化物之間混合或與導(dǎo)電金屬或非金屬單質(zhì)的混合物。4.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:固態(tài)氧化物或含固態(tài)氧化物的混合物可壓制成片狀、顆粒狀或塊狀中的一種或幾種。5.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:所述的陰極采用陰極籃裝載固態(tài)氧化物或者含固態(tài)氧化物的混合物并為其提供電接觸，所述的陰極籃可以是導(dǎo)電的金屬及其合金，也可以是石墨類導(dǎo)電的非金屬材料。6.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組與直流陰陽極母線之間為運(yùn)動(dòng)連續(xù)導(dǎo)電或間斷式導(dǎo)電，所述的運(yùn)動(dòng)連續(xù)導(dǎo)電采用電刷或者滑輪式與電極組同步運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)電，所述的間斷式導(dǎo)電采用壓緊連接、螺紋連接或法蘭連接進(jìn)行連接，在電極運(yùn)動(dòng)時(shí)斷開，電極靜止時(shí)接通導(dǎo)電進(jìn)行電解。7.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電解室可以是一個(gè)電極組大小為一個(gè)電解工位，分成多個(gè)電解工位，當(dāng)電極組在傳動(dòng)系統(tǒng)作用下從第一個(gè)工位移動(dòng)到最后一個(gè)工位時(shí)，電解完成，也可以是多個(gè)電極組為一個(gè)電解工位，當(dāng)電解完成時(shí)，多個(gè)電極組同時(shí)移出電解室后再放入多個(gè)電極組開始下一輪電解。8.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:匯總多個(gè)電極組的隔熱板共同形成電解室蓋板，防止高溫熔體對(duì)上部機(jī)械的熱輻射。9.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:傳動(dòng)系統(tǒng)為鏈?zhǔn)竭\(yùn)送或脈沖式推動(dòng)，電極組、依靠鏈條傳動(dòng)向下一工位方向運(yùn)動(dòng)，或通過脈沖式推動(dòng)器在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。10.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組進(jìn)料置換倉和出料置換倉的內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)送電極組的機(jī)械裝置，用于電極組的進(jìn)出。11.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組進(jìn)料置換倉和出料置換倉與電解室之間設(shè)置有閘板閥或者伸縮式隔板閥，用于保證電解室氣氛。12.如權(quán)利要求11所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:采用感應(yīng)開關(guān)控制電極組進(jìn)出電解室時(shí)的閘板閥或伸縮式隔板閥的開啟和關(guān)閉。13.如權(quán)利要求12所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:所述感應(yīng)開關(guān)為紅外線感應(yīng)開關(guān)、微波感應(yīng)開關(guān)、電磁感應(yīng)開關(guān)的一種或多種。14.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組進(jìn)料置換倉可實(shí)現(xiàn)抽氣和惰性氣體置換功能，保證電解室氣氛可控。15.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組進(jìn)料置換倉具備加熱功能，用于電極組的預(yù)熱。16.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電極組出料置換倉設(shè)有惰性氣體噴淋裝置，對(duì)電解后電極組進(jìn)行冷卻。17.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:氣氛控制系統(tǒng)包括進(jìn)氣口、出氣口、控制器、尾氣處理器，所述的進(jìn)氣口、出氣口設(shè)置在槽體上，控制器通過控制進(jìn)氣量、抽氣量來控制電解室中氣體壓力并快速排除電解中產(chǎn)生的廢氣和粉塵，并通過尾氣處理器進(jìn)行處理。18.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:熔鹽添加系統(tǒng)包括計(jì)量器、加料器，電解質(zhì)通過計(jì)量器計(jì)量后再通過加料器從電解槽體的電解質(zhì)進(jìn)料口加入電解室中，加料器與電解槽體的電解質(zhì)加料口相連接，加料動(dòng)力可以是高位重力，也可以是熔體栗提供。19.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:電解槽體上設(shè)置有溢流口，用于將廢液廢渣排入廢液槽，廢液槽處于電解裝置保溫層中，并可通過電解裝置的側(cè)門迅速移出和更換。20.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)電解裝置，其特征在于:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括溫度監(jiān)控器、深度監(jiān)測(cè)器、氣體成分檢測(cè)器、壓力監(jiān)測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)熔鹽溫度、深度及電解室氣氛、壓力，用于反饋控制電解槽加熱保溫元件、熔鹽加料系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。21.—種采用如權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的工業(yè)電解裝置進(jìn)行固態(tài)氧化物或含有固態(tài)氧化物的混合物連續(xù)電解生產(chǎn)的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:(I)通過熔鹽添加系統(tǒng)將電解質(zhì)加入電解室中，在電解槽體的加熱保溫作用下熔化；(2)將電極組推入電極組進(jìn)料置換倉，開啟閥門，在傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下將電極組送入電解室第一個(gè)工位浸沒在熔鹽中；(3)根據(jù)所需電解時(shí)間，調(diào)節(jié)好傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行速率，在一定的電解電壓和電流密度下進(jìn)行電解；(4)當(dāng)電極組運(yùn)行到最后一個(gè)工位時(shí)，停止電解，將電極組吊入電極組出料置換倉；(5)每從電解室取出一個(gè)或多個(gè)電極組，即可從電極組進(jìn)料置換倉進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)電極組，實(shí)現(xiàn)連續(xù)電解。22.如權(quán)利要求21所述的連續(xù)電解生產(chǎn)的方法，其特征在于:電解質(zhì)可以為氯化鈣也可以為以氯化鈣為主的混合電解質(zhì)，所述的混合電解質(zhì)其他組分可以是LiCl、NaCl、KCl、BaCl2、CsCl、SrCl2中的一種或多種。23.如權(quán)利要求21所述的連續(xù)電解生產(chǎn)的方法，其特征在于:所述電解電壓小于電解質(zhì)理論分解電壓，所述電解電流密度為100?3000A/m2，所需的電解時(shí)間為達(dá)到電解固態(tài)氧化物所需電量及以上所需時(shí)間，所述電解溫度為600-1100°C。
【文檔編號(hào)】C25B1/00GK106048661SQ201610671105
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月15日 公開號(hào)201610671105.9, CN 106048661 A, CN 106048661A, CN 201610671105, CN-A-106048661, CN106048661 A, CN106048661A, CN201610671105, CN201610671105.9
【發(fā)明人】楊娟玉, 余章龍, 王晗, 高哲峰, 王寧, 史冬, 盧士剛
【申請(qǐng)人】國聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院有限責(zé)任公司