用于制备目标元素单质的电解设备制造技术

本申请公开了用于制备目标元素单质的电解设备，其中，所述电解设备包括电解室（20）、设置在所述电解室（20）中的阳极（30）和阴极（40），所述阴极设置为用于将含目标元素离子电化学还原形成目标元素。本申请的电解设备无需使用焦炭等碳基材料，避免了因此产生的过高能耗和因此引入的杂质，并且能够至少降低阳极产生的二氧化碳，从而能够高效、清洁地提取目标元素并能够保证目标元素的纯度达到要求。并能够保证目标元素的纯度达到要求。并能够保证目标元素的纯度达到要求。

Electrolytic equipment for preparing elemental substance of target element

【技术实现步骤摘要】
用于制备目标元素单质的电解设备


[0001]本申请涉及资源回收领域，更具体地说，涉及一种用于制备目标元素单质的电解设备。

技术介绍

[0002]在很多工业、生活的废物处理时会产生含有目标元素盐（如磷酸盐或硫酸盐）的固体粉末（例如钢渣），从其中可以回收目标元素，如磷（可以为黄磷（又称为白磷））或硫，一方面可以使用目标元素单质生产高附加值化学品，另一方面，经过目标元素单质提纯处理后，可以减小固体废物对环境的威胁并用于生产建筑材料。
[0003]现有技术中，很少使用类似污泥灰作为目标元素提取的原料。即使使用这种原料，基本上都是使用焦炭等碳基材料还原制取目标元素，不仅效率低、耗能高、排放大量CO2，而且焦炭等材料会引入大量杂质，无法获得高纯度的目标元素单质。
[0004]因此，如何清洁、高效地从固体粉末中提取高纯度目标元素单质成为本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提出了一种用于制备目标元素单质的电解设备，以清洁、高效地从含有目标元素盐的固体粉末中提取高纯度的目标元素。该目标元素可以为但不限于：硼（B）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、砷（As）、硒（Se）、锑（Sb）、碲（Te）。
[0006]根据本申请，提出了一种用于制备目标元素单质的电解设备，其中，所述电解设备包括电解室、设置在所述电解室中的阳极和阴极，所述阴极设置为用于将含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质，其中，所述阴极用于收集所述目标元素单质，或者所述阴极的上方设置有收集所述目标元素单质的收集装置。
[0007]可选的，所述阳极为惰性的析氧阳极。
[0008]可选的，所述阳极包括由氧离子导通的固体电解质制成的管和填充在所述管内的贵金属粉，所述贵金属粉通过导线与外部电源连接。
[0009]可选的，所述管为氧化锆基体的陶瓷管；所述贵金属粉为银粉、铂粉或金粉；优选的所述阳极与所述阴极之间的电压为1.8V
‑
3.0V。
[0010]可选的，所述电解室包括连通所述管顶部的收集管道。
[0011]可选的，所述阳极包括具有贵金属外涂层的合金或者具有外表面复合氧化膜的镍基或钛基合金，所述电解设备包括设置在所述阳极上方的收集罩，所述阳极与所述阴极之间的电压优选为1.5V
‑
2.5V。
[0012]可选的，所述阴极可拆卸地设置在所述电解室中。
[0013]可选的，所述收集装置包括罩设在所述阴极上方的蒸气塔和连接于所述蒸气塔且用于收集所述目标元素的冷凝器。
[0014]可选的，所述冷凝器内的温度低于所述目标元素的熔点，所述蒸气塔内的温度高
于所述冷凝器内的温度且低于所述目标元素的沸点。
[0015]可选的，所述蒸气塔内的温度控制在300℃
‑
500℃，所述冷凝器内的温度控制在室温以下，所述冷凝器内的压力优选控制在0.07MPa
‑
0.09MPa。
[0016]可选的，所述冷凝器通过防倒流结构与所述蒸气塔连接。
[0017]可选的，所述冷凝器通过连接管道与所述蒸气塔连接，所述连接管道为直型且连接所述蒸气塔的一端高于连接所述冷凝器的一端。
[0018]可选的，所述蒸气塔的底部延伸至所述电解室内并低于所述阴极的顶部。
[0019]根据本申请的技术方案，通过将原料中的含目标元素离子浸出，随后可以通过电解室在阴极将含目标元素离子电化学还原形成目标元素，在阳极产生氧气。本申请的电解设备无需使用焦炭等碳基材料，避免了因此产生的过高能耗和因此引入的杂质，并且能够至少降低阳极产生的二氧化碳，从而能够高效、清洁地提取目标元素并能够保证目标元素的纯度达到要求。
[0020]本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：
[0022]图1为根据本申请优选实施方式的熔盐反应器的示意图；
[0023]图2为根据本申请的另一种实施方式的熔盐反应器的示意图。
具体实施方式
[0024]下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。
[0025]在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
[0026]根据本申请的一个方面，提供一种用于制备目标元素单质的电解设备，其中，所述电解设备包括电解室20、设置在所述电解室20中的阳极30和阴极40，所述阴极40设置为用于将含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质，其中，所述阴极40用于收集所述目标元素单质，或者所述阴极40的上方设置有收集所述目标元素单质的收集装置。所述阳极30优选为惰性的析氧阳极。
[0027]本申请还提供一种熔盐反应器，其中，所述熔盐反应器包括浸出设备和所述电解设备，浸出设备包括浸出室10，电解设备包括电解室20，所述浸出室10用于通过熔盐浸出原料中的含目标元素离子，所述电解室20与所述浸出室10的出口连通并用于将所述含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质。
[0028]如上所述，在本申请的技术方案中，目标元素可以为但不限于：硼（B）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、砷（As）、硒（Se）、锑（Sb）、碲（Te）。根据不同目标元素的熔点和沸点，可以利用阴极40收集目标元素；或者如果工作环境温度高于目标元素的沸点，则目标元素会以蒸气方式存在，在该情况下，则可以利用上述收集装置（如蒸气塔和冷凝器）进行收集。
[0029]在下文中，将以作为目标元素的磷为例对目标元素的收集提纯的方案进行详细描
述，但应该理解的是，这仅为示例性描述，也可适用于其他上述目标元素，如硫、硼等。
[0030]通过浸出室10将原料中的含磷离子浸出，随后可以通过电解室20在阴极40将含磷离子电化学还原形成磷单质，在阳极30产生氧气。本申请的熔盐反应器无需使用焦炭等碳基材料，避免了因此产生的过高能耗和因此引入的杂质，并且能够至少降低阳极产生的二氧化碳，从而能够高效、清洁地提取磷并能够保证磷的纯度达到要求。
[0031]具体的，本申请中，通过在浸出室10中，利用熔盐和原料形成的熔池浸出含磷组分，形成自由的含磷离子。更具体的，熔盐可以将原料中的可溶性组分溶解，以形成包括含磷离子在内的自由离子。含磷离子可以进一步在电解室20中通过电化学还原形成磷。
[0032]浸出室10中可以加入适当的熔盐来溶解含磷离子。另外，电解室20也可以添加相同的熔盐来辅助电化学反应。具体的，所述熔盐可以包括重量百分比不低于60%的CaCl2，例如，可以在浸出室10和电解室20中添加CaCl2单一成分熔盐或以CaCl2为主要成分的混合熔盐（如CaCl2与MgC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备目标元素单质的电解设备，其特征在于，所述电解设备包括电解室(20)、设置在所述电解室(20)中的阳极(30)和阴极(40)，所述阴极(40)设置为用于将含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质，其中，所述阴极(40)的上方设置有收集所述目标元素单质的收集装置，所述收集装置包括罩设在所述阴极(40)上方的蒸气塔(50)和连接于所述蒸气塔(50)且用于收集所述目标元素单质的冷凝器(60)。2.根据权利要求1所述的电解设备，其特征在于，所述阳极(30)为惰性的析氧阳极，所述阳极(30)包括由氧离子导通的固体电解质制成的管(31)和填充在所述管(31)内的贵金属粉(32)，所述贵金属粉(32)通过导线与外部电源连接。3.根据权利要求2所述的电解设备，其特征在于，所述管(31)为氧化锆基体的陶瓷管；所述贵金属粉(32)为银粉、铂粉或金粉。4.根据权利要求2所述的电解设备，其特征在于，所述电解室(20)包括连通所述管(31)顶部的收集管道。5.根据权利要求1所述的电解设备，其特征在于，所述阳极(30)为惰性的析氧阳极，所述阳极(30)包括具有贵金属外涂层的合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨肖，钟禹翔，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：新型
国别省市：