【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属钠制备领域，尤其是涉及一种电解制备金属钠的方法及装置。
技术介绍
1、金属钠在冶金工业中，主要作为还原剂使用，在铸造工业中主要用作铝-硅合金变质剂；在化学工业中用于制备靛蓝染料、硼氢化钠、甲醇钠、过氧化钠 、氨基钠、核级钠等化工产品。其中，核级钠作为最理想的冷却剂，近年来广泛用于反应堆的冷却过程，有效提升核聚变反应效率和环境友好性，具有良好的市场发展前景和潜力。
2、目前，工业化制备金属钠通常采用三元电解法进行，其工艺原理是将氯化钠、氯化钡、氯化钙的三元混合物加热熔化后，形成氯化钠、氯化钙、氯化钡离子熔液，其中的离子变成自由运动状态，具有导电性，成为离子导电的第二类导体。对该离子熔液通入直流电后，在电场的作用下，带正电的钠离子向阴极区移动，并在阴极区接收一个电子变成为钠原子，钠原子进而聚集成金属钠；带负电的氯离子向阳极区移动，并在阳极区失去一个电子变成氯原子，两个氯原子结合生成氯气，其反应式如下：
3、阴极区反应：na++e-→na；
4、阳极区反应：2cl--2e-→cl2↑。
5、由于新生成的金属钠和氯气比电解液轻，能够上浮到电解液液面上，通过密度差异能够对电解生成的金属钠粗品进行收集，金属钠粗品经过精制得到金属钠产品。
6、但是，专利技术人经研究发现，现有三元电解制备金属钠的过程中，存在有电解阳极腐蚀速率快，电解效率不稳定，电解过程中三元电解质熔液中成分易于失衡的问题；进一步的，上述问题的出现又会进一步导致电解阳极寿命短，电解槽稳定运行时间短（约
7、同时，现有三元电解制得的金属钠，还存在有碳、钙、钡、硅、硫、铁等杂质元素含量偏高的问题，其导致后续制备高纯金属钠过程中，纯化工艺工程难度大，易于生成副产；进而导致综合生产成本高，生产能耗大。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种电解制备金属钠的方法及装置，能够有效解决三元电解制备金属钠的过程中，存在的电解阳极腐蚀速率快，电解效率不稳定，电解过程中三元电解质熔液中成分易于失衡问题；以及进一步解决电解阳极寿命短，电解槽稳定运行时间短，电解能耗高，电解质熔液中氯化钙消耗快的问题；同时，有效降低三元电解制得的金属钠中的杂质元素含量，提高产品品质，降低副产量，降低后续纯化工艺难度，降低生产成本及生产能耗。
2、为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：
3、一种电解制备金属钠的方法，将氯化钙、氯化钡加入电解槽内，点火熔化；待电解槽内的氯化钙、氯化钡完全熔化为电解液后，达到开槽要求，通知整流进行对电解槽的送电操作；投入脱水剂，电解槽持续供电升温，进行脱水煮槽，调节电解槽内物料的水分及氯含量；脱水煮槽完成后，投入氯化钠，进行电解，收集获得金属钠；
4、优选的，电解过程中，控制电解槽阳极的底座温度为180-220℃，控制电解槽的供电电流为45000-46000a。
5、进一步的，采用的氯化钠、氯化钙、氯化钡的重量百分比含量为35-40%:40-45%:20-25%。
6、进一步的，脱水煮槽温度为780-800℃，脱水煮槽时间为2-2.5h。
7、一种实现前述方法的电解制备金属钠的装置，包括有底座和阳极筒；阳极筒固定插装在底座上；
8、所述阳极筒的一端为插入端，所述插入端设有呈锥形设置的扩张段；
9、所述底座设置有冷却液降温空腔，所述冷却液降温空腔内，设置有折流板。
10、进一步的，所述扩张段的小径端向下设置，且固定连接有圆柱段。
11、进一步的，所述底座的上表面设有凹陷至冷却液降温空腔内的插装槽；
12、所述插装槽与阳极筒的插入端相匹配，以便阳极筒插入至插装槽内。
13、进一步的，底座上固接有连通冷却液降温空腔的进液管与出液管，以便第一冷却液持续导入至冷却液降温空腔内，对底座和阳极筒进行冷却控温。
14、进一步的，所述折流板内部单独形成空腔，并分别设置有进液管、出液管，以便第二冷却液持续导入至折流板的空腔内，对折流板外周的第一冷却液进行换热；
15、所述第二冷却液的温度低于第一冷却液的温度。
16、所述插装槽沿所述底座的中心均布设置有四个；
17、折流板沿俯视方向呈十字形设置，折流板将冷却液降温空腔间隔为四个相连通的空腔；且各所述空腔内分别设置有一插装槽。
18、优选的，所述折流板为波纹折流板或翅片折流板。
19、优选的，所述扩张段的大径端的直径与圆柱段直径的差值不小于25mm；
20、且所述扩张段的大径端的直径大于圆柱段直径。
21、优选的，进液管与出液管分别相对设置有两个。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
23、1）专利技术人经大量试验研究发现，现有技术中存在的电解阳极腐蚀速率快，电解效率不稳定，电解过程中三元电解质熔液中成分易于失衡的问题；以及进一步导致的电解阳极寿命短，电解槽稳定运行时间短，电解能耗高，电解质熔液中氯化钙消耗快的问题；以及制得的金属钠碳含量、钙含量偏高的问题；与电解过程中的温度相关性较大，专利技术人发现针对性的将电解槽体及底座的温度控制在预定范围内，能够有效改善前述问题；在本专利技术的电解制备金属钠的方法及装置中，通过电解工艺与电解槽阳极相配合，通过采用特定构造的阳极筒及电解槽阳极底座，设置能够与外周第一冷却液进行换热的折流板，并同时改变外周第一冷流体的流动状态，提高折流板外周第一冷流体湍流的雷诺数re，能够有效解决三元电解制备金属钠的过程中，存在的电解阳极腐蚀速率快，电解效率不稳定，电解过程中三元电解质熔液中成分易于失衡问题；以及进一步解决电解阳极寿命短，电解槽稳定运行时间短，电解能耗高，电解质熔液中氯化钙消耗快的问题；同时，有效降低三元电解制得的金属钠中的碳含量、钙含量，提高产品品质，降低副产量，降低后续纯化工艺除杂难度，降低生产成本及能耗。
24、2）经试验，本专利技术的电解制备金属钠的方法及装置，电解槽阳极的稳定使用寿命可达26个月，相比于现有技术中约15个月的稳定使用寿命，出现大幅提升，有效降低电解阳极腐蚀速率，提高电解阳极寿命，降低金属钠中的碳含量；提高电解稳定性，降低最佳电解工况的电流值，在降低电解能耗的同时，提高电解效率；避免电解过程中三元电解质熔液中成分易于失衡，降低金属钠中的钙含量；同时，经检测，本专利技术电解制得的金属钠产品的钠含量可达99.81wt%，钙含量可降低至0.02wt%，碳含量可降低至8.8ppm，且其他杂质（硫、硅、铁、钡）含量均可控制在10ppm以下。
25、3）本专利技术的电解制备金属钠的方法及装置，相比于现有技术，能够提高5%的电解效率，每吨金属钠的生产成本平均降低13%，按每年2万吨的电解金属钠产能计算，每年可降低生产成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解制备金属钠的方法，其特征在于，将氯化钙、氯化钡加入电解槽内，点火熔化；待电解槽内的氯化钙、氯化钡完全熔化为电解液后；经脱水煮槽后，投入氯化钠，进行电解，收集获得金属钠；
2.一种实现权利要求1所述方法的电解制备金属钠的装置，其特征在于，包括有底座（1）和阳极筒（6）；阳极筒（6）固定插装在底座（1）上；
3.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述扩张段（7）的小径端向下设置，且固定连接有圆柱段（8）。
4.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述底座（1）的上表面设有凹陷至冷却液降温空腔（9）内的插装槽（2）；
5.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，底座（1）上固接有连通冷却液降温空腔（9）的进液管（4）与出液管（5），以便第一冷却液持续导入至冷却液降温空腔（9）内，对底座（1）和阳极筒（6）进行冷却控温。
6.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述折流板（3）内部单独形成空腔，并分别设置有进液管、出液管，以便第二冷却液持续导入至折
7.根据权利要求4所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述插装槽（2）沿所述底座（1）的中心均布设置有四个；
8.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述折流板（3）为波纹折流板或翅片折流板。
9.根据权利要求3所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述扩张段（7）的大径端的直径与圆柱段（8）直径的差值不小于25mm；
10.根据权利要求5所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，进液管（4）与出液管（5）分别相对设置有两个。
...【技术特征摘要】
1.一种电解制备金属钠的方法，其特征在于，将氯化钙、氯化钡加入电解槽内，点火熔化；待电解槽内的氯化钙、氯化钡完全熔化为电解液后；经脱水煮槽后，投入氯化钠，进行电解，收集获得金属钠；
2.一种实现权利要求1所述方法的电解制备金属钠的装置，其特征在于，包括有底座（1）和阳极筒（6）；阳极筒（6）固定插装在底座（1）上；
3.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述扩张段（7）的小径端向下设置，且固定连接有圆柱段（8）。
4.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，所述底座（1）的上表面设有凹陷至冷却液降温空腔（9）内的插装槽（2）；
5.根据权利要求2所述的电解制备金属钠的装置，其特征在于，底座（1）上固接有连通冷却液降温空腔（9）的进液管（4）与出液管（5），以便第一冷却液持续导入至冷却液降...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙德敏，李云香，亓婉莹，闫雪，
申请(专利权)人：山东默锐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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