电解设备制造技术

一种用于与电解腔室接合的可移除电极模块，其包括第一电极、第二电极和悬挂结构。所述悬挂结构包括耦接至所述第一电极的吊杆。所述第二电极由所述悬挂结构悬挂或支撑，所述悬挂结构包括用于使所述第二电极保持与所述第一电极空间分隔的至少一个电绝缘间隔元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解设备
本专利技术涉及电解设备，尤其涉及用于电解反应的可移除电极模块和包括可移除电极模块的电解系统。专利技术背景本专利技术涉及用于还原包括金属化合物诸如金属氧化物的固体进料以形成还原产物的设备。如从现有技术已知，这些工艺可用于例如将金属化合物或半金属化合物还原为金属、半金属或部分还原化合物或将金属化合物的混合物还原以形成合金。为避免重复，本文中使用的术语金属涵盖所有这些产物，诸如金属、半金属、合金、金属间化物和部分还原产物。近些年来，已极大地关注通过还原固体进料，例如固体金属氧化物进料而直接生产金属。这样一种直接还原工艺是剑桥FFC电分解工艺(如WO99/64638中所述)。在FFC工艺中，固体化合物，例如固体金属氧化物配置为与包括熔盐的电解槽中的阴极接触。电势施加在槽的阴极与阳极之间使得化合物被还原。在FFC工艺中，生产固体化合物的电势低于来自熔盐的阴离子的沉积电势。例如，如果熔盐是氯化钙，那么固体化合物还原的阴极电势低于用于从盐中沉积金属钙的沉积电势。已提出用于还原阴极连接固体金属化合物形式的进料的其它还原工艺，诸如WO03/076690中所述的极性(polar)工艺和WO03/048399所述的工艺。FFC工艺和其它电解还原工艺的传统实施方式通常涉及生产预制体或前驱体形式的进料，其由待还原的固体化合物的粉末制成。这种预制体随后刻意耦接至阴极以使还原能发生。一旦许多预制体已耦接至阴极，那么阴极可下放至熔盐中且预制体可被还原。生产预制体及随后将其附接至阴极可能是高度劳动力密集的。虽然这种方法适用于实验室规模，但是其不适于工业规模的金属规模生产。本专利技术的目标是提供一种电解设备、电解设备的组件和使用更适于按工业规模还原固体进料的电解设备的方法。
技术实现思路
如所附独立权利要求所定义，本专利技术在其许多方面中提供用于与电解设备的电解腔室接合的可移除电极模块、包括可移除电极模块的电解系统、电解方法和电解模块的电极，现应对所述所附独立权利要求进行参考。本专利技术的优选或有利特征在不同的从属权利要求中说明。因此，在第一方面中，本专利技术可提供一种用于与电解腔室接合的可移除电极模块。或可被称作可移除电极组合件或可移除电极设备的可移除电极模块包括第一电极、第二电极和包括吊杆的悬挂结构。吊杆优选在杆的一端上耦接至第一电极。第二电极通过悬挂结构悬挂或支撑且悬挂结构还包括用于使第二电极保持与第一电极空间分隔的至少一个电绝缘间隔元件。优选地，第一电极是端子阴极且第二电极是端子阳极，端子阴极和端子阳极可耦接至电源以使电势能施加在端子阴极与端子阳极之间。电极模块可有利地用于固体进料的还原，优选地金属化合物，诸如金属氧化物的还原。优选地，固体进料可保持与第一电极的第一表面接触使得固体进料可通过电解还原。可能特别有利的是电极模块还包括在模块与电解腔室接合时闭合及打开电解腔室的盖。盖优选地与围绕电解腔室开口的表面或边缘相互作用以密封电解腔室的开口和/或支撑电极模块的重量的至少一部分。电解腔室内的温度可在熔盐中的电解反应期间达到高达1200℃。此外，在典型的电解反应期间，各种气体出现。因此，如果在电解反应期间盖可密封腔室或充当电解腔室开口的密封，那么可能有利。在第二方面中，本专利技术可提供用于与电解腔室接合的可移除电极模块，其包括在熔盐电解质中支撑通过电解还原的固体进料的一部分的阳极和阴极，进料保持为与阴极接触。电极模块还可包括如上文参考本专利技术的第一方面所述的用于闭合及打开电解腔室的盖。在第三方面中，本专利技术可提供用于与电解腔室接合的可移除电极模块，可移除电极模块包括第一电极和盖。当可移除电极与电解设备接合时，第一电极位于电解腔室内使得其可用于电解且盖横跨电解腔室的开口。优选地，盖在模块与电解腔室接合时密封电解腔室的开口。如上所述，电解腔室内的温度可能是高的且气体可能出现。因此，可能有利的是电极模块的盖用于密封电解腔室的开口。有利地，电极模块的实施方案可包括第二电极，优选地其中第一电极是阴极且第二电极是阳极。有利地，电极和盖可由包括吊杆和电绝缘间隔元件的悬挂结构支撑。在第四方面中，本专利技术可提供用于与电解腔室接合的可移除电极模块，可移除电极模块包括拉升元件以使模块能被拉升、耦接至吊杆下端的第一电极和安置在拉升元件和吊杆上端之间的弹性装置。模块可包括超过一个吊杆并且可具有安置在每个吊杆上端与拉升元件之间的弹性装置。优选地，弹性装置可包括弹簧，例如螺旋弹簧或贝氏(Belleville)弹簧。下列任选部件可提供在根据上文所述的四个方面的任一个的可移除电极模块的实施方案中。模块可包括由碳形成或包括碳的阳极，例如包括石墨的阳极。阳极可由替代材料，诸如惰性阳极材料制成。模块可包括吊杆且杆可由在高温下保持强度的金属材料形成。例如，吊杆可由不锈钢或高强度低合金钢或由镍合金形成。本领域技术人员了解各种适当的高强度金属。模块可包括电绝缘间隔元件。这些间隔元件可由任一种适当材料，诸如陶瓷形成。用作电绝缘间隔元件的适当陶瓷可包括氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化硅(Si3N4)和氮化硼(BN)。模块可有利地包括一个或多个双极元件以增大可用于电解的阴极表面积。包括双极电极的模块可被描述为包括双极堆叠。双极电极是插置于端子阳极与端子阴极之间的电极使得其在电势施加在端子阳极与端子阴极之间时形成阳极表面和阴极表面。有利的是包括将配置为端子阳极在双极电极之上且端子阴极在双极电极之下的双极堆叠的模块。这导致双极电极的上表面变为阴极，其可促进固体进料保持在电极的上表面上。可能有利的是根据本专利技术的实施方案的可移除电极模块用于通过电解还原工艺(诸如电分解)还原固体进料。例如，还原可通过如WO99/64638中所述的电分解FFC剑桥工艺或WO03076690中所述的极性工艺或WO03/048399中所述的反应性金属变型执行。固体进料优选地由多个构成单元组成。优选的是进料的个别构成单元为以颗粒或粒子的形式或通过粉末处理方法制作的预制体形式。适于制作这样一种预制体的已知粉末处理方法包括但不限于压制、注浆成型和挤出。通过粉末处理制作的预制体可为金属颗粒的形式。粉末处理方法可包括任一种已知的传统制造技术，诸如挤出、喷雾干燥或棒销式混合器等。一旦形成，进料的构成单元可烧结以充分改进/增强其足以实现必要的机械处理的机械强度。可能有利的是进料能够松散地倾倒至模块中电极的表面上。当前，用于还原固体进料的许多电还原方法涉及将固体进料的个别单元或部分耦接至阴极的步骤。有利地，本专利技术可简单通过将进料倾倒其上而允许大量进料引入或配置在电极的上表面上。进料可分布至电极模块内个别电极的上表面上。在优选实施方案中，进料可通过将所述元件的一部分从模块移除以允许接达进行装载而施加至个别电极。接达例如可通过将电极的一部分吊出或滑出模块、倾倒进料或以任一种其它方式配置进料及将电极的所述部分放回或滑回模块中而促进。本专利技术的第五方面可提供一种还原固体进料的方法，其包括下列步骤：将固体进料装载至可移除电极模块的第一电极的第一表面，电极模块包括第一电极和与第一电极分隔的第二电极，电极的第一表面能够在使用时变为阴极；将可移除电极模块与电解腔室接合使得电极表面和进料与容纳在电解腔室内的熔盐接触；和应用电压至电极模块使得第一电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.18 GB 1019613.7;2010.11.18 GB 1019571.71.一种用于与电解腔室接合以及还原固体进料的可移除电极模块，所述可移除电极模块包括：第一电极，其中所述固体进料能够保持与所述第一电极的第一表面接触使得所述固体进料能够通过电解还原，第二电极，和悬挂结构，其包括吊杆，所述吊杆耦接至所述第一电极，其中所述第二电极由所述悬挂结构悬挂或支撑且其中所述悬挂结构包括用于使所述第二电极保持与所述第一电极空间分隔的至少一个电绝缘间隔元件，所述可移除电极模块还包括具有复合结构的双极电极，所述双极电极具有由金属材料制成的第一部分或阴极部分，和第二部分或阳极部分，所述第二部分或阳极部分由选自用于析出氧气的惰性阳极材料、尺寸稳定的阳极材料和碳材料的材料制成，其中所述双极电极的所述第一部分可单独从所述模块移除以装载或卸载进料，并且其中所述双极电极的所述第一部分和/或所述第二部分由多孔或穿孔或有孔材料形成，使得熔盐可流动穿过所述双极电极的所述第一部分和/或所述第二部分。2.根据权利要求1所述的电极模块，其中所述第一电极是端子阴极且所述第二电极是端子阳极，所述端子阴极和所述端子阳极可耦接至电源以使电势能够施加在所述端子阴极与所述端子阳极之间。3.根据权利要求1或2所述的电极模块，其包括通过一个或更多个所述电绝缘间隔元件以空间分隔方式支撑在所述第一电极与所述第二电极之间的双极电极。4.根据权利要求3所述的电极模块，其中所述双极元件的第一表面在将电势施加在所述第一电极与所述第二电极之间时变为阴极性的，并且其中固体进料能够保持接触所述双极电极的第一表面使得所述固体进料可通过电解还原。5.根据权利要求1或2所述的电极模块，其中所述吊杆穿透所述第二电极。6.根据权利要求1或2所述的电极模块，其中所述悬挂结构包括超过一个吊杆，每个吊杆耦接至所述第一电极。7.根据权利要求1或2所述的电极模块，其还包括在所述模块与所述电解腔室接合时闭合所述电解腔室的开口的盖。8.根据权利要求7所述的电极模块，其中所述盖的第一表面与围绕所述电解腔室的所述开口的表面相互作用以密封所述电解腔室的所述开口和/或支撑所述电极模块的重量的至少一部分。9.根据权利要求7所述的电极模块，其中所述至少一个吊杆穿透界定为穿过所述盖的孔使得当所述模块与所述电解腔室接合时所述至少一个吊杆的一部分在所述电解腔室外部。10.根据权利要求1或2所述的电极模块，其用于熔盐电解质中的电解。11.根据权利要求1或2所述的电极模块，其具有包括碳的阳极。12.根据权利要求1或2所述的电极模块，其中所述电极包括一个或更多个双极电极、端子阴极和端子阳极，所述一个或更多个双极电极安置在所述端子阴极与所述端子阳极之间。13.根据权利要求12所述的电极模块，其中所述双极电极在所述端子阴极上方且所述端子阳极下方垂直间隔开。14.根据权利要求1或2所述的电极模块，其包括在所述模块与所述电解腔室接合时闭合所述电解腔室的开口的盖。15.根据权利要求14所述的电极模块，其中所述盖的第一表面与围绕所述电解腔室的开口的表面相互作用以密封所述电解腔室的所述开口。16.根据权利要求14所述的电极模块，其中所述盖包括陶瓷材料。17.根据权利要求14所述的电极模块，其中所述盖包括热绝缘材料或多种热绝缘材料并且提供热障。18.根据权利要求1或2所述的电极模块，其用于在熔盐电解质中的固体进料的电去氧化。19.根据权利要求18所述的电极模块，其中所述固体进料包括金属化合物或金属化合物的混合物。20.根据权利要求1或2所述的电极模块，其中固体进料能够保持与电极的阴极表面接触。21.根据权利要求1或2所述的电极模块，其中所述模块包括使用时基本上水平定向的电极。22.根据权利要求20所述的电极模块，其中固体进料能够保持与所述电极的面朝上的表面接触。23.根据权利要求20所述的电极模块，其中所述电极是基本上板状的。24.根据权利要求1或2所述的电极模块，其包括用于悬挂电极的吊杆，所述吊杆由金属合金形成。25.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·G·杜德利，艾伦·理查德·赖特，
申请(专利权)人：金属电解有限公司，
类型：
国别省市：