CN102094219B - ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，它包括至少三块石墨电极板、两根导电棒、多块陶瓷包覆板和两个陶瓷套管。多块陶瓷包覆板分别覆盖在各石墨电极的上端面和下端面，并从四周将各石墨电极整体包覆在内。本发明ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件与现有技术相比，能允许较大的电解电流，有利于熔盐的扩散、产物的沉积和排放；可减少漏电损失，提高电流效率；同时减少熔盐对石墨电极的渗透和腐蚀，并解决了熔盐对导电棒材料的腐蚀问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解装置，特别涉及一种ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件。
背景技术
目前，用Zn还原SiCl4生产多晶硅正逐渐成为热点，日本等发达国家近年来已开始重视“Zn还原SiCl4”这种环保方法来生产太阳能电池原材料多晶硅，并已计划将其产业化。
Zn还原SiCl4的原理反应式为：
SiCl4(g)+2Zn(g)→Si(s)+2ZnCl2(g)
Zn还原法使用的原料为SiCl4，与传统的“西门子法”所用材料不同，具有生产工艺简短、反应速度快、产品质量稳定、可实现成本控制等优点。据2008年9月17日《日刊新闻》报道，新日本太阳硅公司已计划2010年4月开始用“Zn还原法”生产太阳能电池原材料多晶硅。可见未来多晶硅的生产必然是向低成本、低污染、副产物可循环利用、生产工艺简短的方向发展。
然而这种以Zn来还原SiCl4生产多晶硅的方法，按照反应式SiCl4(g)+2Zn(g)→Si(s)+2ZnCl2(g)计算，每生产一倍量的硅，就会产生十倍量的ZnCl2副产物，如何经济地有效回收利用ZnCl2成为一个大问题。
采用熔盐电解法可将上述副产物ZnCl2电解后生成金属Zn和Cl2，其中金属Zn可提纯后重新作为反应原料进行循环利用，这样就可实现Zn还原SiCl4生产多晶硅整个工艺的闭环操作。
由于ZnCl2熔盐腐蚀性较强，为了在电解中得到较高的电流效率和较低的槽电压，并降低电极装置在ZnCl2熔盐电解质中的腐蚀消耗，电极选择与设计成为该装置要解决的首要问题。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件。
本发明的技术方案是：一种ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，设置在ZnCl2熔盐电解制锌装置的ZnCl2熔盐电解质中，并与外部直流电源相连，其包括：
电极，包括至少三块石墨电极板，各石墨电极板平行间隔设置，放置于ZnCl2熔盐电解质中；
两根导电棒，其下端分别与位于两侧的两块石墨电极相连，上端分别与直流电源的正负极相连；
陶瓷包覆板，覆盖在各石墨电极的上端面和下端面，并从四周将各石墨电极整体包覆在内；
两个陶瓷套管，分别套在两根导电棒上，其下端分别与相应的石墨电极固定相连。
所述的各石墨电极板的间隔距离为4-8mm，两侧的石墨电极板中间分别设有内螺纹孔，该内螺纹孔分为两段，上段孔径较大，用于与陶瓷套管固定相连；下段孔径较小，用于与导电棒固定相连。
所述的导电棒由铁基耐热合金制作而成，下部设有用于与石墨电极板及陶瓷包覆板连接的外螺纹。
所述的陶瓷包覆板由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，其中覆盖在各石墨电极板下端面的陶瓷包覆板的下沿设有圆角，覆盖在两侧石墨电极板上端面的陶瓷包覆板设有让陶瓷套管通过的内螺纹孔。
所述的陶瓷套管由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，陶瓷套管下部设有用于与陶瓷包覆板及石墨电极板螺纹连接的外螺纹。
所述的耐高温腐蚀陶瓷选自ZrO2陶瓷、Al2O3陶瓷和Si3N4陶瓷中的一种。
所述的耐高温腐蚀陶瓷为ZrO2陶瓷。
本发明ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1、采用竖直复极式电极，允许较大的电解电流，有利于熔盐的扩散，产物的沉积和排放。
2、采用包覆式电极，可减少漏电损失，提高电流效率；同时减少熔盐对石墨电极的渗透和腐蚀。
3、采用铁基包套结构导电棒，解决了熔盐对导电棒材料的腐蚀问题；同时，因铁基材料良好的导电性能，进一步降低了槽电压。
附图说明
图1为本发明ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件的正视结构示意图；
图2为本发明ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件的俯视结构示意图；
图3为图2的A-A向剖视结构示意图。
具体实施方式
附图给出了本发明的一个较佳实施例，下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1，配合参见图2、图3，本发明的ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，包括石墨电极板1、导电棒2、陶瓷包覆板3和陶瓷套管4。
石墨电极板1共三块，三块石墨电极板11、12、13平行间隔设置，各石墨电极板的间隔距离为4-8mm，竖直放置于ZnCl2熔盐电解槽内的ZnCl2熔盐电解质中。其中两侧石墨电极板的中间分别设内螺纹孔，孔分为两段，上段长孔径较大，用于与陶瓷套管4相连；下段孔径较小，用于与导电棒2相连。各电极板相对的各面直接与电解液接触，通电之后发生电解反应。
导电棒2共两根，都由铁基耐热合金制作而成，分别与位于两侧的两块石墨电极11、12相连，上端分别与直流电源的正负极相连，下端分别贯穿相应的石墨电极块与底部陶瓷包覆板相连。导电棒下部设有用于与石墨电极板及陶瓷包覆板连接的外螺纹。上端延伸至套管之外，并固定，从而实现整个电极装置的固定。电流经由电极棒，石墨电极板，电解质熔盐形成回路，实现ZnCl2熔盐的电解。
陶瓷包覆板3由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，覆盖各石墨电极的上端面和下端面，并从四周将各石墨电极整体包覆在内；其中覆盖在各石墨电极板下端面的陶瓷包覆板31、32、33的下沿设有圆角，以免Zn熔体在最下端附着过多，发生短路。覆盖在两侧石墨电极板上端面的陶瓷包覆板34、35设有让陶瓷套管通过的内螺纹孔。各陶瓷包覆板3通过固定螺栓21(也由陶瓷材料制成)与各石墨电极板11、12、13相连或相互连接，以避免漏电损失。而上下两面则没有完全包 覆，以允许电解质熔盐及电解产物的通过。
陶瓷套管4共两根，分别套在两根导电棒上，其下端分别与相应的石墨电极固定相连。陶瓷套管4由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，下部设有外螺纹，通过陶瓷包覆板上的螺纹孔穿过陶瓷包覆板与石墨电极板连接。上端通过电解槽上盖，从而保证其内部包套的导电棒2与电解质熔盐不接触，避免合金材料的腐蚀。
上述用于制作陶瓷套管和陶瓷包覆板的耐高温腐蚀陶瓷选自ZrO2陶瓷、Al2O3陶瓷和Si3N4陶瓷中的一种，优选ZrO2陶瓷。
Claims (5)
1.一种ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，设置在ZnCl2熔盐电解制锌装置的ZnCl2熔盐电解质中，并与外部直流电源相连，其特征在于包括：
电极，包括至少三块石墨电极板，各石墨电极板平行间隔设置，放置于ZnCl2熔盐电解质中；
两根导电棒，其下端分别与位于两侧的两块石墨电极相连，上端分别与直流电源的正负极相连；
陶瓷包覆板，覆盖在各石墨电极的上端面和下端面，并从四周将各石墨电极整体包覆在内；
两个陶瓷套管，分别套在两根导电棒上，其下端分别与相应的石墨电极固定相连；
所述的陶瓷包覆板由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，其中覆盖在各石墨电极板下端面的陶瓷包覆板的下沿设有圆角，覆盖在两侧石墨电极板上端面的陶瓷包覆板设有让陶瓷套管通过的内螺纹孔；
所述的各石墨电极板的间隔距离为4-8mm，两侧的石墨电极板中间分别设有内螺纹孔，该内螺纹孔分为两段，上段孔径较大，用于与陶瓷套管固定相连；下段孔径较小，用于与导电棒固定相连。
2.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，其特征在于：所述的导电棒由铁基耐热合金制作而成，下部设有用于与石墨电极板及陶瓷包覆板连接的外螺纹。
3.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，其特征在于：所述的陶瓷套管由耐高温腐蚀陶瓷制作而成，陶瓷套管下部设有用于与陶瓷包覆板及石墨电极板螺纹连接的外螺纹。
4.根据权利要求1或3所述的ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，其特征在于：所述的耐高温腐蚀陶瓷选自ZrO2陶瓷、Al2O3陶瓷和Si3N4陶瓷中的一种。
5.根据权利要求1或3所述的ZnCl2熔盐电解制锌的电极组件，其特征在于：所述的耐高温腐蚀陶瓷为ZrO2陶瓷。
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