CN105441988A - 一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，所述方法包括以下步骤：同时将启炉电极和电解电极并排固定在导电排上，固定后电解电极距离石墨坩埚的底部距离大于启炉电极距离石墨坩埚的底部距离，导电排安装在电极升降装置上；将启炉电极的尖端与石墨坩埚底部紧密接触，但不与石墨坩埚边缘接触，逐次向石墨坩埚内加入固体电解质；开启交流稳压电源对电解质进行加热，使电解质完全变为液态；将启炉电极取出，保留电解电极；开启电解电源，加入电解物质调整熔盐电解质组成，进行电解。本发明的方法在启炉阶段性能稳定，操作简单、便于启炉与电解过程切换时的操作。

Description

一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法

技术领域

本发明属于电解技术领域，具体地，本发明涉及一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法。

背景技术

用熔盐电解法制备单质金属或合金时，电解之前需要将电解质加热到融化，然后才能进行正式的电解过程。目前采用的加热启炉方法主要有三种：(1)外加热法，即在熔盐电解槽外部配置外加热装置和设备，这种方式使得包含外加热装置在内的整个电解槽体积较大，而外加热效率也不高，能量损失较大；(2)内置电极加热法，即在电解槽内部配置专门用于加热的电极，加热电极与电解电极一般不能通用，这导致电解槽的结构比较复杂，给电解槽的设计制备带来了额外的负担；(3)起弧加热法，这种方法虽然比较灵活。但是传统起弧加热法存在启炉电极需另配升降装置和导电电缆，移动不便，且在大功率电解槽启炉过程中导电缆如有绝缘皮发热严重，无绝缘皮不安全等问题。中国科学院青海盐湖研究所在电解制备镁稀土合金过程中改进了传统的起弧启炉方法，将启炉电极直接安装于电解电极位置进行启炉，省却了启炉用电缆，减少了不安全因素，但是在启炉阶段结束切换至电解时因石墨电极和电解炉温度过高，且电解阶段所用电解电极过重，更换起来十分困难，带来操作不便的问题。

现有启炉方法均存在不同程度的缺陷，外加热法加热效率不高，能量损失较大，内置电极加热法电解槽的结构比较复杂，传统起弧加热法存在启炉电极需另配升降装置和导电电缆，移动不便，且在大功率电解槽启炉过程中导电缆如有绝缘皮发热严重，无绝缘皮不安全等问题，改进的起弧加热法存在启炉阶段结束切换至电解时因石墨电极和电解炉温度过高，且电解阶段所用电解电极过重，更换起来十分困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，该方法在启炉阶段性能稳定，操作简单、便于启炉与电解过程切换时的操作。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，所述方法包括以下步骤：

1)同时将启炉电极1和电解电极3并排固定在导电排2上，固定后电解电极3距离石墨坩埚4的底部距离大于启炉电极1距离石墨坩埚4的底部距离，导电排2安装在电极升降装置5上；

2)将启炉电极1的尖端与石墨坩埚4底部紧密接触，但不与石墨坩埚4边缘接触，逐次向石墨坩埚内加入固体电解质；

3)开启交流稳压电源对电解质进行加热，使电解质完全变为液态，通过电极升降装置5将启炉电极1升高，使其尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融电解质导电加热，熔融电解质液位上升至设定高度后将启炉电极移至石墨坩埚中部对熔融电解质进行加热；

4)待熔融电解质液位上升至另一设定高度后，关闭交流稳压电源，拆下启炉电极的固定件，使用耐高温硬杆穿过启炉电极上部的预留孔6，将启炉电极取出，保留电解电极；

5)开启电解电源，加入电解物质调整熔盐电解质组成，进行电解。

进一步地，启炉电极1为尖头石墨块，其下部为尖端，上部为带孔扁平结构，便于与导电排连接。更进一步地，所述尖端为楔形或锥形。

优选地，所述电解电极为耐高温单质金属或合金电极。

本发明启炉电极的取下十分方便，无需在高温环境下安装沉重的电解电极。

本发明中，启炉电极与电解共用导电排或电缆，启炉电极与电解电极共用的电极升降装置。

本发明将启炉电极和电解电极同时固定在电极升降装置上，尖头石墨电极上部留有预留孔，便于将其固定于导电排上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明中启炉电极可以方便拆除，该石墨启炉电极与固定的石墨坩埚接触后构成加热回路，在启炉开始时进行加热，该方法比目前采用的外加热、内置电极加热及一般起弧加热法相比具有启炉过程性能稳定，操作简单等特点。

2.启炉结束时切换电解过程操作简单、便捷，只需拆除启炉电极的固定件(比如拧掉螺丝朝外的螺帽)，将启炉电极取下，无需在高温环境下再安装沉重的电解电极(电解电极)，同时避免了电解电极的骤热。

3.使用耐高温硬杆穿过预留孔，将高温尖头石墨电极挑出，避免直接接触高温尖头石墨电极。

4.该方法用整套启设备中导电电缆，启炉电极电极升降装置不需要另外配备，与电解过程中所用导电排及电极升降装置共用即可。

本发明不受限于具体的熔盐电解质组成，用任何单一或多组分的电解质启炉时，都可以采用本发明，因此，可广泛用于金属及合金电解，尤其适用于用熔盐电解法制备稀土金属及稀土合金时的启炉。

附图说明

图1为启炉电极结构示意图；

图2启炉电极安装后的结构示意图；

附图标记：1、启炉电极；2、导电排；3、电解电极；4、石墨坩埚；5、电极升降装置；6、预留孔。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有限制本发明的范围。除注明的具体条件外，实施例中的试验方法均按照常规条件进行。

实施例1

一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，所述方法包括以下步骤：

1)如图2所示，同时将启炉电极1和电解电极3并排固定在导电排2上，固定后电解电极3距离石墨坩埚4的底部距离大于启炉电极1距离石墨坩埚4的底部距离，导电排2安装在电极升降装置5上；

2)将启炉电极1的尖端与石墨坩埚4底部紧密接触，但不与石墨坩埚4边缘接触，逐次向石墨坩埚内加入固体电解质；

3)开启交流稳压电源对电解质进行加热，使电解质完全变为液态，通过电极升降装置5将启炉电极1升高，使其尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融电解质导电加热，熔融电解质液位上升至设定高度后将启炉电极移至石墨坩埚中部对熔融电解质进行加热；

4)待熔融电解质液位上升至另一设定高度后，关闭交流稳压电源，拆下启炉电极的固定件，使用耐高温硬杆穿过启炉电极上部的预留孔6，将启炉电极取出，保留电解电极；

5)开启电解电源，加入电解物质调整熔盐电解质组成，进行电解。

如图1所示，所述启炉电极1为尖头石墨块，其下部为尖端，上部为带孔扁平结构，便于与导电排连接。所述尖端为楔形或锥形。所述电解电极为耐高温单质金属或合金电极。

实施例2以氯化钾作为电解质进行启炉

同时将启炉电极1和电解电极3并排固定在导电排2上，固定后电解电极3距离石墨坩埚4的底部距离大于启炉电极1距离石墨坩埚4的底部距离，导电排2安装在电极升降装置5上。电解电极短于启炉电极，底部放置绝缘耐高温金属收集器。向坩埚内加入氯化钾5kg，开启交流稳压电源开关位于恒压档，电压7V，此时电流为1100A。通电15min后再继续追加氯化钾10kg，提升电流至电压10V，1550A，通电30min后继续追加氯化钾30Kg，待氯化钾完全变为液态，通过电极升降装置将启炉电极抬高2cm，使启炉电极的尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融氯化钾导电来发热，此时电流变小，电压升高，提高电压至20V，电流变为1500A左右。再追加纯氯化钾30kg，完全转化为液态后，将启炉电极移至石墨坩埚中部继续加热，追加氯化钾30Kg，关闭加热电源，拧下固定螺丝的螺帽，使用耐高温硬杆穿过上部的预留孔，将尖头石墨挑出，避免直接接触处于高温状态的尖头石墨电极，拧紧原有螺丝，固定电极升降装置与电解电极。将电解用直流电阴阳极与电解槽接好，开启电解电源，加入其它成分至合适的熔盐电解质组成，然后进行正式电解操作。

实施例3以氯化钠作为电解质进行启炉

同时将启炉电极1和电解电极3并排固定在导电排2上，固定后电解电极3距离石墨坩埚4的底部距离大于启炉电极1距离石墨坩埚4的底部距离，导电排2安装在电极升降装置5上。电解电极短于启炉电极，底部放置绝缘耐高温金属收集器。向坩埚内加入氯化钠5kg，开启交流稳压电源开关位于恒压档，此时电压7V，电流为1100A。通电15min后再继续追加氯化钠10kg，提升电流至电压10.5V，1600A，通电30min后继续追加氯化钠30Kg，待氯化钠完全变为液态，通过电极升降装置将启炉电极抬高2cm，使启炉电极的尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融氯化钠导电来发热，此时电流变小，电压升高，提高电压至20V，电流变为1600A左右。再追加纯氯化钠30kg，完全转化为液态后，将启炉电极移至石墨坩埚中部继续加热，追加氯化钠30Kg，关闭加热电源，拧下固定螺丝的螺帽，使用耐高温硬杆穿过上部的预留孔，将尖头石墨挑出，避免直接接触处于高温状态的尖头石墨电极，拧紧原有螺丝，固定电极升降装置与电解电极。将电解用直流电阴阳极与电解槽接好，开启电解电源，加入其它成分至合适的熔盐电解质组成，然后进行正式电解操作。

实施例4以氯化钾和氯化镁(质量比1:1)作为电解质进行启炉

同时将启炉电极1和电解电极3并排固定在导电排2上，固定后电解电极3距离石墨坩埚4的底部距离大于启炉电极1距离石墨坩埚4的底部距离，导电排2安装在电极升降装置5上。电解电极短于启炉电极，底部放置绝缘耐高温金属收集器。向坩埚内加入混合电解质5kg，开启交流稳压电源开关位于恒流档，此时电流为电压7V，1100A。通电15min后再继续追加混合电解质10kg，电压9.5V，提升电流至1400A左右，通电30min后继续追加混合电解质30Kg，待混合电解质完全变为液态，通过电极升降装置将启炉电极抬高2cm，使启炉电极的尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融混合电解质导电来发热，此时电流变小，电压升高，提高电压至19V，电流变为1400A左右。再追加纯混合电解质30kg，完全转化为液态后，将启炉电极移至石墨坩埚中部继续加热，追加混合电解质30Kg，关闭加热电源，拧下固定螺丝的螺帽，使用耐高温硬杆穿过上部的预留孔，将尖头石墨挑出，避免直接接触处于高温状态的尖头石墨电极，拧紧原有螺丝，固定电极升降装置与电解电极。将电解用直流电阴阳极与电解槽接好，开启电解电源，加入其它成分至合适的熔盐电解质组成，然后进行正式电解操作。

上述实施例1-4中的启炉电极成楔形或锥形，电解电极同时固定于可升降装置，底部同时放置绝缘耐高温金属收集器。

本发明所涉及的内容不受限于具体的熔盐电解质组成，用任何单一或多组份的电解质启炉时，都可以采用本发明方法。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，所述方法包括以下步骤：

1)同时将启炉电极(1)和电解电极(3)并排固定在导电排(2)上，固定后电解电极(3)距离石墨坩埚(4)的底部距离大于启炉电极(1)距离石墨坩埚(4)的底部距离，导电排(2)安装在电极升降装置(5)上；

2)将启炉电极(1)的尖端与石墨坩埚(4)底部紧密接触，但不与石墨坩埚(4)边缘接触，逐次向石墨坩埚内加入固体电解质；

3)开启交流稳压电源对电解质进行加热，使电解质完全变为液态，通过电极升降装置(5)将启炉电极(1)升高，使其尖端与石墨坩埚底部脱离接触，利用熔融电解质导电加热，熔融电解质液位上升至设定高度后将启炉电极移至石墨坩埚中部对熔融电解质进行加热；

4)待熔融电解质液位上升至另一设定高度后，关闭交流稳压电源，拆下启炉电极的固定件，使用耐高温硬杆穿过启炉电极上部的预留孔(6)，将启炉电极取出，保留电解电极；

5)开启电解电源，加入电解物质调整熔盐电解质组成，进行电解。

2.根据权利要求1所述的一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，其特征在于，启炉电极(1)为尖头石墨块，其下部为尖端，上部为带孔扁平结构，便于与导电排连接。

3.根据权利要求2所述的一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，其特征在于，所述尖端为楔形或锥形。

4.根据权利要求1所述的一种熔盐电解法制备单质金属或合金的启炉方法，其特征在于，所述电解电极为耐高温单质金属或合金电极。