CN107557818B - 一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽 - Google Patents

Abstract

一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，包括支撑结构、槽内衬、上部结构，支撑结构包括槽壳、支撑框架与绝缘支撑，上部结构设有石墨炭素阳极、阳极母线和氯化钙下料系统，石墨炭素阳极内设有网状导电系统，上部结构包括氯化钙下料系统、阳极提升系统、氯气集气系统，槽内衬包括保温层、石墨炭素阴极、阴极钢棒、贫钙铜钙合金加料口及富钙铜钙合金出口，可实现大型钙电解槽连续高效生产。此种电解槽可根据实际槽型设定加料口的数目及配置，一方面实现工业钙电解过程的大型化，另一方面可实现钙电解槽的连续节能生产，此外，该电解槽不涉及换极，可通过对上部结构及阳极气体集气系统的密封，实现清洁生产。

Description

一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽

技术领域

本发明涉及一种铜钙合金电解电解槽，特别是涉及一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽。

背景技术

金属高纯钙的工业化生产主要手段为氯化钙熔盐电解，所采用的方法包括接触阴极法和液体阴极法。传统接触阴极法生产钙由于存在原料消耗大、产量低、金属钙在电解质中的溶解度高、电流效率低，所需劳动力多和成本高等问题，逐渐被液体阴极法电解所取代。传统的液体阴极法电解以含钙10％～15％的贫钙铜钙合金液体作阴极，石墨电极作阳极，电解氯化钙熔体制取含钙62％～65％富钙铜钙合金的过程，产出的富钙铜钙合金经蒸馏获得金属钙。

当前的液体阴极电解生产过程较为原始与落后，仅仅依靠肉眼观测电解质和定期测定温度来控制，而为了保持电解液的固定成分，必须将电解槽内电解液面保持在22～24cm范围内，需要分批加入氯化钙，每批20～30公斤，所产生得到的铜钙合金也会随着一炉物料电解完毕之后抽出，因此这种方法在工业上效率低下，属于典型的间断式生产模式，每次停顿与启动电解生产对产品的能耗、品质与劳动强度影响较大。专利CN201310009267.2提出过一种30kA的钙电解槽，对传统的钙电解槽进了一定程度创新，但该钙电解槽的规模仍然十分小，其阳极的通电方式不利于阳极电流的均已分布，会导致阳极内电流的不均匀，且该结构也并不利于多台槽串联进行工业化生产。

因此，为实现高纯钙电解的大规模工业化连续化作业生产，需要对当前的钙电解槽进行彻底的创新，如果以现有电解槽的结构进行生产，则难以实现大规模工业化生产，故首先需要对电解槽的整体布置进行改变；其次，现有阳极较小，而增大后，阳极的电流分布并不均匀，故需要改变其阳极结构；最后，为了有利于工业生产的顺利进行，需要完全改变现有的一次一炉的生产模型，即需要改变其进料与出料的模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现大型化、连续生产稳定运行的生产铜钙合金的大型工业电解槽。

为了解决上述技术问题，本发明提供的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，包括支撑结构、槽内衬和上部结构，所述支撑结构包括槽壳，所述上部结构包括氯化钙下料系统，所述槽内衬包括保温层、石墨炭素阴极、阴极钢棒、贫钙铜钙合金加料口和富钙铜钙合金出口，

所述槽壳内设有保温层，所述保温层上固定有多个石墨炭素阴极，每个所述石墨炭素阴极的上方对应布设有石墨炭素阳极，所述石墨炭素阴极与阴极钢棒连接，所述石墨炭素阳极与阳极母线连接，所述槽壳内在石墨炭素阴极与石墨炭素阳极之间形成电解区，所述电解区的底部设有贫钙铜钙合金加料口，所述电解区的顶部设有富钙铜钙合金出口，所述电解区的上方还设有氯化钙下料系统，所述槽壳上方设有封闭电解区上方开口的氯气集气系统，所述氯化钙下料系统的出料管设置在氯气集气系统内，所述出料管外壁与氯气集气系统密封连接。电解槽工作区域为一个矩形区域，长度为6～15m、宽度为2～4m。所述的石墨阳极总长度为800～1500mm，宽度300～500mm，高度350～550mm，阳极数量及尺寸根据电解槽工作电流的大小自适应设计，确保阳极电流密度为1.5～3.0A/cm²。所述的石墨阴极为铺设在槽底部的导电阴极，长度为2000～4000mm，宽度为300～500mm，高度为200～300mm，根据电解槽的保温情况自适应设计。

上述所述的氯化钙下料系统包括氯化钙输运管道和氯化钙下料系统，氯化钙下料系统的数量可根据电解槽的容量而增减，通过螺纹输送方式下料。

所述保温层上沿槽壳长度方向均匀布设有多个石墨炭素阴极，所述石墨炭素阴极的长度与槽壳的宽度相匹配。

相邻石墨炭素阴极之间通过炭糊固定。

所述石墨炭素阳极内设有网状导电系统，所述网状导电系统由铜棒组成，网状导电系统的截面为长方形，网状导电系统的顶部伸出石墨炭素阳极，并且与阳极导杆通过螺栓或焊接连接。

所述槽壳的上侧设有固定在槽壳上的支撑框架，所述石墨炭素阳极通过阳极母线固定安装在支撑框架上。所述的槽壳与支撑框架的材质均为普通钢材。

所述阳极母线通过阳极提升系统安装在支撑框架上。

所述槽壳通过绝缘支撑支撑在安装支架。

所述贫钙铜钙合金加料口和富钙铜钙合金出口的直径为50～100mm。所述的贫钙铜钙合金加料口和富钙铜钙合金出口为半连续操作作业口，其数量根据电解槽的容量确定。

多台所述可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽的所述阴极钢棒通过阴极软铜带串联，所述阳极母线由阳极软铜带连接至整流所。

采用上述技术方案的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其思路与现行液态阴极钙电解槽存在根本性差异。首先，相比传统液态阴极铝电解槽，本发明的电解槽内衬结构、槽壳支撑部分及上部系统已经发生了根本性改变，本技术方案的电解槽更有利于工业化大规模生产，可以根据产量的设计，采用多台电解槽串联生产，既有利于降低投资成本，又有利于管理。其次，相比传统液态阴极该铝电解槽，本发明的钙电解槽将阴极和阳极固定，将参加反应的贫铜钙合金与富钙铜钙合金分别设计专用的通道用于加料与出钙，因此整个电解过程可以全自动连续进行，完全避免了传统的间断式操作，因此更具备经济价值；再次，本发明通过在阳极顶部添加完全密封集气系统，不需要从顶部开槽观察电解质的状况，将使得电解槽运行更加环保，从而完全避免了传统槽的弊端。因此，采用本发明提供电解槽既可以避免当前钙电解槽的间断生产及能耗较高的缺陷，又可以克服传统槽的污染大、自动化程度低的弊端，可为下一代钙电解槽的发展方向。

本发明与现有钙电解槽结构相比具备如下优点：

(1)应用本发明的电解槽可以实现钙电解的连续高效生产。通过配置氯化钙自动下料系统、富钙铜钙合金自动析出及贫钙铜钙合金的加入扣，可以实现电解槽完全连续生产，则电解槽可以长期稳定在较低的极距下进行，槽电压可以大幅降低，电流效率也因为稳定的生产而有显著提高。

(2)应用本发明的电解槽可以实现钙电解的大规模清洁生产。由于本发明的钙电解槽本身单槽为100kA以上，远大于现有电解槽，且钙电解槽可十分方便的进行串联扩展，故大规模工业化变得十分高效与简单，且该电解槽阳极与下料系统为全密闭体系，完全可以对自焙阳极生产过程的各种废气与粉尘进行集中处理，即将钙的清洁生产变得可能。

(3)应用本发明的电解槽可以实现电解槽的快速、高效维护。由于电解槽的阳极为各自独立，因此即使阳极出现问题是，可快速将其从电解槽内完全取出，并替换以新极，且该过程并不会中断整个电解过程的，将会让电解槽的维护更加方便。

综上所述，本发明是一种能实现富钙铜钙合金大规模、全连续与高效清洁生产，能为工业高纯钙的大规模低成本生产提供保障的电解槽。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的侧视结构示意图。

图中，1-支撑结构、2-槽内衬、3-上部结构、4-槽壳、5-支撑框架、6-绝缘支撑、7-石墨炭素阳极、8-氯化钙下料系统、9-阳极母线、10-网状导电系统、11-出料管、12-阳极提升系统、13氯气集气系统、14-保温层、15-石墨炭素阴极、16-阴极钢棒、17贫钙铜钙合金加料口、18-富钙铜钙合金出口、19-阳极导杆、20-氯化钙输运管道、22-炭糊、23-阴极软铜带、24-阳极软铜带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不受实施例所限。

如图1和图2所示，

本例中大型工业电解槽为单台电解槽工作电流≥100kA的电解槽，电解槽工作区域为一个矩形区域，长度为6～15m、宽度为2～4m，作为本装置的一种实施方式电解槽工作区域长度为12000mm、宽度为3000mm，电解槽包括支撑结构1、槽内衬2、上部结构3构成，支撑结构1包括槽壳4、支撑框架5与绝缘支撑6，上部结构3设有石墨炭素阳极7，石墨炭素阳极7内设有网状导电系统10，外部用铜导线连接至整流机构，上部结构3包括氯化钙下料系统8、阳极提升系统12、氯气集气系统13，槽内衬3包括保温层14、石墨炭素阴极15、阴极钢棒16、贫钙铜钙合金加料口17及富钙铜钙合金出口18。贫钙铜钙合金加料口17和富钙铜钙合金出口18为90mm的圆孔，为贫钙铜钙合金加料口17的堵塞，在实际操作中，领用一个直径为60mm的圆管插入到该圆孔中。

本例中，石墨炭素阳极7总长度为1250mm，宽度400mm，高度300mm，设计阳极电流密度>2.0A/cm²，所用石墨炭素阳极7数量为十块，采用两列排布，每列排布五块石墨炭素阳极7，同时在石墨炭素阳极中，用树状的铜棒组成一个网状导电系统10，铜棒的截面为长方形，网状导电系统10在顶部伸出炭块的部分与阳极导杆通过螺栓连接。

为了方便氯化钙的下料，将下料点安排在两列石墨炭素阳极7中间，在槽壳上部设置四个氯化钙下料系统8，通过螺纹输送方式将氯化钙加之每个下料器的料斗中，再自动下料至槽内。

作为电解槽的支撑与固定装置的槽壳4与支撑框架5，均采用材质为钢材，其厚度为12mm。

在槽底部铺设石墨炭素阴极15，长度为3000mm，宽度为400mm，高度为200mm，石墨炭素阴极15数量为五块，石墨炭素阴极15之间用炭糊22进行固定。

多台本装置的阴极钢棒16通过阴极软铜带23串联，所述阳极母线9由阳极软铜带24连接至整流所。可实现大规模连续生产，消除了传统钙电解槽的间断式操作对生产过程与能耗的不良影响，大幅度提高电解槽的产能并降低能耗。

Claims (8)

1.一种可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：包括支撑结构(1)、槽内衬(2)和上部结构(3)，所述支撑结构(1)包括槽壳(4)，所述上部结构(3)包括氯化钙下料系统(8)，所述槽内衬包括保温层(14)、石墨炭素阴极(15)、阴极钢棒(16)、贫钙铜钙合金加料口(17)和富钙铜钙合金出口(18)，

所述槽壳内设有保温层，所述保温层上固定有多个石墨炭素阴极(15)，每个所述石墨炭素阴极(15)的上方对应布设有石墨炭素阳极(7)，所述石墨炭素阴极(15)与阴极钢棒连接，所述石墨炭素阳极(7)与阳极母线(9)连接，所述槽壳内在石墨炭素阴极(15)与石墨炭素阳极(7)之间形成电解区，所述电解区的底部设有贫钙铜钙合金加料口(17)，所述电解区的顶部设有富钙铜钙合金出口(18)，所述电解区的上方还设有给电解区供料的氯化钙下料系统(8)；

所述石墨炭素阳极(7)内设有网状导电系统，所述网状导电系统(10)由铜棒组成，所述网状导电系统(10)的顶部伸出石墨炭素阳极(7)，并且与阳极导杆(19)通过螺栓或焊接连接。

2.根据权利要求1所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：所述槽壳上方设有封闭电解区上方开口的氯气集气系统(13)，所述氯化钙下料系统(8)的出料管(11)设置在氯气集气系统内，所述出料管(11)外壁与氯气集气系统密封连接。

3.根据权利要求2所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：相邻石墨炭素阴极(15)之间通过炭糊固定，所述保温层上沿槽壳长度方向均匀布设有多个石墨炭素阴极(15)，所述石墨炭素阴极(15)的长度与槽壳的宽度相匹配。

4.根据权利要求1至3之一所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：所述槽壳的上侧设有固定在槽壳上的支撑框架(5)，所述石墨炭素阳极(7)通过阳极母线(9)固定安装在支撑框架上。

5.根据权利要求4所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：所述阳极母线(9)通过阳极提升系统(12)安装在支撑框架上。

6.根据权利要求5所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：所述槽壳(4)通过绝缘支撑(6)支撑在安装支架。

7.根据权利要求6所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：所述贫钙铜钙合金加料口(17)和富钙铜钙合金出口(18)的直径为50～100mm。

8.根据权利要求7所述的可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽，其特征在于：多台所述可连续电解生产铜钙合金的大型工业电解槽的所述阴极钢棒通过阴极软铜带(23)串联，所述阳极母线由阳极软铜带(24)连接至整流所。