CN109023422B - 一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解系统，属于熔融电解工艺及设备技术领域。本电解系统在保护气体的调控下，恒定和改变精钠暂存腔、精钠槽及精钠储存罐的压力，再通过加热、保温，以及电流调节，完成精钠的生成和转移。本制备工艺通过电化学法，以及利用隔膜陶瓷管离子选择透过性原理，将杂质阻挡在隔膜外，进而提高金属钠产品纯度，并易于实现量产，工艺简单，能耗低；电解系统结构简单，安装方便，密封性好，排钠方便、完全，且能够防止空气及管路零部件的污染，为精钠的制备提供一个有利、稳定环境。

Description

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解系统

技术领域

本发明涉及一种金属钠的制备工艺及熔融电解系统，尤其涉及一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解系统，属于熔融电解工艺及设备技术领域。

背景技术

钠是地球上分布最广的元素之一，其重量约占地壳总重量的2 .83％，居第6位。基于金属钠的化学性质活泼（如：还原性）、熔点低，以及具有良好的导热性、比热容、导电性等一系列特点，应用范围很广。其可用于制造二次能源钠硫电池，从稀有金属化合物中还原稀有金属，涡轮增压发动机中的冷却剂，钠冷快中子核反应堆冷却剂以及潜艇上用的供氧剂超氧化钠等等。尤其近年来福建霞浦钠冷快堆600MW示范电站的建设，高纯金属钠市场在不断拓展，随着霞浦钠冷快堆示范电站的成功运行，将会有大量的钠冷快堆应用于消减目前普通核电站所产生的核废料，据推测：一座钠冷快堆可以消耗五座相同规模的普通核电站的核废料，由此可见，高纯金属钠的市场前景将会非常广阔。

目前，制备金属钠的工艺技术包括烧碱（氢氧化钠）熔融电解法、食盐（氯化钠）熔融电解法和电解钠汞齐法等，而综合考虑制备金属钠过程中的工艺复杂性、成本、安全以及终产物精钠的纯度等因素，工业化生产一般采用烧碱熔融电解法和食盐熔融电解法。一、氢氧化钠熔融电解法即卡斯特钠法，以氢氧化钠为原料，熔化温度320～330℃，以镍为阳极，铁为阴极，在电极之间设置镍网隔膜，电解电压4～4.5V，阴极析出金属钠；二、氯化钠熔融电解法也称为东斯法，其中的四阳极东斯电解工艺是金属钠的主要生产工艺。在该电解工艺中，电解温度为600℃左右，以食盐为原料，价格便宜、易得，同时副产氯气，电流效率较高，一般在80%以上。上述两种电解工艺所涉及的电压均偏高，且由于镍网将钠产品与其他液体无法进行有效的隔离，因而所生产的钠纯度不高。而在现有其他制备工艺中，得到纯度≥99.5%的工业金属钠产品，所涉及的电解结构复杂、电解工艺流程复杂，能耗高。

随着β-Al₂O₃陶瓷材料的发展，相关机构和研究人员开始尝试用β-Al₂O₃陶瓷材料做隔膜进行电解制钠的方法。

国家知识产权局于2013年04月10日公开了一种公开号为CN103031567A，名称为“一种电解制取金属钠的方法”的专利文献，公开：电解池的阳极区是含钠离子的水溶液，阴极区是具有钠离子导电性的非水溶剂；电解池的阳极区和阴极区用钠离子选择性通透膜分隔；于常温常压下，阴极和阳极间施加一个直流电压，以阴极为负电位，阳极为正电位，驱动钠离子从阳极区选择性地穿过钠离子选择性通透隔膜进入阴极区，在惰性气体氛围下进行反应，在阴极上被电解还原为金属钠。该发明在温和条件下电解还原制备钠的方法，避免了传统的高温熔融电解工艺制备金属钠所需要的苛刻条件，可以大幅减少能量消耗，并降低对环境的不良影响。但在该专利中，所用的Na-β-Al₂O₃和NASICON隔膜均为隔膜陶瓷，在室温下的电阻率非常高，其正常工作必须在300℃以上；且阳极区为水溶液，这会破坏两种隔膜的稳定性，将两种隔膜损坏；两种膜在使用过程中，仍需加热至300℃以上。

国家知识产权局于2014年07月09日公开了一种公告号为CN203700537U，名称为“一种利用熔融氢氧化钠制备金属钠的电解装置”专利文献，公开：包括电解槽、加热装置、Na-β-Al₂O₃膈膜管、阴极和阳极，电解槽置于加热装置上，电解槽的顶部设置有阳极电解质投料口，电解槽的内部为阳极电解质腔，Na-β- Al₂O₃膈膜管和阳极从电解槽的顶部插在阳极电解质腔中，Na-β-Al₂O₃膈膜管和阳极的顶部露出在电解槽外，电解槽顶部还设置有排气口，排气口设置在阳极和Na-β-Al₂O₃膈膜管之间；Na-β-Al₂O₃膈膜管的内部为阴极电解质腔，阴极从Na-β-Al₂O₃膈膜管的顶部插在阴极电解质腔中，阴极的顶部露出在Na-β-Al₂O₃膈膜管外，Na-β-Al₂O₃膈膜管顶部设置有保护气体入口和排钠管，排钠管一端插在阴极电解质腔中，另一端连接金属钠收集器，在阴极电解质腔中的排钠管的管壁上开有限位孔。

国家知识产权局于2015年07月29日公开了一种公告号为CN104805469A，名称为“一种电解制备金属钠装置的阴极电解槽”的发明专利文献，公开：包括电解槽主体、Na-β-Al₂O₃隔膜管、顶盖以及密封结构，Na-β-Al₂O₃隔膜管为顶部开口，底部封闭，并设置在电解槽主体的内部，顶盖设置在电解槽主体的上方，Na-β- Al₂O₃隔膜管的顶部伸入顶盖的内部，密封结构将顶盖与电解槽主体连接，密封结构将Na-β-Al₂O₃隔膜管固定，并使Na-β-Al₂O₃隔膜管的外壁与电解槽主体的内壁之间形成密闭空腔，该空腔为阴极室，Na-β-Al₂O₃隔膜管的内部与顶盖的内部之间的密闭空腔为阳极室。

以上两件专利存在如下不足之处：

1.装置内部件需要密封，越多的部件需要密封，越容易产生密封泄露，同时也会带入更多密封件所产生的污染，不能给精钠的制备提供一个有利、稳定环境；

2.未设置气体保护以及阀门，在电解前加入金属钠，极容易对金属钠产生污染，同时，也不便于安装于提纯装置；

3.在进行精钠制取完成后，装置内残留有大量的精钠而不能被排出，产生浪费，同时也存在较大的安全隐患。大量的精钠堆积在隔膜管内，容易与密封件发生反应，损坏密封件，并破坏密封性。

发明内容

本发明旨在解决现有技术问题，而提出了一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解系统。制备工艺通过电化学法，以及利用隔膜陶瓷管离子选择透过性原理，将金属钠中的杂质阻挡在隔膜外，进而提高金属钠产品纯度，并易于实现量产，工艺简单，能耗低；电解系统结构简单，安装方便，密封性好，排钠方便、完全，且能够防止空气及管路零部件的污染，为精钠的制备提供一个有利、稳定环境。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔、精钠管、精钠槽、排钠管及精钠储罐形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为10Pa以下，再经储气罐通入保护气体至压力为0.1～5KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽内注入氢氧化钠粉体，再以1～5℃/min将电解槽加热至180～260℃，保温2～4h，对电解槽内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管及精钠暂存腔进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元处的进气管，对钠种罐加热至120～180℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔内，钠种液在精钠暂存腔底部堆积，直至阴极体、钠种液及隔膜陶瓷管三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元处的进气管连通储气罐，通入保护气体至压力为0.1～5KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以1～5℃/min将电解槽加热至320～400℃，保温2～4h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高5～30A，直至精钠暂存腔内生成的精钠与排钠孔在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽中，加热至320～400℃，保温0.5～2h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽内氢氧化钠液面低于排钠孔2cm时，打开输送管上的电磁阀Ⅳ，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽中；

H．将精钠管及精钠槽加热至110～180℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔内规定量后，停止电解，将保温精钠管连通保温精钠槽，同时，通过进气管将精钠暂存腔内压力加至35～100KPa；利用精钠暂存腔与精钠槽之间的的气压差，通过精钠管将精钠暂存腔内的精钠排入至精钠槽中；

在排钠过程中，精钠暂存腔中的压力与排钠孔到精钠管顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管及精钠储罐加热至110～180℃，保温0.5h以上，备用；

K．待精钠槽中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ，再打开电磁阀Ⅰ，保温排钠管连通保温精钠储罐，将精钠槽腔内的精钠排入至精钠储罐中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ，再关闭电磁阀Ⅱ。

优选的，精钠暂存腔内的精钠排放结束后，再次电解，电流为步骤E中的恒定电流；当电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔内规定量后，暂停电解，再次进行精钠暂存腔内的精钠排放。

优选的，在步骤C中，钠种罐中装有纯度为99.99%以上的金属钠。

优选的，在步骤D中，将电解槽加热后，氢氧化钠液面与阴极体上的排钠孔在同一水平面。

优选的，在步骤E中，电解时，所通入电流的大小还与所述隔膜陶瓷管外径及高度有关，即理论电流值I=（2πr*h+πr*r）*（0.1～0.3），其中，理论电流值I单位为A ；r为隔膜陶瓷管内径，单位为cm；h为隔膜陶瓷管高度，单位为cm。为保证制备金属钠工艺以及电解系统的稳定性，设置恒定电流小于理论电流值I。

优选的，所述保护气体为惰性气体，包括氦气、氙气或氩气，优选氩气。

优选的，当需要停止电解生产时，关闭电解电源，通入保护气体，将隔膜陶瓷管内的精钠尽可能地压入精钠槽内，然后，通过排钠管将精钠槽内的精钠完全排放至精钠储罐中。待电解槽自然冷却后，保持精钠暂存腔内保护气体微正压＞0.1KPa，然后，将电解槽内残余氢氧化钠等杂质经过排污管排入接污槽中；同时，调节保护气体流量，保护气体从精钠槽中经过精钠管流入至精钠暂存腔内，保持精钠槽与精钠暂存腔两者之间的微正压＞0.1KPa，停机。

优选的，当需要恢复电解生产时，检查保护气体压力，关闭电解槽和精钠槽之间的阀门，增大精钠暂存腔内压力。当保护气体压力无明显异常时，对电解槽加热、保温，加入氢氧化钠，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

以上所述的规定量，工作人员可综合实际设备大小、实际需求、成本以及效率等因素而设定，但该精钠规定量的设置，不能让精钠接触电解系统内的密封件，避免精钠与密封材料反应，生成其他物质，以致影响金属钠产品质量、精钠暂存腔真空度和工艺生产的顺利进行。

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的电解系统，包括氢氧化钠槽、电解槽和精钠槽，氢氧化钠槽通过输送管与电解槽连接，电解槽通过精钠管与精钠槽连接，精钠槽上设有排钠管，排钠管上设有电磁阀Ⅰ；

所述排钠管连有精钠储罐，且精钠储罐与排钠管之间设有电磁阀Ⅱ；

所述电解槽内套设有多个电解单元，电解单元之间并联设置，且电解槽通过排污管连有接污槽，对接污槽内废渣进行回收利用；

所述电解单元、精钠槽和精钠储罐均连有进气管，进气管连有储气罐，储气罐内装有保护气体，保护气体为氦气、氙气或氩气。

进一步的，所述电解单元包括隔膜陶瓷管及设置在隔膜陶瓷管内的阴极体，隔膜陶瓷管呈桶状，隔膜陶瓷管为Na-β-Al₂O₃隔膜陶瓷管，隔膜陶瓷管底部密封，顶部套设有连接件Ⅰ，连接件Ⅰ与隔膜陶瓷管之间设有密封件Ⅰ，密封件Ⅰ为唇形密封圈，唇形密封圈截面呈凹槽型；连接件Ⅰ将隔膜陶瓷管固定在电解槽顶部；

所述连接件Ⅰ下部套设有密封件Ⅱ，密封件Ⅱ为板式密封件，密封件Ⅱ与隔膜陶瓷管内壁之间形成密闭的精钠暂存腔，阴极体设置在精钠暂存腔内，阴极体上设有排钠孔，排钠孔处设有阴极管；阴极管依次穿过密封件Ⅱ和连接件Ⅰ，向隔膜陶瓷管外延伸，直至与电解槽外的精钠管连接；

所述密封件Ⅱ上设有进气口，进气口与进气管连接，进气管通过进气口与精钠暂存腔连通，且进气管穿过连接件Ⅰ，向隔膜陶瓷管外延伸至储气罐。

进一步的，所述连接件Ⅰ内还套设有连接件Ⅱ，连接件Ⅱ设置在连接件Ⅰ上部，且连接件Ⅱ通过螺栓与连接件Ⅰ连接，连接件Ⅱ与密封件Ⅱ之间设有绝缘件Ⅰ。

进一步的，所述精钠管延伸至精钠槽内，且精钠管末端设有挡板，挡板倾斜设置。

进一步的，所述输送管上设有电磁阀Ⅳ，进气管上设有进气阀，排污管上设有电磁阀Ⅲ。

氢氧化钠槽、电解槽、精钠槽、精钠储罐和接污槽底端均设有绝缘件Ⅱ；氢氧化钠槽、电解槽、精钠槽、精钠储罐、输送管、进气管、精钠管及排钠管上均设置有加热保温装置，加热保温装置包括加热带和保温层；氢氧化钠槽、电解槽、精钠槽和精钠储罐上均设有液位计；电解单元、精钠槽和精钠储罐上均设有气压检测装置。

阴极管一端通过焊接方式固定在阴极体上，阴极管另一端通过焊接方式固定在密封件Ⅱ上。

设置电解槽顶部敞开，使得电解槽内部暴露在空气中，便于电解产生的水蒸气和氧气逸出；设置氢氧化钠槽顶部敞开，使得氢氧化钠槽内部暴露在空气中，便于氢氧化钠粉体中结合水在加热后变成水蒸气逸出。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

1）在现有技术中，高纯金属钠量产主要采用钠杂质的物理化学性质，通过加入各种氧化剂或还原剂而除去工业钠中金属及非金属等杂质，但存在时间长、能耗高，以及设备结构和工艺流程复杂等问题。本发明为了解决上述技术问题，而提供了一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺及其电解设备，首先，本工艺通过电化学法，以及利用隔膜陶瓷管离子选择透过性原理，将金属钠中的杂质阻挡在隔膜外，进而提高金属钠产品纯度，并易于实现量产，工艺简单，能耗低；其次，本电解系统结构简单，安装方便，密封性好，排钠方便、完全，且能够防止空气及管路零部件的污染，为精钠的制备提供一个有利、稳定环境；

2）在本发明的步骤A中，通入保护气体至压力为0.1～5KPa，保护和隔绝精钠暂存腔、精钠管、精钠槽、排钠管及储钠罐形成密闭的通腔，为制备金属钠提供一个稳定、安全的反应环境；

在步骤B中，以1～5℃/min将电解槽加热至180～260℃，保温2～4h，对电解槽内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管及精钠暂存腔进行预热；该加热速率及保温环节的设置，也保证隔膜陶瓷管及各部件受热均匀，并减少对隔膜的损害；

在步骤F中，将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽中，加热至320～400℃，保温0.5～2h，保证氢氧化钠槽内的氢氧化钠溶解均匀及溶解完全，且氢氧化钠液面的稳定性；

在步骤E中，随着电解的进行，电流有规律的增加即以每半小时将电流提高5～30A，该设置，保证电解稳定进行，并确保生产效率以及隔膜陶瓷管的寿命。在精钠暂存腔内，精钠液面不能接触到密封件，而避免精钠与密封材料反应，生成其他物质，以致影响金属钠产品质量、精钠暂存腔真空度和工艺生产的顺利进行；

在步骤H及J中，将精钠管、精钠槽、排钠管及精钠储罐加热至110～180℃，保温，该设置，保证精钠管、精钠槽、排钠管及精钠储罐内温度均匀，当精钠排放至精钠槽或精钠储罐中，不会出现精钠冷却固化现象，也防止堵塞精钠管或排钠管；

在步骤I中，通过进气管将精钠暂存腔内压力加至35～100KPa，并利用精钠暂存腔与精钠槽之间的的气压差，通过精钠管将精钠暂存腔内的精钠排入至精钠槽中，该设置，确保精钠液顺利、可控进行至精钠槽中；

3）本发明还提供需要停止生产及恢复生产的操作，能够保证整个工艺的完整性和安全性，利于高效、大规模的高纯钠产品生产；

4）本发明以惰性气体保护，以及多个电解单元并联的方式集成熔融电解系统，该电解系统结构简单，安装方便，密封性好，排钠方便、完全，且能够防止空气及管路零部件的污染，为精钠的制备提供一个有利、稳定环境；且适用于氢氧化钠熔融电解制备高纯金属钠的技术领域，所制备精钠纯度可达99.99%以上；

5）在现有技术中，电解单元上隔膜陶瓷管与陶瓷环的粘接工艺不稳定，因而电解单元均需要进行真空度检测，并在电解单元上设置保护气体入口，增加制造及安装难度。而本系统中结构无需隔膜陶瓷管与陶瓷环之间的热封接，这使得隔膜陶瓷管的利用率大大提高。同时，阴极体、连接体Ⅰ、连接体Ⅱ、阴极管与隔膜陶瓷管分开设置，减少装置运输过程中的损坏。本阴极体及阴极管的设置，有助于减少精钠在隔膜陶瓷管工作区内的残留，且降低系统对密封性的要求，从而降低系统成本，有利于系统安装、调试、维护及工艺固化等等；

6）在本发明中，连接体Ⅰ、连接体Ⅱ、密封件Ⅰ及密封件Ⅱ的设置，形成密闭的精钠暂存腔，提高电解单元连接的稳定性，降低安装难度，由于密封件的高温密封特性，电解单元不需要真空度检测，有利于规模化生产时的设备优化。电解单元通过密封件，熔融电解生产的精钠由惰性保护气体覆盖，一方面惰性气体对电解的精钠液进行保护，另一方面惰性气体提供的压力将电解的精钠液快速、完全输送至精钠槽中。该结构降低了电解部件的制造周期和成本，降低了隔膜陶瓷管运输中的损坏，使得专业制造变成了普通安装，降低了生产成本；

7）在本发明中，精钠管道伸入精钠槽内，伸入部分的端部设有倾斜挡板，当将精钠直接排入精钠槽时，防止精钠溅射到精钠管与法兰盘Ⅰ的连接处，而破坏精钠管与精钠槽的绝缘性；

8）在本发明中，精钠槽上设有排钠管，排钠管连通精钠储罐，排钠管上设有电磁阀Ⅰ，精钠储罐与排钠管之间设有电磁阀Ⅱ，且精钠储罐上设置有带阀门的进气管，该设置让精钠顺利的被排入精钠储罐中，在惰性气体保护下自然冷却，减少精钠暴露在空气中，以及减少精钠与空气接触，确保精钠纯度，降低精钠中杂质含量，提高产物质量；

9）在本发明中，氢氧化钠槽、电解槽、精钠槽、精钠储罐和接污槽底端均设有绝缘件Ⅱ，绝缘件Ⅱ的设置，可杜绝氢氧化钠槽、电解槽等与地面接触，以及减少相互间的接触而导致电解电源短路；

10）在本发明中，电解系统中液位计、气压检测装置的设置，便于电解系统在线监测，增加电解系统的可用性，同时可确保安全；

11）在本发明中，电解系统为一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的电解系统，结构简单，能耗低，电解工艺流程短，便于制备高纯度金属钠，且易于放大量产。

附图说明

图1为本发明框架结构示意图

图2为本发明中电解单元结构示意图

图3为本发明中密闭的精钠暂存腔结构示意图

图中，1、氢氧化钠槽，2、电解槽，3、精钠槽，4、精钠储罐，5、接污槽，6、输送管，7、精钠管，8、排钠管，9、电磁阀Ⅰ，10、电磁阀Ⅱ，11、电解单元，1101、隔膜陶瓷管，1102、阴极体，12、排污管，13、进气管，14、连接件Ⅰ，15、密封件Ⅰ，16、精钠暂存腔，17、阴极管，18、密封件Ⅱ，19、连接件Ⅱ，20、螺栓，21、绝缘件Ⅰ，22、挡板，23、绝缘件Ⅱ，24、液位计，25、电磁阀Ⅲ，26、法兰盘Ⅰ，27、法兰盘Ⅱ，28、电磁阀Ⅳ，29、排钠孔。

具体实施方式

下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔16、精钠管7、精钠槽3、排钠管8及精钠储罐4形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为10Pa，再经储气罐通入保护气体至压力为5KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽2内注入氢氧化钠粉体，再以5℃/min将电解槽2加热至260℃，保温4h，对电解槽2内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及精钠暂存腔16进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元11处的进气管13，对钠种罐加热至180℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔16内，钠种液在精钠暂存腔16底部堆积，直至阴极体1102、钠种液及隔膜陶瓷管1101三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元11处的进气管13连通储气罐，通入保护气体至压力为5KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以5℃/min将电解槽2加热至400℃，保温4h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高30A，直至精钠暂存腔16内生成的精钠与排钠孔29在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽1中，加热至400℃，保温2h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽2中；

H．将精钠管7及精钠槽3加热至180℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，停止电解，将保温精钠管7连通保温精钠槽3，同时，通过进气管13将精钠暂存腔16内压力加至100KPa；利用精钠暂存腔16与精钠槽3之间的的气压差，通过精钠管7将精钠暂存腔16内的精钠排入至精钠槽3中；

在排钠过程中，精钠暂存腔16中的压力与排钠孔29到精钠管7顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管8及精钠储罐4加热至180℃，保温0.5h，备用；

K．待精钠槽3中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ10，再打开电磁阀Ⅰ9，保温排钠管8连通保温精钠储罐4，将精钠槽3腔内的精钠排入至精钠储罐4中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ9，再关闭电磁阀Ⅱ10。

实施例2

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔16、精钠管7、精钠槽3、排钠管8及精钠储罐4形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为4Pa，再经储气罐通入保护气体至压力为0.1KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽2内注入氢氧化钠粉体，再以1℃/min将电解槽2加热至180℃，保温2h，对电解槽2内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及精钠暂存腔16进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元11处的进气管13，对钠种罐加热至120℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔16内，钠种液在精钠暂存腔16底部堆积，直至阴极体1102、钠种液及隔膜陶瓷管1101三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元11处的进气管13连通储气罐，通入保护气体至压力为0.1KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以1℃/min将电解槽2加热至320℃，保温2h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高5A，直至精钠暂存腔16内生成的精钠与排钠孔29在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽1中，加热至320℃，保温0.5h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽2中；

H．将精钠管7及精钠槽3加热至110℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，停止电解，将保温精钠管7连通保温精钠槽3，同时，通过进气管13将精钠暂存腔16内压力加至35KPa；利用精钠暂存腔16与精钠槽3之间的的气压差，通过精钠管7将精钠暂存腔16内的精钠排入至精钠槽3中；

在排钠过程中，精钠暂存腔16中的压力与排钠孔29到精钠管7顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管8及精钠储罐4加热至110℃，保温1h，备用；

K．待精钠槽3中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ10，再打开电磁阀Ⅰ9，保温排钠管8连通保温精钠储罐4，将精钠槽3腔内的精钠排入至精钠储罐4中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ9，再关闭电磁阀Ⅱ10。

实施例3

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔16、精钠管7、精钠槽3、排钠管8及精钠储罐4形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为8Pa，再经储气罐通入保护气体至压力为3KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽2内注入氢氧化钠粉体，再以3℃/min将电解槽2加热至120℃，保温3h，对电解槽2内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及精钠暂存腔16进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元11处的进气管13，对钠种罐加热至130℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔16内，钠种液在精钠暂存腔16底部堆积，直至阴极体1102、钠种液及隔膜陶瓷管1101三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元11处的进气管13连通储气罐，通入保护气体至压力为3KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以3℃/min将电解槽2加热至360℃，保温3h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高18A，直至精钠暂存腔16内生成的精钠与排钠孔29在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽1中，加热至360℃，保温1.5h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽2中；

H．将精钠管7及精钠槽3加热至150℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，停止电解，将保温精钠管7连通保温精钠槽3，同时，通过进气管13将精钠暂存腔16内压力加至70KPa；利用精钠暂存腔16与精钠槽3之间的的气压差，通过精钠管7将精钠暂存腔16内的精钠排入至精钠槽3中；

在排钠过程中，精钠暂存腔16中的压力与排钠孔29到精钠管7顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管8及精钠储罐4加热至140℃，保温2h，备用；

K．待精钠槽3中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ10，再打开电磁阀Ⅰ9，保温排钠管8连通保温精钠储罐4，将精钠槽3腔内的精钠排入至精钠储罐4中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ9，再关闭电磁阀Ⅱ10。

实施例4

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔16、精钠管7、精钠槽3、排钠管8及精钠储罐4形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为6Pa，再经储气罐通入保护气体至压力为1KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽2内注入氢氧化钠粉体，再以2℃/min将电解槽2加热至200℃，保温2.5h，对电解槽2内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及精钠暂存腔16进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元11处的进气管13，对钠种罐加热至140℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔16内，钠种液在精钠暂存腔16底部堆积，直至阴极体1102、钠种液及隔膜陶瓷管1101三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元11处的进气管13连通储气罐，通入保护气体至压力为1KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以2℃/min将电解槽2加热至340℃，保温2.5h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高10A，直至精钠暂存腔16内生成的精钠与排钠孔29在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽1中，加热至340℃，保温1h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽2中；

H．将精钠管7及精钠槽3加热至130℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，停止电解，将保温精钠管7连通保温精钠槽3，同时，通过进气管13将精钠暂存腔16内压力加至50KPa；利用精钠暂存腔16与精钠槽3之间的的气压差，通过精钠管7将精钠暂存腔16内的精钠排入至精钠槽3中；

在排钠过程中，精钠暂存腔16中的压力与排钠孔29到精钠管7顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管8及精钠储罐4加热至140℃，保温0.6h，备用；

K．待精钠槽3中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ10，再打开电磁阀Ⅰ9，保温排钠管8连通保温精钠储罐4，将精钠槽3腔内的精钠排入至精钠储罐4中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ9，再关闭电磁阀Ⅱ10。

实施例5

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔16、精钠管7、精钠槽3、排钠管8及精钠储罐4形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为3Pa，再经储气罐通入保护气体至压力为4KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽2内注入氢氧化钠粉体，再以4℃/min将电解槽2加热至240℃，保温3.5h，对电解槽2内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及精钠暂存腔16进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元11处的进气管13，对钠种罐加热至160℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔16内，钠种液在精钠暂存腔16底部堆积，直至阴极体1102、钠种液及隔膜陶瓷管1101三者之间形成紧密接触的通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元11处的进气管13连通储气罐，通入保护气体至压力为4KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以4℃/min将电解槽2加热至380℃，保温3.5h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管1101及其内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高25A，直至精钠暂存腔16内生成的精钠与排钠孔29在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽1中，加热至380℃，保温1.5h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽2中；

H．将精钠管7及精钠槽3加热至160℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，停止电解，将保温精钠管7连通保温精钠槽3，同时，通过进气管13将精钠暂存腔16内压力加至80KPa；利用精钠暂存腔16与精钠槽3之间的的气压差，通过精钠管7将精钠暂存腔16内的精钠排入至精钠槽3中；

在排钠过程中，精钠暂存腔16中的压力与排钠孔29到精钠管7顶端的高度差有关，高度越高，压力越大，通过调压阀根据实际需求进行调控；

J．将排钠管8及精钠储罐4加热至160℃，保温4h，备用；

K．待精钠槽3中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ10，再打开电磁阀Ⅰ9，保温排钠管8连通保温精钠储罐4，将精钠槽3腔内的精钠排入至精钠储罐4中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ9，再关闭电磁阀Ⅱ10。

实施例6

在实施例1-5的基础上，更进一步的，

精钠暂存腔16内的精钠排放结束后，再次电解，电流为步骤E中的恒定电流；当电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔16内规定量后，暂停电解，再次进行精钠暂存腔16内的精钠排放。

钠种罐中装有纯度为99.99%以上的金属钠。

实施例7

在实施例6的基础上，更进一步的，

在步骤D中，将电解槽2加热后，氢氧化钠液面与阴极体1102上的排钠孔29在同一水平面。

实施例8

在实施例7的基础上，更进一步的，

在步骤E中，电解时，所通入电流的大小还与所述隔膜陶瓷管1101外径及高度有关，即理论电流值I=（2πr*h+πr*r）*（0.1～0.3），其中，理论电流值I单位为A ；r为隔膜陶瓷管1101内径，单位为cm；h为隔膜陶瓷管1101高度，单位为cm。为保证制备金属钠工艺以及电解系统的稳定性，设置恒定电流小于理论电流值I。

实施例9

在实施例8的基础上，更进一步的，

所述保护气体为惰性气体，为氩气。

当需要停止电解生产时，关闭电解电源，通入保护气体，将隔膜陶瓷管1101内的精钠尽可能地压入精钠槽3内，然后，通过排钠管8将精钠槽3内的精钠完全排放至精钠储罐4中。待电解槽2自然冷却后，保持精钠暂存腔16内保护气体微正压＞0.1KPa，然后，将电解槽2内残余氢氧化钠等杂质经过排污管12排入接污槽5中；同时，调节保护气体流量，保护气体从精钠槽3中经过精钠管7流入至精钠暂存腔16内，保持精钠槽3与精钠暂存腔16两者之间的微正压＞0.1KPa，停机。

实施例10

在实施例9的基础上，更进一步的，

所述保护气体为惰性气体，为氦气。

当需要恢复电解生产时，检查保护气体压力，关闭电解槽2和精钠槽3之间的阀门，增大精钠暂存腔16内压力。当保护气体压力无明显异常时，对电解槽2加热、保温，加入氢氧化钠，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

以上所述的规定量，工作人员可综合实际设备大小、实际需求、成本以及效率等因素而设定，但该精钠规定量的设置，不能让精钠接触电解系统内的密封件，避免精钠与密封材料反应，生成其他物质，以致影响金属钠产品质量、精钠暂存腔16真空度和工艺生产的顺利进行。

实施例11

在实施例1-10的基础上，更进一步的，

一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的电解系统，包括氢氧化钠槽1、电解槽2和精钠槽3，氢氧化钠槽1通过输送管6与电解槽2连接，电解槽2通过精钠管7与精钠槽3连接，精钠槽3上设有排钠管8，排钠管8上设有电磁阀Ⅰ9；所述排钠管8连有精钠储罐4，且精钠储罐4与排钠管8之间设有电磁阀Ⅱ10；所述电解槽2内套设有多个电解单元11，电解单元11之间并联设置，且电解槽2通过排污管12连有接污槽5，对接污槽5内废渣进行回收利用；所述电解单元11、精钠槽3和精钠储罐4均连有进气管13，进气管13连有储气罐，储气罐内装有保护气体，保护气体为氩气。

实施例12

在实施例11的基础上，更进一步的，

所述电解单元11包括隔膜陶瓷管1101及设置在隔膜陶瓷管1101内的阴极体1102，隔膜陶瓷管1101呈桶状，隔膜陶瓷管1101为Na-β-Al₂O₃隔膜陶瓷管，隔膜陶瓷管1101底部密封，顶部套设有连接件Ⅰ14，连接件Ⅰ14与隔膜陶瓷管1101之间设有密封件Ⅰ15，密封件Ⅰ15为唇形密封圈，唇形密封圈截面呈凹槽型；连接件Ⅰ14将隔膜陶瓷管1101固定在电解槽2顶部；

所述连接件Ⅰ14下部套设有密封件Ⅱ18，密封件Ⅱ18为板式密封件，密封件Ⅱ18与隔膜陶瓷管1101内壁之间形成密闭的精钠暂存腔16，阴极体1102设置在精钠暂存腔16内，阴极体1102上设有排钠孔29，排钠孔29处设有阴极管17；阴极管17依次穿过密封件Ⅱ18和连接件Ⅰ14，向隔膜陶瓷管1101外延伸，直至与电解槽2外的精钠管7连接；

所述密封件Ⅱ18上设有进气口，进气口与进气管13连接，进气管13通过进气口与精钠暂存腔16连通，且进气管13穿过连接件Ⅰ14，向隔膜陶瓷管1101外延伸至储气罐。

实施例13

在实施例12的基础上，更进一步的，

所述连接件Ⅰ14内还套设有连接件Ⅱ19，连接件Ⅱ19设置在连接件Ⅰ14上部，且连接件Ⅱ19通过螺栓20与连接件Ⅰ14连接，连接件Ⅱ19与密封件Ⅱ18之间设有绝缘件Ⅰ21。

实施例14

在实施例13的基础上，更进一步的，

所述精钠管7延伸至精钠槽3内，且精钠管7末端设有挡板22，挡板22倾斜设置。

实施例15

在实施例14的基础上，更进一步的，

所述输送管6上设有电磁阀Ⅳ28，进气管13上设有进气阀，排污管12上设有电磁阀Ⅲ25。

氢氧化钠槽1、电解槽2、精钠槽3、精钠储罐4和接污槽5底端均设有绝缘件Ⅱ23；氢氧化钠槽1、电解槽2、精钠槽3、精钠储罐4、输送管6、进气管13、精钠管7及排钠管8上均设置有加热保温装置，加热保温装置包括加热带和保温层；氢氧化钠槽1、电解槽2、精钠槽3和精钠储罐4上均设有液位计24；电解单元11、精钠槽3和精钠储罐4上均设有气压检测装置。

阴极管17一端通过焊接方式固定在阴极体1102上，阴极管17另一端通过焊接方式固定在密封件Ⅱ18上。

实施例16

在实施例15的基础上，更进一步的，

设置电解槽2顶部敞开，使得电解槽2内部暴露在空气中，便于电解产生的水蒸气和氧气逸出；设置氢氧化钠槽1顶部敞开，使得氢氧化钠槽1内部暴露在空气中，便于氢氧化钠粉体中结合水在加热后变成水蒸气逸出。

实施例17

1、用钠种罐在高纯钠车间灌装钠种60g，用盲头将钠种罐封好，待冷却后带回生产现场，其中，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解单元11内氩气压力为0.1KPa的情况下，将精钠管7道接头打开，并将电解单元11处的进气管13与钠种罐的底部连接起来，在钠种罐及进气管13上加装加热带及保温层。

3、调节电解单元11内氩气气压为2KPa，电解槽2以2h升温至180℃，保温2h，对隔膜陶瓷管1101进行预热；开始对钠种罐及进气管13进行加热，并保温在180℃。

4、将钠种罐中的钠种完全注入到隔膜陶瓷管1101内，在氩气气氛下，将电解单元11处的进气管13与钠种罐拆开，并将储气罐与电解单元11处的进气管13连接；精钠管7与阴极管17连接，阴极管17与阴极体1102连接，阴极体1102插入至陶瓷隔膜管中，且阴极体1102不与隔膜陶瓷管1101接触，阴极体1102与隔膜陶瓷管1101之间留有2mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2及精钠槽3中钠进行称重。

6、将定量的氢氧化钠粉体投入至电解槽2中，加热到180℃，保温2h，再加热至350℃，并保温2h；同时，加入定量的氢氧化钠到氢氧化钠槽1内，缓慢加热至330℃，保温，备用。

7、打开电解电源，观察电压和电流，并缓慢调节电流，将电流设置在20A；随着电解的进行，隔膜陶瓷管1101内的精钠增加，再慢慢调大电流，直到90A；每15min记录一次电流、电压、温度、气压及精钠重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化，这与隔膜陶瓷管1101本身的性质有关。

8、当精钠量累积至80g后，停止电解单元11中的电解，加大精钠暂存腔16内的氩气压力，并减少精钠槽3内的氩气压力，使隔膜陶瓷管1101内的精钠经精钠管7而被压入至精钠槽3中；同时，记录精钠暂存腔16开始加压以及精钠槽3内气压变化的时间，当精钠槽3内的气压发生较大变化时，说明隔膜陶瓷管1101内的精钠已经排到排钠孔29以下。计算每个电解单元11的排钠时长，并分析每个电解单元11的排钠时间及质量，并统计在记录本或交班本上，以供后续电解工序的顺利进行。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。电解3次后，补充氢氧化钠液体。

10、待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将氢氧化钠槽1中的氢氧化钠液体输送至电解槽2中，直至氢氧化钠液面与阴极体1102上的排钠孔29在同一水平面，关闭电磁阀Ⅳ28；将定量的氢氧化钠粉体注入氢氧化钠槽1内，加热至330℃，保温，备用。

11、当精钠槽3内精钠累积至200kg后，先打开精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，再打开精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，将精钠排入至已经抽空、加热到150℃及保温3h的精钠储罐4中。

12、当精钠储罐4内装入精钠达到额定量后，先关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，再关闭精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，待精钠储罐4保温1小时后，关闭加热电源；待精钠储罐4然冷却后，将氩气充到1KPa，关闭氩气进气阀，将精钠储罐4移动储至规定防潮、防火、防爆的摆放位置，存放。

如需停止生产，关闭所有电解电源，用氩气将隔膜陶瓷管1101内的精钠尽可能地压入精钠槽3内；并将精钠完全排放到精钠储罐4中，同时，关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9及精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，关闭加热电源，待电解系统自然冷却后，保持氩气微正压。开启电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25，将电解槽2内残余氢氧化钠液以及其他残渣排放到接污槽5内，然后，关闭电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25；待电解槽2自然冷却后，调节精钠暂存腔16内氩气流量，氩气从精钠槽3流入至隔膜陶瓷管1101内，两者保持氩气微正压>0.1KPa，停机。

如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭隔膜陶瓷管1101与精钠槽3之间的阀门，增大精钠暂存腔16内压力，检查精钠槽3内氩气压力变化的大小，并同时观察隔膜陶瓷管1101中气压是否变化，若没有变化，则说明电解单元11正常；若隔膜陶瓷管1101内气压随电解单元11中氩气压力增加而不增加，说明电解单元11异常，不能进行电解。检查异常的电解单元11，并在氩气保护下进行拆装。当电解单元11无明显异常时，对电解槽2加热、保温，加入氢氧化钠，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

实施例18

1、用钠种罐在高纯钠车间灌装钠种55g，用盲头将钠种罐封好，待冷却后带回生产现场，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解单元11内氩气压力为0.2KPa的情况下，将精钠管7道接头打开，并将电解单元11处的进气管13与钠种罐的底部连接起来，在钠种罐及进气管13上加装加热带及保温层。

3、调节电解单元11内氩气气压为5KPa，电解槽2以1.5h升温至150℃，保温1h，对隔膜陶瓷管1101进行预热；开始对钠种罐及进气管13进行加热，并保温在150℃。

4、将钠种罐中的钠种完全注入到隔膜陶瓷管1101内；在氩气气氛下，，将电解单元11处的进气管13与钠种罐拆开，并将储气罐与电解单元11处的进气管13连接；精钠管7与阴极管17连接，阴极管17与阴极体1102连接，阴极体1102插入至陶瓷隔膜管中，且阴极体1102不与隔膜陶瓷管1101接触，阴极体1102与隔膜陶瓷管1101之间留有3mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2及精钠槽3中钠进行称重。

6、将定量的氢氧化钠粉体投入至电解槽2中，加热到150℃，保温2h，再加热至330℃，并保温2h；同时，加入定量的氢氧化钠到氢氧化钠槽1内，缓慢加热至330℃，保温，备用。

7、打开电解电源，观察电压和电流，并缓慢调节电流，将电流设置在20A，随着电解的进行，隔膜陶瓷管1101内的精钠增加，再慢慢调大电流，直到80A；每15min记录一次电流、电压、温度、气压及精钠重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化，这与隔膜陶瓷管1101本身的性质有关。

8、当精钠量累积至70g后，停止电解单元11中的电解，加大精钠暂存腔16内的氩气压力，并减少精钠槽3内的氩气压力，使隔膜陶瓷管1101内的精钠经精钠管7而被压入至精钠槽3中；同时，记录精钠暂存腔16开始加压以及精钠槽3内气压变化的时间，当精钠槽3内的气压发生较大变化时，说明隔膜陶瓷管1101内的精钠已经排到排钠孔29以下。计算每个电解单元11的排钠时长，并分析每个电解单元11的排钠时间及质量，并统计在记录本或交班本上，以供后续电解工序的顺利进行。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。电解2次后，补充氢氧化钠液体。

10、待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将氢氧化钠槽1中的氢氧化钠液体输送至电解槽2中，直至氢氧化钠液面与阴极体1102上的排钠孔29在同一水平面，关闭电磁阀Ⅳ28；将定量的氢氧化钠粉体注入氢氧化钠槽1内，加热至350℃，保温，备用。

11、当精钠槽3内精钠累积至210kg后，先打开精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，再打开精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，将精钠排入至已经抽空、加热到150℃及保温2.5h的精钠储罐4中。

12、当精钠储罐4内装入精钠达到额定量后，先关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，再关闭精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，待精钠储罐4保温1小时后，关闭加热电源；待精钠储罐4然冷却后，将氩气充到0.5KPa，关闭氩气进气阀，将精钠储罐4移动储至规定防潮、防火、防爆的摆放位置，存放。

如需停止生产，关闭所有电解电源，用氩气将隔膜陶瓷管1101内的精钠尽可能地压入精钠槽3内；并将精钠完全排放到精钠储罐4中，同时，关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9及精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，关闭加热电源，待电解系统自然冷却后，保持氩气微正压。开启电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25，将电解槽2内残余氢氧化钠液以及其他残渣排放到接污槽5内，然后，关闭电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25；待电解槽2自然冷却后，调节精钠暂存腔16内氩气流量，氩气从精钠槽3流入至隔膜陶瓷管1101内，两者保持氩气微正压>0.1KPa，停机。

如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭隔膜陶瓷管1101与精钠槽3之间的阀门，增大精钠暂存腔16内压力，检查精钠槽3内氩气压力变化的大小，并同时观察隔膜陶瓷管1101中气压是否变化，若没有变化，则说明电解单元11正常；若隔膜陶瓷管1101内气压随电解单元11中氩气压力增加而不增加，说明电解单元11异常，不能进行电解。检查异常的电解单元11，并在氩气保护下进行拆装。当电解单元11无明显异常时，对电解槽2加热、保温，加入氢氧化钠，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

实施例19

1、用钠种罐在高纯钠车间灌装钠种50g，用盲头将钠种罐封好，待冷却后带回生产现场，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解单元11内氩气压力为0.3KPa的情况下，将精钠管7道接头打开，并将电解单元11处的进气管13与钠种罐的底部连接起来，在钠种罐及进气管13上加装加热带及保温层。

3、调节电解单元11内氩气气压为3KPa，电解槽2以2h升温至120℃，保温2h，对隔膜陶瓷管1101进行预热；开始对钠种罐及进气管13进行加热，并保温在120℃。

4、将钠种罐中的钠种完全注入到隔膜陶瓷管1101内，在氩气气氛下，将电解单元11处的进气管13与钠种罐拆开，并将储气罐与电解单元11处的进气管13连接；精钠管7与阴极管17连接，阴极管17与阴极体1102连接，阴极体1102插入至陶瓷隔膜管中，且阴极体1102不与隔膜陶瓷管1101接触，阴极体1102与隔膜陶瓷管1101之间留有2.5mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2及精钠槽3中钠进行称重。

6、将定量的氢氧化钠粉体投入至电解槽2中，加热到120℃，保温2h，再加热至340℃，并保温2h；同时，加入定量的氢氧化钠到氢氧化钠槽1内，缓慢加热至340℃，保温，备用。

7、打开电解电源，观察电压和电流，并缓慢调节电流，将电流设置在15A；随着电解的进行，隔膜陶瓷管1101内的精钠增加，再慢慢调大电流，直到75A；每15min记录一次电流、电压、温度、气压及精钠重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化，这与隔膜陶瓷管1101本身的性质有关。

8、当精钠量累积至80g后，停止电解单元11中的电解，加大精钠暂存腔16内的氩气压力，并减少精钠槽3内的氩气压力，使隔膜陶瓷管1101内的精钠经精钠管7而被压入至精钠槽3中；同时，记录精钠暂存腔16开始加压以及精钠槽3内气压变化的时间，当精钠槽3内的气压发生较大变化时，说明隔膜陶瓷管1101内的精钠已经排到排钠孔29以下。计算每个电解单元11的排钠时长，并分析每个电解单元11的排钠时间及质量，并统计在记录本或交班本上，以供后续电解工序的顺利进行。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。电解3次后，补充氢氧化钠液体。

10、待电解槽2内氢氧化钠液面低于排钠孔292cm时，打开输送管6上的电磁阀Ⅳ28，将氢氧化钠槽1中的氢氧化钠液体输送至电解槽2中，直至氢氧化钠液面与阴极体1102上的排钠孔29在同一水平面，关闭电磁阀Ⅳ28；将定量的氢氧化钠粉体注入氢氧化钠槽1内，加热至340℃，保温，备用。

11、当精钠槽3内精钠累积至210kg后，先打开精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，再打开精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，将精钠排入至已经抽空、加热到120℃及保温5h的精钠储罐4中。

12、当精钠储罐4内装入精钠达到额定量后，先关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9，再关闭精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，待精钠储罐4保温1小时后，关闭加热电源；待精钠储罐4然冷却后，将氩气充到0.5KPa，关闭氩气进气阀，将精钠储罐4移动储至规定防潮、防火、防爆的摆放位置，存放。

如需停止生产，关闭所有电解电源，用氩气将隔膜陶瓷管1101内的精钠尽可能地压入精钠槽3内；并将精钠完全排放到精钠储罐4中，同时，关闭精钠槽3底部电磁阀Ⅰ9及精钠储罐4顶部电磁阀Ⅱ10，关闭加热电源，待电解系统自然冷却后，保持氩气微正压。开启电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25，将电解槽2内残余氢氧化钠液以及其他残渣排放到接污槽5内，然后，关闭电解槽2底部的电磁阀Ⅲ25；待电解槽2自然冷却后，调节精钠暂存腔16内氩气流量，氩气从精钠槽3流入至隔膜陶瓷管1101内，两者保持氩气微正压>0.1KPa，停机。

如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭隔膜陶瓷管1101与精钠槽3之间的阀门，增大精钠暂存腔16内压力，检查精钠槽3内氩气压力变化的大小，并同时观察隔膜陶瓷管1101中气压是否变化，若没有变化，则说明电解单元11正常；若隔膜陶瓷管1101内气压随电解单元11中氩气压力增加而不增加，说明电解单元11异常，不能进行电解。检查异常的电解单元11，并在氩气保护下进行拆装。当电解单元11无明显异常时，对电解槽2加热、保温，加入氢氧化钠，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

Claims (19)

1.一种以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A．通过打开机械泵，将精钠暂存腔（16）、精钠管（7）、精钠槽（3）、排钠管（8）及精钠储罐（4）之间形成密闭的通腔，将通腔抽真空至压力为10Pa以下，再经储气罐通入保护气体至压力为0.1～5KPa；

B．待步骤A中的操作结束后，向电解槽（2）内注入氢氧化钠粉体，再以1～5℃/min将电解槽（2）加热至180～260℃，保温2～4h，对电解槽（2）内的氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管（1101）及精钠暂存腔（16）进行预热；

C．将钠种罐连通电解单元（11）处的进气管（13），对钠种罐加热至120～180℃，保温30min，得钠种液，钠种液由于重力而流入至步骤B的精钠暂存腔（16）内，钠种液在精钠暂存腔（16）底部堆积，直至阴极体（1102）、钠种液及隔膜陶瓷管（1101）三者之间形成接触通路，关闭并拆除钠种罐，将电解单元（11）处的进气管（13）连通储气罐，通入保护气体至压力为0.1～5KPa；

D．待步骤C中的操作结束后，以1～5℃/min将电解槽（2）加热至320～400℃，保温2～4h，对氢氧化钠粉体、隔膜陶瓷管（1101）及内环境进行集中加热；

E．待步骤D中的保温结束后，开启电源，电解；

电解的起始电流为10A，然后以每半小时将电流提高5～30A，直至精钠暂存腔（16）内生成的精钠与排钠孔（29）在同一水平面；尔后，以恒定电流电解；

F．将氢氧化钠粉体注入至氢氧化钠槽（1）中，加热至320～400℃，保温0.5～2h，得氢氧化钠液体，备用；

G．在电解过程中，待电解槽（2）内氢氧化钠液面低于排钠孔（29）2cm时，打开输送管（6）上的电磁阀Ⅳ（28），将经步骤F所得的氢氧化钠液体输送至电解槽（2）中；

H．将精钠管（7）及精钠槽（3）加热至110～180℃，保温，备用；

I．待电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔（16）内规定量后，停止电解，将保温精钠管（7）连通保温精钠槽（3），同时，通过进气管（13）将精钠暂存腔（16）内压力加至35～100KPa；利用精钠暂存腔（16）与精钠槽（3）之间的气压差，通过精钠管（7）将精钠暂存腔（16）内的精钠排入至精钠槽（3）中；

J．将排钠管（8）及精钠储罐（4）加热至110～180℃，保温0.5h以上，备用；

K．待精钠槽（3）中的精钠液体达规定量后，先打开电磁阀Ⅱ（10），再打开电磁阀Ⅰ（9），已保温的排钠管（8）连通已保温精钠储罐（4），将精钠槽（3）腔内的精钠排入至精钠储罐（4）中；精钠排放结束后，先关闭电磁阀Ⅰ（9），再关闭电磁阀Ⅱ（10）。

2.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，所述精钠暂存腔（16）内的精钠排放结束后，再次电解，电流为步骤E中的恒定电流；当电解生成的精钠液体达到精钠暂存腔（16）内规定量后，暂停电解，再次进行精钠暂存腔（16）内的精钠排放。

3.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，在步骤C中，钠种罐中装有纯度为99.99%以上的金属钠。

4.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，在步骤D中，将电解槽（2）加热后，氢氧化钠液面与阴极体（1102）上的排钠孔（29）在同一水平面。

5.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，所述保护气体为惰性气体，包括氦气、氙气或氩气。

6.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，所述保护气体为氩气。

7.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，当需要停止电解生产时，关闭电解电源，通入保护气体，将隔膜陶瓷管（1101）内的精钠压入精钠槽（3）内，然后，通过排钠管（8）将精钠槽（3）内的精钠完全排放至精钠储罐（4）中；待电解槽（2）自然冷却后，保持精钠暂存腔（16）内保护气体微正压＞0.1KPa，然后，将电解槽（2）内残余氢氧化钠杂质经过排污管（12）排入接污槽（5）中；同时，调节保护气体流量，保护气体从精钠槽（3）中经过精钠管（7）流入至精钠暂存腔（16）内，保持精钠槽（3）与精钠暂存腔（16）两者之间的微正压＞0.1KPa，停机。

8.根据权利要求1所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺，其特征在于，当需要恢复电解生产时，检查保护气体压力，关闭电解槽（2）和精钠槽（3）之间的阀门，增大精钠暂存腔（16）内压力；当保护气体压力无明显异常时，对电解槽（2）加热、保温，加入氢氧化钠粉体，开启电解电源，同时检查气压、温度、电流、电压是否正常，继续进行电解。

9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，包括氢氧化钠槽（1）、电解槽（2）和精钠槽（3），其特征在于，所述氢氧化钠槽（1）通过输送管（6）与电解槽（2）连接，电解槽（2）通过精钠管（7）与精钠槽（3）连接，精钠槽（3）上设有排钠管（8），排钠管（8）上设有电磁阀Ⅰ（9）；所述排钠管（8）连有精钠储罐（4），且精钠储罐（4）与排钠管（8）之间设有电磁阀Ⅱ（10）；所述电解槽（2）内套设有多个电解单元（11），电解单元（11）之间并联设置，且电解槽（2）通过排污管（12）连有接污槽（5）；所述电解单元（11）、精钠槽（3）和精钠储罐（4）均连有进气管（13），进气管（13）连有储气罐，储气罐内装有保护气体；

其中，电解单元（11）包括隔膜陶瓷管（1101）及设置在隔膜陶瓷管（1101）内的阴极体（1102），隔膜陶瓷管（1101）底部密封，顶部套设有连接件Ⅰ（14），连接件Ⅰ（14）与隔膜陶瓷管（1101）之间设有密封件Ⅰ（15）；连接件Ⅰ（14）将隔膜陶瓷管（1101）固定在电解槽（2）顶部；

所述连接件Ⅰ（14）下部套设有密封件Ⅱ（18），密封件Ⅱ（18）与隔膜陶瓷管（1101）内壁之间形成密闭的精钠暂存腔（16），阴极体（1102）设置在精钠暂存腔（16）内，阴极体（1102）上设有排钠孔（29），排钠孔（29）处设有阴极管（17）；阴极管（17）依次穿过密封件Ⅱ（18）和连接件Ⅰ（14），向隔膜陶瓷管（1101）外延伸，直至与电解槽（2）外的精钠管（7）连接；

所述密封件Ⅱ（18）上设有进气口，进气口与进气管（13）连接，进气管（13）通过进气口与精钠暂存腔（16）连通，且进气管（13）穿过连接件Ⅰ（14），向隔膜陶瓷管（1101）外延伸至储气罐；

所述输送管（6）上设有进料电磁阀Ⅳ（28），进气管（13）上设有进气阀，排污管（12）上设有电磁阀Ⅲ（25）。

10.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述连接件Ⅰ（14）内还套设有连接件Ⅱ（19），连接件Ⅱ（19）设置在连接件Ⅰ（14）上部，且连接件Ⅱ（19）通过螺栓（20）与连接件Ⅰ（14）连接，连接件Ⅱ（19）与密封件Ⅱ（18）之间设有绝缘件Ⅰ（21）。

11.根据权利要求9或10所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述密封件Ⅰ（15）为唇形密封圈，且唇形密封圈截面呈凹槽型。

12.根据权利要求9或10所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述密封件Ⅱ（18）为板式密封件。

13.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述精钠管（7）延伸至精钠槽（3）内，且精钠管（7）末端设有挡板（22），挡板（22）倾斜设置。

14.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述氢氧化钠槽（1）、电解槽（2）、精钠槽（3）、精钠储罐（4）和接污槽（5）底端均设有绝缘件Ⅱ（23）。

15.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述氢氧化钠槽（1）、电解槽（2）、精钠槽（3）、精钠储罐（4）、输送管（6）、进气管（13）、精钠管（7）及排钠管（8）上均设置有加热保温装置，加热保温装置包括加热带和保温层。

16.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述氢氧化钠槽（1）、电解槽（2）、精钠槽（3）和精钠储罐（4）上均设有液位计（24）。

17.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述电解单元（11）、精钠槽（3）和精钠储罐（4）上均设有气压检测装置。

18.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述隔膜陶瓷管（1101）呈桶状。

19.根据权利要求9所述的以氢氧化钠熔融电解制备金属钠的工艺的电解系统，其特征在于，所述隔膜陶瓷管（1101）为Na-β-Al₂O₃隔膜陶瓷管。