CN1342210A - 用于对一种熔体进行处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将一种金属(例如钠)加入到盛装在一个罐体中的熔体材料(例如铝)内的方法和装置,其中将所述金属的一种熔融金属化合物或者所述金属的一种化合物溶液盛装在一个容器(12)中,所述盛装金属化合物的容器位于所述盛装材料熔体的罐体的外部,所述化合物被电解并且使所述金属的离子通过一个固态电解质的壁(14),所述金属离子是以从所述壁的第一侧到所述壁的相对第二侧的方式通过所述壁的,所述固态电解质的壁对于所述金属离子而言是一个导体,所述金属离子与在所述壁的第二侧处的电子结合,接着以熔融金属的形式从所述盛装金属化合物的容器流入到所述熔体中。

Description

用于对一种熔体进行处理的方法和装置

本发明涉及将微量金属加入到一种熔体中。

本发明特别涉及将元素周期表1A组中的一种金属加入到另一种金属熔体(例如，铝或锌)中。元素周期表1A组中的金属例如可为钠或锂。

本发明特别涉及将钠加入到熔融铝或一种铝合金中，但是应该说明的是，本发明不仅限于此，下面参照这些金属对本发明进行描述是为了便于人们理解。

将微量(例如，小于200ppm)的钠加入到一种铝熔体已为人们所知。这样能提高铸件的质量并且更易于使铸件与铸型中分离，而且能够降低收缩量。

通常，钠是以棒材的形式或者以一种钠化合物片的形式被加入到铝熔体或铝罐中，这些方法的优点在于简单，但是却没有什么效果。由于反应强烈，从而使许多加入的钠因氧化而损耗并且会产生大量的烟尘。因此需要频繁的添加，这种方法是非常浪费和污染环境的，并且不能对有效的添加量进行控制。

EP-A-0688881中披露了一种能够克服这些缺点的方法。该文献提出了一种将钠加入到铝或铝合金的熔体中的方法，其中一个包括熔融钠或一种熔融钠化合物的电极浸入在所述铝熔体中并且利用一种能够产生钠离子的固态电解质将所述电极与熔体隔开。通过在所述熔体中设置一个第二电极为所述电极和熔体之间提供一个直流电压。虽然这种方法在理论上提供了许多优点，但是这种技术会在熔体中产生一些问题，例如，可能破坏所述固态电解质容器。

本发明的目的是提供另一种用于金属添加的改进方式。

因此，本发明提供一种用于将一种金属加入到盛装在一个罐体中的一种材料熔体中的方法，其中将所述金属的一种熔融化合物或者所述金属的一种化合物溶液盛装在一个容器中，所述盛装金属化合物的容器位于所述盛装材料熔体的罐体的外部，所述化合物被电解并且使所述金属的离子通过一个固态电解质的壁，所述金属离子是以从所述壁的第一侧到所述壁的相对第二侧的方式通过所述壁的，所述固态电解质的壁对于所述金属离子而言是一个导体，所述金属离子与在所述壁的第二侧处的电子结合，接着以熔融金属的形式从所述盛装金属化合物的容器流入到所述熔体中。

另一方面，本发明提供一种用于将一种金属加入到盛装在一个罐体中的一种材料熔体中的装置，所述装置包括：一个用于盛装所述金属的熔融化合物或者所述金属的化合物溶液的容器，所述盛装金属化合物的容器位于所述盛装材料熔体的罐体的外部；用于使所述熔融或溶解的化合物被电解的装置；一个位于所述盛装金属化合物的容器内的壁，所述壁是由一种固态电解质制成的，所述固态电解质的壁对于所述金属离子而言是一个导体，从而使所形成的金属离子以从所述壁的第一侧到所述壁的相对第二侧的方式通过所述固态电解质的壁；一个在所述壁的第二侧处的能够与所述金属离子结合的电子源；以及用于使所形成的熔融金属从所述壁的第二侧流入到所述熔体中的装置。

在本发明的一些实施例中，所述容器用于盛装一种熔融金属化合物。所述装置最好包括一个加热装置以将所述金属化合物加热成熔融态。

在本发明的一些实施例中，使用的是一种金属化合物溶液，溶剂最好是一种有机溶剂(例如，乙酰胺或丙三醇)。当使用一种溶剂时，本发明最好包括用于防止溶剂因蒸发或汽化而大量损耗的装置。

如上所述，所述罐体中的熔体通常是一种金属熔体(例如锌)，但最好是铝，应该理解的是，本发明在理论上也可用于非金属熔体。

如上所述，加入到所述熔体中的金属通常是元素周期表1A组中的一种金属，本发明特别适用于添加钠。

所述金属化合物最好是一种离子化合物，但是本发明同样适用于不导电的金属化合物。可使用由多种金属化合物(离子化合物或非离子化合物)构成的一种混合物。

在每一种金属化合物都是离子化合物的情况下，电流在位于所述熔融化合物中的一个第一电极和位于所述固态电解质壁的第二侧上方或位于该第二侧处的一个第二电极之间通过，但是如果使用的是一种或多种不导电的金属化合物，所述第一电极应该是多孔的并且位于所述壁的第一侧上。

这样在对金属化合物进行电解时，熔融金属在所述第二电极处放电，阴离子在所述第一电极处放电。所述金属化合物最好是一种金属盐，例如是一种金属氢氧化物、碳酸盐或草酸盐。阴离子最好放电以形成一种或多种气体，例如，在氢氧化钠用作所述金属化合物的情况下，产生水蒸气和氧气，而在碳酸钠用作所述金属化合物的情况下，产生二氧化碳和氧气。(应该理解的是，在产生水蒸气的情况下，通常应该将水蒸气排出以防止它与所述罐体中的熔体接触。)

在开始进行电解时，可在固态电解质壁的第二侧处启动。这可利用所述固态电解质壁的第二侧与第二电极之间的接触或提供大量熔融金属来达到。

所述固态电解质的壁通常形成一个容器。在一个实施例中，该容器还提供用于盛装所述金属化合物的容器。这样，电流通路所需的第一电极延伸到在所述容器内的金属化合物中或者位于所述壁的内部(第一侧)。因此，通过所述容器的壁到达外部的金属离子被放电，接着液体金属通过一个通道从所述壁的外部流到所述罐体中的熔体。在第二个实施例中，由固态电解质制成的容器位于另一个容器内。所述外部容器通常可用作电流通路所需的其中一个电极。

在所述第二个实施例中，金属化合物可盛装在内部固态电解质容器中或盛装在该容器外部但处在所述外部容器中。接着所述金属离子以从内部到外部的方式流过所述内部容器的壁或者以相反的方式流过所述内部容器的壁，并且按照需要设置电路。因此，液体金属设有一个从所述内部容器的内部或外部(如果适合的话)通至所述罐体中的熔体的通道。

所述电极可由任何适合的导电材料制成。这样，根据所用的金属化合物，所述第一电极例如可由镍、不锈钢或者石墨制成，所述第二电极由镍、铁或者钢制成。

如上所述，当加入到所述熔体中的金属是钠时，用于提供钠离子源的钠化合物例如可以是氢氧化钠或者碳酸钠。无论所用的是那种化合物，它最好应该与所述固态电解质相容，最好应该是无毒的并且所产生的副产物最好应该是无害的。

在需要使用碳酸钠的情况下，最好使它与一定比例的氯化钠混合以使纯碳酸钠的熔化温度从858摄氏度降低到所述混合物的635摄氏度。(应该理解的是，在这些情况下所述氯离子不放电。)类似地，在需要使用氢氧化钠的情况下，最好使它与一定比例的碳酸钠混合以使纯氢氧化钠的熔化温度从322摄氏度降低到所述混合物的285摄氏度。

当所述装置在一个较高的温度下工作时，必须注意的是，在添加所述金属化合物的过程中应该对消耗的金属化合物进行补充，这是因为热冲击例如会破坏所述固态电解质。例如可以一种稳定且缓慢的速度加入新的化合物或者可采取一些措施使固态电解质能够承受热冲击。例如这可通过确保所述电解质在至少两个方向上的所有区域中具有一定的曲率半径来达到，最好具有一个小曲率半径。例如，在使用管状电解质时，其直径应该减小至其最小的有效值。另外，可通过在其组织中加入大约12％的氧化锆使诸如β氧化铝的固态电解质硬化。但是，本发明的优选方法是使用一个分开的区域，新的金属化合物在所述分开的区域中被加热到一个接近固态电解质周围的液体温度的温度。在本发明的一个实施例中，固态氢氧化钠在一个独立的容器中被熔化，熔融钠盐从该容器被供给到所述电解区域以使所述电解区域中所述熔融钠盐的水平基本上保持不变。在第二实施例中，一种氢氧化钠水溶液滴入到一个盛装熔融氢氧化钠的容器中。从而使所述溶液快速干燥和熔化。另外，所述干燥区域最好与所述电解区域充分地分开以防止所述固态电解质因热冲击或者水的化学侵蚀而受到损坏。

在电解过程中供电成本是总成本的主要部分，因此最好使供给的能源以及所述装置的尺寸最小化。通过使用一种易于分解的盐且使所有载流部分的长度尽可能的短并具有最大的有效横截面积，可使所需电压最小。通过消除所述装置的间歇操作来减小所需的电流。由于通常需要以一种间歇的方式将金属加入到容器中，因此本发明最好包括用于将少量的金属储放在所述装置内直至其需要使用的装置。如果需要的话，还可包括一个用于供给所储放和产生的金属的装置。但是，金属钠与1A组中的其它金属存在一个安全性的问题，因此所述装置最好包括能够使在添加过程中的任何阶段时的金属量都保持最小的装置。为此，对于将熔融金属从电解区域泵送到所述盛装熔体的罐体中而言，利用加压的惰性气体是一种比较有效的方法。在使用一个附加的泵送系统以将金属从所述装置移动到盛装熔体的罐体中时，需要包括一个用于监测金属流量的传感器，从而可将金属流量设为最佳。例如这样一个传感器还可用于监测所述金属供给管是否被堵塞。在使用气体压力的情况下，最好使用一个或多个气体压力计。

用于添加钠的固态电解质最好由钠β″氧化铝(sodium beta″alumina)制成。钠β″氧化铝的钠离子导电率与熔融钠盐的类似，在一个较宽的温度范围上电子导电率是可忽略的，但是也可使用其它适合的钠离子传导电解质。用于添加锂的固态电解质最好由锂β氧化铝(lithium bet alumina)制成，但是同样也可使用其它适合的锂离子传导电解质。

这样，在本发明中通过对穿过所述固态电解质的电荷进行控制就能够对添加到熔体中的金属进行控制。利用法拉第法则能够确定通过所述固态电解质所泵送的材料量。对于26.8安培小时，1摩尔的单价电离金属被泵送通过所述固态电解质。

一种用于所加入金属(例如钠)的传感器可被插入到所述熔体中并且可对加入的金属进行监测和控制以使其到达一个所需预定水平。接着无需加入过多的金属即可使其保持在所述水平，因此大大地减少了浪费并且降低了烟尘和浮渣的产生，并且能够在不破坏容器的情况下在所述熔体内实现这些优点。

在该方法中可释放出大量的气体，因此所述第一电极的设置最好应该使气体对所述电解过程的影响达到最小。例如，电解所产生的气体可能难以从所述阳极和电解质之间排出。所述阳极和电解质之间的距离可能需要是一个折衷的距离，处于足够小以提供有效电解的距离和足够大以使在阳极处所产生的气体排出的距离之间。在一个实施例中，在阳极处所产生的气体将降低气体排放到其中的所述源材料(即，熔融金属化合物或金属化合物溶液)的总密度。利用这种密度差能够使源材料沿着一个方向在阳极和源材料之间产生一个源材料流，这有助于将气体从该区域排出。另外，可使用一个泵使所述源材料循环，从而有助于排出气体。最好所述阳极是能够透过气体的，例如为多孔的。所述第一电极例如可包括一个在所述固态电解质上的能够透过气体的导电层。

所述第二电极相对于所述盛装金属化合物的容器的设置可使熔融金属的总量达到最小。或者，可以一种连续电解的方式产生熔融金属并且使所述熔融金属盛装在位于所述盛装有金属化合物的容器和所述盛装有熔体的罐体之间的一个储液池中，当需要时通过所述储液池泵送所述熔融金属。因此可增大电解速度。

所述第一电极的形状例如可为圆柱形，最好是一个空心圆柱体。优选的是，所述第一电极和所述固态电解质在其整个相对表面上都保持一个几乎不变的最小间距。这可大大地防止在固态电解质中的一个特定位置处形成电流集中，所述电流集中可能会使固态电解质过早被破坏。当所述电解质是由β氧化铝制成时这是特别重要的。

本发明装置最好包括一个控制装置，例如一个定时装置/或监测装置，这能够使熔融金属化合物或金属化合物溶液被周期性地更换；本发明方法最好包括一个用于周期性地更换熔融金属化合物或金属化合物溶液的步骤。熔融金属化合物或金属化合物溶液的这种周期性地更换(或者“清洗”)能够大大地防止沉淀物(例如由杂质或者金属化合物与空气之间的反应所形成)的形成。例如，如果使用氢氧化钠作为所述金属(在这种情况下为钠)的源材料，那么它可能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸盐，通常碳酸盐的电解速度比氢氧化钠的电解速度慢，因此可能浪费时间并且形成一种可能导致堵塞的沉淀物。或者，碳酸盐的形成可使所述源材料的熔点增大到操作温度以上，产生可能防止所述源材料与第一电极接触的凝固现象。

由于本发明装置中的用于盛装金属化合物的罐体处在用于盛装熔体的罐体的外部，因此可使所述盛装有金属化合物的容器的操作温度范围较宽，从而能够使所用的金属化合物的温度范围较宽。特别是，可使所述装置的操作温度达到最小(与所述盛装熔体的罐体相比)，从而能够使用比较经济的材料并且使结构简化。如果需要的话，通常还可采用更易于实施的所述系统密封。

另外，本发明装置的设计避免了现有技术中所涉及的热冲击问题，在现有技术的设计中，所述用于盛装金属化合物的容器必须浸入在罐体内的熔体(特别是铝熔体)中，并且还克服了所述固态电解质在熔融铝中不稳定的问题。

所述装置最好包括一个管(例如一个给料管)以将所述熔融金属输送到所述熔体中。所述管可以是完全封闭的以将所述金属与外界环境隔开，例如可将其浸入到所述熔体中。这例如对于钠的添加是特别重要的。所述管可以是一种简单管或者类似的装置，但是最好是一种转动装置。例如，如图5中所示。所述管可由一种耐火材料制成，例如一种陶瓷材料(氧化铝是一种选择)，或者可由一种熔点高于熔体温度的金属制成，例如由钢制成。

或者，所述装置可包括将熔体材料从罐体中输送出的装置、最好是一个泵，用于将所述金属加入到在所述罐体外部的一个区域中的熔体材料内。所述熔体材料最好被输送到所述装置中或者与所述装置邻接的区域中，以将所述金属加入到处在所述装置中或者所述装置邻接区域中的熔体材料内。

所述装置通常包括一个能够封闭其它部件的外壳，例如用于隔热(以保护所述操作者)并且还有助于其相对于所述盛装熔体的罐体进行定位和安装。

下面将参照附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：

图1表示的是在本发明一个实施例的一个结构中用于添加金属化合物的容器的一个局部视图；

图2表示的是本发明另一个实施例的一个结构的类似视图；

图3是本发明另一个实施例的一个截面图；

图4是本发明另一个实施例的一个截面图；

图5是本发明另一个实施例的一个截面图；以及

图6是本发明另一个实施例的一个示意图。

图1中示出了一种由一个不锈钢容器12和一个β氧化铝套筒14形成的结构。

钠β′氧化铝(sodium beta′alumina)套筒14位于容器12内并且所述套筒的下部装有一些熔融钠化合物15。一个镍管阳极30向下伸向套筒14的底部并且延伸到熔融钠化合物15中，所述镍管阳极30的上部缠有一个加热元件31以用于熔化钠化合物。所述管装有一个镍制的网32以防止钠化合物通过直至其熔化。

用作阴极的容器12与一个钢制的网33相接触，所述网33位于容器12和套筒14之间并且在它们之间提供一个通电路径。

容器12具有一个与其上端邻接的外部套环34，这样所述容器12可通过在任何所需位置处与一个适合的结构件相连而被支承。一个耐热密封圈35封闭了所述内部容器和外部容器(即，容器12和套筒14的一个延伸上部37)之间的环形空间36。所述延伸上部可由α氧化铝或者其它与β″氧化铝相容的材料制成。一个惰性气体(例如氩气)输入口38通到环形空间36内以防止有害的氧化反应和/或减少熔融钠的总量。

存在于所述熔融化合物中的钠离子在穿过套筒壁的电流通路上放电，接着熔融钠向下流过位于所述容器12底部处的出口39并且流入到一个盛装一种铝熔体的容器(未示出)中。

图2中示出了一种由一个容器23和一个套筒形固态电解质24构成的结构，其中所述套筒仍然在所述容器内，但是容器23中的一种熔融钠化合物处在所述套筒24之外，所述套筒伸入到熔融化合物中。

在这种结构中，一种固态的钠化合物从一个料斗40经过一个给料装置41被向下供给到一个具有一外部镍网43的管42中。一个加热装置44围绕着所述管42的下部，从而能够使被网43所阻挡的固态的钠化合物被熔化。熔融化合物向下流入到容器23中，所述容器23装有一个镍管22，所述镍管22用作一个阳极。容器23被一个加热装置45围绕以使所述化合物保持在熔融状态下。

一个钠β′氧化铝套筒24位于容器23内。套筒24的底部引入到一个由不锈钢阴极管47所提供的通道中，所述不锈钢阴极管47完全伸入到所述套筒中。所述通道通过一个氧化铝给料管48与一个盛装一种铝熔体的罐体(未示出)相通。一个钢制的网46位于套筒24和阴极47之间并且与它们相接触，所述钢制的网46在套筒24和阴极47之间提供了一个通电路径。

容器23和加热装置45被绝热材料包围，所述整个装置被设置在一个保护罩50内，所述管47穿过所述保护罩50延伸。

存在于所述熔融化合物中的钠离子在穿过套筒壁到达其内部的电流通路上放电，接着熔融钠向下流过管47和48并且流入到所述盛装铝熔体的罐体中。在处理过程中所产生的气体通过位于容器23上端处的一个排气口51向上排出。

在这种结构中，所述气体可被排放到所述套筒之外，气体在那里能够更容易地被排出。

图3示出了另一种用于将阴极132密封到所述套筒形固态电解质14中的方法。在位置56处利用一个合适的玻璃或水泥密封件在所述套筒和氧化铝环57之间形成密封。一个由薄金属片制成的截面形状为L形的环在位置77处与所述氧化铝环57相连。接着利用一种适合的技术(诸如激光焊接)在位置58处将所述金属环焊接到所述阴极上。然后，利用支承环34将所述组件放入到所述阳极/盛装源材料的容器131中。当电解作用所产生的金属足以将所述电解质充填到所述开口133的位置处时，通过管38供给惰性气体可使金属通过管137被泵送到所述罐体内的熔体中。

利用加热装置130将所述阳极/容器131中的源材料15加热到所需温度。利用加热装置140使容器138中的新的源材料139熔化来添加新的源材料139，附图标记141表示的是熔融材料的液滴。

利用导线135为阴极提供用于电解的电能，利用导线136为阳极提供用于电解的电能。电解作用所产生的气体通过开口55排出。利用外壳50安装和保护整个装置，所述外壳50可装有绝热材料。

在图4中，在圆筒形阳极或第一电极71处产生的气体聚集在位于所述阳极和套筒形固态电解质70之间的环形空间中的金属源材料中。所述气体上升并且将源材料69带到表面，所述表面的标准位置由附图标记91表示。所述气体在从所述装置中排出之前(如果需要的话，通过一个适合的管)离开源材料并且上升到蒸气捕集器或过滤器85。接着被除气的源材料通过管72再次下降至所述装置的底部。因此，所述源材料沿着箭头94所示方向循环。

用于电解区域的加热装置74围绕所述阳极。还具有一个用于源材料加热区域的加热装置92以及一个用于将上述两个区域分开的分隔件93，当打开阀88以使新的且冷的源材料通过给料管90被引入时，所述分隔件93能够防止电解质的热冲击。

一块柔性的导电材料79被放在所述固态电解质70上以便在所述电解质和第二电极75之间形成第一电触点。在开始电解后，钠充填所述电解质直至其到达开口76，从而在所述电解质内部的大部分区域中形成电触点。所述第二电极或阴极75具有一个能够使电解所产生的钠金属流过的开口。所述熔融钠落到空心阴极的底部并且在加压气体的作用下能够通过管73被泵送到所述盛装熔体的罐体(未示出)。通过阀84引入所述加压气体并且如果需要的话，可安装一个用于监测钠流量的传感器78。利用传感器78和阀84能够建立一个用于钠流量的反馈控制系统。利用一种适合的气密材料(例如陶瓷水泥和/或气体)使一个氧化铝套环77与所述固态电解质相连，所述两个电极被密封并且抵靠着所述氧化铝套环77。该图中示出了一种密封机构的示例，其中多个石墨基垫圈82被紧密压在与它们相接触的电极和所述氧化铝环之间。由一个适合机构所产生的压力在向着阳极密封表面的方向上挤压弹簧80。在阴极上的一个非常锋利的突出环117切入到所述氧化铝环81中并且防止钠与所述石墨接触。在阳极上的一个突出环116防止所述石墨垫圈被挤压得太厉害或者受到不均匀挤压，这是因为石墨垫圈受到不均匀挤压能够使所述电解质与其中一个电极接触并且被破坏。防止这种情况发生的另一项措施是在所述阳极和阴极上设置环95以便在电解质和两个电极之间保持均匀的间隙。

利用一个柔性的管89使一个盛装液体源材料的贮罐87与所述装置相连。如果由于一些原因在所述装置内形成了过大的压力(例如，如果所述源材料是一种水溶液并且所述气体出口中的蒸气捕集器85被堵塞，从而阻止了由于水的蒸发而放出的蒸气被排出)，所述管89将能够与管90脱开并且使源材料不再进入到所述装置中。所述贮罐87中具有一个排气口86以使贮罐87中的压力保持平衡。

图5是表示本发明的另一个实施例的一个截面图，该实施例特别适于使用一种沸点较低的源材料。利用在阳极71内所产生的气体使源材料被向上带到管或通道106中。当所述气体进入到收集贮罐112中时气体离开所述源材料，接着通过所述烟雾过滤器85离开所述收集贮罐。移开盖或帽101可通过开口100加入新的源材料以使所述收集贮罐内的源材料液面位置保持在图中所示线102附近。设置挡板110以使进入通道或管107中的源材料所带有的气体达到最少。所述通道或管107中不含气体的源材料比所述通道或管106中含有气体的材料重，从而能够促使所述源材料在阳极71和阴极70之间的空间中循环。所述收集贮罐112所处位置具有一定高度以加速所述材料的循环，从而可使阳极71和阴极70之间的距离达到最小，这样能够使电解回路中的阻抗达到最小。在一个反馈控制电路中使用热电偶99以接通和断开加热装置92，以使所述收集贮罐112中的材料保持一个最佳温度。由附图标记108所表示的阻隔件可用作一个换热表面以使所述通道或管106中的源材料被所述通道或管107中的源材料冷却，接着再使所述通道或管107中的源材料被加热。这样使热电偶103处的温度远高于热电偶99处的温度。加热装置74有助于保持该温度差。该特征使所述电解区域能够在一个接近所述源材料沸点或者高于所述源材料沸点的温度下被操作。例如，如果所述源材料是溶解在乙酰胺中的碳酸钠，由于所述乙酰胺是昂贵的，因此需要使其由于汽化而产生的损耗达到最少。通常应该使电解区域保持在一个接近乙酰胺沸点的温度，如果所述源材料没有在表面108处利用换热而得到冷却，那么上述温度能够使收集贮罐112中的源材料汽化快得令人无法接受。另外，可设置一个与烟雾捕集器85相关的冷凝装置。

所述圆筒形阴极115可在导向装置111中上下移动并且穿过密封件98。当金属在电解作用下被泵送到所述电解质中时，所述阴极将上升。当金属需要流入到所述罐体中时，所述阴极被压下并且所述金属流过通向所述罐体(未示出)的管73。还有一个用于监测金属流量的传感器78。最好利用一个气动机构或者一个螺线管(或者利用其它适合的机械机构)控制所述阴极的位置。如上所述，所述套环77和可压缩的环82形成了一个密封件，但是挤压作用力来自三个或多个螺栓96。这些螺栓与绝缘衬垫97一起能够防止所述电极短路。所述阴极导向装置111足够长以确保所述阴极不会撞击电解质并且还可尽可能地使密封件98冷却。附图标记113和109分别是用于为阳极和阴极提供电解电流的导线。

设置一个排液塞104以便可通过管105排出源材料，从而在使用一段时间后更换所述套筒和/或从源材料中去除聚集的杂质。

应该理解的是，在如图1至图5中所示实施例中，如果所示套筒破裂，那么从所述破裂套筒中流出的熔融材料将冻结在金属输出管中，从而防止出现熔融材料流入到所述熔体中的危险。可将绝热材料和绝缘材料加入到如图1至图5中所示实施例中的一些部件上。靠近罐体安装所述装置也是需要的。还需要利用来自熔体中的一个金属传感器的信息以控制所述电解电流。可利用多个固态电解质块对所述所有装置进行延伸。还可以水平的方式安装所述套筒形电解质，而不是如附图中所示以竖直的方式。

图6中示出了一个对熔融金属(例如钠)在一种熔体(例如铝)中的扩散进行改进的装置。

附图标记60表示的是本发明装置，该装置在一个盛装铝熔体62的容器61外以电解的方式产生所需的熔融钠。所述熔融钠向下流过一个在装置60底部中的给料管63并且从给料管63流入到一个转动装置65的空心轴64中。轴64延伸到熔体62中并且通过供给管线66分配惰性气体，钠通过所述转动装置的头部67进入熔体中。

转动装置65的结构最好是如欧洲专利EP 0332292中所示的。如在熔体中的箭头所示方式能够使源材料通过所述转动装置进入到熔体中的分配方式达到最好。一个挡板68位于所述熔体中以减少涡流。

Claims (32)

1.一种用于将金属加入到盛装在一罐体内的一种材料熔体中的方法，其中将所述金属的一种熔融化合物或者所述金属的一种化合物溶液盛装在一个容器中，所述盛装金属化合物的容器位于所述盛装材料熔体的罐体的外部，所述化合物被电解并且使所述金属的离子通过一个固态电解质的壁，所述金属离子是以从所述壁的第一侧到所述壁的相对第二侧的方式通过所述壁的，所述固态电解质的壁对于所述金属离子而言是一个导体，所述金属离子与在所述壁的第二侧处的电子结合，接着以熔融金属的形式从所述盛装金属化合物的容器流入到所述熔体中。

2.一种用于将金属加入到盛装在一罐体内的一种材料熔体中的装置，所述装置包括：一个用于盛装所述金属的一种熔融化合物或者所述金属的一种化合物溶液的容器，所述盛装金属化合物的容器位于所述盛装材料熔体的罐体的外部；用于使所述熔融或溶解的化合物被电解的装置；一个位于所述盛装金属化合物的容器内的壁，所述壁是由一种固态电解质制成的，所述固态电解质的壁对于所述金属离子而言是一个导体，从而使所形成的金属离子以从所述壁的第一侧到所述壁的相对第二侧的方式通过所述固态电解质的壁；一个在所述壁的第二侧处的能够与所述金属离子结合的电子源；以及用于使所形成的熔融金属从所述壁的第二侧流入到所述熔体中的装置。

3.一种如权利要求1所述的方法或者一种如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述容器用于盛装一种熔融金属化合物，包括一个加热装置以将所述金属化合物加热成熔融态。

4.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述金属是元素周期表1A组中的一种金属，最好是钠或锂。

5.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述金属化合物是一种金属盐，最好是一种氢氧化物、碳酸盐或草酸盐。

6.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述熔体材料是一种金属，最好是铝或锌。

7.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，电流在位于所述熔融化合物中的一个第一电极和位于所述固态电解质壁的相对第二侧上方或位于该相对第二侧处的一个第二电极之间通过。

8.一种如权利要求7所述的方法或装置，其特征在于，所述第一电极是一个阳极，所述第二电极是一个阴极和所述电子源。

9.一种如权利要求7或8所述的方法或装置，其特征在于，所述第一电极和所述固态电解质基本上在其整个相对表面上都保持一个几乎不变的最小间距。

10.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，利用所述固态电解质壁的第二侧与第二电极之间的接触和/或在所述电解开始之前使大量熔融金属与所述固态电解质壁的第二侧接触来开始进行所述电解。

11.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述固态电解质的壁形成了一个(第一)容器。

12.一种如权利要求11所述的方法或装置，其特征在于，所述金属化合物盛装在所述第一容器中，所述第一电极位于所述与金属化合物相接触的第一容器的内部中。

13.一种如权利要求11或12所述的方法或装置，还包括一个外部容器，由固态电解质所形成的所述第一容器位于所述外部容器中。

14.一种如从属于权利要求7的权利要求13所述的方法或装置，其特征在于，所述外部容器包括一个所述电极。

15.一种如权利要求14所述的方法或装置，其特征在于，所述金属化合物盛装在所述外部容器中、但处在所述第一容器的外部。

16.一种如权利要求7或者上述任何一项从属于权利要求7的 所述的方法或装置，其特征在于，所述第一电极由镍、不锈钢或者石墨制成，所述第二电极由镍、铁或者钢制成。

17.一种如权利要求7或者上述任何一项从属于权利要求7的 所述的方法或装置，还包括多个由第一电极、电解质和第二电极构成的组合体，每一个组合体最好为一个模块的形式。

18.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，还包括用于在使用过程中补充被电解的金属化合物的装置，例如一个金属化合物储放容器。

19.一种如权利要求18所述的方法或装置，其特征在于，所述用于在使用过程中补充被电解的金属化合物的装置包括在使用一段时间后能够排出所述金属化合物的装置。

20.一种如权利要求18或19所述的方法或装置，其特征在于，所述用于在使用过程中补充被电解的金属化合物的装置包括用于对金属化合物进行加热最好直至其熔化的装置。

21.一种如权利要求20所述的方法或装置，其特征在于，所述用于在使用过程中补充被电解的金属化合物的装置能够使所述金属化合物的溶液被汽化并且使所得到的金属化合物被熔化。

22.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述固态电解质是由钠或锂β′氧化铝或者钠或锂β″氧化铝制成。

23.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，还包括一个用于插入到或者可插入到所述熔体中的金属的传感器，所述传感器能够对加入到所述熔体中的金属量进行监测和控制。

24.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，还包括一个用于将熔融金属输送到所述熔体中的管。

25.一种如权利要求24所述的方法或装置，其特征在于，利用一种惰性气体流将所述熔融金属输送到所述熔体中。

26.一种如权利要求25所述的方法或装置，其特征在于，利用至少一个压力计对所述惰性气体的压力进行监测。

27.一种如权利要求24至26中任何一项所述的方法或装置，其特征在于，所述管包括一个转动装置。

28.一种如权利要求24至27中任何一项所述的方法或装置，包括一个用于检测所述熔融金属通过所述管时的流量的传感器。

29.一种如权利要求25所述或者上述任何一项从属于权利要求25的权利要求所述的方法或装置，其特征在于，所述管包括一个截流阀以便在所述惰性气体停止流动的情况下防止所述熔融金属的氧化。

30.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，还包括用于暂时储放所述熔融金属的装置。

31.一种如上述任何一项权利要求所述的方法或装置，还包括用于将所述金属加入到所述罐体外部的一个区域中的熔体材料内的装置，最好是一个泵，它将所述熔体材料从所述罐体输送出。

32.一种如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述熔体材料被输送到所述装置中或者与所述装置邻接的区域中，以将所述金属加入到处在所述装置中或者所述装置邻接区域中的熔体材料内。

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