CN1842617B - 金属氧化物的电化学还原 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了用于电化学还原金属氧化物粉末和/或颗粒的电解池。该电解池包括板式的阴极(25)，其具有支持金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面。该板水平放置或稍微倾斜放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中。支撑该板以进行运动，以使板上表面上的金属氧化物粉末和/或颗粒向板的前端移动。电解池还包括用于使金属氧化物粉末和/或颗粒在板的上表面向阴极前端移动，同时与熔融电解质接触，由此可以将金属氧化物电化学还原为金属的机构。同时本发明还披露了连续或半连续还原金属氧化物粉末和/或颗粒的方法。

Description

金属氧化物的电化学还原
本发明涉及金属氧化物的电化学还原。本发明具体涉及连续和半连续电化学还原颗粒(pellet)形式的金属氧化物，以得到具有低氧浓度的金属，通常氧浓度不大于0.2％重量。
申请人在进行正在进行的关于电化学还原金属氧化物的研究项目的过程中得到了本发明。该研究项目关注二氧化钛(TiO2)的还原。
在研究项目期间，申请人使用电解池(electrolytic cell)进行了还原二氧化钛的实验工作，该电解池包括熔融CaCl2-基电解质池、石墨制成的阳极和一组阴极。
CaCl2-基电解质是可商业购买的CaCl2源，即二水合氯化钙，其在加热时分解并产生极少量的CaO。
申请人在高于CaO的分解电势但低于CaCl2的分解电势的电势下操作了电解池。
申请人发现在所述电势下电解池能够将二氧化钛电化学还原为具有低氧浓度(即浓度小于0.2％重量)的钛。
此时，申请人尚未完全理解电解池机理。
但是，在不希望受本段落和以下段落束缚的同时，申请人借助可能的电解池机理的要点提供下面的解释。
申请人进行的实验工作得到Ca金属溶解在电解质中的证据。申请人认为Ca金属是由Ca++阳离子在阴极上电解沉积为Ca金属的结果。
如上所述，实验工作使用CaCl2-基电解质在低于CaCl2分解电势的电池电势(cell potential)下进行。申请人认为Ca金属最初在阴极上的沉积是由于在电解质中存在由CaO产生的Ca++阳离子和O-阴离子。CaO的分解电势低于CaCl2的分解电势。在该电解池机理中电解池的操作取决于CaO的分解，Ca++阳离子向阴极迁移并沉积为Ca金属，而O-阴离子向阳极迁移并形成CO和/或CO2(在阳极是石墨阳极的情况下)，及释放电子，这些电子有助于Ca金属在阴极上的电解沉积。
申请人认为直接或间接沉积(通过Ca金属溶解在电解质中)在阴极上的Ca金属参与了二氧化钛的化学还原，导致从二氧化钛中释放O-阴离子。
申请人还认为O-阴离子一旦从二氧化钛中引出就向阳极迁移并与阳极碳反应，产生CO和/或CO2(及在一些情况中为CaO)并释放电子，这些电子有助于Ca金属在阴极上的电解沉积。
申请人在实验工作的前期使用颗粒形式的二氧化钛(和大块的固体，在工作的后期使用二氧化钛粉末)在分批基础上操作电解池。申请人还用其它金属氧化物分批操作电解池。
尽管在研究工作确定在电解池中将二氧化钛(和其它金属氧化物)电化学还原为具有低氧浓度的金属是可能的，但是申请人认识到，商业化分批操作电解池有明显的实际困难。
在考虑这些研究工作的结果和可行的技术商业化的过程中，申请人认识到，可如下实现商业化生产：在连续和半连续的基础上，用金属氧化物的粉末或颗粒操作电解池，所述金属氧化物的粉末或颗粒以受控方式被输送至电解池并从电解池中排出还原的组分。
在申请人的名义2003年12月12日提出的国际申请PCT/AU03/001657中，概括地将本发明描述为在电解池中电化学还原固态的金属氧化物(例如二氧化钛)的方法，所述电解池包括熔融电解质浴(bath)、阴极和阳极，所述方法包括以下步骤：(a)在阳极和阴极之间施加电池电势，该电势能够电化学还原供应至熔融电解质浴中的金属氧化物，(b)连续或半连续地将粉末和/或颗粒形式的金属氧化物供给至熔融电解质浴，(c)沿熔融电解质浴内的通道输送粉末和/或颗粒，并且当金属氧化物粉末和/或颗粒沿该通道输送时将金属氧化物还原为金属，以及(d)连续或半连续地从熔融电解质浴中移出被还原的金属氧化物。
该国际申请定义术语“粉末和/或颗粒”的含义为粒度为3.5mm或更小的粒子。该粒度范围的上端涵盖了通常描述为颗粒的粒子。在本文中使用的术语“粉末和/或颗粒”不意指将专利保护的范围限制到用于制备粒子的具体过程。
术语“半连续地”在该国际申请和本文中理解为指所述过程包括：(a)向电解池输送金属氧化物粉末和颗粒时的时段与没有向电解池输送金属氧化物粉末和颗粒时的时段，及(b)从电解池中移出金属时的时段和不从电解池中移出金属时的时段。
在该国际申请和本文中使用术语“连续地”和“半连续地”描述整个发明除了分批基础之外的电解池操作。
在上下文中，在该国际申请和本文中的术语“分批”理解为包括向电解池连续供应金属氧化物而还原的金属堆积在电解池中直到电解池周期结束的情形，例如在以The Secretary of State for Defence的名义提出的国际申请WO 01/62996中披露的。
在此通过交叉引用加入该国际申请中的内容。
申请人通过在连续或半连续基础上操作电解池对商业化生产进行了进一步研究并认识到，电解池应包括具有支持金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面的构件(例如板)形式的电解池阴极，该阴极水平放置或稍微倾斜(向上或向下)放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中和被支撑着进行运动，优选向前后方向运动，以便使金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动。
根据该构造，使用时将金属氧化物粉末和/或颗粒供应到阴极的上表面上，优选靠近其后端，通过阴极的运动向前并在阴极前端的上表面落下，最终从电解池中移出。当金属氧化物粉末和/或颗粒在上表面上移动时还原该金属氧化物。
术语“粉末和/或颗粒”在此理解为指主要尺寸小于5mm的粒子。
因此，本发明提供了在电解池中电化学还原金属氧化物粉末和/或颗粒(例如二氧化钛粉末和/或颗粒)的方法，该电解池包括熔融电解质浴、阴极和阳极，阴极为构件形式，例如板，其具有支持金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面，该阴极水平放置或稍微倾斜放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中，以及被支撑着进行运动，以使阴极上表面上的金属氧化物粉末和/或颗粒向构件的前端移动，其中所述方法包括以下步骤：(a)在阳极和阴极之间施加电池电势，该电势能够电化学还原供应至熔融电解质浴中的金属氧化物，(b)连续或半连续地将金属氧化物粉末和/或颗粒供给至熔融电解质浴，使得该粉末和/或颗粒沉积在阴极的上表面，(c)使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面向阴极前端移动，同时与熔融电解质接触，由此在粉末和/或颗粒移向前端时将金属氧化物电化学还原为金属，以及(d)连续或半连续地从熔融电解质浴中移出至少部分电化学还原的金属氧化物粉末和/或颗粒。
优选地，步骤(b)包括将金属氧化物粉末和/或颗粒送入熔融电解质浴中，使得该粉末和/或颗粒在阴极的上表面上形成一个或两个颗粒厚(deep)的层。
金属氧化物粉末和/或颗粒可以颗粒堆的形式堆积在阴极上表面上，并且可以在阴极使粉末和/或颗粒向阴极前端移动时散开(shake out)成一个或两个颗粒厚的层。
优选地，步骤(c)包括使金属氧化物颗粒以一个或两个颗粒厚的粉末和/或颗粒层的形式在阴极的上表面上向阴极前端移动。
该层可以通过适当地形成阴极而得到。例如，阴极在前端形成有直立突起(lip)，所述突起使得粉末和/或颗粒堆积在突起的后面。
可供选择地，或此外，阴极形成有一系列横向延伸沟浴形成，所述沟浴促进粉末和/或颗粒的紧密堆积。
优选地，步骤(c)包括选择性地移动阴极，以便使在阴极上表面上的金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动。
有大量方案用于移动阴极，以使粉末和/或颗粒在阴极的上表面上向前运动。申请人发现，向前后方向移动阴极是优选的。申请人发现，一种可以实现粉末和/或颗粒的受控向前运动的方案包括以重复次序(repeatedsequence)移动阴极，所述重复次序包括前后方向振荡运动的短期和短的休止期。申请人发现，该次序可以使在阴极上表面上的粉末和/或颗粒在上表面以受控系列的短步骤从电解池的后端移动到前端。申请人还发现，粉末和/或颗粒的受控向前移动可以包括粉末和/或颗粒受控向前移动的向后运动分量和向前运动分量，和净的向前移动。
另外，本发明不受限于在恒定操作条件下操作电解池，且可推广到在电解池操作期间操作参数(如阴极运动)改变的情况。
优选地，步骤(c)包括移动阴极，以便使粉末和/或颗粒经过阴极宽度，以相同的速度移动，从而所述粉末和/或颗粒在浴中具有基本相同的停留时间。
优选地，所述方法将金属氧化物电化学还原为氧浓度不大于0.5％重量的金属。
更优选氧浓度不大于0.2％重量。
所述方法可以是包括一个或一个以上电解池的一级法或多级法。
在包括一个以上电解池的多级法的情况下，该方法可以包括使还原的和部分还原的金属氧化物连续从第一电解池通过一个或一个以上的下游电解池，并在这些电解池中继续还原金属氧化物。
在阴极为板形式的情况中，多级法的另一个方案包括使还原的和部分还原的金属氧化物连续从阴极板通过另一个阴极板或一个电解池内的一系列阴极板。
多级法的另一种方案包括将还原的和部分还原的金属氧化物循环通过同一电解池。
优选地，所述方法包括清洗从电解池中移出的粉末和/或颗粒，以将从池中携带的电解质和粉末和/或颗粒分离。
所述方法不可避免地导致池中电解质的损失，因此需要对电解池补充电解质。
补充的电解质可以通过回收从粉末和/或颗粒中洗出的电解质并将该电解质循环回电解池而获得。
可供选择地，或此外，所述方法可以包括向电解池供应新鲜电解质。
优选地，所述方法包括将池温保持低于电解质的蒸发和/或分解温度。
优选地，所述方法包括施加比电解质中的至少一种成分的分解电势高的电池电势，使得在电解质中存在金属阳离子而不是阴极金属氧化物的阳离子。
在金属氧化物是二氧化钛的情况下，优选电解质是包括CaCl2-基电解质，其包括作为作为成分之一的CaO。
在该情况下，优选所述方法包括将电池电势保持高于CaO的分解电势。
优选地，粉末和/或颗粒的粒度为0.5-4mm。
更优选颗粒的粒度为1-2mm。
根据本发明，还提供了用于电化学还原金属氧化物粉末和/或颗粒的电解池，该电解池包括：(a)熔融电解质浴，(b)阴极，为构件形式，例如板，其具有支持金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面，该阴极水平放置或稍微倾斜放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中，以及被支撑着进行运动，以使阴极上表面上的金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动，(c)阳极，(d)在阳极和阴极之间施加电势的机构，(e)向电解质浴供应金属氧化物粉末和/或颗粒，使得该金属氧化物粉末和/或颗粒可以沉积在阴极的上表面上的机构，(f)使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面向阴极前端移动，同时与熔融电解质接触，由此在粉末和/或颗粒移向前端时将金属氧化物电化学还原为金属的机构，以及(g)用于从电解质浴中移出至少部分电化学还原的金属氧化物的机构。
优选地，所述阴极为板。
优选地，使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面移动的机构包括移动阴极以便使金属氧化物粉末和/或颗粒运动的机构。
优选地，使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面移动的机构包括向前后方向移动阴极的机构。
优选地，形成阴极使得金属氧化物粉末和/或颗粒以一个或两个颗粒厚的层的形式在阴极上表面向阴极前端移动。
例如，阴极可在前端形成有直立突起，使得粉末和/或颗粒堆积在突起的后面。可供选择地，或此外，阴极的上表面可形成有一系列横向延伸沟浴形成，促进粉末和/或颗粒的紧密堆积。
优选地，在阳极和阴极之间施加电势的机构包括电路，其中电源与阴极前端连接。申请人还发现，该构造使得二氧化钛粉末和/或颗粒在距电解池前端的小段距离内基本上被还原。
优选地，阳极向下伸入电解质浴并位于阴极上表面上方的预定距离处。
在阳极为消耗阳极(例如由石墨制成)的情况下，优选地，电解池包括当阳极被消耗时为保持阳极和阴极之间的预定距离，将阳极向下移动进入电解质浴的机构。
更优选阳极为一个或多个石墨块的形式，并伸入电解池中。
优选地，电解池包括处理从电解池中释放的气体的机构。
该气体处理机构可以包括用于从所述气体中除去一氧化碳、二氧化碳、含氯气体(例如光气)中的任何一种或多种的机构。
气体处理机构还可以包括用于燃烧所述气体中的一氧化碳的机构。
在金属氧化物是二氧化钛的情况下，优选电解质是包括CaO作为成分之一的CaCl2-基电解质。
优选地，粉末和/或颗粒的粒度为0.5-4mm。
更优选粉末和/或颗粒的粒度为1-2mm。
参考附图借助实施例进一步描述本发明，所述附图是说明本发明的电化学方法和电解池的一实施方案的示意图。
以下描述是将二氧化钛颗粒电化学还原为氧浓度小于0.3wt.％的金属钛的内容。但是，应注意本发明并不限于这种金属氧化物，而是可推广到其它金属氧化物。
在图中示出的电解池1是封闭室，在俯视图(top plan)中为矩形，其具有底壁(base wall)3、一对相对的端壁(end walls)5，一对相对的侧壁7和顶盖9。
电解池包括二氧化钛进口11，其在靠近池左手端的顶盖9中，如图所示。在下文中池的该端称为电解池的“后端”。颗粒在销棒混合器(pin mixer)51中形成“未烧结的(green)”的状态，然后在烧结炉53中烧结，之后储存在储料仓55中。将储料仓55中的颗粒经振动给料器57供应至电解池进口11。
电解池还包括金属钛颗粒出口13，其在靠近池右手端的底壁3中，如图所示。在下文中池的这一端称为电解池的“前端”。出口13为贮浴(sump)的形成，由向下收敛的侧面15和向上倾斜的螺旋输送机(auger)35确定，布置该螺旋输送机35，以便从贮浴下部接受钛颗粒并将颗粒输送离开电解池。
电解池包含熔融电解质浴21。优选的电解质为至少含有一些CaO的CaCl2。
电解池还包括石墨块形式的阳极23，该阳极伸入浴21中并得到支撑，使得当阳极石墨的下部因阳极处的电解池反应被消耗时，石墨块可以不断下降进入浴21中。
电解池还包括板形式的阴极25，该阴极浸入浴21中并位于底壁3上方的近距离处。在池中阴极板25得到支撑，从而使阴极板25的上表面为水平的或从池的后端至前端略微向下倾斜。考虑到颗粒在浴中需要的停留时间，选择阴极板25的长度尺寸。考虑到需要的总产量，选择阴极板25的宽度尺寸。阴极板25被支撑着以振荡运动前后移动。
申请人发现阴极板25以重复次序运动，可以使得在阴极板25上表面的颗粒在上表面以系列短步骤从池的后端移动到前端，所述重复次序包括前后方向振荡运动的短期和短的休止期。
另外，申请人发现上述类型的运动可以使颗粒经过阴极板25的宽度，以恒定的速度移动，从而颗粒在浴21中具有基本相同的停留时间。
更具体地，布置电解池使得经进口11供应至电解池的二氧化钛颗粒向下降落在靠近电解池后端的阴极板25的上表面上，并使颗粒在阴极板25的上表面上向前运动并从阴极板25的前端落下进入出口13。更具体地，布置电解池使得使用时颗粒作为紧密堆积的单层在阴极板25的上表面向前运动。为了获得颗粒的紧密堆积，阴极板25包括在其前端的直立突起(未示出)，使得颗粒沿着阴极板25的长度堆积在突起的后面。
申请人发现，优选二氧化钛颗粒基本上为球形，因为这样可以使这些颗粒在阴极板25的上表面上以比棱角较多的颗粒更可预知的方式运动。
另外，申请人发现，颗粒“粘附”在板的上表面至一定程度，以抑制颗粒向前运动以及颗粒“粘附”在一起是不合需要的。这些需考虑的事项支持优选为球形颗粒。相关的是，注意到阴极板25的振荡运动使颗粒的粘附最小化。此外，可以将板用例如钽或二硼化钛材料涂覆以使粘附最小化。
申请人还发现应选择颗粒的尺寸和重量使得颗粒在阴极板25的上表面上很快停留(settle)下来，并且不会悬浮在熔融浴21的电解质中。
总之，为了优化电解出的规模生产，优选地，选择可以以有效方式(即不粘附在板上)在阴极板25上运动的最小可能的颗粒尺寸。
电解池还包括在阳极块23和阴极板25之间施加电势的电源31和使电源31、阳极块23和阴极板25相互电连接的电路。布置该电路使得电源31和阴极板25的后端连接。
在电解池的使用中，将二氧化钛颗粒供应至电解池后端阴极板25的上表面以在阴极板25上形成单层颗粒，如上所述移动板，使颗粒在板表面上向前移动到电解池的前端并最终从板的前端落下。当颗粒在阴极板25的表面上运动时，颗粒在电解池中不断被电化学还原。选择阴极板25的操作参数使得颗粒在电解池中具有足够的停留时间，以获得所要求的二氧化钛颗粒的还原程度。通常，在3V的电解池操作电压下，2-4mm的二氧化钛颗粒被还原为氧浓度0.3wt％的钛需要4小时的停留时间。
申请人发现，上述构造使得二氧化钛颗粒在距电解池前端的短距离内基本上得到还原。
申请人发现，存在影响整个电解池操作的大量因素。这些因素中的一些，即颗粒尺寸和形状及阴极板25的运动方式如上所述。另一相关因素是阴极板25和阳极块23的暴露表面积。在目前的工作基础上，申请人认为相对于阳极块23的暴露表面，较大的而不是较小的阴极板25是优选的。换句话说，申请人认为较大的而不是较小的阳极电流密度是优选的。
在电解池的使用中，阳极块23因阳极块23中的碳和阴极板25产生的O-阴离子之间的反应而不断被消耗，该反应主要发生在阳极块23的下部边缘。
优选地，阴极板25的上表面和阳极块23的下部边缘之间的距离保持基本不变，以使变化最小化，这对于所述方法的其它操作参数可能是需要的。因此，电解池还包括不断降低阳极块，以进入电解质浴21的机构(未示出)，以保持阴极板25的上表面和阳极块23的下部边缘之间的距离保持基本不变。
优选地，选择阴极板25的上表面和阳极块23的下部边缘之间的距离，使得产生足够的电阻加热，将浴21保持在要求的操作温度下。
优选地，电解池在高于CaO分解电势的电势下进行操作。取决于环境，该电势可以高达4-5V。根据上述机理。在高于CaO分解电势下操作有助于Ca金属在阴极板25上的沉积，这是因为存在Ca++阳离子和因施加场O-阴离子向阳极块23迁移，以及O-阴离子和阳极块23的碳反应产生一氧化碳和二氧化碳并释放电子。此外，根据上述机理，Ca金属的沉积导致二氧化钛经由上述机理被化学还原并产生O-阴离子，该O-阴离子因施加场向阳极块23迁移并进一步释放电子。在低于CaCl2的分解电势下操作电解池使得氯气的逸出最小化，因此在此基础上是有利的。
如上所述，电解池的工作在阳极产生了一氧化碳和二氧化碳及潜在的含氯气体，从电解池中除去这些气体是重要的。电解池还包括在池的顶盖9中的排气(off-gas)出口41和在将处理的气体释放到大气之前处理这些排出的气体的气体处理元件43。气体处理包括除去二氧化碳和全部氯气并且还可以包括燃烧一氧化碳以产生用于过程的热。
在出口13处将钛颗粒和保留在钛颗粒孔隙中的电解质一起连续或半连续地从池中移出。排出的物质经螺旋输送机35输送至水喷淋室37并急冷至低于电解质固化温度以下的温度，由此电解质阻碍了金属的直接暴露，从而限制了金属的氧化。然后，清洗排出的物质，从金属粉末中分离出保留的电解质。之后根据需要处理金属粉末，得到最终产品。
上述电解池和方法是有效的并且是连续和半连续地电化学还原颗粒形式的金属氧化物以获得具有低氧浓度的金属的有效方法。
特别是，图中所示的电解池仅仅是在本发明的范围内的大量可行的电解池构造中的一个实例。

Claims (22)

1.在电解池中电化学还原金属氧化物粉末和/或颗粒的方法，所述电解池包括熔融电解质浴、阴极和阳极，所述电解质为包括CaO作为成分之一的CaCl2-基电解质，阴极为具有支撑金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面的构件形式，所述阴极水平放置或稍微倾斜放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中，以及被支撑着进行运动，以使阴极上表面的金属氧化物粉末和/或颗粒向该构件的前端移动，其中所述方法包括以下步骤：(a)在阳极和阴极之间施加电池电势，该电势能够电化学还原供应至熔融电解质浴中的金属氧化物，(b)连续或半连续地将金属氧化物粉末和/或颗粒供给至熔融电解质浴，使得该粉末和/或颗粒沉积在阴极的上表面，(c)使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面向阴极前端移动，同时与熔融电解质接触，由此在粉末和/或颗粒向前端移动时将金属氧化物电化学还原为金属，以及(d)连续或半连续地从熔融电解质浴中移出至少部分电化学还原的金属氧化物粉末和/或颗粒。
2.权利要求1的方法，其中步骤(b)包括将金属氧化物粉末和/或颗粒送入熔融电解质浴中，使得该粉末和/或颗粒在阴极的上表面上形成一个或两个粉末和/或颗粒厚的层。
3.权利要求1的方法，其中步骤(b)包括将金属氧化物粉末和/或颗粒送入熔融电解质浴中，使得该粉末和/或颗粒在阴极的上表面上堆积为粉末和/或颗粒堆，以及步骤(c)使堆状的粉末和/或颗粒散开成一个或两个粉末和/或颗粒厚的层并在阴极的上表面向阴极前端移动。
4.权利要求1的方法，其中步骤(c)包括使金属氧化物粉末和/或颗粒以一个或两个粉末和/或颗粒厚的粉末和/或颗粒层形式在阴极的上表面上向阴极前端移动。
5.上述权利要求任一项中的方法，其中步骤(c)包括选择性地移动阴极，以便使在阴极上表面上的金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动。
6.权利要求5的方法，其中步骤(c)包括向前后方向移动阴极，以便使在阴极上表面的金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动。
7.权利要求6的方法，包括以重复次序移动阴极，所述重复次序包括前后方向振荡运动的短期和短的休止期。
8.权利要求1的方法，包括清洗从电解池中移出的粉末和/或颗粒并将从池中携带的电解质和所述粉末和/或颗粒分离。
9.权利要求8的方法，包括回收从粉末和/或颗粒中洗出的电解质并将该电解质循环回电解池。
10.权利要求1的方法，包括施加电池电势，该电池电池高于电解质中的至少一种成分的分解电势，使得在电解质中存在金属阳离子而不是阴极金属氧化物的阳离子。
11.权利要求10的方法，其中在金属氧化物为二氧化钛的情况下，电解质为包括CaO作为成分之一的CaCl2-基电解质，所述方法包括将电池电势保持高于CaO的分解电势。
12.权利要求1的方法，其中所述粉末和/或颗粒的粒度为0.5-4mm。
13.用于电化学还原金属氧化物粉末和/或颗粒的电解池，其中该电解池包括：(a)熔融电解质浴，所述电解质为包括CaO作为成分之一的CaCl2-基电解质，(b)阴极，其为具有支持金属氧化物粉末和/或颗粒的上表面的构件形式，该阴极水平放置或稍微倾斜放置并具有前端和后端，且被浸入电解质浴中，以及被支撑着进行运动，以使阴极上表面的金属氧化物粉末和/或颗粒向阴极前端移动，(c)阳极，(d)在阳极和阴极之间施加电势的机构，(e)向电解质浴供应金属氧化物粉末和/或颗粒，使得该金属氧化物粉末和/或颗粒沉积在阴极的上表面的机构，(f)使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面向阴极前端移动，同时与熔融电解质接触，由此在粉末和/或颗粒移向前端时将金属氧化物电化学还原为金属的机构，以及(g)用于从电解质浴中移出至少部分电化学还原的金属氧化物的机构。
14.权利要求13的电解池，其中阴极是板。
15.权利要求13或14的电解池，其中使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面移动的机构包括移动阴极以便使金属氧化物粉末和/或颗粒运动的机构。
16.权利要求15的电解池，其中使金属氧化物粉末和/或颗粒在阴极的上表面移动的机构包括向前后方向移动阴极的机构。
17.权利要求13的电解池，其中形成阴极使得金属氧化物粉末和/或颗粒以一个或两个粉末和/或颗粒厚的粉末和/或颗粒层的形式在阴极的上表面上向阴极前端移动。
18.权利要求17的电解池，其中阴极在前端形成有直立突起，所述突起使得粉末和/或颗粒堆积在突起的后面。
19.权利要求17的电解池，其中阴极的上表面形成有一系列横向延伸沟浴，所述沟浴促进粉末和/或颗粒的紧密堆积。
20.权利要求13的电解池，其中在阳极和阴极之间施加电势的机构包括电路，其中电源与阴极前端连接。
21.权利要求13的电解池，其中阳极向下伸入电解质浴并位于阴极上表面上方的预定距离处。
22.权利要求21的电解池，包括当阳极被消耗时为保持阳极和阴极之间的预定距离，将阳极向下移动进入电解质浴的机构。
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