CN201678748U

CN201678748U - 电解装置的电解部

Info

Publication number: CN201678748U
Application number: CN2010201186024U
Authority: CN
Inventors: 岛田达也; 岛宗孝之; 姚尚龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-02-09

Abstract

本实用新型提供一种电解装置的电解部，其包括：电极单元，包括阳极端部电极、阴极端部电极以及位于二者间的多极式电极，上述各电极相互间具有间隔，且所述多极式电极朝向所述阳极端部电极的面作为阴极、朝向所述阴极端部电极的面作为阳极；侧壁，环设于所述电极单元的各个侧面；第一电极杆，设置在所述电极单元各电极的第一端且其阴极端部电极侧的端面与所连接的电极的阳极对齐；第二电极杆，设置在所述电极单元各电极的第二端且其阳极端部电极侧的端面与所连接的电极的阴极对齐。根据本实用新型，可以使电解装置在电解过程中保持较高的电效率及电解效率，而且还可以充分降低泄漏电流。

Description

电解装置的电解部

技术领域

本实用新型涉及电解装置的电解部，尤其是涉及一种多极式电解装置的电解部。

背景技术

在现有的电解装置中，特别是进行高温电解的电解装置中，是将电极完全浸入电解液中，通过电解从阳极获得气体、从阴极获得金属。在进行高温电解的情况下，电解液的高温是通过加热电解液本身、或着加热电解装置并利用熔融态电解液的良好热传导性、对流换热来维持的。

然而，进行高温电解时，在处于高温电解液中的电极之间设置间隔物较为困难，因而很难通过设置间隔物的方式来防止阳极生成的气体与阴极生成的金属相互接触并发生化学反应再次生成电解质。而阳极生成的气体与阴极生成的金属发生化学反应生成电解质，则会使电效率及电解效率下降、耗电量上升。因此，在实际生产中，通常通过增大电极间的间距来防止阳极生成的气体与阴极生成的金属发生化学反应。但是，电极间的间距变大，则施加于电极上的电压也需要随之变大，即会出现耗电量变大、生产成本变高等问题。由于高温电解大多使用加热器加热，因此，上述电解效率下降、耗电量变大等问题在高温电解中尤为明显。

另一方面，在这种情况下，电解液呈熔融态以后，其上部的气态物质的热传导性相对较低且通常不被加热，因而熔融态电解液的与气态物质相接触的表面温度较低，该表面上的电解液以及电解生成的金属容易发生固化。因此，若电解过程中电解部未完全浸在电解液中或因阳极产生的气体的影响而由电解液中浮出，则电解部暴露在电解液之上的部分所电解出的金属就会发生固化。所述固化的金属累积到一定程度，就有可能将阴极和阳极连接在一起而造成短路。为了避免上述问题，电解过程中应确保电解部始终完全浸泡在电解液中。

综上所述，电解过程中，尤其是高温电解时，电极间距离较小，则阳极生成的气体与阴极生成的金属会发生化学反应生产电解质，导致电效率及电解效率下降、耗电量上升，则会使电效率及电解效率下降、耗电量上升，最终导致生产效率的下降、生产成本的增加；电极间距离较大，则施加于电极上的电压也需要随之变大，从而造成耗电量变大、生产成本变高等问题。此外，为了防止热量过度扩散、减低能源消耗，生产中较为常用的为构造简单、结构小型的多极式电解装置。然而，多极式电解装置的泄漏电流也是影响电解质量、电解效率等的因素之一。如果泄漏电流较大，则会严重影响电解质量及电解效率。另外，公开号为“特开2005-200759”及“特开2008-115455”的日本专利文献中公开的电解装置，均不能兼顾高温电解过程中存在的电解效率及泄漏电流的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电解装置的电解部，其可以使电解装置在高温电解过程中保持较高的电效率及电解效率，而且还可以尽量降低泄漏电流。

本实用新型提供了一种电解装置的电解部，其包括：

电极单元，包括连接于电源阳极的阳极端部电极、连接于电源阴极的阴极端部电极以及位于所述阳极端部电极和阴极端部电极之间的多极式电极，上述各电极相互间具有间隔，且所述多极式电极朝向所述阳极端部电极的面作为阴极、朝向所述阴极端部电极的面作为阳极；

侧壁，环设于所述电极单元的各个侧面；

第一电极杆，设置在所述电极单元各电极的第一端且其阴极端部电极侧的端面与所连接的电极的阳极对齐，相邻的所述第一电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔；

第二电极杆，设置在所述电极单元各电极的第二端且其阳极端部电极侧的端面与所连接的电极的阴极对齐，相邻的所述第二电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔。

可选地，所述电解部具有多个电极单元。

可选地，所述电解部中，所述多个电极单元为并联连接。

可选地，所述电解部中，所述多极式电极倾斜为所述多极式电极第一端向所述阴极端部电极靠近。

可选地，所述电解部中，所述多极式电极设置为其电极面与垂直方向呈0°～10°倾斜。

可选地，所述电解部中，所述阳极端部电极倾斜为其第一端向所述阴极端部电极靠近。

可选地，所述电解部中，所述端部电极设置为其电极面与垂直方向呈0°～10°倾斜。

可选地，所述电解部中，所述电极单元各电极呈平行排列。

可选地，所述电解部中，所述电极单元中相邻电极间的间隔相同。

可选地，所述电解部中，所述电极单元中相邻电极间的间隔为5mm～10mm。

可选地，所述电解部中，相邻的第一电极杆间的间隔为2mm～5mm。

可选地，所述电解部中，相邻的第二电极杆间的间隔为2mm～5mm。

可选地，所述电解部中，所述第二电极杆中位于阳极端部电极侧下端部具有倒角。

和现有技术相比本实用新型的优点在于：

本实用新型的电解装置的电解部，可以防止阳极生成的气体与阴极生成的金属会发生化学反应而导致电效率及电解效率下降、耗电量上升；并尽量控制电极间距离的距离，使其不至于过大而造成耗电量变大、生产成本变高等问题。

另一方面，可以极大限度地减小电解装置的泄漏电流，防止其影响电解质量及电解效率。

附图说明

图1为本实用新型第一实施方式的电解装置的电解部的俯视图；

图2为图1的沿a-a′线断面图；

图3为本实用新型第二实施方式的电解装置的电解部的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。下述实施方式仅为举例说明，本实用新型并不仅限于实施方式中的方案，除此之外，本领域技术人员可以在现有技术范围内进行简单变换而得到的技术方案都在本实用新型的保护范围内。

本实用新型第一实施方式的电解装置的电解部，包括：电极单元，包括连接于电源阳极的阳极端部电极、连接于电源阴极的阴极端部电极以及位于所述阳极端部电极和阴极端部电极之间的多极式电极，上述各电极(包括阳极端部电极、阴极端部电极及多极式电极)相互间具有间隔，且所述多极式电极朝向所述阳极端部电极的面作为阴极、朝向所述阴极端部电极的面作为阳极；侧壁，环设于所述电极单元的各个侧面；第一电极杆，设置在所述电极单元各电极的第一端且其阴极端部电极侧的端面与所连接的电极的阳极对齐，相邻的所述第一电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔；第二电极杆，设置在所述电极单元各电极的第二端且其阳极端部电极侧的端面与所连接的电极的阴极对齐，相邻的所述第二电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔。

高温熔融金属盐电解中，通常阳极生成物为气体，阴极生成物为金属。其中，阳极生成的气体沿阳极向上冒出，并有极少的一部分气体沿阳极在电解液中扩散；阴极生成的金属多数情况下是沿着电极面下落、最终在电极下端形成液滴落下。当然，也存在阴极生成的熔融态金属的比重比电解液轻，因而在电解液中向上移动的情况。这里，本实施方式以多数情况，即阳极生成的气体沿阳极向上冒出并有极少的一部分气体沿阳极在电解液中扩散、阴极生成的金属是沿着电极面下落并最终在电极下端形成液滴落下为前提。

图1为本实用新型第一实施方式的电解装置的电解部的俯视图，图2为图1的沿a-a ′断面图。

下面，结合图1、图2，对本实用新型第一实施方式进行详细地说明。为了能够清楚地进行说明，对图中各部分进行了符号标注。

如图1，图2所示，本实施方式的电解装置的电解部中，电极单元具有与电源的阳极(图中未示出)相连的阳极端部电极1、与电源的阴极(图中未示出)相连的阴极端部电极1′、以及排列在二者之间的五个的多极式电极2，所述多极式电极2朝向所述阳极端部电极1的面为阴极、朝向所述阴极端部电极1′的面为阳极。上述各电极(包括阳极端部电极、阴极端部电极及多极式电极)竖直地设置在电解装置中，平行排列且相互间具有一定间隔。

如前所述，电极间的距离较小，则相对向的阳极与阴极之间的距离较小，阳极生成的气体与阴极生成的金属会合就会产生化学反应再形成电解质，这样会造成电解效率的下降，最终造成电效率下降；电极间的距离较大，则施加于电极上的电压也需要随之变大，而导致耗电量变大、生产成本变高。因而，电极间的间隔是影响电效率及电解效率的因素之一。

电极间的合理间隔因电解条件、电解液的不同而不同。例如，在电解质为氯化锌的情况下，电极间的间隔小于5mm时电效率会出现下降，特别是当电极间的间隔小于3mm时电效率会出现显著的下降。因此，优选的电极间的间隔为5mm～10mm左右。所述电极间的间隔为图2所示的a-a′方向上相邻电极间的距离。

此外，为了使阳极生成的气体尽量不脱离阳极，优选使电极单元中各电极的第一端向所述阴极端部电极1′靠近，即，使所述各电极倾斜为阳极朝下。在这种情况下，所述电极间的间隔仍为图2所示的a-a′方向上相邻电极间的距离。

但是，倾斜角度过大会造成排气不畅，并因气体的淤积而引起电阻增大。此外，倾斜角度过大还可能造成阴极生成物在电极面形成较厚的积存而产生消极效果。因此，电极单元中各电极的倾斜角度优选为与垂直方向呈0°～10°。

侧壁5绕设于电极单元的各个侧面，用于对其进行保温。作为侧壁的材料优选耐高温且保温效果好的材料。

第一电极杆3具有一定的高度，设置在所述电极单元各电极的第一端且其阴极端部电极侧的端面与所连接的电极的阳极对齐，相邻的所述第一电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔。

在电解装置中，泄漏电流的大小由相邻的第一电极杆之间的部分(即，相邻的第一电极杆间的间隔及其高度所形成的部分)的液体电阻的大小来决定。液体电阻越大则泄漏电流越小。增大液体电阻的途径有两个，一是减小电流方向的横截面积，二是增大第一电极杆的高度。如果增大第一电极杆的高度，则电解装置的电解部也会相应地变大并需要相应地增加电解槽的深度，其结果是造成电解装置的体积变大。因此，这里，通过减小电流流动方向上的横截面积来增大液体电阻。

另一方面，随着气体或溶融金属的流动，若将电流流动部分的横截面积缩小为原来的二分之一，则框的高度也可以缩小为原来的二分之一。另外，在本实施方式中，第一电极杆的阳极端部电极侧有一部分封堵了气体的出口(即相邻电极的第一端部所形成的用于排出气体的开口)，由此可以充分地防止阴极生成的金属上升。

第一电极杆间的合理间隔因电解条件、电解液的不同而不同。例如，在电解质为氯化锌的情况下，考虑到气体的排出，优选的第一电极杆间的间隔为2mm～5mm左右。所述第一电极杆间的间隔为图2所示的a-a′方向上相邻的第二电极杆间的距离6。当电极(包括端部电极和多极式电极)倾斜角度较小时，所述第一电极杆间的间隔与所述第一电极杆间的距离相近似。

第二电极杆4具有一定的高度，设置在所述电极单元各电极的第二端且其阳极端部电极侧的端面与所连接的电极的阴极对齐，相邻的所述第二电极杆间具有间隔且该间隔小于所述电极单元中相应的相邻电极间的间隔。

第二电极杆的情况与第一电极杆相类似，在此不作赘述。在电解质为氯化锌的情况下，考虑到气体的排出，优选的第二电极杆间的间隔也为2mm～5mm左右。所述第二电极杆间的间隔为图2所示的a-a′方向上相邻的第二电极杆间的距离。当电极(包括端部电极和多极式电极)倾斜角度较小时，所述第二电极杆间的间隔与所述第二电极杆间的距离相近似。

此外，优选所述第二电极杆4的位于阳极端部电极1侧的下端部设置倒角(图中未示出)。这样，可以更利于阴极生成的金属在电极下端形成液滴而落下。

通过上述结构，扩大了相对向的阳极与阴极之间的距离，将因阳极生成物与阴极生成物发生逆向反应(阳极生成的气体与阴极生成的金属相接触而发生化学反应生成电解质)而导致电效率及电解效率下降的不良影响控制到最小。另外，即使阳极生成的气体形成液流，阴极生成的金属也不会因液流的影响而升到电极的上面。此外，也可以防止了阳极生成的气体随阴极生成的金属的下沉而下沉，从而防止电效率的下降，同时可以使泄漏电流的可流通路径足够窄，从而将泄漏电流降到最小。

图3为本实用新型第二实施方式的电解装置的电解部的示意图。图中对与第一实施方式相同的部分进行了相同的标注。

如图3所示，在本实用新型第二实施方式中，所述电解部具有两个电极单元，每个电极单元的构造与本实用新型第一实施方式中的电极单元构造相类似。所述两个电极单元呈并联连接且共用一个与电源负极相连的阴极端部电极1′。在本实施方式中，两个电极单元共用的端部电极为阴极端部电极，但是，这并不构成对本实施方式的限制，在实际应用中也可以设置为共用与电源正极相连的端部电极。

为了验证本实用新型的技术方案，本实用新型的发明人进行了如下的实施例和比较例。

本实用新型的发明人组装了如图3所示的电解部，其中，2个阳极端部电极1与电源正极相连，1个阴极端部电极1′与电源阴极相连，每个电极单元具有5个多极式电极2。各电极(包括阳极端部电极1、阴极端部电极1′、及多极式电极2)呈平行排列，倾斜为阳极朝下并与垂直方向呈5°倾斜角。用10mm浸含有二氧化锆水泥的多孔质二氧化锆作为侧壁(图中未示出)围绕在上述电极单元的各个侧面。所述侧壁具有螺纹孔及插槽，端部电极1、1′通过螺丝固定在所述侧壁上，多极式电极2通过插槽固定在所述侧壁上。这样，所述侧壁覆盖了电极单元的整个侧面。此外，每个电极单元具有6个电解单元(相对向的一个阴极和一个阳极称为一个电解单元)、即本实施例的电解部具有12个电解单元。电极间间隔为10mm、第一电极杆及第二电极杆的高度均为20mm，第一电极杆间的间隔及第二电极杆间的间隔均为3mm。电解液为550℃的熔融态氯化锌。电流密度为4000A/m²。

其结果为，以生成的氯气作为检测对象而测得的电效率为96％。由此可见，根据本实用新型的技术方案可以保持较高的电效率，充分防止电流泄漏。另外，作为比较例，使电极间的间隔与电极杆间的间隔相同并进行了测试，其结果为，以生成的氯气作为检测对象而测得的电效率为84％。由此可见，当电极间的间隔与电极杆间的间隔相同时，存在较大的电流泄漏。

综上所述，根据本实用新型的技术方案，通过设置合理的电极间的间隔以及电极杆间的间隔、使电极倾斜一定角度，可以提高电解的电效率，尽量减小泄漏电流，提高电解效率，降低电解成本。特别是可应用于不可再生资源、例如含锌物质的循环再利用，节约资源并可以保持生产的可持续发展。例如，随着半导体、太阳能电池等行业的蓬勃发展，其生产中所需的超高纯度硅的使用量在不断增大。与此相关联，在用于制造超高纯度硅的锌还原法中使用含锌物质作为还原剂，所述含锌物质为例如氯化锌，由于其为不可再生资源，从节约资源、持续发展的角度考虑在生产中应当循环使用作为还原剂的所述含锌物质。然而，所述含锌物质的再循环利用通常是通过电解来实现的。

本实用新型虽然以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电解装置的电解部，其包括：

侧壁，环设于所述电极单元的各个侧面；

2.根据权利要求1所述的电解部，其特征在于，所述电解部具有多个电极单元。

3.根据权利要求2所述的电解部，其特征在于，所述多个电极单元为并联连接。

4.根据权利要求1所述的电解部，其特征在于，所述多极式电极倾斜为所述多极式电极第一端向所述阴极端部电极靠近。

5.根据权利要求4所述的电解部，其特征在于，所述多极式电极设置为其电极面与垂直方向呈0°～10°倾斜。

6.根据权利要求1所述的电解部，其特征在于，所述阳极端部电极倾斜为其第一端向所述阴极端部电极靠近。

7.根据权利要求6所述的电解部，其特征在于，所述端部电极设置为其电极面与垂直方向呈0°～10°倾斜。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的电解部，其特征在于，所述电极单元各电极呈平行排列。

9.根据权利要求8所述的电解部，其特征在于，所述电极单元中相邻电极间的间隔相同。

10.根据权利要求1所述的电解部，其特征在于，所述电极单元中相邻电极间的间隔为5mm～10mm。

11.根据权利要求10所述的电解部，其特征在于，相邻的第一电极杆间的间隔为2mm～5mm。

12.根据权利要求10所述的电解部，其特征在于，相邻的第二电极杆间的间隔为2mm～5mm。

13.根据权利要求1所述的电解部，其特征在于，所述第二电极杆中位于阳极端部电极侧下端部具有倒角。