CN202755066U - 一种用于提纯金属钠的熔融电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，属于金属钠的电解提纯装置技术领域。包括加热装置、装有阳极电解质的电解槽、阳极、阴极以及装有阴极电解质的隔膜管，所述的电解槽设置在加热装置内，所述的隔膜管和阳极从电解槽顶部插入电解槽内并且部分插入金属钠中，所述的隔膜管和阳极的顶部露出在电解槽外，所述的隔膜管为Na-β-Al₂O₃隔膜管，所述的阴极从隔膜管的顶部插入隔膜管并且部分插入高纯钠中，阴极的顶部露出在隔膜管外，隔膜管的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管，该装置结构简单、工艺流程简单，提纯时几乎无副反应，反应效率接近100%；所产金属钠纯度较高，纯度可达99.9%以上。

Description

一种用于提纯金属钠的熔融电解装置

技术领域

本实用新型涉及一种熔融电解装置，具体地说，本实用新型涉及一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，属于金属钠的电解提纯装置技术领域。

背景技术

金属钠可用于生产石油脱硫剂、氧化剂、漂白剂、染料、农药、医药中间体、催化剂、香料、有机化合物生产用的钠化合物和含铅汽油添加剂, 也用于钾、钛、锆、铌、钒、钽等金属生产，制生氧剂Na₂O₂及制钾、钠合金；近年来随着相关领域的技术进步及市场的需要，开始应用于核反应堆导热、钠电池、电光源等方面。

制备金属钠的生产技术主要有烧碱熔融电解法、食盐熔融电解法和电解钠汞齐法等。由上述方法制备出的粗钠杂质较多、纯度不高，需进行提纯才能供相关行业使用。目前使用较多的提纯装置主要有过滤装置和真空蒸馏装置。使用过滤装置可除去粗钠中的机械杂质，得到纯度≥99.5%的工业金属钠；利用真空蒸馏装置对金属钠进行提纯可得到纯度≥99.9%的高纯钠。上述两种装置的缺点在于：过滤装置的提纯纯度不高，无法满足高纯钠的提纯要求；真空蒸馏装置提纯纯度高，可以满足高纯钠的要求，但是其结构复杂、工艺流程复杂。

发明内容

本实用新型旨在解决目前提纯金属钠的过滤装置提纯纯度不高，真空蒸馏装置结构复杂、工艺流程复杂的问题，提供一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，提纯纯度高、结构简单、使用该装置的工艺流程简单。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，包括加热装置、装有阳极电解质的电解槽、阳极、阴极以及装有阴极电解质的隔膜管，所述的电解槽设置在加热装置内，所述的隔膜管和阳极从电解槽顶部插入电解槽内并且部分插入金属钠中，所述的隔膜管和阳极的顶部露出在电解槽外，其特征在于：所述的隔膜管为Na-β-Al₂O₃隔膜管，所述的阴极从隔膜管的顶部插入隔膜管并且部分插入高纯钠中，阴极的顶部露出在隔膜管外，隔膜管的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管。

其中Na-β-Al₂O₃为本领域的公知材料，即Beta-Al₂O₃，Na-β-Al₂O₃隔膜管又称为β管。Beta-Al₂O₃是一大类铝酸盐的总称，它的通式为M₂Ox·Al₂O₃，M可为碱金属离子以及Tl⁺、Ga⁺、H₃O⁺、NH₄ ⁺等一系列阳离子，其中以Na-β-Al₂O₃最具实际意义，Beta-Al₂O₃一词如无特殊说明，一般指Na-β-Al₂O₃。

文献可见：

宋树丰、阴宛珊、卢苇。钠硫电池研发关键问题。东方电气评论，2011年第25卷。

N.Weber,J.T.Kummer,Sodium-Sulfur Secondary batteries,Proc.21^st Annual Power Sources Conference,1967,21:37-39.

本实用新型所述的阳极电解质和阴极电解质在常温是固体，工作时为熔融状态，阳极电解质是纯度为99.5%左右的金属钠，阴极电解质是纯度为≥99.9%的高纯钠。

本实用新型所述的电解槽顶部设置有带有真空阀的真空泵。

本实用新型所述的电解槽顶部设置有投料口。

本实用新型所述的电解槽上设置有用于测温的从电解槽顶部插入电解槽内部并且部分插入阳极电解质中的热电偶。

本实用新型所述的排钠管连接有高纯钠收集器。

本实用新型所述的隔膜管顶部设置有保护气体入口。

本实用新型所述的高纯钠收集器为本领域技术人员所熟知的常规组件。

有益技术效果：

1、本实用新型的隔膜管采用Na-β-Al₂O₃隔膜管，利用Na-β- Al₂O₃材料中可允许钠离子在其中迁移，而其它的离子不容易或者不能够在其中迁移的特性，以Na-β-Al₂O₃管为隔膜，分离阳极金属钠和阴极高纯钠，进行熔融电解提纯作业，提纯金属钠，该装置结构简单、工艺流程简单，提纯时几乎无副反应，反应效率接近100%；所产金属钠纯度较高，纯度可达99.9%以上；

2、本实用新型电解槽顶部设置有带真空阀的真空泵，可在真空下进行生产，避免空气或水等与电解质的反应；

3、本实用新型电解槽顶部设置有投料口，可以实现连续提纯；

4、本实用新型电解槽上设置有用于测温的从电解槽顶部插入电解槽内部并且部分插入阳极电解质中的热电偶，可实时监测电解温度；

6、本实用新型排钠管连接有高纯钠收集器，可避免空气或水等与金属钠的反应。

附图说明

说明书附图为本发明熔融电解装置的结构示意图。

附图标记：1为加热装置、2为电解槽、3为阳极电解质、4为阳极、5为阴极、6为隔膜管、7为阴极电解质、8为排钠管、9为真空泵、10为真空阀、11为投料口、12为热电偶、13为高纯钠收集器、14为保护气体入口。

具体实施方式

实施例1

能够实现本实用新型的目的的基本技术方案为：

一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，包括加热装置1、装有阳极电解质3的电解槽2、阳极4、阴极5以及装有阴极电解质7的隔膜管6，所述的电解槽2设置在加热装置1内，所述的隔膜管6和阳极4从电解槽2顶部插入电解槽2内并且部分插入阳极电解质3中，所述的隔膜管6和阳极4的顶部露出在电解槽2外，所述的隔膜管6为Na-β-Al₂O₃隔膜管，所述的阴极5从隔膜管6的顶部插入隔膜管6并且部分插入阴极电解质7中，阴极5的顶部露出在隔膜管6外，隔膜管6的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管8。

实施例2

在基本技术方案的基础上，优选的方案如下：

一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，包括加热装置1、装有阳极电解质3的电解槽2、阳极4、阴极5以及装有阴极电解质7的隔膜管6，所述的电解槽2设置在加热装置1内，所述的隔膜管6和阳极4从电解槽2顶部插入电解槽2内并且部分插入阳极电解质3中，所述的隔膜管6和阳极4的顶部露出在电解槽2外，所述的隔膜管6为Na-β-Al₂O₃隔膜管，所述的阴极5从隔膜管6的顶部插入隔膜管6并且部分插入阴极电解质7中，阴极5的顶部露出在隔膜管6外，隔膜管6的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管8。

在上述基本技术方案的基础上，分别有以下几种优选的方案：

1、所述的电解槽2顶部设置有带有真空阀10的真空泵9。

2、所述的电解槽2顶部设置有投料口11。

3、所述的电解槽2上设置有用于测温的从电解槽2顶部插入电解槽2内部并且部分插入阳极电解质3中的热电偶12。

4、所述的排钠管8连接有高纯钠收集器13。

5、所述的隔膜管6顶部设置有保护气体入口14。

实施例3

为进一步说明本实用新型的内容，以下结合具体实施方式及附图对本实用新型的最优实施方案作详细的描述：

如图1所示，一种用于提纯金属钠的熔融电解装置。利用Na-β-Al₂O₃材料中可允许钠离子在其中迁移，而其它的离子不容易或者不能够在其中迁移的特性；以Na-β-Al₂O₃隔膜管为隔膜管6，分离阳极电解质3的金属钠和阴极电解质7的高纯钠；在阳极4和阴极5上通以直流电进行电解提纯作业；从投料口11往电解槽2中投料并适时补充金属钠；用加热装置1对电解槽2进行加热；用真空泵9对电解槽2进行抽真空作业；用热电偶12监测温度；保护气体从保护气体入口14进入，保护提纯出的高纯金属钠不和空气或水等反应；提纯出的高纯钠从排钠管8进入高纯钠收集器13中收集。

Claims (6)

1.一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，包括加热装置（1）、装有阳极电解质（3）的电解槽（2）、阳极（4）、阴极（5）以及装有阴极电解质（7）的隔膜管（6），所述的电解槽（2）设置在加热装置（1）内，所述的隔膜管（6）和阳极（4）从电解槽（2）顶部插入电解槽（2）内并且部分插入阳极电解质（3）中，所述的隔膜管（6）和阳极（4）的顶部露出在电解槽（2）外，其特征在于：所述的隔膜管（6）为Na-β-Al₂O₃隔膜管，所述的阴极（5）从隔膜管（6）的顶部插入隔膜管（6）并且部分插入阴极电解质（7）中，阴极（5）的顶部露出在隔膜管（6）外，隔膜管（6）的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管（8）。

2.根据权利要求1所述的一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，其特征在于：所述的电解槽（2）顶部设置有带有真空阀（10）的真空泵（9）。

3.根据权利要求1所述的一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，其特征在于：所述的电解槽（2）顶部设置有投料口（11）。

4.根据权利要求1所述的一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，其特征在于：所述的电解槽（2）上设置有用于测温的从电解槽（2）顶部插入电解槽（2）内部并且部分插入阳极电解质（3）中的热电偶（12）。

5.根据权利要求1所述的一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，其特征在于：所述的排钠管（8）连接有高纯钠收集器（13）。

6.根据权利要求1所述的一种用于提纯金属钠的熔融电解装置，其特征在于：所述的隔膜管（6）顶部设置有保护气体入口（14）。