CN211199423U - 一种电解制氟槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电解制氟槽，包括槽体、阳极、阴极和隔膜，所述槽体的顶面上设置盖板，所述隔膜的边缘与所述盖板的下表面连接成一个整体，所述隔膜的中间部分下垂到所述槽体的内腔中并形成多个的拱门状的向上凸起，所述隔膜和所述盖板之间的空腔为氟气收集室，所述隔膜下方的拱门状空间为氢气收集室，所述阳极的导电杆容纳在所述氟气收集室内，所述阴极设置在所述槽体内并处于所述氢气收集室的下方，所述阳极的导电杆的表面上在靠近盖板处以及靠近导电杆附近的盖板上设置有绝缘层，所述隔膜的表面上设置保护层，阳极表面涂覆高导电涂覆层，提高了隔膜的耐腐蚀性，抑制了碳阳极的极化现象，提高了电解槽的电流效率和使用寿命长。

Description

一种电解制氟槽

技术领域

本实用新型涉及一种电解制氟槽，属于氟气制备技术领域。

背景技术

氟气，元素氟的气体单质，化学式F₂，淡黄色，氟气化学性质十分活泼，具有很强的氧化性，除全氟化合物外，可以与几乎所有有机物和无机物反应。氟气由于其特殊的化学性质，被广泛应用于各个领域。

制造含氟塑胶：利用氟气和塑胶的反应可以制备含氟塑胶，含氟塑胶具有耐高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学药品的特点，已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪器、机械等工业领域。

原子能工业：通过氟从铀矿中提取铀235，因为铀和氟的化合物很易挥发，用分馏法可以把它和其它杂质分开，得到十分纯净的铀235。铀235是制造原子弹的原料。在铀的所有化合物中，只有氟化物具有很好的挥发性能。

航空：由于氟气氧化性很强，液化的氟气可作为火箭燃料中的氧化剂。

其他方面：氟气还用于金属的焊接和切割，电镀，玻璃加工，药物，农药，杀鼠剂，冷冻剂，等离子蚀刻等。

现代制氟工业一般采用中温型电解，电解氟氢化钾与氟化氢的混合物，以石墨做阳极，钢制电解槽槽身做阴极，以氟化氢钾为电解质，进行无水氢氟酸的电解，再经净化而得。电解总反应式：

2KHF₂→2KF+H₂+F₂

然而，电解槽在运行的过程中，阴极和阳极分别产生氢气和氟气，二者一旦相遇会发生强烈的爆炸，因此制氟电解槽通常采用隔膜将阴极和阳极隔离在独立的腔室内，腔室之间利用液态电解质的液封作用隔离开来。电解槽的隔膜通常采用碳钢、高镍合金钢、双相钢等材料等耐腐蚀材料，一段时间以后仍存在腐蚀的现象，最终必须停下更换。

由于在电解槽运行时，在阳极杆和隔膜之间产生了导电液膜，从而加速了电化学腐蚀，这种腐蚀由于电解质的高温被大大加强，因而降低了隔膜的寿命，必须频繁的停下来更换，制约了生产的连续运行。与此同时，随着电解槽的不断运行，在阳极的表面会形成一层氟碳膜，该氟碳膜随着时间的增长不断变厚，导致碳阳极的导电性变差，出现明显的极化现象，导致电解槽的电流效率降低，运行的能耗增大，也严重制约了生产的连续运行。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电解制氟槽，可以有效解决上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种电解制氟槽，包括槽体、阳极、阴极和隔膜，所述槽体、所述阳极以及所述阴极相互之间绝缘，所述槽体的顶面上设置盖板，所述隔膜的上边缘与所述盖板的下表面连接成一个整体，所述隔膜的中间部分下垂到所述槽体的内腔中并形成多个的拱门状的向上凸起，所述隔膜和所述盖板之间的空腔为氟气收集室，所述隔膜下方的拱门状空间为氢气收集室，所述隔膜的下端设置通孔，所述阳极从所述盖板上插入槽体内并从所述通孔穿出，所述阳极的导电杆容纳在所述氟气收集室内，所述阴极设置在所述槽体内并处于所述氢气收集室的下方，所述阳极的导电杆的表面上在靠近盖板处以及靠近导电杆附近的盖板上设置有绝缘层，所述隔膜的表面上设置保护层，所述阳极的表面设置高导电涂覆层。

作为进一步改进的，所述高导电涂覆层为高导电碳材料，所述高导电碳材料选自石墨烯、碳纳米管或纳米石墨中的一种或几种。

作为进一步改进的，所述绝缘层为含氟高分子绝缘材料。

作为进一步改进的，所述含氟高分子绝缘材料选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、可溶性四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯六氟丙烯共聚物或乙烯和四氟乙烯的共聚物中的一种或几种。

作为进一步改进的，所述保护层为金属含氟无机盐或金属粉末。

作为进一步改进的，所述金属含氟无机盐选自CaF2、MgF2、PuF4、PuF3、SrF2、YF3中的一种或几种。这些含氟无机盐的共性是在无水氟化氢或者氟化氢钾的无水氟化氢溶液中溶解度很小，属于微溶、难溶或者不溶。

作为进一步改进的，所述金属粉末选自Ca、Mg、Pu、Sr、Y中的一种或几种。这些金属的共性是它们与氟化氢反应能够生成相应的氟化物，这些氟化物在无水氟化氢或者氟化氢钾的无水氟化氢溶液中溶解度很小，属于微溶、难溶或者不溶。

作为进一步改进的，所述绝缘层设置在所述阳极的导电杆与盖板连接处能够与腐蚀性气态流体接触的部分。

作为进一步改进的，所述保护层设置在隔膜表面上的位置为从隔膜的最下端至电解质溶液液面以上100mm。

作为进一步改进的，所述保护层的厚度为1-5mm。

作为进一步改进的，所述纳米石墨的比表面积大于500㎡/g。

作为进一步改进的，所述保护层设置在所述隔膜的双面。

本实用新型的有益效果是：

所述阳极的导电杆在靠近盖板处的表面上以及靠近导电杆附近的盖板上增加绝缘涂覆层，防止导电液膜的形成，从而阻止阳极导电杆与盖板以及隔膜之间形成导电电路，防止了隔膜的电化学腐蚀的发生。

在所述隔膜的表面上设置保护层，隔离了隔膜金属基体与电解质的接触，避免隔膜的电化学腐蚀的发生，大大提高隔膜的工作寿命，提高了生产的连续运行性；同时由于采用了保护层，隔膜的金属基体可以采用经济性更好的碳钢等材质，基本不会增加设备的成本。

在所述的阳极板表面设置高导电涂覆层，降低了界面电阻，抑制了阳极的表面会氟碳膜形成，降低了极化现象，提高电解槽的电流效率，降低运行的能耗，保证了生产的连续运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有技术的电解制氟槽的结构示意图。

图2是本实用新型的电解制氟槽的绝缘层、高导电涂覆层和保护层的结构示意图。

附图标记：槽体1、阴极2、冷却散热系统3、阳极4、导电杆41、盖板5、氮气进口6、氟气出口8、氢气出口9、夹板10、电解液加料口11、排气口12、氟气收集室13、氢气收集室14、隔膜15、绝缘层16、保护层17、高导电涂覆层18、通孔19。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示为现有技术的电解制氟槽，包括槽体1、阴极2、冷却散热系统3、阳极4。在槽体1顶部设有盖板5，还设有隔膜15。所述隔膜15的边缘与所述盖板5的下表面连接成一个整体，所述隔膜15的中间部分下垂到所述槽体1的内腔中并形成多个的拱门状的向上凸起，所述隔膜15和所述盖板5之间的空腔为氟气收集室13，所述隔膜15下方的拱门状空间为氢气收集室14。所述隔膜15的下端设置通孔19，所述阳极4从所述盖板5上插入槽体1内并从所述通孔19穿出，所述阳极4的导电杆容纳在所述氟气收集室13内。所述阴极2设置在所述槽体1内并处于所述氢气收集室14的下方。在盖板5上还分布着氮气进口6，用于对电解槽内部进行置换和氮气保护，而电解产生的氟气和氢气分别通过氟气出口8和氢气出口9进入下游工序，槽体1上还设有电解液加料口11、排气口12、固定盖板5用的夹板10。

槽体1内部装有电解液，阴极2、冷却散热系统3和阳极4没入电解液中，冷却散热系统3用于带走电解产生的多余热量，阴极2为阴极框，其中含有百叶片还具有导流氢气的作用，电解时阴极框产生的氢气通过百叶片导流进入氢气收集室14内，防止了氢气和氟气接触而发生爆炸。阳极4是氟气生成的场所，产生的氟气由阳极4表面上浮从所述通孔19进入所述氟气收集室13内，该阳极4一般由碳板组成，运行时间长了会有部分碳粉脱落，在电解液表面形成导电通路，使电解槽隔膜15带电，产生隔膜的腐蚀现象。

电解制氟槽经过一段时间的运行，后盖板5顶部阳极4导电杆上形成的KF·nHF导电液膜，由于电解槽的盖板5相对于电解槽其他部位，温度较低，使得挥发的KF在盖板5和游离的HF结合形成KF·nHF导电液膜，导致盖板5带电，盖板与隔膜15焊接的方式连接在一起，这样就会引起隔膜15带电。

电解槽运行一段时间后，在阳极4的表面还会形成一层氟碳膜，该氟碳膜随着时间的增长不断变厚，导致阳极4的导电性变差，出现明显的极化现象，电解槽的电流效率降低，运行的能耗增大，严重制约了生产的连续运行。

如图2所示，本实用新型提供一种电解制氟槽，在现有技术的电解制氟槽的基础上，做以下改进：所述阳极4的导电杆的表面上在靠近盖板5处以及靠近导电杆附近的盖板上设置有绝缘层16；所述隔膜15的表面上设置保护层17；所述阳极4的表面设置高导电涂覆层19。所述绝缘层16能够防止导电液膜的形成，从而阻止阳极4导电杆与盖板5以及隔膜15之间形成导电电路，防止了隔膜15的电化学腐蚀的发生。所述保护层17可以隔离隔膜15金属基体与电解质的接触，避免隔膜15的电化学腐蚀的发生，大大提高隔膜15的工作寿命，提高了生产的连续运行性。所述高导电涂覆层19能够降低界面电阻，抑制了阳极4的表面会氟碳膜的形成，降低了极化现象，提高电解槽的电流效率，降低运行的能耗，保证了生产的连续运行。

所述高导电涂覆层为高导电碳材料，所述高导电碳材料包括但不限于：石墨烯、碳纳米管、纳米石墨等。所述纳米石墨的比表面积大于500㎡/g。

所述绝缘层16为含氟高分子绝缘材料，所述含氟高分子绝缘材料包括但不限于：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、可溶性四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯六氟丙烯共聚物或乙烯、四氟乙烯的共聚物等。

所述保护层17为金属含氟无机盐或金属粉末。

所述金属含氟无机盐包括但不限于：CaF2、MgF2、PuF4、PuF3、SrF2、YF3等，这些含氟无机盐的共性是在无水氟化氢或者氟化氢钾的无水氟化氢溶液中溶解度很小，属于微溶、难溶或者不溶。

所述金属粉末包括但不限于：Ca、Mg、Pu、Sr、Y等，这些金属的共性是它们与氟化氢反应能够生成相应的氟化物，这些氟化物在无水氟化氢或者氟化氢钾的无水氟化氢溶液中溶解度很小，属于微溶、难溶或者不溶。

所述保护层17设置在隔膜表面上的位置为从隔膜15的最下端至电解质液液面以上100mm，设置更多的保护层17会浪费材料。

所述保护层17设置在所述隔膜15的双面，对隔膜15的双面均进行保护。

所述保护层的厚度为1-5mm。在这个厚度内，可以对隔膜15进行有效保护，厚度大于5mm，浪费材料。

所述绝缘层16设置在所述阳极4的导电杆与盖板5连接处能够与腐蚀性气态流体接触的部分。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电解制氟槽，包括槽体、阳极、阴极和隔膜，所述槽体、所述阳极以及所述阴极相互之间绝缘，所述槽体的顶面上设置盖板，所述隔膜的边缘与所述盖板的下表面连接成一个整体，所述隔膜的中间部分下垂到所述槽体的内腔中并形成多个的拱门状的向上凸起，所述隔膜和所述盖板之间的空腔为氟气收集室，所述隔膜下方的拱门状空间为氢气收集室，所述隔膜的下端设置通孔，所述阳极从所述盖板上插入槽体内并从所述通孔穿出，所述阳极的导电杆容纳在所述氟气收集室内，所述阴极设置在所述槽体内并处于所述氢气收集室的下方，其特征在于：所述阳极的导电杆的表面上在靠近盖板处以及靠近导电杆附近的盖板上设置有绝缘层，所述隔膜的表面上设置保护层，所述的阳极表面设置高导电涂覆层。

2.根据权利要求1所述的电解制氟槽，其特征在于：所述绝缘层为含氟高分子绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的电解制氟槽，其特征在于：所述保护层为金属含氟无机盐或金属粉末。

4.根据权利要求1所述的电解制氟槽，其特征在于：所述绝缘层设置在所述阳极的导电杆与盖板连接处能够与腐蚀性气态流体接触的部分。

5.根据权利要求1所述的电解制氟槽，其特征在于：所述保护层设置在隔膜表面上的位置为从隔膜的最下端至电解质溶液液面以上100mm。

6.根据权利要求5所述的电解制氟槽，其特征在于：所述保护层的厚度为1-5mm。

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