CN216237317U - 一种通过电解熔融电解质生产金属的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电解槽技术领域的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，包括电解槽体，电解槽体内部设有把槽腔分为电解室和金属收集室的立墙，立墙上段墙面设有导流口，立墙下段墙面设有进料口，电解槽体顶部可拆卸连接有密封盖；密封盖对应金属收集室的盖面设有料口。本实用新型可以通过多个阳极电极、阴极电极以及双极电极的作用，并且三者整体均匀板状的长方体结构，与现有技术中筒状的电极组件相比，不仅提高了空间利用率，达到更加的电解效果，还可以通过设置的导流块，实现对液态金属流动起到导向的作用，使得液态金属顺利的通过导流口，同时防止产生的液态金属与电解产生的气体有过多接触。

Description

一种通过电解熔融电解质生产金属的装置

技术领域

本实用新型涉及电解槽技术领域，特别是涉及一种通过电解熔融电解质生产金属的装置。

背景技术

现有的熔融盐电解槽虽然为了提高生产效益，进行了很多改进，比如目前公开号为CN1073171C的中国专利公开了一种能从熔融电解液中再生金属的电解槽和在这种电解槽中使用的一种电极组件。电解槽中包括有电极组件，组件是由阳极、阴极和一个或一个以上的双极电极构成，双极电极放在阳极和阴极之间，以形成发生电解作用的极间间隙。在电极组件中，双极电极(如只有一个时)或最内层的双极电极(如有一个以上时)基本上围绕着阳极并形成单个的机械上和电气上的统一体，但是该装置存在以下缺陷：1、该装置中电极组件为环形结构，导致生产出的金属流向金属收集室不顺畅，造成产生的液态金属与电解产生的气体有过多接触，造成不良影响；2、没有对阳极进行防护，长时间后，位于液面处的阳极容易因氧化而断裂，影响生产，并且会导致阳极出现高温现象；3、该装置中槽体为矩形腔，导致拐角处存在较大的结构应力，在运行过程中常出现焊缝开裂的现象。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种通过电解熔融电解质生产金属的装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，包括电解槽体，电解槽体内部设有把槽腔分为电解室和金属收集室的立墙，立墙上段墙面设有导流口，立墙下段墙面设有进料口，电解槽体顶部可拆卸连接有密封盖；密封盖对应金属收集室的盖面设有料口，密封盖对应电解室的盖面设有出气口，其特征在于：电解室内腔上部设有与导流口对应的电解组件，电解室内腔下部设有用于支撑电解组件，且具有绝缘功能的支撑组件；

电解组件包括N个阳极电极、N+1个与立墙对应垂直且抵触配合的阴极电极，阳极电极和阴极电极相对且交替设置，相邻的阳极电极和阴极电极之间间隔设有M个间隔设置的双极电极，且M个双极电极上端高度由阳极电极到阴极电极逐渐降低，并且靠近阴极电极的双极电极上端高于阴极电极的上端；阴极电极通过支母线可拆卸连接有阴极母线；阴极电极为U型结构，该U型结构两内壁上端均设有上端面与导流口对应的导流块，且两个导流块相对并间隔设置，该U型结构底面设有电解质出口；阳极电极两相背面且位于电解室中液面上方的位置均贴合有镀银铜箔，镀银铜箔外侧面贴合有铝块，铝块内部匀设有冷却水道，且冷却水道的两开口端分别连接有进水管和出水管，铝块一端可拆卸连接有阳极母线。

优选的，阳极电极对应电解室中液面的外表面设有氮化硅保护套，且双极电极上端低于电解室中液面。

优选的，阴极电极外壁设有防护层。

优选的，支撑组件包括支墩、支撑杆、绝缘支撑杆，支墩矩阵设在电解室底部，每排支墩上端设有一水平的支撑杆，支撑杆上端面沿其长度方向设有用于一一对应支撑阴极电极的绝缘支撑杆，且绝缘支撑杆对应阴极电极上的电解质出口位置设有流道；阳极电极和双极电极下端面抵在支撑杆上，且支墩或支撑杆具有绝缘性能。

优选的，金属收集室内安装有用于控制电解质液位的液位控制装置。

优选的，液位控制装置包括用于检测金属收集室内腔中电解质液面的液位检测装置和浸入到电解质液面下方的液下罐，液下罐底部设有开口，顶端连通有气管，气管上端固定穿过密封盖，并连通有能够调节气管内气压的气体调节设备，气管还连接有用于检测气管内气压的气压检测装置，气压检测装置气体调节设备均与液位检测装置信号连接。

优选的，金属收集室内安装有用于调节电解质温度的温度控制装置。

优选的，温度控制装置包括用于检测电解质温度的温度检测装置和浸入电解质液面下方的内盘管，内盘管的两端均穿过密封盖，且任一端连通于鼓风机的出风口，所述鼓风机与温度检测装置信号连接。

优选的，电解槽体中相邻的侧壁之间设有过渡圆角。

优选的，电解槽体包括外壳、保温层、绝缘内衬，外壳、保温层和绝缘内衬由外向内依次设置。

有益效果在于：

1、可以通过多个阳极电极、阴极电极以及双极电极的作用，并且三者整体均匀板状的长方体结构，与现有技术中筒状的电极组件相比，不仅提高了空间利用率，达到更加的电解效果；

2、通过设置导流块，实现对液态金属流动起到导向的作用，使得液态金属顺利的通过导流口，同时防止产生的液态金属与电解产生的气体有过多接触；

3、在阳极电极上端增加铝块，铝块内部设有冷却水道，因此利用热传递的功能，实现对阳极电极快速降温的功能；

4、通过设置氮化硅保护环，能够有效避免阳极电极在使用过程中因氧化而断裂，提高了阳极电极的使用寿命

5、通过设置过渡圆角，改善了电解槽体结构应力集中的现象，增加了稳定性，有效避免了电解槽体在运行过程中出现焊缝开裂的现象，降低了安全事故的发生几率；

6、电极与对应的母线可拆卸连接，提高了阳极电极和阴极电极的拆装维修效率，节约了时间，避免了大修时切割和焊接阴极造成电解槽系列长时间降电流造成生产效率下降的问题。

本实用新型的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本实用新型的具体实践可以了解到。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖视图；

图3是本实用新型中的密封盖的结构示意图；

图4是本实用新型中的阴极电极的结构示意图；

图5是本实用新型中的阳极电极的结构示意图；

图6是本实用新型中液位控制装置和温度控制装置局部结构示意图。

附图标记说明如下：

1、电解槽体；101、外壳；102、保温层；103、绝缘内衬；11、立墙；111、导流口；112、进料口；12、密封盖；121、料口；122、出气口；13、电解组件；131、阳极电极；1311、氮化硅保护套；1312、铝块；1313、镀银铜箔；132、阴极电极；1321、导流块；1322、防护层；133、双极电极；134、阳极母线；135、阴极母线；14、支撑组件；141、支墩；142、支撑杆；143、绝缘支撑杆；15、液位控制装置；151、液下罐；152、气管；16、温度控制装置；161、内盘管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一，如图1-6所示，一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，适用于生产的金属密度小于电解质密度，此处以氯化镁为原料，包括电解槽体1，电解槽体1内部设有把槽腔分为电解室和金属收集室的立墙11，立墙11设为绝缘耐高温材质，立墙11上段墙面设有导流口111，导流口111用于将阴极电极132产生的液态金属以及电解质混合物导入到金属收集室中，从而保证液态金属能够与电解质和电解产生的气体快速分离，避免出现二次反应，立墙11下段墙面设有进料口112，电解槽体1顶部可拆卸连接有密封盖12，能够对密封盖12进行拆卸检修；密封盖12对应金属收集室的盖面设有料口121，料口121用于定期向金属收集室补充氯化镁原料，并且定期抽出漂浮在金属收集室电解质液面的金属镁，密封盖12对应电解室的盖面设有出气口122，出气口122用于收集电解产生的氯气，并且通过氯气压缩机抽至氯气处理工序，电解室内腔上部设有与导流口111对应的电解组件13，电解室下部内腔设有用于支撑电解组件13，且具有绝缘功能的支撑组件14；

电解组件13包括N个阳极电极131、N+1个与立墙11对应垂直且抵触配合的阴极电极132、N为正整数，优选的，N为2-8，此处设有N为5，阳极电极131和阴极电极132相对且交替设置，相邻的阳极电极131和阴极电极132之间间隔设有M个间隔设置的双极电极133，该间隔可以通过设置的绝缘陶瓷棒控制，这样不仅可以保证双极电极133较为稳定，还能电解质能够在相邻的双极电极143之间能够顺利的通过，通过相互的挤压，因此能够保证所有的电极都能够稳定的放置，且M个双极电极133上端高度由阳极电极131到阴极电极132逐渐降低，并且靠近阴极电极132的双极电极133上端高于阴极电极132的上端，M为正整数，优选的，M为2-8，此处设有M为4，相邻双极电极143之间的间隔为5-10mm，具体尽可能的等间距设置，双极电极143与阳极电极131和阴极电极132之间的间隔为5-15mm，具体根据实际需要而定，这样可以防止产生的金属产品与电解产生的气体混合发生二次反应，同时能够在电流通路上产生大量的电压降，更有利于金属产品的产出，相邻的双极电极133的高度差为5～12mm，这样的排列能够保证电解质快速流过双极电极133的顶部，此外，双极电极133顶端面两侧加工成圆形倒角，为电解质从电解区域上升并进入阴极电极132内提供光滑的非湍流路径；阴极电极132通过支母线可拆卸连接有阴极母线135，这样提高了阳极电极131和阴极电极132的拆装维修效率，节约了时间，避免了电解组件13大修时需要切割和焊接阴极造成电解槽系列长时间降电流造成电解槽效率下降，双极电极133不需要和母线连接，能够提高电解室的空间利用率，大大提高了产能；

阴极电极132为U型结构，该U型结构两内壁上端均设有上端面与导流口111对应的导流块1321，且两个导流块1321相对并间隔设置，这样便于电解质和气体通过，该U型结构底面设有电解质出口，导流块1321采用耐火砖，这样导流块1321能够对液态金属流动起到导向的作用，使得液态金属顺利的通过导流口111，同时防止产生的液态金属与电解产生的气体有过多接触；

阳极电极131两相背面且位于电解室中液面上方的位置均贴合有镀银铜箔1313，镀银铜箔1313外侧面贴合有铝块1312，铝块1312内部匀设有冷却水道，且冷却水道的两开口端分别连接有进水管和出水管，铝块1312一端可拆卸连接有阳极母线134，冷却水道具体为：铝块1312一端面沿其长度方向匀设有位于铝块1312内同一平面，且长度不同的多条管道，多条管道的开口端均可拆卸连接有堵头，铝块1312该端头一侧壁沿其宽度方向设有与多条管道连通的连通管道,且连通管道与多条管道位于同一平面，连通管道开口端也可拆卸连接有堵头，铝块1312一侧面沿铝块1312宽度方向设有与多条管道的内端分别一一对应连通的通水管道，且通水管道与多条管道处于同一平面，通水管道、多条管道、连通管道配合堵头形成一路冷却水道，这样可以向冷却水道中通入流动的冷却液或冷水，此时阳极电极131的热量通过镀银铜箔1313传递给铝块1312，铝块1312的热量被流动的冷却液或冷水带走，实现了对阳极电极131散热的功能，具体的多条管道的开口端均可拆卸连接有堵头，因此可以方便的清理管道内水垢；

这样设置可以通过多个阳极电极131、阴极电极132以及双极电极133的作用，并且三者整体均匀板状的长方体结构，与现有技术中筒状的电极组件相比，不仅提高了空间利用率，达到更加的电解效果，还可以通过设置的导流块1321，实现对液态金属流动起到导向的作用，使得液态金属顺利的通过导流口111，同时防止产生的液态金属与电解产生的气体有过多接触；

阳极电极131对应电解室中液面的外表面设有氮化硅保护套1311，且双极电极133上端低于电解室中液面，阳极电极131为碳质材料，这样设置能够有效避免石阳极电极131在使用过程中因氧化而断裂，提高了阳极电极131的使用寿命；

阴极电极132外壁设有防护层1322，阴极电极132两侧板采用钢板，防护层1322为硼化钛镀层，利用硼化钛镀层能够有效降低阴极表面氧化避免阴极钝化，提高电解生产效率。

实施例二，在实施例一的基础上，如图1、图2所示，支撑组件14包括支墩141、支撑杆142、绝缘支撑杆143，支墩141矩阵设在电解室底部，每排支墩141上端设有一水平的支撑杆142，支撑杆142上端面沿其长度方向设有用于一一对应支撑阴极电极132的绝缘支撑杆143，且绝缘支撑杆143对应阴极电极132上的电解质出口位置设有流道；阳极电极131和双极电极133下端面抵在支撑杆142上，且支墩141或支撑杆142具有绝缘性能，这样保证了电解质的流动性。

实施例三，在实施例一的基础上，如图1所示，金属收集室内安装有用于控制电解质液位的液位控制装置15，液位控制装置15可以设为一组，也可以设有相互独立的两组，使得当一组中的液下罐152损坏时，另外一组仍能够维持电解槽运行，保证了安全生产的持续进行，液位控制装置15包括用于检测金属收集室内腔中电解质液面的液位检测装置和浸入到电解质液面下方的液下罐151，液下罐151底部设有开口，顶端连通有气管152，气管152上端固定穿过密封盖12，并连通有能够调节气管152内气压的控制装置，气管152还连接有用于检测气管152内气压的气压检测装置，所述气压检测装置、控制装置均与液位检测装置信号连接，液位检测装置内部设有控制模块，能够根据信号做出相应的控制信号；

这样设置液位检测装置检测到金属收集室内腔中电解质液位低于阈值时，控制装置控制与气管152外接的充气装置向气管152内充气，进而使得液下罐151内的电解质排出，使得金属收集室内腔中电解质液位上升，气压控制装置能够通过液位检测装置反馈的检测信号，往气管152中通入或者排出气体，进而来控制调节电解质液位的高低满足要求，气压检测装置用于检测气管152内气压，可以防止气管152内气压的变化，当往气管152中通入气体，气管152内气压不变，说明液下罐151内的电解质一排尽，金属收集室内腔中电解质液位无法再上升，需要添加进行原料，当液位检测装置检测到金属收集室内腔中电解质液位高于阈值时，利用上述原理，使得液下罐151内部的气压降低，冲入的气体最好是惰性气体，例如氩气。

实施例四，在实施例一的基础上，如图1所示，金属收集室内安装有用于调节电解质温度的温度控制装置16，温度控制装置16可以设一组，也可以设为相互独立的两组，设为两组可以起到冗余控制温度的功能；

温度控制装置16包括用于检测电解质温度的温度检测装置和浸入电解质液面下方的内盘管161，内盘管161可以固定液下罐151外壁上，在所述内盘管161的两端均穿过密封盖12，且任一端连通于鼓风机的出风口，所述鼓风机与温度检测装置信号连接，这样设置温度检测装置检测电解槽体中电解质的温度高于阈值时，利用鼓风机向内盘管161吹入空气风冷降温，鼓风机也可以换成水泵，把风冷却改成水冷的方式降温。

实施例五，在实施例一的基础上，如图1-3所示，电解槽体1中相邻的侧壁之间设有过渡圆角，改善了电解槽体1结构应力集中的现象，增加了稳定性，有效避免了电解槽体1在运行过程中出现焊缝开裂的现象，降低了安全事故的发生几率；

电解槽体1包括外壳101、保温层102、绝缘内衬103，外壳101、保温层102和绝缘内衬103由外向内依次设置，这样设置能够有效抵御熔融金属或熔融电解质的侵蚀。

上述结构中，使用时，电解质中的氯化镁被电解，在阴极电极132上产生液态金属镁，产生的液态金属镁通过阴极电极132的开口进入阴极电极132，并在导流块1321的导引下从导流口111进入金属收集室中，由于液态金属密度较小，漂浮在金属收集室的电解质上方，便于通过料口121定期抽出，同时电解产生的氯气通过出气口122排出，并且通过氯气压缩机抽至氯气处理工序，电解过程产生的槽渣会沉降到电解室的底部，在此过程中，金属收集室中的电解质由进料口112进入到电解室中，然后通过支撑杆142和绝缘支撑杆143进入到电极之间进行电极，还可以通过温度控制装置16控制电解质的温度，液位控制装置15保证电解质的液位相对稳定，并在整个电解的过程中，向冷却水道中通入流动的冷却液或冷水，使得冷却液或冷水把阳极电极131的热量被快速的带走，实现快速对阳极电极131冷却的效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (10)

1.一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，包括电解槽体（1），电解槽体（1）内部设有把槽腔分为电解室和金属收集室的立墙（11），立墙（11）上段墙面设有导流口（111），立墙（11）下段墙面设有进料口（112），电解槽体（1）顶部可拆卸连接有密封盖（12）；密封盖（12）对应金属收集室的盖面设有料口（121），密封盖（12）对应电解室的盖面设有出气口（122），其特征在于：电解室内腔上部设有与导流口（111）对应的电解组件（13），电解室内腔下部设有用于支撑电解组件（13），且具有绝缘功能的支撑组件（14）；

电解组件（13）包括N个阳极电极（131）、N+1个与立墙（11）对应垂直且抵触配合的阴极电极（132），阳极电极（131）和阴极电极（132）相对且交替设置，相邻的阳极电极（131）和阴极电极（132）之间间隔设有M个间隔设置的双极电极（133），且M个双极电极（133）上端高度由阳极电极（131）到阴极电极（132）逐渐降低，并且靠近阴极电极（132）的双极电极（133）上端高于阴极电极（132）的上端；阴极电极（132）通过支母线可拆卸连接有阴极母线（135）；阴极电极（132）为U型结构，该U型结构两内壁上端均设有上端面与导流口（111）对应的导流块（1321），且两个导流块（1321）相对并间隔设置，该U型结构底面设有电解质出口；阳极电极（131）两相背面且位于电解室中液面上方的位置均贴合有镀银铜箔（1313），镀银铜箔（1313）外侧面贴合有铝块（1312），铝块（1312）内部匀设有冷却水道，且冷却水道的两开口端分别连接有进水管和出水管，铝块（1312）一端可拆卸连接有阳极母线（134）。

2.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：阳极电极（131）对应电解室中液面的外表面设有氮化硅保护套（1311），且双极电极（133）上端低于电解室中液面。

3.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：阴极电极（132）外壁设有防护层（1322）。

4.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：支撑组件（14）包括支墩（141）、支撑杆（142）、绝缘支撑杆（143），支墩（141）矩阵设在电解室底部，每排支墩（141）上端设有一水平的支撑杆（142），支撑杆（142）上端面沿其长度方向设有用于一一对应支撑阴极电极（132）的绝缘支撑杆（143），且绝缘支撑杆（143）对应阴极电极（132）上的电解质出口位置设有流道；阳极电极（131）和双极电极（133）下端面抵在支撑杆（142）上，且支墩（141）或支撑杆（142）具有绝缘性能。

5.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：金属收集室内安装有用于控制电解质液位的液位控制装置（15）。

6.根据权利要求5所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：液位控制装置（15）包括用于检测金属收集室内腔中电解质液面的液位检测装置和浸入到电解质液面下方的液下罐（151），液下罐（151）底部设有开口，顶端连通有气管（152），气管（152）上端固定穿过密封盖（12），并连通有能够调节气管（152）内气压的气体调节设备，气管（152）还连接有用于检测气管（152）内气压的气压检测装置，气压检测装置气体调节设备均与液位检测装置信号连接。

7.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：金属收集室内安装有用于调节电解质温度的温度控制装置（16）。

8.根据权利要求7所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：温度控制装置（16）包括用于检测电解质温度的温度检测装置和浸入电解质液面下方的内盘管（161），内盘管（161）的两端均穿过密封盖（12），且任一端连通于鼓风机的出风口，所述鼓风机与温度检测装置信号连接。

9.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：电解槽体（1）中相邻的侧壁之间设有过渡圆角。

10.根据权利要求1所述的一种通过电解熔融电解质生产金属的装置，其特征在于：电解槽体（1）包括外壳（101）、保温层（102）、绝缘内衬（103），外壳（101）、保温层（102）和绝缘内衬（103）由外向内依次设置。

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