CN216864352U

CN216864352U - 电解装置

Info

Publication number: CN216864352U
Application number: CN202220421518.2U
Authority: CN
Inventors: 刘玉宝; 于兵; 黄海涛; 张全军; 赵二雄; 杨鹏飞; 李园; 高日增; 张先恒; 吕卫东; 苗旭晨; 张洋; 侯复生; 董岳阳; 郝怡人
Original assignee: Baotou Rare Earth Research Institute; Ruike Rare Earth Metallurgy and Functional Materials National Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: Baotou Rare Earth Research Institute; Ruike Rare Earth Metallurgy and Functional Materials National Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2032-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种电解装置。该电解装置包括电解槽、多段感应加热系统和感应加热电源；所述电解槽用于为在熔盐电解质的存在下将金属化合物转化为金属单质或合金提供反应场所；所述多段感应加热系统设置在所述电解槽的外周；所述多段感应加热系统包括两组以上感应加热元件，所述感应加热元件沿所述电解槽的高度方向分布；多段感应加热系统用于提高电解槽内的金属化合物和熔盐电解质的温度；所述感应加热电源设置为至少两组；所述感应加热电源与所述感应加热元件相连，所述感应加热电源向所述感应加热元件提供交流电。该电解装置能够对电解槽及其内的物质实现温度分段控制。

Description

电解装置

技术领域

本实用新型涉及一种电解装置，特别涉及一种适用于熔盐电解法的电解装置。

背景技术

目前，熔盐电解法制备金属单质或合金的加热方法主要有内加热法和外加热法两种。内加热法依靠自身电解产生的热量维持平衡，千安级以上的电解装置属于此种；外加热法普遍采用电阻炉外加热提供热量，应用于千安级以下小型电解装置。例如，CN209798138U公开了一种熔盐电解制备钛的装置，包括加电阻炉、电解池，电解池置于电阻炉内。但是，电阻炉加热存在调节困难，加热速度慢，效率低，且加热丝或加热棒长期处于氟盐环境下寿命有限等缺点。

CN107130267A公开了一种熔盐电解法生产金属或合金的装置。该装置包括感应加热电源、炉体和感应加热器。感应加热器通过电缆连接感应加热电源。炉体包括耐火材料层、外壳和电解槽。电解槽位于外壳内部，耐火材料层位于电解槽和外壳之间；感应加热器布置在耐火材料层外侧，感应加热电源给感应加热器提供交流电。该装置采用感应加热器，虽然克服了电阻炉加热调节困难，加热速度慢，效率低等缺陷，但仍然会产生熔盐电解质挥发的现象。

实用新型内容

本实用新型公开了一种电解装置，该电解装置能够对电解槽及其内的物质实现温度分段控制，减少熔盐电解质的挥发，降低能源消耗，提高加热系统的使用寿命。

本实用新型提供了一种电解装置，包括电解槽、多段感应加热系统和感应加热电源；

所述电解槽设置用于为在熔盐电解质的存在下将金属化合物转化为金属单质或合金提供反应场所；

所述多段感应加热系统设置在所述电解槽的外周；所述多段感应加热系统包括两组以上感应加热元件，所述感应加热元件沿所述电解槽的高度方向分布；多段感应加热系统用于提高电解槽内的金属化合物和熔盐电解质的温度；

所述感应加热电源设置为至少两组；所述感应加热电源与所述感应加热元件相连，所述感应加热电源向所述感应加热元件提供交流电。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述感应加热元件为感应加热线圈。

根据本实用新型的电解装置，优选地，相邻所述感应加热元件之间设置有绝缘元件。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述感应加热电源的个数与所述感应加热元件的个数相同，每个感应加热电源对应一个感应加热元件。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述感应加热元件设置为两组，分别为第一感应加热元件和第二感应加热元件；

所述感应加热电源设置为两组，分别为第一感应加热电源和第二感应加热电源；

所述第一感应加热电源与所述第一感应加热元件相连，所述第一感应加热电源设置为向所述第一感应加热元件提供交流电；所述第二感应加热电源与所述第二感应加热元件相连，所述第二感应加热电源设置为向所述第一感应加热元件提供交流电。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述电解装置还包括耐火保温层；

所述耐火保温层套设在所述电解槽的外周，且位于所述电解槽和所述多段感应加热系统之间。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述多段感应加热系统还包括感应加热外壳；

所述感应加热外壳包裹在所述感应加热元件外，且与所述耐火保温层接触或者靠近所述耐火保温层。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述电解装置包括收集容器，所述收集容器设置在所述电解槽的底部。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述电解装置还包括电极和电极升降系统；

所述电极升降系统与所述电极相连，所述电极升降系统设置为能够使电极浸入电解槽内的金属化合物和熔盐电解质中或从电解槽内的金属化合物和熔盐电解质中移出。

根据本实用新型的电解装置，优选地，所述电解装置还包括熔盐电解整流器，所述熔盐电解整流器与所述电极相连；所述熔盐电解整流器用于将交流电转化为直流电，并供给至电极。

本实用新型的电解装置具有多段感应加热系统，通过多个感应加热电源分别对不同的感应加热元件进行控制，从而能够实现温度精确分段控制。这样能够使电解槽内的金属层达到较高的温度，促进金属化合物电解；使熔盐电解质层控制在较低的温度，防止其挥发。本实用新型的电解装置能够降低能源消耗，提高加热系统的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的一种电解装置。

附图标记如下：

1-电解槽；21-第一感应加热元件；22-第二感应加热元件；31-第一感应加热电源；32-第二感应加热电源；4-绝缘元件；5-耐火保温层；61-第一感应加热外壳；62-第二感应加热外壳；7-收集容器；81-阴极电极；82-阳极电极。

具体实施方式

本实用新型的电解装置包括电解槽、多段感应加热系统和感应加热电源。在某些实施方式中，电解装置还包括绝缘元件、耐火保温层、感应加热外壳、收集容器、电极、电极升降系统和熔盐电解整流器中的一项或多项。

<电解槽和耐火保温层>

本实用新型的电解槽用于为在熔盐电解质的存在下将金属化合物转化为金属单质或合金提供反应场所。电解槽可以由石墨或金属材料形成。金属材料的实例包括但不限于镧、镧镍合金。

耐火保温层套设在电解槽的外周。耐火保温层位于电解槽和多段感应加热系统之间。耐火保温层可以由硅酸铝保温棉、镁砂、氧化铝等材质形成。

<多段感应加热系统和感应加热外壳>

本实用新型的多段感应加热系统设置在电解槽的外周。多段感应加热系统可以提高电解槽内的金属化合物和熔盐电解质的温度。多段感应加热系统包括两组以上感应加热元件。相邻感应加热元件之间具有一定的距离，这样能够形成空间绝缘，防止通入各感应加热元件的电流相互干扰。感应加热元件沿电解槽的高度方向分布。根据本实用新型的一个实施方式，多段感应加热系统包括第一感应加热元件和第二感应加热元件。第一感应加热元件和第二感应加热元件沿电解槽的高度方向设置。感应加热元件可以为感应线圈。感应线圈内可以通有循环冷却水。

本实用新型的感应加热外壳包裹在感应加热元件外。感应加热外壳可以与耐火保温层相接触或者靠近耐火保温层。感应加热外壳可以由不锈钢材质形成。感应加热外壳的数量可以与感应加热元件的数量相匹配。根据本实用新型的一个实施方式，感应加热外壳包括第一感应加热外壳和第二感应加热外壳。第一感应加热外壳包裹在第一感应加热元件外，且与耐火保温层相接触。第二感应加热外壳包裹在第二感应加热元件外，且与耐火保温层相接触。

<绝缘元件>

本实用新型的绝缘元件设置在相邻的感应加热元件之间。这样能够防止相邻的感应加热元件之间通入的电流相互干扰，精确控制各段温度。绝缘元件可以为氧化铝转。

<感应加热电源>

本实用新型的感应加热电源设置为至少两组。感应加热电源与感应加热元件相连。感应加热电源向感应加热元件提供交流电。感应加热电源的个数可以与感应加热元件的个数相同，每个感应加热电源对应一个感应加热元件。感应加热电源可以提供中频、工频或高频电流中的一种或多种。感应加热电源可以为IGBT配电柜。

根据本实用新型的一个实施方式，感应加热电源设置为两组，分别为第一感应加热电源和第二感应加热电源。第一感应加热电源与第一感应加热元件相连，第一感应加热电源设置为向第一感应加热元件提供交流电。第二感应加热电源与第二感应加热元件相连，第二感应加热电源设置为向第一感应加热元件提供交流电。

<电极升降系统和电极>

本实用新型的电极升降系统与电极相连。通过电极升降系统可以使电极浸入电解槽内的金属化合物和熔盐电解质中，也可以使电极从电解槽内的金属化合物和熔盐电解质中移出。

在某些实施方式中，电极包括阴极电极和阳极电极。阳极电极可以设置为两组，其分别设置在阴极电极的两侧。阴极电极可以由钼或铌等材质形成。阳极电极可以由石墨等材质形成。

在另一些实施方式中，电极包括阴极。电解槽作为阳极。阴极电极可以由钼或铌等材质形成。电解槽可以由石墨形成。

<收集容器和熔盐电解整流器>

本实用新型的收集容器设置在电解槽的底部。收集容器收集电解产生的金属单质或合金。

本实用新型的熔盐电解整流器与电极相连。熔盐电解整流器设置为将交流电转化为直流电，并供给至电极。在某些实施方式中，熔盐电解整流器分别与阴极和阳极相连。在另一些实施方式中，熔盐电解整流器分别与阴极和电解槽相连。

实施例1

图1为本实用新型的一种电解装置。如图1所示，该电解装置包括电解槽1、多段感应加热系统、感应加热电源、绝缘元件4、耐火保温层5、感应加热外壳、收集容器7、电极、电极升降系统(未图示)和熔盐电解整流器(未图示)。

电解槽1用于为在熔盐电解质的存在下将金属化合物转化为金属单质或合金提供反应场所。

耐火保温层5套设在电解槽1的外周，且位于电解槽1和多段感应加热系统之间。

多段感应加热系统包括两组感应加热元件，分别为第一感应加热元件21和第二感应加热元件22。第一感应加热元件21和第二感应加热元件22分别设置在电解槽1的外周，且沿电解槽1的高度方向分布。多段感应加热系统可以提高电解槽1内的金属化合物和熔盐电解质的温度。本实施例中感应加热元件为感应线圈。感应线圈内通有冷却循环水。

感应加热外壳包括第一感应加热外壳61和第二感应加热外壳62。第一感应加热外壳61包裹在第一感应加热元件21外，并与耐火保温层5接触。第二感应加热外壳62包裹在第二感应加热元件22外，并与耐火保温层5接触。

第一感应加热元件21和第二感应加热元件22之间设置有绝缘元件4。绝缘元件4防止第一感应加热元件21和第二感应加热元件22通入的电流相互干扰。绝缘元件4可以为氧化铝转。

感应加热电源包括两组，分别为第一感应加热电源31和第二感应加热电源32。第一感应加热电源31与第一感应加热元件21相连，用于向第一感应加热元件21提供交流电。第二感应加热电源32与第二感应加热元件22相连，用于向第二感应加热元件22提供交流电。

在使用过程中，可以控制第一感应加热电源31提供的电流的功率小于第二感应加热电源32提供的电流的功率，这样能够使电解槽1的上段温度小于下段温度，减少熔盐电解质挥发，且保证金属化合物电解。

收集容器7设置在电解槽1的底部。收集容器7收集电解产生的金属单质或合金。

电极包括阴极电极81和阳极电极82。阳极电极82包括两组，其分别设置在阴极电极81的两侧。

电极升降系统(未图示)与电极相连。电极升降系统能够使电极浸入电解槽1内的金属化合物和熔盐电解质中或从电解槽1内的金属化合物和熔盐电解质中移出。

熔盐电解整流器(未图示)分别与阴极电极81和阳极电极82相连。熔盐电解整流器将交流电转化为直流电，并供给至阴极电极81和阳极电极82。

实施例2

除以下结构外，其余与实施例1相同：

本实施例的电解装置不设置有阳极电极82，以电解槽1作为阳极电极。熔盐电解整流器分别与阳极电极82和电解槽1相连。

本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。

Claims

1.一种电解装置，其特征在于，所述电解装置包括电解槽、多段感应加热系统和感应加热电源；

所述电解槽用于为在熔盐电解质的存在下将金属化合物转化为金属单质或合金提供反应场所；

2.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述感应加热元件为感应加热线圈。

3.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，相邻所述感应加热元件之间设置有绝缘元件。

4.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述感应加热电源的个数与所述感应加热元件的个数相同，每个感应加热电源对应一个感应加热元件。

5.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述感应加热元件设置为两组，分别为第一感应加热元件和第二感应加热元件；

6.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括耐火保温层；

7.根据权利要求6所述的电解装置，其特征在于，所述多段感应加热系统还包括感应加热外壳；

8.根据权利要求7所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置包括收集容器，所述收集容器设置在所述电解槽的底部。

9.根据权利要求1～8任一所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括电极和电极升降系统；

10.根据权利要求9所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括熔盐电解整流器，所述熔盐电解整流器与所述电极相连；所述熔盐电解整流器用于将交流电转化为直流电，并供给至电极。