TW200825209A - A method and an electrolysis cell for production of a metal from a molten chloride - Google Patents

Description

200825209 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，本發明係關於一種由含有氯化鋅之熔融氯化物電解質 製造液態鋅和氣態氣的方法，以及執行該方法的電解格 室。 ° 【先前技術】 關於從氯化鋅來電解製造鋅的數個專利和其他文獻係 _ 存在著。這些專利和報導基本上係描述了於單一隔室中含 有所有電極的電解格室。相反的，本發明描述了有至少= 個隔室的電解格室，其中至少一個隔室含有電極（電極室） 和至少一個隔室緊鄰著該電極室放置。該等室之間以分隔 ； 牆分開，其中該分隔牆容許電解質在隔室間流動。該^極 係垂直的、水平的、或以些許角度傾斜的。 • 礦產局（Bureau of Mines)報告第8133和8524號（美國 内政部）均描述了從ZnC〗2熔鹽格室來電解提煉 • (eleCtr〇Winning)鋅。報告8133提出使用兩個單極電極 之電解產生的結果，而報告8524係關於在單極和雙極袼 室兩者的電解。電極在所有格室中係水平的或從水平位置 稍微地傾斜。 WO 2004/074552 A1描述在雙極電解格室中以傾斜的 電極從熔融的ZnCl2製造鋅和氯。 另外的格室設計可由鎂的電解製造得知，且係用於多_ 單極（US 4,308，116)和多·雙極電極（GB 88〇〇674)。然而， 鎮金屬比電解質輕且會在其上漂浮，而辞比電解質重'並會 6 200825209 聚集在格室的底部。因 個隔室#肖於電解製造鋅之有兩個或多 …會明顯不同於製造鎂的電解格室。 EP 136407? Bl >-+ w. ^ ,,. 描述攸熔融氟化物/氧化物電解質製迕 铭和氧的電解格室，其含 :解貝^ 气鲈八^ 個隔至給電極，一個為氣體分隔室。 生的銘會沉在格室的：：解”有效的被移除。產 收集隔室，以使二二室中銘會進入-第三金屬 乂使其避免接觸溶於電解質中的氧。 【發明内容】 根據如同於伴隨的申請專利範圍 現在提出用於萝拌拉认 心我07 +毛明， 仅十 、化鋅的一種新穎方法和電解格室，1可確 保在電解質中適當的流動環境。 上所2格室的設計和心操作其之對應的方法，在陽極⑺ 生之亂氣泡的向上流動會在電解質上 Π在陽極和陰極間的向上流動。在單-隔室的格室中？ 1會造成帶有特別是紊流電解質流動的流量（於格室的 _ ^刀）和▼有幾乎零流動速率的流量（在電極下面）。 ^ t月况都疋不希望的。高紊流會導致増加格室磨損和在 :°鋅之間的再結合’而低速率會引起污泥的積聚。接下 ^將會以貫施例和圖式來描述本發明。 【實施方式】 ^ ^考圖1，其為顯示具有一電解室2和一鄰接室1的 :解格室之截面圖。圖2顯示該相同格室以陰極為水平面 、俯視圖，其具有相同的元件符號。貞了解的是，各種結 7 200825209 構的至都是可能的。一種例如可以是有兩個分開的電解室 共用中間共通的鄰接室。在圖中，^件符號3 # 4分別為 陽極和陰極。在顯示的具體實例中，陽極3係經由頂部插 二而陰極4係由側邊插入。應了解的是，相反的結構係 同等可能的’而只有頂部插入電極、只有侧邊插入電極的 結構、或底部插人電極的結構㈣。對於底部或侧邊插入 的毛極，屯極頭的適當冷卻係重要的，以避免電解質從格 至Λ漏。雙極電極結構也是可能的。在那樣的情況中，只 有終端的陰極和陽極需要被插人格室巾。該雙極電極將會 完全地浸沒在電解質中。雙極電極亦容許電極的傾斜。: 斜至接近水平的電極結構係可能的。在傾斜的電極上，氯 在面向下的電極表面上產生’且Ζη|面向上的表面上產 生。 進一步參考圖i，元件符號5表示以池。當a產生 %，其將會聚集在格室的底部，且需要規律地將金屬取出。 在格室的上面部分，設置有氯出σ 6。金屬可透過開口： 料’ ^可透㈣π 1G進行ZnCl2的添加。視格室底部和 格至頂盍間的高度而定，可將金屬由袼室吸 …密度，吸出只在高度低於大約…時有：出二 大“度下’需要系出。由於Z禮2通常具有比電解質言 的密度’所以ZnCl2較佳係於電解室中添加。ζη%在電: =中的混合比在鄰接室中有效’因為在電解室中的對 Μ而，將㈣添加至鄰接室中亦是可能的 可 以液悲或固態進料。元件符號…係表示將電解室盘鄰 8 200825209 接至分開的分隔牆（截面圖）。 圖3顯示穿過分隔牆的側視圖’其具有和圖！及圖2 相同的元件符號。藉由分隔牆8的充分浸沒，達到在=室 中氣氛的分離。然後電解室主要含有氯，而鄰接室主要含 有空氣或適當的惰性氣體。分隔# 7會辅助環形電解質流 動的產生，該環形電解質流動係以箭頭表示於圖1。可藉 由凋整牆7和8的間隙，及/或牆7和格室底部的間隙，來 #控制電解質的速率。參考圖3,元件符號U和Η表示上 分隔牆和下分隔牆的支撐柱。 用來製造鋅之有二或多個隔室的格室設計之目的在 J在私至中建立可控制的電解質流動。產生於陽極（3)的 ·、鼠乳/包之向上流動會在電解質上引起拖曳，其將造成在陽 ' 極和陰極間的向上流動。在有二或多個隔室的格室裡，可 將甩解質的向上流動由電極隔室2導引至鄰接隔室^，且 電解質會從鄰接隔室流回電極下的電極隔室，從而產生環 鲁形流動。在鄰接室裡的向下流動較佳係比在電極室裡的向 上机動慢，其可藉由在鄰接室裡大的流動橫截面來達到。 此環形流動具有多個優點：該電解質流動可相當於實 貝上的層流本質；通過鄰接室的流動提供小氯氣泡與電解 貝間的有效分隔；緩慢沉澱的小金屬液滴會在鄰接室中沉 氣’而不會在電極上於紊流中與氯再結合；低密度的固體 氧化物粒子在電解質中的停留時間會增加，藉由提供更多 有效的氯化（Mx〇 + Cl2 = MC12 + 02)，從而減少污泥形成。 至與電極室的分開亦具有使金屬的移除與氯的萃取可被分 9 200825209 離的優點。否則，y-人@ 必須執行特別的手段 ^ MJ在金屬移除期間 來防止C!2從袼室洩漏。

石墨較佳是因選擇。_㈣係碳材料。 亦可使:：θtB低的電I陰極亦可為碳材料，但 全屬，像12的導電陶£。可使用惰性或接近惰性的 。、…b。導電陶究和金屬相對於碳的優 =广不會將液態Zn弄濕，且因，zn以非常微細的液 :::有::\動效率和金屬收集―^ 格^其本身可為鋼殼填襯上適當的磚結構所製成，例 X氧化紹為基礎、以石夕石為基礎、碳材料、以氮化石夕 為基礎、以碳切為基礎、以氮化銘為基礎、或其之組合。 電解質必彡I含有ZnCl2。該ZnCl2較佳應*含濕氣、氧 ,物和氫氧化物，但可接受些許的汙染物。此外，較佳的 使用或夕個其他的氯化物以增加導電度，減少黏滯 度、吸濕度、ZnCl2的蒸氣壓。所加入的典型氯化物為uc卜 NaCl和KC1，但也可使用鹼土金屬氯化物和其他鹼金屬氯 化物。ZnCl2的濃度可為從幾個重量百分比到高至8〇重量 /〇的範圍。電解的溫度可為在Zn熔點（42〇〇c)和更高的範 圍内。 【圖式簡單說明】 圖1顯示根據本發明有兩個隔室的格室之主要元件， 其係以截面末端視圖顯示， 圖2顯示在圖1中所顯示之格室的主要元件，其係以 200825209 截面俯視圖顯示， 其係以 圖3顯示在圖1中所顯示之格室的主要元件 截面侧視圖顯示。 【主要元件符號說明】 1 :鄰接室 2 :電解室 3 :陽極 4 :陰極 5 : Zn 池 6 :氣出口 7 :分隔牆 8 :分隔牆 9 :開口 10 :開口 11 :支撐柱 12 :支撐柱 11

Claims (1)

1. 200825209 十、申請專利範固： 1·種由含有氣化辞之鹽熔化物電解製造辞的方法， 由使用-電解格室，該電解格室具有至少-個含有 ;二二ί，解至(2)和以至少—個分隔牆(7,8)與該電解室分 ^開的至少-個鄰接室⑴，本方法的特徵在於： 在：解至裡的氣氛係以至少-個分隔牆與在鄰接室裡 的，隔’且透過至少一個在該分隔牆裡面或上面之低 於：質液面程度的開口來導引該電解質於該電解室和 该鄰接室之間流動，且其中 ^ r座生的辞係聚集於該格室的底 部0 一 =❹請專利職第i項之方法，其巾該產生的液 恶辞係由格室泵出。 x據U利範圍第1或2項之方法，纟中固態或 液恶ZnC〗2係以連續或半連續方式進料。 —種由含有氯化辞之鹽減物電解製造鋅的電解格 至〇亥袼至具有至少—個帶有電極的電解室⑺，以及另外 3有-電解質，該格室進一步含有至少一個鄰接室⑴，其 係以至少一個分隔牆(7,8)與該電解室分開，本電解格室的 特徵在於： 设置至少-個分隔牆以將在電解室中的氣氛與在鄰接 室中的氣氛分開’且其中至少一個在該分隔牆裡面或上面 的開口係設置於低於電解質的液面，以容許該電解質在電 解室和鄰接室之間流動，且其中該格室的底部係適合來收 集所產生的辞。 12 200825209 5. 根據中請專利範圍第4項之電解格室，其特徵在於 該格室含有二或多個單極電極。 6. 根據申請專利範圍第4項之電解格室，其特徵在於 該格室含有兩個單極電極和一或多個雙極電極。 7. 根據申請專利範圍第5或6項之電解格室，其特徵 在於该單極電極係藉由例如水的冷卻媒介來冷卻。 8. 根據中請專利範圍第4項之電解格室，其特徵在於 φ 該格室含有以石墨材料為基礎的電極。 9. 根據申請專利範圍第4項之電解格室，其特徵在於 在該格室填襯的材料含有多於95%的 。 十一、圖式： , 如次頁

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