气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法。气冷阴极，包括阴极连杆和设置在阴极连杆下端的阴极板；所述阴极连杆的内部设有气体通道，气体通道穿出阴极连杆上端的开口为气体入口；所述阴极板的内部设有冷却通道，冷却通道穿出阴极板上端的开口为气体出口；所述气体通道与冷却通道连通。该熔盐电解装置是应用上述气冷阴极作为电解阴极的电解设备。该电解方法是应用上述熔盐电解装置进行电解的方法。该气冷阴极利于研究金属在阴极的析出过程，进而利于找到最佳电解参数，提高电解效率。该发明专利技术通过在阴极制作过程中加入气体通道即可，结构简单，无需大的设计投入，冷却效果好，具有较强的应用推广前景。

【技术实现步骤摘要】
气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法
本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法。
技术介绍
熔盐电解法是有色金属冶炼的重要方法，尤其对于活泼或熔点较高的金属的制备，例如：镁、铝、钛、锌、锆等。熔盐电解的原理是在直流电的作用下通过离子在电极上得失电子生成电解产物，通常在阴极上得到金属产物。在电解过程中，金属产物在阴极上的析出和汇集，严重影响电解的效率。故研究金属产物在阴极析出和汇集的形貌特征对于提高电解效率具有重要意义。目前，对于液相产物的析出过程，如液镁，已有研究不同状况下电解析出产物特征的报道，例如2006年8月公开出版的《镁电解生产工艺学》中第225页至第231页及第461页至第469页就公开了一种采用石英管来盛电解质对液镁在阴极析出过程进行观察的研究，由于其是对液相产物进行观察，电极位置和加热方式使其观察效果不佳，且当电解质中存在有色离子或杂质时，电解质透光性变差，甚至完全观察不到镁析出及汇集的形貌变化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够将液相产物迅速冷却的的气冷阴极，其利于研究金属在阴极的析出过程。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种气冷阴极，包括阴极连杆和设置在阴极连杆下端的阴极板；所述阴极连杆的内部设有气体通道，气体通道穿出阴极连杆上端的开口为气体入口；所述阴极板的内部设有冷却通道，冷却通道穿出阴极板上端的开口为气体出口；所述气体通道与冷却通道连通。进一步的是，所述气体通道与冷却通道的最下端连通。进一步的是，所述冷却通道是以其与气体通道连通处为迷宫入口，并以气体出口为迷宫出口的迷宫式通道。进一步的是，所述迷宫式通道为“回”字形迷宫通道。进一步的是，所述冷却通道为多个“S”形通道彼此首尾相连组成的蜿蜒通道。进一步的是，所述阴极板的各处壁厚均相等。本专利技术还提供了一种能够观察液相产物析出过程的熔盐电解装置，包括反应炉、阳极和电解质；还包括冷气供应装置和上述任意一种气冷阴极；所述气冷阴极通过阴极连杆设置在反应炉上；阴极板部份没入电解质中，且气体出口位于电解质的外侧；所述冷气供应装置与气体入口相连。进一步的是，该熔盐电解装置还包括电解气体导管、尾气导管和加热装置；所述电解气体导管设置在反应炉上，且下端没入设置在电解质中；所述阳极设置在电解气体导管的内部，阳极的下端没入设置在电解质中且未超出电解气体导管的下端；所述电解气体导管上设有电解气体出口，所述电解气体出口位于反应炉的外侧；所述尾气导管设置在反应炉上，并使反应炉的内部与外界空气连通；所述加热装置设置在反应炉上用于加热电解质。本专利技术还提供了一种能够观察液相产物析出过程的电解方法，其应用上述任意一种熔盐电解装置进行电解，包括下列步骤：步骤一、加热电解质并将其温度控制在X±10℃；步骤二、在电解质的温度为(X+5)℃～(X+10)℃时，对阳极和气冷阴极通电进行电解；步骤三、电解0.5小时～1小时后，由冷气供应装置向气冷阴极的气体通道中通入惰性气体，通过惰性气体将电解质的温度控制在(X-10)℃～(X-5)℃；步骤四、继续电解0.5小时～1小时后断电停止电解，得到固相金属产物；其中，X为金属产物的熔点温度；阴极板没入电解质中的深度不超过阴极板高度的四分之三。进一步的是，所述阴极板没入电解质中的深度为阴极板高度的三分之二；所述惰性气体为氩气；从冷气供应装置中输出的惰性气体的流量为10m3/h～20m3/h。本专利技术的有益效果是：通过向气体通道中通入冷却用惰性气体，惰性气体流经冷却通道使阴极板降温，可以使电解过程中产生的液相产物迅速凝固析出得到固相金属产物；从而可通过观察金属产物析出的过程和金属产物汇集的形貌特征，以确定不同条件状况下金属在阴极的析出以及汇集的形貌变化，找出最佳的电解参数，提高电解效率。气体通道与冷却通道的最下端连通，使连通处距离气体出口最远，利于阴极板充分受冷。冷却通道为迷宫式通道或蜿蜒通道，使得冷却用气体在阴极板中的停留时间更长，从而使得热交换更充分，冷却效果更佳。阴极板的各处壁厚均相等更利于电解质与冷却用气体进行热交换，冷却效果好。电解气体导管可以避免冷却用气体混入电解气体中影响电解气体的纯度；尾气导管利于冷却用气体的排出。通过使用该专利技术的研究，可以提高电流效率。该专利技术通过在阴极制作过程中加入气体通道即可，结构简单，无需大的设计投入，冷却效果好，具有较强的应用推广前景。附图说明图1是气冷阴极的侧视结构示意图；图2是阴极板沿图1中A-A线剖开的一种实施方式的结构示意图；图3是阴极板沿图1中A-A线剖开的另一种实施方式的结构示意图；图4是熔盐电解装置的结构示意图；图中标记为：阴极连杆1、气体通道11、气体入口12、阴极板2、冷却通道21、气体出口22、反应炉3、阳极4、电解质5、电解气体导管6、电解气体出口61、尾气导管7和加热装置8。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，气冷阴极，包括阴极连杆1和设置在阴极连杆1下端的阴极板2；阴极板2可以通过螺钉、螺栓或焊接等连接方式设置在阴极连杆1的下端，阴极板2也可以制作成与阴极连杆1为一个整体的一体式结构；该气冷阴极采用现有的熔盐电解阴极制作材料进行制作；所述阴极连杆1的内部设有气体通道11，气体通道11穿出阴极连杆1上端的开口为气体入口12；冷却用气体从气体入口12进入该气冷阴极，并通过气体通道11传输；冷却用气体通常选用常温的惰性气体；所述阴极板2的内部设有冷却通道21，冷却通道21穿出阴极板2上端的开口为气体出口22；冷却通道21的实施方式可以有多种，例如：迷宫式结构的通道、蜿蜒式结构的通道、直通式结构的通道或直接将阴极板2内部设置一个空腔作为冷却通道21；气体出口22位于阴极板2的上端是为了避免阴极板2没入电解质5中时电解质5进入气体出口22，并可以提高阴极板2没入电解质5中的深度；所述气体通道11与冷却通道21连通；因为熔盐电解过程是一个高温电化学反应，电解过程中电解质5是处于高温状态，而气冷阴极的阴极板2部分侵入电解质5中进行电解，所用阴极板2通常也处于高温状态；由气体通道11传输过来的冷却用气体进入冷却通道21与阴极板2进行热量交换使阴极板2降温，进而降低电解质5的温度，从而使电解过程中产生的液相金属产物迅速凝固析出得到固相金属产物。固相金属产物利于实验观察，通过观察金属产物析出的过程和金属产物汇集的形貌特征，可以确定不同条件状况下金属在阴极的析出以及汇集的形貌变化，找出最佳的电解参数，提高电解效率。为了使阴极板2充分受冷，所述气体通道11与冷却通道21的最下端连通，这样冷却通道21与气体通道11连通处距离气体出口22最远，提高了冷却用气体的热交换率。为了使热交换更充分，冷却效果更佳，如图2所示，所述冷却通道21是以其与气体通道11连通处为迷宫入口，并以气体出口22为迷宫出口的迷宫式通道；这样设置使得冷却用气体在阴极板2中的停留时间更长，热交换率更高。具体的，所述迷宫式通道为“回”字形迷宫通道；“回”字形迷宫通道是由多个“回”字形通道相互包含连通而成。所述迷宫式通道还可以是由多个六边形组成的蜂巢式迷宫通道、由多个多边形组成的迷宫通道等等。为了达到更好的热交换效果，我们还可以把冷却通道21设置为如图3所示的多个“S”形本文档来自技高网...

【技术保护点】
气冷阴极，其特征在于：包括阴极连杆(1)和设置在阴极连杆(1)下端的阴极板(2)；所述阴极连杆(1)的内部设有气体通道(11)，气体通道(11)穿出阴极连杆(1)上端的开口为气体入口(12)；所述阴极板(2)的内部设有冷却通道(21)，冷却通道(21)穿出阴极板(2)上端的开口为气体出口(22)；所述气体通道(11)与冷却通道(21)连通。

【技术特征摘要】
1.电解方法，其特征在于：采用下述的熔盐电解装置进行电解；所述熔盐电解装置，包括反应炉(3)、阳极(4)、电解质(5)、冷气供应装置和气冷阴极；所述气冷阴极，包括阴极连杆(1)和设置在阴极连杆(1)下端的阴极板(2)；所述阴极连杆(1)的内部设有气体通道(11)，气体通道(11)穿出阴极连杆(1)上端的开口为气体入口(12)；所述阴极板(2)的内部设有冷却通道(21)，冷却通道(21)穿出阴极板(2)上端的开口为气体出口(22)；所述气体通道(11)与冷却通道(21)连通；所述气冷阴极通过阴极连杆(1)设置在反应炉(3)上；阴极板(2)部份没入电解质(5)中，且气体出口(22)位于电解质(5)的外侧；所述冷气供应装置与气体入口(12)相连；该电解方法包括下列步骤：步骤一、加热电解质(5)并将其温度控制在X±10℃；步骤二、在电解质(5)的温度为(X+5)℃～(X+10)℃时，对阳极(4)和气冷阴极通电进行电解；步骤三、电解0.5小时～1小时后，由冷气供应装置向气冷阴极的气体通道(11)中通入惰性气体，通过惰性气体将电解质(5)的温度控制在(X-10)℃～(X-5)℃；步骤四、继续电解0.5小时～1小时后断电、停止电解，得到固相金属产物；其中，X为金属产物的熔点温度；阴极板(2)没入电解质(5)中的深度不超过阴极板(2)高度的四分之三。2.如权利要求1所述的电解方法，其特征在于：所述气体通道(11)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尚润，郑权，朱福兴，穆天柱，邓斌，何安西，程晓哲，陈兵，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51