[发明专利]由电磁场扫描的电解池及其方法

说明书

本发明涉及一种熔融电解液的电解装置和方法以及它们在金属矿物还原中应用的实施例。本发明的装置可以应用于主要工业金属的生产中，例如锌、镁、铝、钛、锆、钨、铅等等。本发明的实施例可以允许同时分选在原矿中赋存的不同金属，因此提高了生产过程的经济性，能够与现有的传统工业技术进行有益的竞争。

所处理的含有金属的主要的原矿通常包括氧化物、硫酸盐或碳酸盐。通过焙烧，硫酸盐可以转化为氧化物、而碳酸盐通常进行脱碳作用，从而也将它们转化为氧化物。氧化物还原通常会产生纯金属。可以通过热金属反应(thermo-metallic reaction)或电解作用来实现氧化物的还原。

热金属反应包括将氧化物中的氧用另外的更具还原性的金属代替，或者产生包含气体的碳而固定碳，在此情况下的处理方法称为热碳反应(thermo-carbonicreaction)。电解作用引起分子的分解。在此情况氧化物常常转化为氯化物，例如镁或锌的电解。或者，将氧化物放入熔融盐电解液的溶液中，例如将氧化铝放入高温熔融的冰晶石溶液中。在电解池中，金属在阴极沉积而氧和卤素在阳极释放，然后可以参加与阳极的反应。

工业上有一种特殊类型的适用于还原处理各种类型的氧化物的电解池。虽然每种金属对应于一特殊类型的电解池，但是人们可以根据不同的类型而对电解池分类。

首先，人们可以将电解池分为多电极池和单阴极池。

在多电极池中，电极通常垂直安放，阴极和阳极可以互换，而在单阴极池中，电解池底包含电极，底部必须保持水平方向。

例如在液体介质中氯化锌的电解据说可以使用低温多电极池，锌直接地固定在阴极上。同样，对于熔融的氯化镁，采用多电极池。在此情况下，在电解温度下，镁为液态，浓度较低，它升高到阴极的高度并浮在电解池的表面，如果在阳极和阴极之间没有安插隔板，从阳极释放的氯化物会重新与镁结合，电解池的效率为零。

从前述的电解池表明，单阴极电解池仅包括一个阴极，其位于电解池的底部，而一个或多个阳极被浸入阴极上方的电解液中。一种众所周知的单阴极池是铝电解池。此装置在电解温度提高时特别可应用于铝的电解；铝的密度略大于电解池中电解液的密度，因此铝可以聚集在电解池的底部，从上部的阳极分离出的氧形成含碳气体，而没有与沉积在电解池底部的金属重新结合的危险。

因此，在电解池底部的设计包括一个阳极，在上部包含一个或多个阴极，而相反的设计是不可能的。问题是当金属的密度低于电解液的密度，在阳极释放的材料不可避免地重新与金属结合。

分类的另一个方法是根据是否电解是在液态介质低温情况下进行的还是在熔融盐电解液的高温情况下进行的来区分电解池。

另外，还可能根据电解液的性质或它是否循环而将电解池分类。但是后面的分类包括了前面的分类。

实际上，在液态介质电解期间，在泵的辅助下，电解液可以持续地循环，(滴定titrage)电解液被控制，过滤和校准。进而，电解液的扫动或流动会帮助阳极去极化而提高在阴极的沉积量。

相反，在电解池或熔融盐电解液中，实际上，高温下电解液的侵蚀性使得采用机械离心泵或其它泵使电解液循环是不可能的。而且，不希望电解池中有过分的摇动，尤其是熔融盐电解液，通常在具有熔融电解液的电解池中不会有电解液的循环。因此，例如在铝的电解中，电解池的不同部件的密度非常相近，电解池的摇动会引起阴极和阳极之间的碰撞。这些碰撞然后会造成破坏性的电磁反应。

公知磁场可以被用做电解池的电解液运动的动力源，但是问题是实际上在工业用电解池中的电流流动引起的磁场没有明显的效果。至于多电极池，磁场通常被其它的影响所弥补或抵消，而在单阴极池例如铝电解池中，在电解液中的电流流通造成垂直、轴向中心的磁压力，几乎没有效果(或造成稳定的效果)，而不能在电极间引起电解液的循环。

现在可见，可以提供一种装置和方法，其中在电解池的阳极和阴极之间的电解液中有强制循环。

因此，本发明提供了一种含有电解液的电磁电解池，其包括至少一个阳极和至少一个阴极，其特征在于：通过施加电磁场在阴极和阳极之间引起电解液的循环。通常磁场正交于电解液中的电流通路。一般，在装置中安装一偏转板以导向电解液的流通。

本发明还提供了一种在电解池的阴极和阳极之间循环电解液的方法，其包括施加磁场的步骤。进而，本发明还提供了采用本发明的装置和方法的处理金属，金属矿物等的独特方法。