[发明专利]用于从电解氧化物还原系统捕集和去除废气的阳极护罩

说明书

联邦资助研究或开发

本发明根据美国能源署授予的合同号DE-AC02-06CH11357在美国政府的支持下进行。

技术领域

本发明涉及用于电解氧化物还原系统的阳极护罩。

背景技术

电化学过程可用来从不纯的进料回收金属和/或从金属氧化物提取金属。常规的过程通常涉及将金属氧化物溶于电解质中，然后进行电解分解或选择性电迁移以将金属氧化物还原为其对应的金属。用于将金属氧化物还原为其对应金属态的常规电化学过程可采用单步骤或多步骤方法。

多步骤方法通常在金属氧化物在电解质中具有相对低的溶解度时使用。多步骤方法可以是利用两个单独容器的两步骤过程。例如，从用过的核燃料的氧化铀中提取铀包括利用溶于熔融LiCl电解质中的锂来还原氧化铀以便在第一容器中产生铀和Li₂O的初始步骤，其中Li₂O仍然溶解在熔融LiCl电解质中。该过程接着涉及在第二容器中电解沉积的后续步骤，其中溶解在熔融LiCl中的Li₂O被电解分解以再生锂。因此，所得铀可被提取，同时带有再生锂的熔融LiCl可被回收以便在另一批次的还原步骤中使用。

然而，多步骤方法涉及一些工程复杂问题，例如，与熔融盐和还原剂在高温下从一个容器向另一个的转移有关的问题。此外，熔融盐中氧化物的还原可根据电解质-还原剂系统而受热力学约束。特别地，该热力学约束将限制在给定批次中可被还原的氧化物的量。因此，将需要熔融电解质和还原剂的更频繁转移来满足生产要求。

另一方面，单步骤方法通常涉及将金属氧化物与阴极和阳极一起浸没在相容的熔融电解质中。通过对阳极和阴极充电，金属氧化物可通过在熔融电解质中的电解转换和离子交换而被还原为其对应的金属。然而，虽然常规的单步骤方法可能不如多步骤方法复杂，但金属产率仍相对较低。此外，将金属氧化物还原为其对应的金属将导致氧气的产生，氧气是腐蚀性的，且因此若不适当处理则对系统有害。

发明内容

可为电解氧化物还原系统的每个阳极组件提供阳极护罩，以稀释、冷却和/或去除来自电解氧化物还原系统的废气。根据本发明的非限制性实施例的阳极护罩可包括主体部分，其具有包括顶端的渐缩的上部段。上部段可从顶端向下倾斜。主体部分可具有限定废气收集腔的内壁。主体部分的底侧可为不封闭的。多个阳极导向器可设置在主体部分的上部段的相对斜坡上。多个阳极导向器中的每一个可限定通往主体部分内的废气收集腔的通路。烟囱结构可从上部段的顶端延伸且连接到主体部分的废气收集腔。烟囱结构可包括在外管内的内管。因此，吹扫气体/冷却气体可沿内管和外管之间的环形空间向下供应，而废气可通过由内管限定的出口路径去除。

附图说明

在回顾结合附图的详细描述之后，本文的非限制性实施例的各种特征和优点将变得更加显而易见。附图仅仅为了说明性目的而提供，且不应解释为限制权利要求的范围。附图不应视为按比例绘制，除非明确指出。为清楚起见，附图的各种尺寸可能已被夸大。

图1是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统的透视图。

图2A-2B是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阳极组件的透视图。

图3是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阴极组件的透视图。

图4是根据本发明的非限制性实施例的带有阳极组件和阴极组件以及处于降低位置的提升系统的电解氧化物还原系统的透视图。

图5A是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阳极护罩的透视图。

图5B是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阳极护罩的仰视图。

图5C是根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阳极护罩的分解图。

图6是示出根据本发明的非限制性实施例的电解氧化物还原系统用的阳极护罩中的吹扫气体和废气的流动的剖视图。

具体实施方式

应当理解，当元件或层被称为“在另一元件或层上面”、“连接到”、“联接到”或“覆盖”另一元件或层时，其可直接在其它元件或层上面、连接到、联接到或覆盖其它元件或层，或者可存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上面”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。在说明书全文中，相同的数字指代相同的元件。如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。