[发明专利]电解方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电解的方法和装置；和一种电解产物，并且更具体来说涉及一种用于连续电解固体原料以制造固体产物的方法和装置；和所述固体产物。

背景技术

电还原或电分解是一种用于加工包括金属或半金属和另一物质的固体原料以移除一些或全部的所述物质并且制造固体产物的方法。(在本文中，为简便起见，术语金属将被用以包括原料和产物的情形下的金属和半金属。)原料优选地包括介于所述金属与所述物质之间的化合物，但可以呈另一形式，例如所述物质于所述金属中的固体溶液。所述工艺还可以被称为电脱氧，特别是在要从原料移除的物质是氧时，例如在原料是金属氧化物时。原料可以包括例如呈金属或金属化合物的混合物形式的两种或更多种金属，并且那么产物可以包括两种或更多种金属的合金或金属间化合物。

在电还原中，如例如WO 99/64638、WO 02/066711、WO 03/002785、WO 03/016594和WO 03/076690的现有技术文件中所述，原料与熔盐熔融物接触并且阴极地连接到电源。阳极也与熔融物接触并且连接到电源。如例如WO99/64638中所述，在向原料施加阴极电位时，所述物质溶解于熔融物中并且被运送通过熔融物到阳极。其他现有技术(例如WO03/076690)描述了一种电还原机制，其中反应性金属(例如Ca)从阴极处的熔融物电解地产生并且以钙热还原形式化学还原原料。为求概括性，在本文中，术语电还原将被用以包括用于电解还原固体原料的任何所述机制。电还原的大多数现有技术描述涉及在含有氯化钙与氧化钙的混合物的基于Ca的熔融物中电还原固体氧化钛或其他金属氧化物以从金属氧化物中移除氧并且因此制造固体金属。

电还原工艺的大多数现有技术出版物已经描述分批工艺，但对于一种大批制造金属、合金或金属间产物的商业化工艺来说，可能需要运行连续工艺而非分批工艺。如WO 2004/053201、WO 2004/113593、WO2005/031041和WO 2005/038092中所述，已经尝试开发这样一种工艺。

在WO 2004/053201中，将呈球粒或粉末形式的原料倾入含有熔盐的槽中，到呈浸于盐中的水平旋转板形式的阴极上、或到浸于熔融物中的旋转阿基米德螺旋(Archimedean screw)或螺旋钻的一端中。旋转板或螺旋在电还原期间使原料移动通过熔盐以制造还原产物。然后产物被描述为被连续或半连续地从熔融物移除，但没有描述这样做的方法。在WO2004/113593、WO 2005/031041和WO 2005/038092中，将呈球粒或粉末形式的原料再次倾入含有熔盐的槽中。在这种情况下，在浸于熔盐中的振荡或振动阴极板上收集所倾入的原料。将阴极板取向为水平或向下倾斜，并且通过振荡或振动阴极板致使原料移动横穿阴极板。原料在其移动横穿阴极板时被电解还原，直到还原产物跌落阴极板的末端并到熔融盐容器底部的坑中，其中将向上倾斜的螺旋钻排列以从坑的下端收集产物球粒并且将球粒运送离开槽。

这些被提议的工艺遭受许多实际问题，例如需要被浸于高温中的复杂机械结构、熔盐熔融物的化学侵蚀性和腐蚀性环境，并且尚未得到成功实施。

本发明旨在解决以下问题：提供一种用于连续电还原固相原料的有效并且商业化的方法和装置。

发明内容

本发明提供一种如目前应该参考的随附独立权利要求中所定义的装置、方法和产物。本发明的优选或有利特征在从属子权利要求中陈述。

本发明的第一个方面因此可以提供一种用于电化学还原固体原料的装置。所述装置包括容纳熔盐的容器，所述容器优选地具有底座和从所述底座向上延伸的周壁。阳极组合件包括一个或更多个阳极，并且在使用装置期间，当容器含有熔盐时，阳极接触熔盐，例如至少部分浸于熔盐中。提供可装载原料的阴极，其例如具有在装置使用期间实质上水平的上表面，以使得固体原料可以被装载到上表面上。阴极可通过阴极运送装置定位在容器中，以使得在使用期间，阴极和原料接触熔盐并且可以被移动通过阳极组合件，例如移动到阳极组合件下面，或移动到阳极组合件与容器底座之间。阴极或包括阴极的阴极组合件的组件可以在其移动通过阳极组合件时暂时地或连续地接触容器的底座或器壁。

连续的电还原过程因而可以适宜通过一个接一个地移动多个类似的阴极通过阳极组合件来进行。然而，为了清晰度起见，以下描述将开始考虑一种这样的阴极的操作。