[发明专利]气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种气冷阴极、熔盐电解装置及电解方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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。

本发明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。