[发明专利]基于液态阳极的熔融氧化物电解/从熔融氧化物电解制备氧

说明书

本发明的目的是提供一种用于通过熔融氧化物电解从月球土壤提取氧的电解槽，包括(i)阴极、(ii)阳极和(iii)坩埚，其中所述阳极的特征在于至少部分为液态。所述阳极可由钯、铅、银、金、铂、钽或其混合物制成。

技术领域

本发明涉及熔融氧化物电解制备氧和金属的领域。

背景技术

熔融氧化物电解(MOE)是通过电化学过程使高温熔融氧化物反应以将金属与氧分离的过程。然后分别收集两种成分，并储存起来供进一步单独使用。在电化学过程中，由电极、电解液和电源组成的主要元件可为不同的相(例如固态、液态或气态)。电极必须具有导电性，并且能够以固态、液态或气态形式使用。电化学过程中必须使用两种基本电极：

-收集电流的阳极；

-分配电流的阴极。

美国专利8764962公开了一种从氧化物原料化合物中电解提取的方法。原料化合物在电解槽中溶解为氧化物熔体，与阴极和阳极接触。在电解期间，目标元素沉积在液态阴极上并与之结合。氧在金属阳极基底上与氧化物熔体接触的带有固态氧化物层的阳极上析出。

美国专利5536378公开了一种用于制备月球氧的反应器设备，使用的原料包括粒度范围约为20-200微米的富含可还原氢颗粒的原料，其含有80-90％的月球钛铁矿(FeTiO₃)和月球亚铁凝集物。反应器装置具有三个垂直间隔的流化区，具有从上部流化区到中心流化区的降液管，和用于将含氢气流引入通过下部流化区的开口。固-气RF介质加热器具有陶瓷蜂窝，其具有由薄陶瓷壁和围绕蜂窝的电极分隔的小平行通道，所述陶瓷壁和电极连接到外部RF电源以将气流加热至还原反应温度。顶部入口将富集进料引入到上部流化区以在其中流化，并与气流逆流流入到中部和下部流化区。固态电解槽由氧化钙或氧化钇稳定的氧化锆陶瓷组成，该陶瓷通过烧结或流铸法被制成多孔圆柱形，在其外表面和内纵向表面上具有铂电极。电解槽圆柱体安装在两个圆盘形不渗透陶瓷挡板内，并位于耐火内衬金属压力壳正中。含有来自中央流化区的平衡量的水的气态流出物通过电解槽以连续电解水。提供了用于从电解槽中分离氧气并将氢气再循环到气流中的装置。

美国专利7935176描述了一种能够从外星环境(例如行星、小行星等)中获得的材料中提取外星环境氧的设施和方法。所述设施从含矿物的固体材料中提取氧，并配置为形成固体材料自由下落的熔融流，蒸发至少一部分熔融流，并产生含有气态氧的蒸汽，产生蒸汽的超音速流，冷凝超音速流的成分以在超音速流中形成颗粒，将气态氧与颗粒物分离，然后收集气态氧。

美国专利4997533公开了通过以下由含氧化铁的矿物如钛铁矿制备氧和金属铁：用盐酸从矿物中提取铁，从所得溶液中分离并干燥固体残留物，将分离的含氯化铁溶液电解以制备电解铁和氯气，将氯气与从再生盐酸的干燥和/或含氯化铁溶液电解步骤中回收的水混合，并将盐酸循环至提取步骤。在替代实施方案中，氯气在催化剂存在下与回收水反应以产生盐酸，盐酸循环至提取步骤，从而消除了水电解和单独盐酸再生步骤的需要。在另一替代实施例中，进行含氯化铁溶液的电解以在阳极处产生氧气而不是氯气，并且在阴极处镀铁的同时产生盐酸。

专利申请WO2018059902A1公开了一项发明，包括提供高温超高真空炉，该炉的唯一腔室为金属，其中将优选由钽制成的导电坩埚放置在绝缘支架(优选为陶瓷)上，并通过缠绕在坩埚周围的绕组感应加热。布置在感应绕组和坩埚之间、优选由石英制成的绝缘管有利地作为可冷凝物质可在其上冷凝的表面。

美国专利5227032公开了从含金属氧化物的矿物(例如钛铁矿)中制备氧的方法，该方法包括制备矿物和热硫酸的浆料，酸和矿物反应形成金属的硫酸盐，向所述浆料中加水以将所述矿物溶解成水溶液，将所述第一水溶液与来自所述浆料的未反应矿物分离，并电解所述水溶液以产生所述金属和氧；在一个方面，提供了一种通过使钛铁矿和热硫酸反应制备其中含有硫酸亚铁的浆料，向所述浆料中加水以将所述硫酸亚铁溶解成水溶液，将所述水溶液从所述浆料中分离，并电解所述水溶液以制备铁和氧的方法。