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延长阳极寿命、避免材料浪费 天齐锂业提出金属电解设备方案

【嘉勤点评】天齐锂业发明的金属电解设备及阳极结构方案,由于阳极套设在阳极极耳外壁,阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积,结构的连接处不容易发热,不存在连接件变形的问题,从而提高了阳极结构的使用寿命。并且,由于整个阳极全部位于电解槽内部,所有的阳极材料都能够参与电解,也不存在阳极浪费的情况。

集微网消息,目前,工业上电解制备金属常用的方法是熔盐电解法,比如电解制备金属镁、钠、钙和锂等,都是在高温下电解氯化物混合熔盐制备各种金属。

因此,在电解过程中,最关键设备就是电解槽,电解槽的安装、运行参数和使用寿命等都与电解成本息息相关。电解槽通常由内外槽体、槽盖、阴极、阳极、电源和气体吸收装置等组成,其各部件对电解槽运行和使用寿命都会产生影响,尤其是石墨阳极。

通常根据石墨阳极安装方式将电解槽分为两种,一种是上插式电解槽,一种是下插式电解槽。上插式电解槽是将石墨阳极固定在电解槽槽盖上,阳极上端通过连接件与电极相连,阳极中下段插入到电解槽内部与阴极板相对。下插式电解槽是将石墨阳极固定在电解槽底部,阳极最低端露出一段通过连接件与电极相连,阳极中上段在电解槽内部与阴极板相对。

上插式电解槽和下插式电解槽都存在一些问题,暂时都没有有效解决方法。例如有:

1、阳极通过连接件与电极相连,连接位置接触面积小,电解时电流不稳定,易产生波动,影响电解效率;

2、连接位置接触面积小,电阻较大,连接部位容易发热,导致连接件变形,影响使用寿命;

3、两种石墨阳极都会有一段石墨参与组装固定,不与阴极板相对,只提供电流而不参与电解,造成阳极石墨浪费;

4、上插式阳极石墨上端与空气接触,高温时易被氧化腐蚀,影响使用寿命;

5、下插式石墨阳极装配工艺要求严格,安装成本高,石墨更换不方便,槽体报废率较高。

为解决上述问题,天齐锂业在2021年11月2日申请了一项名为“金属电解设备及阳极结构”的发明专利(申请号:202111288928.0),申请人为天齐锂业股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项技术方案吧。

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如上图,为该专利中发明的金属电解设备的示意图,该金属电解设备包括电解槽7和阳极结构,电解槽内设置有阴极1。阳极结构包括阳极2和阳极极耳6,阳极位于电解槽内部且套在阳极极耳外壁,阳极极耳的一端穿过电解槽并位于电解槽之外。

电解槽包括槽体和槽盖,与现有常规结构相同。阴极用于与阳极配合完成电解反应,阳极采用石墨阳极,通过将阳极整体完全设置在电解槽内部,不与外界的空气接触,可有效防止阳极在高温条件下被氧化腐蚀,从而提高了阳极的使用寿命。

此外,由于整个阳极全部位于电解槽内部,所有的阳极材料都能够参与电解,因此不存在阳极浪费的情况。与现有技术相比,相同体积的阳极,该专利中的阳极使用寿命更长。

阳极极耳用于与外部电源相连,其外端设置有接电端口。阳极套在阳极极耳外壁,利用阳极极耳支撑阳极,使得阳极可以悬空固定在电解槽内部。并且,阳极极耳位于阳极内部的部分具有较大的长度,例如阳极极耳位于阳极内部的长度大于阳极极耳总长的50%,且大于阳极总长度的75%。

这样的设计,可以保证阳极极耳更加稳定地与阳极相连,从而提高阳极安装的稳定性。同时,也增大了阳极极耳与阳极的接触面积,电解时电流稳定,不会产生波动,保证了电解效率。另外,也可以达到减小电阻的目的,阳极与阳极极耳的连接处不容易发热,不存在连接件变形的问题,从而提高了阳极结构的使用寿命。

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如上图,为该方案中的阳极结构的示意图,其包括有阳极2和阳极极耳6,阳极套在阳极极耳外壁,阳极极耳的一端伸至阳极之外。阳极极耳位于阳极之外的部分涂覆有防腐蚀层3。阳极设置有中心孔,该孔具有锥形段,其上端的直径小于锥形段下端的直径。阳极极耳设置有与锥形段相配合的防脱段,防脱段上端的直径小于下端的直径,阳极极耳的下部位于中心孔内,且防脱段位于锥形段内。

该中心孔为中心通孔,孔的下端孔口填充有阳极堵8,其材料为耐火泥、耐火纤维和石墨等。制造阳极结构时,先分别制造阳极和阳极极耳,再将阳极极耳的上端伸入中心通孔的下端,使得阳极极耳的上端贯穿阳极,直到防脱段与锥形段贴合,再通过敲打的方式使阳极和阳极极耳紧密接触。

此时,阳极极耳的下端到中心通孔的下端孔口具有一定的间距,在该间距中填充阳极端,将中心通孔的下端口封闭,防止电解液进入中心通孔并对阳极极耳下端面造成腐蚀。

最后,综合上述结构,该方案具有下述优势:

1、由于阳极套设在阳极极耳外壁,阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积,电解时电流稳定,不会产生波动,能够保证电解效率;

2、由于阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积,阳极与阳极极耳的连接处不容易发热,不存在连接件变形的问题,从而提高了阳极结构的使用寿命;

3、由于整个阳极全部位于电解槽内部,所有的阳极材料都能够参与电解,不存在阳极浪费的情况;

4、由于整个阳极全部位于电解槽内部,避免与外界空气接触,可有效防止阳极在高温条件下被氧化腐蚀,进一步地提高了阳极的使用寿命;

5、阳极通过阳极极耳悬挂固定在电解槽的顶盖上,安装拆卸简便,能降低由于安装等带来的不利影响。

以上就是天齐锂业发明的金属电解设备及阳极结构方案,在该方案中,由于阳极套设在阳极极耳外壁,阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积,结构的连接处不容易发热,不存在连接件变形的问题,从而提高了阳极结构的使用寿命。并且,由于整个阳极全部位于电解槽内部,所有的阳极材料都能够参与电解,也不存在阳极浪费的情况。

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