括反應爐3、陽極4、電解質5、冷氣供應裝置和上述的任意一種氣冷陰極；反應爐3上通常設置有加料口和排出口 ；所述氣冷陰極通過陰極連桿I設置在反應爐3上；陽極4 一般選用石墨材料制作；通常陽極4的桿段和陰極連桿I均是固定在反應爐3的爐蓋上的；陰極板2部份沒入電解質5中，且氣體出口 22位于電解質5的外側；氣體出口 22不能夠沒入電解質5中；所述冷氣供應裝置與氣體入口 12相連；冷氣供應裝置通過氣體輸出端與氣體入口 12相連，使得氣冷陰極與冷氣供應裝置連通。
[0033]優(yōu)選的，再如圖4所示，該熔鹽電解裝置還包括電解氣體導管6、尾氣導管7和加熱裝置8 ;所述電解氣體導管6設置在反應爐3上，且下端沒入設置在電解質5中；所述陽極4設置在電解氣體導管6的內部，陽極4的下端沒入設置在電解質5中且未超出電解氣體導管6的下端；電解時，陽極4通常有電解氣體產(chǎn)生，例如:電解MgCl2在陽極會產(chǎn)生氯氣；電解氣體導管6可以收集并輸送陽極4電解產(chǎn)生的電解氣體，保證電解氣體的純度，避免電解氣體被冷卻用氣體或反應爐3內其他氣體污染；所述電解氣體導管6上設有電解氣體出口61，所述電解氣體出口 61位于反應爐3的外側；電解氣體出口 61通常與電解氣體收集裝置連接，電解氣體導管6將收集到的電解氣體輸送至電解氣體出口 61再由電解氣體收集裝置收集；所述尾氣導管7設置在反應爐3上，并使反應爐3的內部與外界空氣連通；尾氣導管7主要用于將從氣體出口 22流出的冷卻用氣體排出，避免反應爐3內壓力增大；所述加熱裝置8設置在反應爐3上用于加熱電解質5 ;加入裝置8可以選用熱電偶。該熔鹽電解裝置通常用于液相產(chǎn)物析出過程的實驗研宄。
[0034]應用上述任意一種熔鹽電解裝置進行電解的電解方法，包括下列步驟:
[0035]步驟一、加熱電解質5并將其溫度控制在X土 10°C ；
[0036]步驟二、在電解質5的溫度為(X+5) °C?(X+10) °〇時，對陽極4和氣冷陰極通電進行電解；
[0037]步驟三、電解0.5小時?I小時后，由冷氣供應裝置向氣冷陰極的氣體通道11中通入惰性氣體，通過惰性氣體將電解質5的溫度控制在(X-1O) °C?(X_5)°C ；
[0038]步驟四、繼續(xù)電解0.5小時?I小時后斷電停止電解，得到固相金屬產(chǎn)物；
[0039]其中，X為金屬產(chǎn)物的熔點溫度；陰極板2沒入電解質5中的深度不超過陰極板2高度的四分之三。通過通入惰性氣體使電解質5降溫，從而使電解得到固相金屬產(chǎn)物，進而能夠觀察液相產(chǎn)物析出過程，找出最佳電解參數(shù)，提高電解效率。
[0040]優(yōu)選的，所述陰極板2沒入電解質5中的深度為陰極板2高度的三分之二；所述惰性氣體為氬氣；從冷氣供應裝置中輸出的惰性氣體的流量為1mVh?20m3/h。
[0041 ] 實施例(觀察液鎂匯集過程)
[0042]通過上述的熔鹽電解裝置進行電解操作:
[0043]步驟一、加熱電解質5并將其溫度控制在650±10°C ；
[0044]步驟二、在電解質5的溫度為655°C?660°C時，對陽極4和氣冷陰極通電進行電解；
[0045]步驟三、電解0.5小時后，由冷氣供應裝置向氣冷陰極的氣體通道11中通入常溫氬氣，通過氬氣將電解質5的溫度控制在645°C?650°C ；
[0046]步驟四、繼續(xù)電解0.5小時后斷電停止電解，得到固相金屬產(chǎn)物；
[0047]其中，陰極板2沒入電解質5中的深度為陰極板2高度的三分之二 ；從冷氣供應裝置中輸出氬氣的流量為20m3/h ;電解質5為現(xiàn)有的電解鎂用電解質。
[0048]通過本發(fā)明的使用可以指導工業(yè)生產(chǎn):對電解過程中析出鎂的觀察可知，鎂的匯集狀態(tài)隨著電流密度的增加先變好后變壞，在生產(chǎn)過程中要嚴格控制陰陽極的電流密度；有鐵銹的陰極鎂匯集不均勻，局部出現(xiàn)大塊鎂聚集，而且夾雜有電解質，而表面干凈的陰極鎂顆粒分布均勻，匯集狀況較有銹的好。在組裝鋼陰極的時候，一定要保證電極表面干凈；在設計水平時，鎂的匯集狀態(tài)較好，當MgCl2&度降低到設計下線時，鎂的匯集狀態(tài)嚴重變壞。在生產(chǎn)中要嚴格控制電解槽的MgCl2濃度，不能低于8%的MgCl 2濃度設計值。
【主權項】
1.氣冷陰極，其特征在于:包括陰極連桿(I)和設置在陰極連桿(I)下端的陰極板(2);所述陰極連桿(I)的內部設有氣體通道(11)，氣體通道(11)穿出陰極連桿(I)上端的開口為氣體入口(12);所述陰極板(2)的內部設有冷卻通道(21)，冷卻通道(21)穿出陰極板(2)上端的開口為氣體出口(22);所述氣體通道(11)與冷卻通道(21)連通。
2.如權利要求1所述的氣冷陰極，其特征在于:所述氣體通道(11)與冷卻通道(21)的最下端連通。
3.如權利要求1或2所述的氣冷陰極，其特征在于:所述冷卻通道(21)是以其與氣體通道(11)連通處為迷宮入口，并以氣體出口(22)為迷宮出口的迷宮式通道。
4.如權利要求3所述的氣冷陰極，其特征在于:所述迷宮式通道為“回”字形迷宮通道。
5.如權利要求1或2所述的氣冷陰極，其特征在于:所述冷卻通道(21)為多個“S”形通道彼此首尾相連組成的蜿蜒通道。
6.如權利要求1、2或4所述的氣冷陰極，其特征在于:所述陰極板(2)的各處壁厚均相等。
7.熔鹽電解裝置，包括反應爐(3)、陽極(4)和電解質(5);其特征在于:還包括冷氣供應裝置和如權利要求1至6中任一項所述的氣冷陰極；所述氣冷陰極通過陰極連桿(I)設置在反應爐(3)上；陰極板(2)部份沒入電解質(5)中，且氣體出口(22)位于電解質(5)的外側；所述冷氣供應裝置與氣體入口(12)相連。
8.如權利要求7所述的熔鹽電解裝置，其特征在于:還包括電解氣體導管(6)、尾氣導管(7)和加熱裝置(8);所述電解氣體導管(6)設置在反應爐(3)上，且下端沒入設置在電解質(5)中；所述陽極⑷設置在電解氣體導管(6)的內部，陽極⑷的下端沒入設置在電解質(5)中且未超出電解氣體導管￠)的下端；所述電解氣體導管(6)上設有電解氣體出口(61)，所述電解氣體出口(61)位于反應爐(3)的外側；所述尾氣導管(7)設置在反應爐(3)上，并使反應爐(3)的內部與外界空氣連通；所述加熱裝置(8)設置在反應爐(3)上用于加熱電解質(5)。
9.電解方法，其特征在于:采用權利要求7或8所述的熔鹽電解裝置進行電解，包括下列步驟: 步驟一、加熱電解質(5)并將其溫度控制在X±10°C ； 步驟二、在電解質(5)的溫度為(X+5)°C?(X+10)°C時，對陽極⑷和氣冷陰極通電進行電解； 步驟三、電解0.5小時?I小時后，由冷氣供應裝置向氣冷陰極的氣體通道(11)中通入惰性氣體，通過惰性氣體將電解質(5)的溫度控制在(X-1O) °C?(X_5)°C ； 步驟四、繼續(xù)電解0.5小時?I小時后斷電、停止電解，得到固相金屬產(chǎn)物； 其中，X為金屬產(chǎn)物的熔點溫度；陰極板(2)沒入電解質(5)中的深度不超過陰極板(2)高度的四分之三。
10.如權利要求9所述的電解方法，其特征在于:所述陰極板(2)沒入電解質(5)中的深度為陰極板(2)高度的三分之二 ；所述惰性氣體為氬氣；從冷氣供應裝置中輸出的惰性氣體的流量為10m3/h?20m3/h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣冷陰極、熔鹽電解裝置及電解方法。氣冷陰極，包括陰極連桿和設置在陰極連桿下端的陰極板；所述陰極連桿的內部設有氣體通道，氣體通道穿出陰極連桿上端的開口為氣體入口；所述陰極板的內部設有冷卻通道，冷卻通道穿出陰極板上端的開口為氣體出口；所述氣體通道與冷卻通道連通。該熔鹽電解裝置是應用上述氣冷陰極作為電解陰極的電解設備。該電解方法是應用上述熔鹽電解裝置進行電解的方法。該氣冷陰極利于研究金屬在陰極的析出過程，進而利于找到最佳電解參數(shù)，提高電解效率。該發(fā)明通過在陰極制作過程中加入氣體通道即可，結構簡單，無需大的設計投入，冷卻效果好，具有較強的應用推廣前景。
【IPC分類】C25C7-00, C25C7-06, C25C3-08, C25C7-02
【公開號】CN104611732
【申請?zhí)枴緾N201510081679
【發(fā)明人】馬尚潤, 鄭權, 朱福興, 穆天柱, 鄧斌, 何安西, 程曉哲, 陳兵
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月15日