本發(fā)明涉及電解設(shè)備，尤其涉及用于電解反應的可移除電極模塊和包括可移除電極模塊的電解系統(tǒng)。發(fā)明背景本發(fā)明涉及用于還原包括金屬化合物諸如金屬氧化物的固體進料以形成還原產(chǎn)物的設(shè)備。如從現(xiàn)有技術(shù)已知，這些工藝可用于例如將金屬化合物或半金屬化合物還原為金屬、半金屬或部分還原化合物或?qū)⒔饘倩衔锏幕旌衔镞€原以形成合金。為避免重復，本文中使用的術(shù)語金屬涵蓋所有這些產(chǎn)物，諸如金屬、半金屬、合金、金屬間化物和部分還原產(chǎn)物。近些年來，已極大地關(guān)注通過還原固體進料，例如固體金屬氧化物進料而直接生產(chǎn)金屬。這樣一種直接還原工藝是劍橋FFC電分解工藝(如WO99/64638中所述)。在FFC工藝中，固體化合物，例如固體金屬氧化物配置為與包括熔鹽的電解槽中的陰極接觸。電勢施加在槽的陰極與陽極之間使得化合物被還原。在FFC工藝中，生產(chǎn)固體化合物的電勢低于來自熔鹽的陰離子的沉積電勢。例如，如果熔鹽是氯化鈣，那么固體化合物還原的陰極電勢低于用于從鹽中沉積金屬鈣的沉積電勢。已提出用于還原陰極連接固體金屬化合物形式的進料的其它還原工藝，諸如WO03/076690中所述的極性(polar)工藝和WO03/048399所述的工藝。FFC工藝和其它電解還原工藝的傳統(tǒng)實施方式通常涉及生產(chǎn)預制體或前驅(qū)體形式的進料，其由待還原的固體化合物的粉末制成。這種預制體隨后刻意耦接至陰極以使還原能發(fā)生。一旦許多預制體已耦接至陰極，那么陰極可下放至熔鹽中且預制體可被還原。生產(chǎn)預制體及隨后將其附接至陰極可能是高度勞動力密集的。雖然這種方法適用于實驗室規(guī)模，但是其不適于工業(yè)規(guī)模的金屬規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的目標是提供一種電解設(shè)備、電解設(shè)備的組件和使用更適于按工業(yè)規(guī)模還原固體進料的電解設(shè)備的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
如所附獨立權(quán)利要求所定義，本發(fā)明在其許多方面中提供用于與電解設(shè)備的電解腔室接合的可移除電極模塊、包括可移除電極模塊的電解系統(tǒng)、電解方法和電解模塊的電極，現(xiàn)應對所述所附獨立權(quán)利要求進行參考。本發(fā)明的優(yōu)選或有利特征在不同的從屬權(quán)利要求中說明。因此，在第一方面中，本發(fā)明可提供一種用于與電解腔室接合的可移除電極模塊?；蚩杀环Q作可移除電極組合件或可移除電極設(shè)備的可移除電極模塊包括第一電極、第二電極和包括吊桿的懸掛結(jié)構(gòu)。吊桿優(yōu)選在桿的一端上耦接至第一電極。第二電極通過懸掛結(jié)構(gòu)懸掛或支撐且懸掛結(jié)構(gòu)還包括用于使第二電極保持與第一電極空間分隔的至少一個電絕緣間隔元件。優(yōu)選地，第一電極是端子陰極且第二電極是端子陽極，端子陰極和端子陽極可耦接至電源以使電勢能施加在端子陰極與端子陽極之間。電極模塊可有利地用于固體進料的還原，優(yōu)選地金屬化合物，諸如金屬氧化物的還原。優(yōu)選地，固體進料可保持與第一電極的第一表面接觸使得固體進料可通過電解還原?？赡芴貏e有利的是電極模塊還包括在模塊與電解腔室接合時閉合及打開電解腔室的蓋。蓋優(yōu)選地與圍繞電解腔室開口的表面或邊緣相互作用以密封電解腔室的開口和/或支撐電極模塊的重量的至少一部分。電解腔室內(nèi)的溫度可在熔鹽中的電解反應期間達到高達1200℃。此外，在典型的電解反應期間，各種氣體出現(xiàn)。因此，如果在電解反應期間蓋可密封腔室或充當電解腔室開口的密封，那么可能有利。在第二方面中，本發(fā)明可提供用于與電解腔室接合的可移除電極模塊，其包括在熔鹽電解質(zhì)中支撐通過電解還原的固體進料的一部分的陽極和陰極，進料保持為與陰極接觸。電極模塊還可包括如上文參考本發(fā)明的第一方面所述的用于閉合及打開電解腔室的蓋。在第三方面中，本發(fā)明可提供用于與電解腔室接合的可移除電極模塊，可移除電極模塊包括第一電極和蓋。當可移除電極與電解設(shè)備接合時，第一電極位于電解腔室內(nèi)使得其可用于電解且蓋橫跨電解腔室的開口。優(yōu)選地，蓋在模塊與電解腔室接合時密封電解腔室的開口。如上所述，電解腔室內(nèi)的溫度可能是高的且氣體可能出現(xiàn)。因此，可能有利的是電極模塊的蓋用于密封電解腔室的開口。有利地，電極模塊的實施方案可包括第二電極，優(yōu)選地其中第一電極是陰極且第二電極是陽極。有利地，電極和蓋可由包括吊桿和電絕緣間隔元件的懸掛結(jié)構(gòu)支撐。在第四方面中，本發(fā)明可提供用于與電解腔室接合的可移除電極模塊，可移除電極模塊包括拉升元件以使模塊能被拉升、耦接至吊桿下端的第一電極和安置在拉升元件和吊桿上端之間的彈性裝置。模塊可包括超過一個吊桿并且可具有安置在每個吊桿上端與拉升元件之間的彈性裝置。優(yōu)選地，彈性裝置可包括彈簧，例如螺旋彈簧或貝氏(Belleville)彈簧。下列任選部件可提供在根據(jù)上文所述的四個方面的任一個的可移除電極模塊的實施方案中。模塊可包括由碳形成或包括碳的陽極，例如包括石墨的陽極。陽極可由替代材料，諸如惰性陽極材料制成。模塊可包括吊桿且桿可由在高溫下保持強度的金屬材料形成。例如，吊桿可由不銹鋼或高強度低合金鋼或由鎳合金形成。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解各種適當?shù)母邚姸冉饘?。模塊可包括電絕緣間隔元件。這些間隔元件可由任一種適當材料，諸如陶瓷形成。用作電絕緣間隔元件的適當陶瓷可包括氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、氮化硅(Si3N4)和氮化硼(BN)。模塊可有利地包括一個或多個雙極元件以增大可用于電解的陰極表面積。包括雙極電極的模塊可被描述為包括雙極堆疊。雙極電極是插置于端子陽極與端子陰極之間的電極使得其在電勢施加在端子陽極與端子陰極之間時形成陽極表面和陰極表面。有利的是包括將配置為端子陽極在雙極電極之上且端子陰極在雙極電極之下的雙極堆疊的模塊。這導致雙極電極的上表面變?yōu)殛帢O，其可促進固體進料保持在電極的上表面上。可能有利的是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的可移除電極模塊用于通過電解還原工藝(諸如電分解)還原固體進料。例如，還原可通過如WO99/64638中所述的電分解FFC劍橋工藝或WO03076690中所述的極性工藝或WO03/048399中所述的反應性金屬變型執(zhí)行。固體進料優(yōu)選地由多個構(gòu)成單元組成。優(yōu)選的是進料的個別構(gòu)成單元為以顆粒或粒子的形式或通過粉末處理方法制作的預制體形式。適于制作這樣一種預制體的已知粉末處理方法包括但不限于壓制、注漿成型和擠出。通過粉末處理制作的預制體可為金屬顆粒的形式。粉末處理方法可包括任一種已知的傳統(tǒng)制造技術(shù)，諸如擠出、噴霧干燥或棒銷式混合器等。一旦形成，進料的構(gòu)成單元可燒結(jié)以充分改進/增強其足以實現(xiàn)必要的機械處理的機械強度?？赡苡欣氖沁M料能夠松散地傾倒至模塊中電極的表面上。當前，用于還原固體進料的許多電還原方法涉及將固體進料的個別單元或部分耦接至陰極的步驟。有利地，本發(fā)明可簡單通過將進料傾倒其上而允許大量進料引入或配置在電極的上表面上。進料可分布至電極模塊內(nèi)個別電極的上表面上。在優(yōu)選實施方案中，進料可通過將所述元件的一部分從模塊移除以允許接達進行裝載而施加至個別電極。接達例如可通過將電極的一部分吊出或滑出模塊、傾倒進料或以任一種其它方式配置進料及將電極的所述部分放回或滑回模塊中而促進。本發(fā)明的第五方面可提供一種還原固體進料的方法，其包括下列步驟：將固體進料裝載至可移除電極模塊的第一電極的第一表面，電極模塊包括第一電極和與第一電極分隔的第二電極，電極的第一表面能夠在使用時變?yōu)殛帢O；將可移除電極模塊與電解腔室接合使得電極表面和進料與容納在電解腔室內(nèi)的熔鹽接觸；和應用電壓至電極模塊使得第一電極的第一表面上的陰極電勢導致進料的還原。電極模塊可為本文所述的任一種電極模塊。術(shù)語熔鹽(moltensalt)(其或可被稱作熔鹽(fusedsalt)、熔鹽電解質(zhì)或電解質(zhì))可能指的是包括單種鹽或鹽的混合物的體系。本申請案所使用意義內(nèi)的熔鹽還可包括非鹽組分，諸如氧化物。優(yōu)選的熔鹽包括金屬鹵化物鹽或金屬鹵化物鹽的混合物。特別優(yōu)選的鹽可包括氯化鈣。優(yōu)選地，鹽可包括金屬鹵化物和金屬氧化物，諸如具有溶解的氧化鈣的氯化鈣。在使用多于一種鹽時，可能有利地使用相關(guān)混合物的低共熔或近低共熔組合物例如以降低所使用的鹽的熔點。本文所述的本發(fā)明的不同方面和實施方案本身可能非常適于商業(yè)規(guī)模的大批固體進料的還原。尤其，包括雙極電極的垂直配置的可移除電極模塊的實施方案可允許大量雙極元件配置在小廠區(qū)內(nèi)，有效增加處理廠每單位面積可獲得的還原產(chǎn)品量。本文所述的本發(fā)明的不同方面和實施方案特別適于通過還原包括固體金屬氧化物的固體進料而生產(chǎn)金屬。純金屬可通過還原純金屬氧化物和合金而形成且金屬間化物可通過還原包括混合的金屬氧化物或純金屬氧化物的混合物的進料而形成。一些還原工藝可僅在所述工藝中所使用的熔鹽或電解質(zhì)包括形成比所還原的金屬氧化物或化合物更穩(wěn)定的氧化物的金屬種類(反應性金屬)時運作。這種信息易于以熱力學數(shù)據(jù)形式獲得，尤其是吉布斯自由能數(shù)據(jù)并且可方便地從標準Ellingham圖或優(yōu)勢場圖或吉布斯自由能圖中確定。有關(guān)氧化物穩(wěn)定性的熱力學數(shù)據(jù)和Ellingham圖可由電化學工作者和提取冶金工作者(在本情況下可能非常了解這種數(shù)據(jù)和信息的技術(shù)人員)獲得及了解。因此，用于還原工藝的優(yōu)選電解質(zhì)可包括鈣鹽。鈣形成比多數(shù)其它金屬更穩(wěn)定的氧化物并且因此可作用以促進比氧化鈣不穩(wěn)定的任一種金屬氧化物的還原。在其它情況下，可使用含其它反應性金屬的鹽。例如，根據(jù)本文所述的本發(fā)明的任一方面的還原工藝可使用包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鈣、鍶、鋇或釔的鹽執(zhí)行?？墒褂寐然锘蚱渌}，包括氯化物或其它鹽的混合物。通過選擇適當?shù)碾娊赓|(zhì)，幾乎任一種金屬氧化物能夠使用本文所述的方法和設(shè)備還原。尤其，鈹、硼、鎂、鋁、硅、鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、釔、鋯、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢和包括鑭、鈰、鐠、釹、釤的鑭系元素和包括錒、釷、鏷、鈾、镎和钚的錒系元素的氧化物可優(yōu)選地使用包括氯化鈣的熔鹽還原。技術(shù)人員能夠在其中選擇適當?shù)碾娊赓|(zhì)以還原特定金屬氧化物及在多數(shù)情況下包括氯化鈣的電解質(zhì)將是適當?shù)摹８綀D說明本發(fā)明的具體實施方案現(xiàn)將參考附圖描述，其中：圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個方面的可移除電極模塊的透視圖；圖2是圖1可移除電極模塊的側(cè)視圖；圖3是圖1可移除電極模塊的平面圖；圖4是圖1可移除電極模塊的橫截面?zhèn)纫晥D，其圖示可移除電極模塊的不同電極和支撐組件的結(jié)構(gòu)。圖5是電解設(shè)備的示意橫截面圖，其具有適于接收圖1所示的可移除電極模塊實施方案的電解腔室；圖6是示出圖1的可移除電極模塊與圖5中所示的電解設(shè)備接合的示意橫截面圖；圖7是示出圖1可移除電極模塊的示意橫截面圖，其容納在座落在圖5電解設(shè)備上的轉(zhuǎn)移模塊內(nèi)，準備用電解設(shè)備的電解腔室接合電極模塊；圖8是示出在其從轉(zhuǎn)移模塊傳遞并且與圖5電解設(shè)備接合的圖1可移除電極模塊的示意橫截面圖；圖9是適于用作圖1可移除電極模塊中的陰極托盤的可移除陰極托盤結(jié)構(gòu)的透視圖；圖10是圖9陰極托盤結(jié)構(gòu)的平面圖；圖11是圖9陰極托盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的可移除電極模塊的第二實施方案的橫截面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的可移除電極模塊的第三實施方案的橫截面圖；圖14是將根據(jù)本發(fā)明的實施方案的可移除電極模塊耦接至拉升構(gòu)件的替代方法的示意橫截面圖。具體實施方式現(xiàn)將參考圖1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的可移除電極模塊。電極模塊10包括端子陽極20、端子陰極30和彼此空間分隔分布在端子陰極30上方和端子陽極20下方的七個雙極電極40、41、42、43、44、45、46。端子陰極30、端子陽極20和每個中間雙極電極40、41、42、43、44、45、46形狀基本上為圓形且具有大約550mm的直徑。陰極和陽極的直徑當然可能與此不同。例如，直徑范圍可從大約100mm至5000mm或更大。端子陰極30具有由下部和上部組成的復合結(jié)構(gòu)。下部是由具有550mm的直徑和60mm的厚度的310級不銹鋼片形成的實質(zhì)陰極底座元件30a。上部由座落在底座元件30a上表面上的可移除托盤組合件30b提供?？梢瞥斜P組合件30b示于圖9、圖10和圖11且將在下文中更詳細地描述。具有大約130mm的直徑的中心孔界定為穿過經(jīng)組裝托盤組合件30b的中心部。七個雙極電極40、41、42、43、44、45、46的每個具有包括下部40a、41a、42a、43a、44a、45a、46a和上部或托盤組合件部分40b、41b、42b、43b、44b、45b、46b的復合結(jié)構(gòu)。每個雙極電極的上部、托盤組合件部分與端子陰極30的上部、托盤組合件部分30b相同。每個雙極電極的下部40a、41a、42a、43a、44a、45a、46a由具有550mm的直徑和60mm的厚度的碳片形成，例如石墨。具有大約130mm的直徑的孔界定為穿過每個雙極電極40、41、42、43、44、45、46的中心部。在每個雙極電極的下表面上，寬度為大約10mm的多個通道50被界定以協(xié)助將出現(xiàn)在每個雙極電極下表面上的氣體通至每個雙極電極的外圓周。第一雙極電極40由第一電絕緣間隔元件直接60支撐在端子陰極30正上方。第一電絕緣間隔元件60是由氧化鋁形成的管狀間隔件。第一電絕緣間隔元件或可由其它電絕緣陶瓷材料諸如氮化硅、氧化釔或氮化硼形成。第一間隔元件60的高度為90mm。因此，陰極底板30a的上表面與第一雙極電極40a下部的下表面之間的分隔是90mm。在一些實施方案中，第一電絕緣間隔元件60直接座落在陰極底座元件30a正上方。在其它實施方案中，由不會在槽運作條件下還原的陶瓷材料形成的陶瓷插入件70安置在端子陰極底座元件30a與第一電絕緣間隔元件60之間。第一雙極電極40下部40a的下表面座落在第一電絕緣間隔元件60上使得第一雙極電極40透過第一電絕緣間隔元件60由端子陰極底座元件30a支撐。第二雙極電極41通過第二電絕緣間隔元件61直接支撐在第一雙極電極40正上方。第二電絕緣間隔元件61是與第一電絕緣間隔元件60實質(zhì)相同的管狀氧化鋁元件。第二電絕緣間隔元件座落在第一雙極電極40下部40a的上表面上。第二雙極電極下部41a的下表面接著座落在第二電絕緣間隔元件上使得第二雙極電極41通過第二電絕緣間隔元件61由第一雙極電極支撐。這種支撐結(jié)構(gòu)針對每個雙極電極重復。因此，第三雙極電極42通過第三電絕緣間隔元件62由第二雙極電極41支撐。第四雙極電極43通過第四電絕緣間隔元件63由第三雙極電極42支撐。第五雙極電極44通過第五電絕緣間隔元件64由第四雙極電極43支撐。第六雙極電極45通過第六電絕緣間隔元件65由第五雙極電極44支撐。第七雙極電極46通過第七電絕緣間隔元件46由第六雙極電極45支撐。端子陽極20由具有550mm的直徑和60mm的厚度的石墨片形成。通道以與上文針對雙極電極界定的相同方式界定在陽極的下表面上。這些通道的一個目的是協(xié)助移除端子陽極20下表面上出現(xiàn)的氣體?？捉缍榇┻^具有大約130mm的直徑的端子陽極20的中心部。端子陽極通過第八電絕緣間隔元件67支撐在第七雙極電極46正上方。第一至第八間隔元件都具有90mm的高度。可移除電極模塊10還包括直接安置在端子陽極20正上方的絕緣陶瓷蓋100。蓋100由氧化鋁形成，但是任意熱絕緣陶瓷材料可被用來及被設(shè)計來在電解反應期間覆蓋電解設(shè)備的電解腔室。蓋100通過第九電絕緣支撐元件68由端子陽極20上表面支撐。第九電絕緣支架68類似于上述電絕緣支撐元件，但具有更大長度。中心孔界定為穿過蓋100。因此，界定從蓋100的上表面101向下延伸穿過可移除電極模塊、穿過管狀電絕緣間隔件68、穿過陽極中心及穿過每個雙極電極及其相關(guān)間隔元件的孔或腔。吊桿110延伸穿過這個孔或腔并且通過與界定在陰極底座元件30a中的螺紋孔接合的螺紋耦接至端子陰極30的陰極底座元件30a。吊桿110不接觸任何其它電極或間隔元件。在吊桿110穿透界定為穿過蓋100的中心孔時，密封通過石墨壓蓋填料例如編織石墨繩或其它類似壓蓋填料材料120形成。在其上部上，吊桿110耦接至j槽型接頭130。j槽接頭是在石油工業(yè)中已知用于耦接管段的卡扣接頭。吊桿與j槽接頭之間的耦接通過墊圈和螺母111實現(xiàn)。吊桿110可例如在抬高或下放電極模塊時用于拉升整個可移除電極模塊10。使用時，吊桿可能需要在高溫下運作。因此，桿110和將桿110耦接至j槽接頭130的相關(guān)螺母和墊圈111由適于在高溫下運作的高鎳合金形成。陽極20耦接至兩個石墨立柱21、22以使得能在電源(未示出)與端子陽極20之間實現(xiàn)電連接。石墨立柱21、22通過石墨螺柱23、24耦接至端子陽極20。石墨立柱21、22在端子陽極20上方垂直延伸穿過界定在蓋100中的孔使得可在可移除電極模塊處于與電解設(shè)備的電解腔室接合時實現(xiàn)與立柱最上部的電連接。立柱21、22與界定為穿過蓋100供立柱穿透的相關(guān)孔之間的間隙通過編織石墨繩或其它類似壓蓋填料材料25密封?？梢瞥姌O模塊10被設(shè)計成具有三個裝載或支撐條件。在這三個條件的第一個中，可移除電極模塊座落在陰極底座元件30a的下表面上。在這種條件中，所有雙極元件、陽極和蓋的重量通過陰極底座元件30a傳遞且吊桿110未張緊。在第二裝載條件中，j槽接頭130耦接至拉升機構(gòu)且模塊的整個重量通過耦接至陰極底座元件30a的吊桿110支撐。在第三裝載條件中，可移除電極模塊10可支撐在蓋100下表面102上的多個點上。在這種條件中，模塊重量由蓋100支撐并且透過耦接至陰極底座元件30a的吊桿110傳遞。因此，模塊可獨立在其陰極底座元件30a上，其可通過吊桿110上端上的j槽耦接130懸掛或其可通過蓋100的下側(cè)102懸掛。當?shù)鯒U110穿透蓋100時，吊桿110在其從至陰極底座元件30a的耦接點至與編織石墨繩120的密封點的整個長度內(nèi)涂布或覆蓋電絕緣材料115。這種電絕緣材料是氧化鋁涂層115，但可為任一種高溫電絕緣材料。例如，涂層115可為氮化硼。涂層可通過任一種已知方法，例如通過浸涂或通過噴涂施加。形成端子陰極30和七個雙極電極40、41、42、43、44、45、46的每一個的部分的可移除托盤組合件示于圖9、圖10和圖11中。托盤組合件30b、40b、41b、42b、43b、44b、45b、46b由兩個可耦接部分151、152形成。當耦接在一起時，整個托盤組合件基本上呈圓形且在室溫下具有大約542mm的直徑。托盤組合件是金屬的且因此直徑可在可移除電極模塊的工作溫度(在用于熔鹽中的分解反應時通常介于大約500℃與1200℃之間)下歸因于熱膨脹而增至大約550mm。每個托盤組合件部分151、152的底座153、156由適于支撐固體進料的篩網(wǎng)形成。圍繞經(jīng)組裝托盤組合件的圓周，圓周唇部在篩網(wǎng)153、156水平上方突起延伸大約30mm。多個向下延伸足部155在篩網(wǎng)153、156水平下方從圓周唇部154向下延伸達大約10mm的距離。整個托盤組合件可座落在相關(guān)電極部分的上表面上以形成電極模塊的電極。例如，托盤組合件30b可座落在端子陰極底板30a的上表面上以形成端子陰極30或托盤組合件40b、41b、42b、43b、44b、45b、46b可座落在雙極電極40a、41a、42a、43a、44a、45a或46a下部的上表面上以形成雙極電極。在托盤組合件與其相關(guān)電極部分之間通過向下延伸足部155實現(xiàn)電接觸。向下延伸足部使篩網(wǎng)153、156保持與上方座落托盤組合件的陰極或雙極電極的上表面空間分隔。當包括可移除托盤組合件30b、40b、41b、42b、43b、44b、45b、46b的可移除電極模塊位于容納熔鹽的電解腔室中時，熔鹽能夠流入在托盤組合件座落在其上的電極部分的上表面與篩網(wǎng)底座153、156之間形成的間隙。熔鹽因此能夠向上流動穿過托盤組合件的篩網(wǎng)底座153、156且因此遍及支撐在底座153、156上的任一個固體進料。托盤組合件形成為具有用于圍繞電絕緣間隔元件，例如支撐第一雙極電極40的電絕緣間隔元件60的中心孔。托盤組合件形成為兩個可耦接部分，即第一部分151和第二部分152，每個部分基本上是半圓的。兩個部分151、152可通過螺柱和槽配置耦接。螺柱160從第二部分的匹配表面或匹配邊緣162延伸且用于接收螺柱160的槽161界定在第一部分151的相應匹配表面163中。使用時，托盤組合件的每半個或每個部分151、152可單獨從可移除電極模塊10移除以裝載進料或卸載還原產(chǎn)物。可移除托盤組合件形成端子陰極和每個雙極電極的最上部。對應電極的這些部分在可移除電極模塊用于電解時變?yōu)殛帢O?？梢瞥斜P組合件30b、40b、41b、42b、43b、44b、45b、46b由310級不銹鋼制成?？梢瞥斜P組合件可由許多其它材料制成且材料選擇可取決于待還原進料的性質(zhì)。例如，可能需要使用由不會污染還原產(chǎn)物的金屬形成的托盤組合件。例如，可能需要由鉭或涂布鉭的金屬形成陰極托盤組合件，其中可移除電極模塊將用于將氧化鉭還原為鉭金屬。根據(jù)上述第一具體實施方案的可移除電極模塊在用于在還原熔鹽電解質(zhì)中還原固體進料時可能特別有利?？梢瞥斜P組合件允許固體進料方便地裝載至每個單獨的可移除托盤組合件部分151、152上并且通過使裝載的托盤組合件部分座落在電極模塊中的適當位置而裝載至可移除電極模塊中。室溫下，可移除電極模塊10具有從陰極底板30a的下表面至蓋100的下表面1645mm的總高度。從陰極底板30a的下表面至j槽接頭130頂部的高度是2097mm。如上所述，電極30、40至46的直徑是550mm。蓋100的最大直徑是830mm。這些尺寸中的一些將隨溫度變化而經(jīng)歷改變。尤其，高度值可在電極模塊的工作溫度下增大達5至10mm。根據(jù)上述本發(fā)明的第一實施方案的可移除電極模塊10可有利地與具有適于在接合時接收模塊10的電解腔室的任一種電解設(shè)備一起使用。這樣一種電解設(shè)備200的示意圖由圖5提供。電解設(shè)備200包括容納界定在石墨坩堝230內(nèi)的電解腔室220的外殼210，石墨坩堝230的上邊緣231界定至電解腔室220中的開口。邊緣231的上表面涂布15mm厚的彈性石墨材料段用于抵著可移除電極模塊10的蓋100的下側(cè)密封邊緣231。座落在上邊緣231上的密封材料是可變形并且恢復其形狀的編制石墨壓蓋填料材料。外殼210還容納用于維持石墨坩堝230溫度的爐加熱元件240、用于允許熔鹽流動穿過電解腔室220的熔鹽進口250和熔鹽出口260。排氣線路270提供為朝向電解腔室220的上部以允許電解腔室內(nèi)發(fā)生的任一電解反應期間出現(xiàn)的氣體逸出。DC供電陰極母線280耦接至石墨坩堝230并且使整個石墨坩堝230能將石墨坩堝直接耦接至電源。石墨坩堝230內(nèi)襯有氧化鋁襯層290。氧化鋁襯層290提供石墨坩堝230側(cè)壁與接合在電解腔室220內(nèi)的任一個可移除電極模塊10之間的電絕緣。雖然由氧化鋁制成，但是襯層可由在電解腔室220內(nèi)的處理條件下基本上呈惰性的任一種適當電絕緣陶瓷材料制成。電解設(shè)備的上部包括實現(xiàn)提供至電解腔室220的外部接達的閘閥型殼300。閘閥殼300包括由熱障材料，例如陶瓷材料形成的閘門310。致動裝置320允許閘門310來回滑動以打開和閉合閘閥300，從而允許接達電解設(shè)備200內(nèi)的電解腔室220。圖6圖示根據(jù)上文參考圖1至圖4所述的第一實施方案的可移除電極模塊，其與圖5中所示類型的電解設(shè)備接合。石墨坩堝230的下內(nèi)表面突出形成基座232。當與電解腔室220接合時，可移除電極模塊10座落在石墨坩堝230內(nèi)的這個突起基座232上。因此，可移除電極模塊的端子陰極30的下表面與石墨坩堝230的內(nèi)表面實體及電接觸。可移除電極模塊10的雙極電極40至46和陽極20座落在通過陶瓷襯層290與坩堝230的側(cè)壁電絕緣的電解腔室的一部分內(nèi)?？梢瞥姌O模塊10的蓋100的下表面102與石墨坩堝230的上邊緣231接觸。當蓋與邊緣231接觸時，座落在上邊緣上的柔性石墨密封材料變形以使密封能被實現(xiàn)。注意石墨密封材料或可或另可位于蓋100的下表面102上。使用時，電解腔室內(nèi)的溫度可顯著變化。因此，可移除電極模塊的一些組件(例如，吊桿110)的尺寸可變化達數(shù)毫米。座落在石墨坩堝230的上邊緣上的彈性材料優(yōu)選地具有足夠彈性和可變形性以適應任一這種熱扭曲并且維持與蓋100下側(cè)102的可行密封?？梢瞥姌O模塊的陽極立柱21、22向上延伸穿過蓋100?？赏ㄟ^可致動DC陽極母線250實現(xiàn)與這些立柱的電接觸，所述可致動DC陽極母線250可被致動以接觸陽極立柱并且因此提供陽極與電源之間的電連接。使用時，電解腔室220填充熔鹽且裝載可還原進料的可移除電極模塊與電解腔室接合。陽極母線被致動以接觸陽極立柱21、22且電勢施加在陽極20(經(jīng)由陽極立柱和可致動陽極母線250)和端子陰極30(經(jīng)由石墨坩堝230和陰極DC母線280)之間。所施加的電勢足以還原進料。所需電勢可取決于進料類型和熔鹽組合物而變化。在許多情況下，尤其為了在熔鹽電解質(zhì)中還原固體進料，可能有利的是能夠?qū)⒖梢瞥姌O模塊與處于其工作溫度下或接近其工作溫度的電解設(shè)備的電解腔室接合。對于許多熔鹽電解質(zhì)，這意味著電解腔室容納在介于500℃與1200℃之間的溫度下的熔鹽。如果室溫下的可移除電極模塊將插入容納例如1000℃的溫度下的熔鹽的電解腔室中，那么可移除電極模塊的組件將可能經(jīng)歷嚴重及快速的熱扭曲。尤其，可移除電極模塊的陶瓷組件可能經(jīng)歷嚴重熱沖擊并且因此故障。作為一個難題，如果上文參考可移除電極模塊的第一實施方案所述的可移除電極模塊在空氣中被預熱至1000℃的溫度，那么可移除電極模塊的石墨組件會燃燒。可能特別需要能夠在電解發(fā)生后且在無需等待電解腔室冷卻的情況下立即將可移除電極模塊從電解設(shè)備的電解腔室移除。需要注意確保含氧大氣，諸如空氣不在高溫下接觸可移除電極模塊。未避免這種情況可能導致電極模塊的石墨組件燃燒，位于可移除電極模塊內(nèi)的還原金屬產(chǎn)物燃燒或氧化及歸因于模塊的快速冷卻而發(fā)生的嚴重熱變形和故障。為了允許可移除電極模塊在接近工作溫度的溫度下與電解設(shè)備的電解腔室接合及為了允許可移除電極模塊在靠近工作溫度的溫度下脫離電解腔室，需要可移除電極模塊可在被轉(zhuǎn)移或運送至電解設(shè)備之前退出至轉(zhuǎn)移模塊中。轉(zhuǎn)移模塊可包括加熱和/或冷卻元件。轉(zhuǎn)移模塊可簡單是內(nèi)部可維持惰性大氣的罩，所述罩在預熱電極模塊裝載至電解腔室中之前將其絕緣或使剛從電解腔室脫離的電極模塊在被運送至單獨位置用于受控冷卻之前將其絕緣。圖7示出如上文參考圖1至圖4所述的可移除電極模塊，其位于可移除轉(zhuǎn)移模塊400的一個實施方案中。可移除轉(zhuǎn)移模塊400包括由310級不銹鋼形成且襯有耐火襯層的外殼410。耐火襯層可為陶瓷磚襯層或任一其它適當材料，諸如纖維板，其將轉(zhuǎn)移模塊的內(nèi)部熱絕緣。轉(zhuǎn)移模塊的內(nèi)部包括轉(zhuǎn)移腔420，可移除電極模塊10可位于所述轉(zhuǎn)移腔420內(nèi)。轉(zhuǎn)移模塊可包括用于在可移除轉(zhuǎn)移模塊的頂部上耦接至j槽接頭的裝置和用于將可移除轉(zhuǎn)移模塊退出至轉(zhuǎn)移腔室420中的裝置。例如，轉(zhuǎn)移模塊400可包括用于拉升可移除電極模塊的絞車。轉(zhuǎn)移模塊400的上部包括用于拉升轉(zhuǎn)移模塊的裝置，諸如鉤子430。這些拉升構(gòu)件使整個轉(zhuǎn)移模塊能被拉升并且被移至電解設(shè)備200及移出電解設(shè)備200。轉(zhuǎn)移模塊400的下部由閘閥440閉合。這種閘閥包括耐熱閘門450，其可致動以打開及閉合進入轉(zhuǎn)移模塊腔室420的開口。如上文參考圖5所述，轉(zhuǎn)移模塊，包括閘閥可方便地座落在電解設(shè)備200的閘閥頂部。通過打開與轉(zhuǎn)移模塊440和電解設(shè)備200相關(guān)的閘閥，可提供至電解腔室220開口的接達。可移除電極模塊10隨后可從轉(zhuǎn)移腔室420下放，穿過與轉(zhuǎn)移模塊相關(guān)的閘閥和與電解設(shè)備相關(guān)的閘閥的開口以使電極模塊能位于電解腔室220內(nèi)。對應閘閥隨后可如圖8所示閉合且轉(zhuǎn)移模塊400隨后可移除。如上所述及如圖1至圖4所示，可移除轉(zhuǎn)移模塊的第一實施方案包括固體進料于其上可還原的八個有效工作電極(即，端子陰極30的上部和每個雙極電極40至46的上部)。對于一些反應，可能需要還原較低體積的固體進料。出于這種目的，可能需要可移除電極模塊具有陰極電極表面的較低面積。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的可移除電極模塊的第二實施方案由圖12圖示。如圖12所示的可移除電極模塊的總尺寸與圖1至圖4所示的可移除電極模塊相同且因此可移除電極模塊的這個第二實施方案可結(jié)合與第一實施方案相同的電解設(shè)備使用。但是，本發(fā)明的第二實施方案的可移除電極模塊1200包括端子陰極1230和端子陽極1220，僅單個雙極電極1240安置在端子陽極1220與端子陰極1230之間。端子陽極、端子陰極和雙極電極在結(jié)構(gòu)上與上文結(jié)合本發(fā)明的第一實施方案所述的等效結(jié)構(gòu)相同。當存在安置在端子陽極1220與端子陰極1230之間的較少雙極電極時，石墨電極立柱1221和1222基本上比上文參考本發(fā)明的第一方面所述的石墨電極立柱長。如果需要，石墨立柱的數(shù)段可通過內(nèi)螺紋螺柱1226接合。蓋1201通過多個電絕緣陶瓷間隔件1268直接支撐在陽極1220上表面的正上方。除確保這個可移除電極模塊的外部尺寸與本發(fā)明的第一實施方案的模塊的尺寸相同所需的這些特定調(diào)適外，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的可移除電極模塊的所有其它元件與上文所述相同。根據(jù)本發(fā)明的某些方面，可移除電極模塊包括雙極電極并不是必要的。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的可移除電極模塊的第三具體實施方案。這個第三實施方案包括端子陽極1320和端子陰極1330，但不包括雙極電極。端子陰極1330和端子陽極1320以與上文參考本發(fā)明的第一實施方案所述的端子陽極20和端子陰極30以相同的方式構(gòu)造。第三實施方案的可移除電極模塊1300的外部尺寸與可移除電極模塊的第一實施方案和第二實施方案的尺寸相同。如圖13所示的可移除電極模塊的第三實施方案的所有其它細節(jié)如上文參考可移除電極模塊的第一實施方案或第二實施方案所述。在上述實施方案中，吊桿110通過墊圈和螺栓111將桿110的末端夾箝至接頭130而耦接至j槽接頭130。在蓋100的下側(cè)與形成至電解腔室220中的開口的坩堝230的邊緣231之間形成密封所需的任一公差通過在邊緣上使用彈性密封材料而實現(xiàn)。圖14示出可用于可移除電極模塊的實施方案的替代耦接。為便于參考，與上述第一實施方案中存在的組件相同的組件已被賦予相同的參考數(shù)字。在圖14所示的替代實施方案中，電極模塊的吊桿110通過凸緣1410耦接至j槽接頭130，所述凸緣1410透過一組貝氏彈簧1400轉(zhuǎn)傳遞負載，并且轉(zhuǎn)移至j槽接頭上。凸緣1410通過螺母1420抵靠彈簧1400固定。當模塊被拉升時，模塊重量透過吊桿110傳遞并且壓縮彈簧1400。彈簧抵著凸緣1410下表面向上推動。彈簧1400可為任一個適當彈簧裝置。例如，彈簧可包括螺旋彈簧。用安置其間的彈性彈簧將電極模塊耦接至拉升裝置，諸如j槽接頭可在使用時提供好處。例如，當電極模塊被下放至如上所述的電解腔室中時，在圍繞腔室開口的邊緣與蓋100的下表面102之間實現(xiàn)接觸以形成密封。在上述實施方案中，模塊的底板30a必須座落為與坩堝內(nèi)壁實體接觸以提供陰極連接。使用彈性裝置，諸如安置在拉升裝置與吊桿之間的貝氏彈簧1400可在密封已通過蓋100形成后允許電極模塊的額外行進。此外，這樣一種彈性裝置可有利地適應由熱波動導致的吊桿的尺寸變化。包括安置在支撐電極的吊桿與拉升裝置之間的彈性裝置的可移除電極模塊的實施方案可用作使用圍繞電解腔室的開口的彈性密封材料的替代或作為其補充。