產(chǎn)生HCl的氫氣擴散陽極布置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本描述設(shè)及氨氣擴散陽極布置，其用于電解生產(chǎn)金屬如儀和侶，產(chǎn)生氯化氨（肥1) 作為副產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶和儀是具有高商業(yè)價值的常見的結(jié)構(gòu)金屬。
[0003] 純侶（A1)是銀白色、有延展性、柔軟的金屬，并具有鋼密度的=分之一。它是地殼 中最豐富的金屬。侶是極好的導(dǎo)電體并具有兩倍的銅的電導(dǎo)率。它還是有效的導(dǎo)熱體W及 光和福射熱的良好的反射體。
[0004] 不同于大多數(shù)其它主要金屬，侶并不W其天然狀態(tài)出現(xiàn)，而是普遍存在于環(huán)境中 作為娃酸鹽、氧化物和氨氧化物，并連同其它元素一起如鋼W及氣化物，并且作為與有機物 質(zhì)的絡(luò)合物。當(dāng)與水和其它微量元素結(jié)合時，它產(chǎn)生稱作侶±礦的侶的主要礦石。
[0005] 儀化合物，主要為氧化儀（MgO)，用作用于生產(chǎn)鐵、鋼、有色金屬（nonferrous metal)、玻璃和水泥的爐襯的耐火材料。氧化儀和其它儀化合物還用于農(nóng)業(yè)、化工、汽車、航 空航天和建筑行業(yè)。
[0006] 目前，通過在精煉廠中從侶±礦中分離純氧化侶，然后通過利用霍爾-赫魯特和 拜耳過程化all-HeroultandBayerprocess)的電解來處理氧化侶，W產(chǎn)生侶。流過烙化 電解質(zhì)的電流（其中已溶解氧化侶），將氧化侶分離成氧（其收集在浸沒在電解質(zhì)中的碳 陽極上）和侶金屬（其收集在碳內(nèi)襯電池的底部（陰極）上）。平均而言，它需要約4t侶 上礦來獲得2t氧化侶，其進而產(chǎn)生It金屬。120多年來，拜耳法和霍爾-埃魯法一起一直 是侶金屬生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)方法。運些方法需要大量的電并產(chǎn)生不期望的副產(chǎn)物，如在霍 爾-埃魯法的情況下的氣化物W及在拜耳法的情況下的紅泥。
[0007] 通過氯化侶的電解來生產(chǎn)侶一直是長期渴望的和理論上可行的目標(biāo)；其經(jīng)濟 成就從來沒有成為經(jīng)濟現(xiàn)實。其眾多的理由是引起的許多未解決的問題，例如，由電解 產(chǎn)生的高度腐蝕性的氯蒸氣或氣體，W及浴組分和電解的產(chǎn)物的復(fù)合鹽或低共烙混合物 (eutectic),在本文中所有運些將由術(shù)語電解質(zhì)廣泛地涵蓋，具有腐蝕性特性并且顯然與 該問題混合。運樣的問題為電池部件的短壽命W及浴的有害的污染（通過其與電解池中的 限定環(huán)境元素的反應(yīng)）。
[0008] 從未精制材料中取出儀金屬是費力過程，其需要很好調(diào)節(jié)的技術(shù)。目前，為了提取 儀，通常使用電解過程。在鹽酸中漸濾尾礦，從而產(chǎn)生利用電解從其中提取儀的鹽水。氧化 儀的熱減輕還用于從礦石中提取儀。
[0009] 按照慣例，在儀的電解生產(chǎn)的過程中，氯氣形成在陽極處（金屬儀則形成在陰極 處）。在運樣的過程中使用的常規(guī)陽極由石墨制成。在所設(shè)及的高溫下，氯氣傾向于攻擊石 墨陽極并且可W形成各種氯化碳化合物。氯氣本身和氯化碳化合物是對環(huán)境有害的并且難 W除去W及處理是昂貴的。此外，由于運種反應(yīng)會緩慢消耗石墨陽極，所W必須定期更換陽 極本身（不是不重要的費用）。
[0010] 因此，仍然需要提供用于提取金屬如侶和儀的改善的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 按照本說明書，現(xiàn)在提供了用于電解生產(chǎn)金屬的陽極布置，其包括具有中空本體 的陽極，上述中空本體包括從陽極的第一端部分縱向延伸至第二端部分的空腔，所述本體 具有至少一個與空腔流體流連通地連接的氣體出口；與所述陽極的空腔流體流連通地連接 的氣體入口，所述氣體入口可連接至氨氣源，用于將氨氣進料至所述陽極的空腔；電連接 器，用于在電解過程中在陽極處產(chǎn)生電流；W及氯化氨（HC1)同流換熱器（recuperator), 其圍繞陽極的至少一部分，用于回收在電解過程中通過在陽極的外表面處的至少一個氣體 出口釋放的肥1氣體，肥1同流換熱器具有可連接至肥1再分布器的出口。
[0012] 在一種實施方式中，第一端部分是陽極的頂部部分W及第二端部分是陽極的底部 部分，氣體入口連接至陽極的頂部部分或底部部分。
[0013] 在另一種實施方式中，電連接器延伸進入陽極的空腔。
[0014] 在進一步的實施方式中，電連接器延伸進入氣體入口進入陽極的空腔。
[0015] 在一種實施方式中，金屬是儀或侶。
[0016] 在一種可替代的實施方式中，陽極是圓柱形陽極。
[0017] 在進一步的實施方式中，陽極包括在陽極的本體上對稱隔開的多個氣體出口。
[0018] 在另一種實施方式中，氣體出口的尺寸從陽極的頂部部分至陽極的底部部分增 加。
[0019] 在進一步的實施方式中，在陽極的本體上按行和列隔開氣體出口。
[0020] 在另一種實施方式中，在每行內(nèi)的每個氣體出口具有相同的尺寸。
[0021] 在一種輔助實施方式中，氣體出口是圓柱形孔。
[0022] 在另一種實施方式中，氣體出口是從陽極的底部部分至頂部部分的細長錐形通 道。
[0023] 在進一步的實施方式中，陽極是金屬擴散器。
[0024] 在另一種實施方式中，陽極由燒結(jié)金屬粉末制成。
[002引在一種另外的實施方式中，陽極由石墨或哈氏合金X化astalloy口制成。
[0026] 在一種實施方式中，氣體入口是肥1同流換熱器，其部分地延伸并且圍繞陽極的 至少一部分，用于回收在電解過程中通過在陽極的外表面處的氣體出口釋放的HC1氣體。
[0027] 在進一步的實施方式中，肥1同流換熱器是燒結(jié)氧化侶管。
[002引在一種實施方式中，至少一個氣體出口作為至少5ym的開口。
[0029] 在另一種實施方式中，本文描述的陽極進一步包括電催化劑。
[0030] 在一種實施方式中，還提供了用于電解金屬氯化物的電解池，包括：如本文所描述 的陽極布置；陰極與陽極分開，通過在陽極的外表面處的氣體出口釋放的HC1氣體與在陰 極處產(chǎn)生的金屬分離；W及電解室，其包括電解質(zhì)（electrolyte)、所述陰極和所述陽極布 置。
[0031] 按照本說明書，還提供了用于侶的電解生產(chǎn)的陽極布置，包括具有中空本體的陽 極，上述中空本體包括從陽極的第一端部分縱向延伸至第二端部分的空腔，所述本體具有 至少一個與空腔流體流連通地連接的氣體出口；與所述陽極的空腔流體流連通地連接的 氣體入口，所述氣體入口可連接至氨氣源，用于將氨氣進料至所述陽極的空腔；電連接器， 用于在電解過程中在陽極處產(chǎn)生電流；W及氯化氨化C1)同流換熱器，其圍繞陽極的至少 一部分，用于回收在電解過程中通過在陽極的外表面處的至少一個氣體出口釋放的肥1氣 體，上述肥1同流換熱器具有可連接至肥1再分布器的出口。
[0032] 按照本說明書，現(xiàn)在提供了用于儀的電解生產(chǎn)的陽極布置，其包括具有中空本體 的陽極，上述中空本體包括從陽極的第一端部分縱向延伸至第二端部分的空腔，所述本體 具有至少一個與空腔流體流連通地連接的氣體出口；與所述陽極的空腔流體流連通地連接 的氣體入口，所述氣體入口可連接至氨氣源，用于將氨氣進料至所述陽極的空腔；電連接 器，用于在電解過程中在陽極處產(chǎn)生電流；化及氯化氨（HC1)同流換熱器，其圍繞陽極的至 少一部分，用于回收在電解過程中通過在陽極的外表面處的至少一個氣體出口釋放的HC1 氣體，上述肥1同流換熱器具有可連接至肥1再分布器的出口。
【附圖說明】
[0033] 現(xiàn)將參照附圖，其中：
[0034] 圖1是按照一種實施方式的陽極布置的示意性剖視圖；
[003引圖2是按照圖1的陽極布置，連接至氣體入口的陽極的放大剖面圖；
[0036] 圖3A是按照一種實施方式的陽極的側(cè)視圖；
[0037] 圖3B是圖3A的陽極的剖面圖；
[0038] 圖4A是按照另一種實施方式的陽極的側(cè)視圖；
[0039] 圖4B是圖3A的陽極的剖面圖；
[0040] 圖5是測得的電池電壓的圖形顯示，其中電解時間為0. 5Acm2和845cmmin 及使用4孔氨陽極；
[00川圖6是在具有376cm3miniAr-5H2和沒有Hz的情況下，針對4孔陽極測得的塔菲爾 燈afel)曲線的圖形顯示；
[004引圖7圖形顯示針對不同的電流密度（從0. 13至0. 4A.cm2)使用燒結(jié)金屬擴散器 陽極，作為氣體流率的函數(shù)的電池電壓的測得的演變（evolution);
[004引圖8A圖形顯示，具有碳陽極，具有沿著電極軸線的優(yōu)先氣體擴散化及對于0、9、18 和30cm3min1的Hz流動速率，作為電流密度的函數(shù)的電池電壓的測得的演變；
[0044] 圖8B圖形顯示測得的塔菲爾曲線：在700°C下的實驗，具有碳陽極，具有沿著電極 軸線的優(yōu)先氣體擴散，W及對于〇、9、18和30cm3min1的H2流動速率；
[0045] 圖9A圖形顯示，對于0. 5A.cm2,作為氨流動速率的函數(shù)的理論和實驗產(chǎn)生的肥1 的測得的演變；
[0046] 圖9B圖形顯示，對于0. 25A.cm2,作為氨流動速率的函數(shù)的理論和實驗產(chǎn)生的肥1 的測得的演變；
[0047] 圖10A照片圖示，對于具有沿著電極軸線優(yōu)先擴散的多孔電極，進入水中的鼓泡 試驗；
[0048] 圖10B照片圖示，對于具有垂直于電極優(yōu)先擴散的多孔電極，進入水中的鼓泡試 驗；
[0049] 圖11圖形顯示，在700°C下的測得的塔菲爾曲線，具有碳陽極具有垂直于電極軸 線的優(yōu)先氣體擴散針對&流動速率為0、9、18和30cm3.min1;
[0050] 圖12圖形顯示最大電池電壓降低的測得的演變，其中電流密度是針對具有沿著 軸線和垂直于軸線優(yōu)先擴散的電極所獲得；W及
[005。 圖13圖形顯示，在0. 35Acm2下和在18cm3min1的氨流動速率下，在Mg電解過程 中，電池電壓的測得的變動。
[0052] 應(yīng)當(dāng)指出的是，在整個附圖中，通過相同的標(biāo)記數(shù)字來標(biāo)識相同的特征。
【具體實施方式】
[0053] 提供了用于金屬如儀和侶的