專利名稱：多極輕金屬還原槽中的旁路電流控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多極金屬還原槽中的旁路電流控制，尤其是制造鎂、鋁、鈉、鋰等之類 的輕金屬所用的多極金屬還原槽。
背景技術(shù)：
鎂及其它輕金屬通常通過在單極電解槽中由金屬鹽電解而制成。然而，可使用多 極電解槽，其中這樣的槽具有至少一個并且通常為若干個多極電極，這些電極位于形成串 聯(lián)連接子槽的陽極和陰極之間的空間中。多極電極增加了可發(fā)生電解的電解步驟的數(shù)量， 因而，與相同電流強度的單極槽相比，提高了槽的能量和生產(chǎn)效率。通常在電解過程期間在 電解液中產(chǎn)生氣體(例如，在從氯化鎂中得到鎂時會產(chǎn)生氯氣)。在垂直電極槽中，所產(chǎn)生 的氣泡在電極之間上升，使周圍的電解液隨之一起升高。這導(dǎo)致新鮮電解液從下方在電極 之間流動，從而確保新鮮金屬鹽可用于進一步還原。在槽頂部的電極之間出現(xiàn)氣體和電解 液的增大體積，并且氣體與液體分離以填充電極上方的頂部空間。電解液循環(huán)回到槽中的 電解液池以補充鹽供應(yīng)，并最終重新循環(huán)回到電極之間的空間。可以說這種槽以“氣舉”原 理工作。
采用氣舉原理的多極電解槽有兩種主要類型。在第一種類型的槽中，陽極、陰極和 多極電極是平面的，面對面布置成行，其間具有合適的間隙。在第二種類型的槽中，陽極呈 實心直立棒的形式，陰極和多極電極呈不同直徑的中空筒體形式，以漸增的距離環(huán)繞該棒， 陰極距離陽極棒最遠。在這兩種情況下，電極都被封閉在襯有耐火材料的容器中，所述耐火 材料提供對熔鹽電解液和熔融金屬的隔熱。在槽的上端還設(shè)有用于收集和移除所產(chǎn)生的氣 體的布置。這種槽長期以來存在的問題是旁路電流繞多極電極的端部沿著穿過陰極和陽極 之間的電解液的更直接的路徑行進，而不是穿過相鄰電極之間形成的串聯(lián)連接子槽在多極 電極之間經(jīng)過。這導(dǎo)致槽的生成率下降，功率消耗增大并且電流效率降低。旁路電流通常 可使電流效率下降3%至5%或更多。當電解液由增大的氣體體積驅(qū)動而溢出電極時，最容易在電極上端形成旁路電 流。在某些槽設(shè)計中，通過將電極盒(即，電極組件)設(shè)計成使得經(jīng)過電極頂部上方的電解 液層的厚度最小化而抑制旁路電流。這需要仔細控制電解液面以確保保持充分但不過量的 流動。盡管有這種措施，但旁路電流仍然流動，從而存在電流效率下降。其中提議控制液面 以減少旁路電流的現(xiàn)有專利的示例為1985年4月30日發(fā)布的授予Sivilotti的美國專利 4,514, 269以及1999年8月10日發(fā)布的授予Sivilotti等的美國專利5，935，394 (這兩個 專利都轉(zhuǎn)讓給了與本申請相同的受讓人)。其它方案包括在多極電極的上端設(shè)置電極延伸 部。這些延伸部伸出遠高于電解液表面，從而防止電解液溢流。然而，該方案要求在電極間 間隙中上升的電解液改向，通常改向至電極陣列的端部，在該處設(shè)有通道以使電解液返回 電解液池。這降低了電解液再循環(huán)的效率，并且是不能由筒狀電極實施的方案，因為除了在 電極頂部之上以外不具有電解液流的出口。提議電極延伸部的現(xiàn)有專利的示例為1983年8月30日發(fā)布的授予Ishizuka的美國專利4，401，543以及1990年10月19日公布的日本 專利申請02-258993A。因此，需要在保持良好的電解液再循環(huán)的同時最小化電流旁路。

發(fā)明內(nèi)容
某些示例性實施方式可提供一種用于通過電解相應(yīng)金屬鹽來制造輕金屬的多極 電解槽。該槽包括熔鹽電解液，該電解液含有在電解時產(chǎn)生輕金屬和氣體的金屬鹽；以及 被所述熔鹽電解液包圍的大致垂直的電極布置，其包括陽極、陰極以及插設(shè)在所述陽極和 所述陰極之間的至少一個導(dǎo)電多極電極。所述至少一個多極電極具有上端，電絕緣體定位 在該上端上方(至少局部覆蓋電極的上端面)。在使用該槽時，所述絕緣體在電解液溢流過 電極時浸沒在電解液下。所述槽可最小化或消除通常在多極電解槽中遇到的旁路電流。這種槽優(yōu)選不具有用于上升的電解液的出口或通道，所述出口或通道允許電解液 改向并防止電解液上升超過電極的上端。因而，電極結(jié)構(gòu)(無論是平面還是筒狀)優(yōu)選地 使得在槽的正常操作期間所有或基本上所有上升電解液經(jīng)過多極電極的絕緣上端以及陰 極上方。因此，所述槽優(yōu)選為若非如這里所公開的電極的上端絕緣則在使用期間會形成顯 著的旁路電流的類型。其它示例性實施方式可提供一種最小化或消除適于制造輕金屬的多極電解槽中 的陽極和陰極之間的旁路電流的方法，該方法包括使所述槽的至少一個多極電極的上端 電絕緣；以及在絕緣的所述上端保持位于含有所述槽內(nèi)保持的待電解金屬鹽的熔鹽電解液 的上表面下方的狀態(tài)下進行電解。術(shù)語“旁路電流”是指繞多極電極(在其上方、下方和側(cè)旁)流動，從而跳過電極 (陽極、陰極或多極電極)之間的至少一個多極電解步驟而不會有助于電解反應(yīng)的電流。有 時將其稱為電流泄漏，并且其代表槽的電流效率的損耗。描述在槽的正常使用期間電極上端的絕緣體的狀態(tài)的術(shù)語“浸沒在……下”是指 借助于上升電解液的溢流和/或借助于在電流未流過槽時將絕緣體定位在所采用的電解 液的上液面下方而使絕緣體被電解液覆蓋。在前一情況下，電極的上端，或者至少是絕緣體 在無電流流動時可高于電極的上液面。在后一情況下，它們可被浸沒。在某些實施方式中，有利的是還使陽極的一部分電絕緣。這樣的絕緣可置于陽極 的表面上(或者環(huán)繞筒狀陽極)。所述絕緣即使完全位于電解液表面的下方也會是有效的， 但特別優(yōu)選的是其在電解液表面上方延伸。即使在多極電極存在一個絕緣體時，所述絕緣 也會進一步最小化從陽極流過相鄰多極電極的旁路電流。本發(fā)明中所用的陽極和多極電極可由石墨、金屬、金屬陶瓷、復(fù)合物以及這些材料 的層壓材料制成。陰極通常由鋼制成。電極通常是不可消耗的，因為電極不會被主電解反應(yīng) 消耗。然而，副反應(yīng)會促使電極材料稍微劣化。電絕緣體應(yīng)當優(yōu)選地在槽環(huán)境中是穩(wěn)定的 并防止在槽工作溫度下被電解液和電解產(chǎn)物損害或退化，以使槽壽命持久。當制造的金屬 是鎂時，氧化鋁是絕緣體的優(yōu)選材料。也可另選地采用其它材料，例如氧化鎂、鋁酸鎂尖晶 石、氮化鋁、氮化硅、硅鋁氧氮聚合材料(包括添加有小百分比氧化鋁的氮化硅陶瓷的微粒 無孔工業(yè)級工程材料)等。所述絕緣體可以是鍵合至石墨電極的邊緣中或者由陶瓷間隔件 保持就位的固相燒結(jié)或熔鑄陶瓷塊。另選的是，所述絕緣體可包括通過陶瓷涂層過程(例如等離子噴涂、濺射淀積以及化學(xué)蒸汽淀積)施加至適當成形的電極邊緣的涂層。再一電 極邊緣絕緣體可包括通過水泥粘合至電極的薄瓷磚。 在多極電極的上端設(shè)置電絕緣表面的一種方式是在電極的導(dǎo)電部分的上端添加 多片絕緣耐火材料。


圖1是適于與本發(fā)明一起使用的多極電解槽在頂部移除的情況下的平面圖，該槽 容納有一盒直立平面形狀的電極；圖2是適于與本發(fā)明一起使用的多極電解槽在頂部移除的情況下的平面圖，該槽 容納有多盒直立筒狀的電極；圖3是沿圖1或圖2中的線A-A的電極盒的垂直剖視圖，其中多極電極(平面的 或筒狀的)根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選形式絕緣；圖4是沿圖1或圖2上的線A-A的電極盒的垂直剖視圖，其中多極電極(平面的 或筒狀的)根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選形式絕緣，但上端處于不同高度；圖5是設(shè)有圖4中所示類型的一個或多個筒狀盒的電解槽的垂直剖視圖；圖6A至圖6G示出絕緣材料可借以固定至電極的導(dǎo)電材料的各種方式；圖7A是適于使平面電極的上端絕緣的另選絕緣塊設(shè)計的局部立體圖；圖7B是適于使筒狀電極的上端絕緣的另選絕緣塊設(shè)計的局部立體圖；圖8是示出在多極電極的頂部具有各種高度的絕緣體的槽的一個示例中的旁路 電流變化的曲線圖；以及圖9是相對于不具有絕緣體的槽，利用在一些多極電極的頂部上的絕緣體的槽在 槽工作的延長期間的測量電流效率的曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明能夠與所有類型的多極槽一起使用，但主要是具有平面或筒狀垂直(或傾 斜)電極的多極槽。然而，示例性實施方式尤其涉及這樣的槽，其中利用“氣舉”原理實現(xiàn) 電解液循環(huán)，在該原理中在電解期間在電極的整個活性表面上產(chǎn)生的氣體致使電解液在電 極間間隙中向上流動。電解液在到達間隙的頂部時，溢流過電極(多極電極和陰極)的相 鄰頂部并返回槽的主體。在示例性實施方式所用的槽中，通常不設(shè)置使電解液改向從而避 免這種溢流的通道。所指的電解液流動使電解液有效循環(huán)，但是允許電極之間的連通，因此 有可能形成旁路電流。槽中需要良好循環(huán)以使電極間間隙供應(yīng)有待電解的新鮮鹽，允許有 效移除所產(chǎn)生的陽極氣體并收集金屬陰極產(chǎn)品，從而能保持生成率。因此期望在不降低循 環(huán)效率的情況下減少旁路電流(電流效率損耗)。 圖1和圖2是在均移除了頂壁的情況下電解槽10的簡化平面圖。圖1的槽具有 由平面電極組成的電極盒，而圖2的槽具有由筒狀電極組成的若干電極盒。在每一情況下， 槽10包括外壁11，該外壁設(shè)有耐火襯里12，其提供絕緣以對抗熱損失和電流動。槽被分成 由垂直的耐火壁15相互隔開的電極隔室13和貯液隔室14。隔室13和14經(jīng)由設(shè)在壁15 的頂部和底部附近的通道(這些圖中未示出，但稍后由圖5示出)相互連通。這使得熔鹽 電解液16在這兩個隔室之間自由循環(huán)?？上蛸A液隔室14中的電解液不時地添加新鮮金屬鹽，以補充在電解過程期間消耗的鹽。
圖1的電極隔室13容納呈電極盒18形式的電極布置，該電極盒由垂直平面陽極 19組成，在垂直平面陽極19每一側(cè)的一定距離處側(cè)翼包圍有一對垂直平面陰極20。在陰 極和陽極之間插設(shè)有八個垂直的平面多極電極21，四個在陽極的一側(cè)，四個在陽極的另一 側(cè)。盒18的垂直端部22和23由陶瓷絕緣體封閉，該陶瓷絕緣體由陶瓷陽極側(cè)絕緣體 25、陶瓷陰極側(cè)絕緣體26、陶瓷側(cè)緣絕緣體27和陶瓷間隔件28組成。這些陶瓷絕緣體和間 隔件防止在電極盒18的垂直側(cè)緣22和23處形成旁路電流。它們還防止電解液16在側(cè)緣 22和23處出入盒18，從而使電解液的流動保持垂直。在一些實施方式中，若這些絕緣體構(gòu) 成相鄰?fù)獗?1、12以及垂直耐火壁15的一部分則是方便的。電極盒18被定位在短的垂直 耐火壁24之間。圖2的電極隔室容納有多個筒狀電極組件或盒18，該筒狀電極組件或盒由外筒狀 陰極20、內(nèi)棒形筒狀陽極19以及位于陰極和陽極之間的四個多極電極21組成。電極以所
示方式嵌套在一起。圖3是沿圖1或圖2中的線A-A的通過電極盒18的垂直剖視圖，因為這兩幅圖的 剖面看上去基本相同。在圖3中，電極盒18由陽極19(可為圖1中的平面狀或者圖2中的 圓棒)以及陰極20 (也是平面狀或筒狀)組成。陽極和陰極各側(cè)之間的間隙由以間隙36分 隔的四個不同間距的電極21 (圖1的實施方式)或者四個筒狀多極電極的不同部分(圖2 的實施方式)填充。在這個圖中，可看出多極電極21的上端29由作為電絕緣耐火材料制 成的塊的絕緣體33覆蓋。稍后詳細論述將這些塊附連至電極的方法。再次參照圖3，陽極19座置在陶瓷間隔塊40上，該陶瓷間隔塊又座置在槽的底部 上，或者更優(yōu)選的是座置在槽內(nèi)的支撐件(該圖中未示出)上。類似地，陰極20座置在耐 火陶瓷間隔件41上，多極電極21座置在對齊的陶瓷耐火間隔塊42上，這些間隔塊座置在 槽內(nèi)的支撐件(未示出)上。塊40、41和42設(shè)有與電極之間的間隙36對齊的間隙43，使 得電解液可從下方進入電極盒18。在圖3的實施方式中，陽極19還在其外表面上在與多極 電極的上端和絕緣體33面對的區(qū)域中設(shè)有陶瓷耐火周向插入件45。該插入件提供進一步 最小化旁路電流風(fēng)險的絕緣耐火套。在操作中，如圖3中所示的盒18浸沒在槽的電解液16中，使得絕緣體33的頂部 至少在使用時位于電解液16的表面下方。陽極、陰極和多極電極之間的間隙36中產(chǎn)生的 氣體致使電解液(此時含有由電解產(chǎn)生的金屬液滴)向上流動，并在電極頂部形成電解液 層50，其橫向向外流動至盒周圍的開口或通道。接著，電解液流入電極隔室13(圖1和圖 2)中，并經(jīng)由分隔垂直耐火壁15上部中的之前所述的開口流入發(fā)生金屬分離的貯液隔室 14中。接著，電解液經(jīng)由垂直耐火壁15下部中的開口返回電極盒的下側(cè)，在該處其經(jīng)由設(shè) 置在支撐件40、41和42之間的間隙43重新進入電極間間隙36。圖4示出具有筒狀電極盒18的另選實施方式，其中電極如圖3所示構(gòu)造，只不過 在多極電極21的頂部上的絕緣體33的上端以高度朝陽極19漸增的階梯方式布置。這樣 的盒可在電極浸沒在電解液表面遠下方的情況下操作，但是也可有利地在將電解液面控制 成使得含有金屬液滴的電解液在頂部上方傾瀉以獲得附圖標記50所示的相對較薄的電解 液層的情況下操作。在美國專利5，935，394(將其公開內(nèi)容以引用的方式結(jié)合于此)中針對在電極頂部不具有絕緣體的盒示出了這種階梯布置。這樣的階梯布置用于減少旁路電流 具有一定有效性，但是絕緣體的增設(shè)使這種布置中旁路電流進一步明顯減小。圖5示出槽10的垂直剖視圖，該槽與圖2類似，但是設(shè)有至少一個圖4所示類型 的電極盒18。槽10包括設(shè)有外壁11的容器，該外壁具有耐火絕緣襯里12。所述容器具有 帶襯罩17，其被密封以防氣體從槽泄漏，但是具有可連接至用于將氣體輸送至其它設(shè)備的 管道(未示出)的通氣24。電極盒18通過陽極19的頂部處的陽極母線51以及焊接至電 極盒18的陰極20并穿過槽的壁11 (在該處被密封以防電解液泄漏)的陰極母線52連接 至電流源(未示出)。所述槽被垂直耐火壁15分成由電極盒或多個電極盒18占據(jù)的電極隔室13以及 進行金屬收集所在的貯液隔室14。垂直耐火壁15設(shè)有上開口 31和下開口 32 (或者不止一 個這樣的開口)。各電極盒18的底部通過耐火支撐件34支撐在電極隔室13的底部上方。 這些支撐件充分敞開從而不會阻止電解液流向盒和在盒內(nèi)流動。槽被熔鹽電解液16填充至貯液隔室14中的液面35。在操作期間，電解液在電極 盒18的電極之間向上流動，流過絕緣體33的頂部至電極隔室13，并經(jīng)由開口 31流入貯液 隔室。熔融金屬以電解液流中的液滴形式被攜帶并且這些液滴漂浮至貯液隔室中的表面， 在該處聚結(jié)而形成漂浮層30。電解液最終經(jīng)由下開口 32流回電極隔室13。通過真空出口 (tapping)經(jīng)由頂罩17中的開口(未示出)定期移除金屬。罩17還可具有可閉合的開口 (未示出)，用于不時地將金屬鹽引入槽中。還優(yōu)選設(shè)置使電解液16的上液面保持在槽中預(yù)定液面35處的裝置(未示出)。 這樣的裝置在現(xiàn)有技術(shù)中公知，例如在美國專利4，518，475(將其公開內(nèi)容以引用的方式 結(jié)合于此)中。在實施方式中，將電解液面設(shè)定成使絕緣體的頂部始終完全浸沒在電解液 中，電解液面的控制不太關(guān)鍵。在所有實施方式中，絕緣體33優(yōu)選地剛性固定至電極21以防在槽的操作期間移 位。根據(jù)絕緣體所用的材料，當浸沒在電解液中時有可能受到浮力，因此通常需要依靠除僅 重力之外的方式來附連絕緣體。電絕緣有助于防止在陽極和陰極之間形成旁路電流。絕緣 體33有效地為多極電極提供通過完全沿電極的頂緣29延伸的電絕緣。圖6A至圖6G示出絕緣體可借以附連至多極電極或者附連至陽極或陰極的一些方 式。這些方法采用銷或插入件61 (圖6A、圖6B、圖6C、圖6D)、舌和溝槽63 (圖6A、圖6B和 圖6C)、鳩尾榫62 (圖6E、圖6F、圖6G)、粘合劑等，或者這些安裝特征中的兩個或多個的組 合。以這種方式可將陶瓷材料牢固固定至導(dǎo)電電極材料，以防止在槽的操作期間陶瓷移位。 固定件可以如所示是不對稱的或者“偏心”的，或者是對稱的。如果是偏心的，則優(yōu)選將較 厚電極材料定位在電極的陽極面上，因為在使用中該表面更容易受到磨損和材料損耗，并 且偏心定位因此延長了盒的有效工作壽命。圖7A是電極盒頂部的局部視圖，其示出本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，其中絕緣體 33互連而形成單元塊33A。如圖3的實施方式中一樣，多極電極21均在其上端29處蓋有 覆蓋電極的整個上端表面的細長絕緣體33。然而，絕緣體33通過間隔件34和端板35結(jié) 合在一起。間隔件和端板之間的間隙36’與電極21之間的電極間間隙36對齊。雖然間隔 件34和端板35橫過電極間間隙延伸，但是它們足夠窄，不會不適當?shù)刈柚闺娊庖毫鲃?。?而，它們支撐絕緣體33并使盒更剛性且更牢固。
圖7B表示筒狀電極盒的類似布置。同樣，與先前實施方式一樣，絕緣體33可結(jié)合 以形成由陶瓷材料制成的具有圖7B所示形狀的塊33B。為簡單起見，該圖僅示出了兩個多 極電極21以及僅半個電極盒。可看出塊33B由具有倒圓上端55的環(huán)形(在平面圖中)絕 緣體33構(gòu)成。環(huán)形間隙36’與電極21之間的電極間間隙36對齊。間隔件34將處于完全 相對位置的絕緣體相互連接，從而使塊33B成一體。同樣，間隔件34不會不適當?shù)叵拗齐?解液的流動。 對于所有示例性實施方式，針對絕緣體33的尺寸可給出以下總體意見。顯然，絕 緣體越大，隨之產(chǎn)生的旁路損耗越小。然而，期望不要極大改變槽的流體流并確保電解液仍 在多極電極(以及絕緣體)的頂部上方流動。由于更多的多極電極由絕緣體取代，所以氣 舉減小，這是因為多極電極的部分表面不再具有電化學(xué)活性。因此，在絕緣體塊的尺寸與槽 工作效率之間存在折中。沿著多極電極的頂緣和底緣，旁路電流的電阻由相鄰絕緣體之間 的間隙的長度與間隙的截面積之比確定，間隙的截面積與其寬度成正比。優(yōu)選進行優(yōu)化以 獲得電解液流動的流體動阻力與旁路電流的電阻之間的最佳平衡。盡管多極電極的頂端處的任何量的絕緣都會提供優(yōu)勢，但是絕緣體的優(yōu)選尺寸可 如以下所述，其中術(shù)語“寬度”、“長度”和“高度”對于具有平面電極和筒狀電極的槽具有以 下含義寬度多極電極的全厚，與電流穿過多極電極行進的方向平行；長度水平方向，與電極表面平行，與電流流動基本正交；高度垂直方向，與電極表面平行。為定義絕緣體的高度尺寸，參照多極電極之間的間隙(稱為ACD)。電極在電極盒 內(nèi)通常等距間隔。盡管通過增大絕緣體高度可獲得持續(xù)改進，但是氣舉(電解液流動)與 槽中的可用空間必需進行折衷。絕緣體的第一優(yōu)選尺寸范圍如下寬度下方的多極電極的寬度的0. 1至1. 5倍之間，更優(yōu)選的是大于該寬度的0. 5 倍；長度與多極電極的長度相等(不延伸超過多極電極的端部)；高度電極間隙(ACT)的1至20倍。更優(yōu)選的尺寸范圍如下寬度下方的多極電極的寬度的0. 5至1. 0倍之間；長度與多極電極的長度相等；高度電極間隙(ACD)的5至10倍。在具有不止一個多極電極的槽中，期望在所有多極電極的上端設(shè)置絕緣體。然而， 僅在一個或一些多極電極上設(shè)置絕緣體優(yōu)于根本沒有絕緣體。多極電極的頂部上的旁路電 流受電解液溢流深度、多極電極數(shù)量、多極電極厚度和多極電極之間的間隙、分解電位以及 電解液導(dǎo)電性影響。在電極上端處設(shè)置絕緣體的效果是為泄漏電流通路增加附加阻抗度。 通過增大穿過電解液的旁路電流通路而形成的該額外電阻具有減小整體旁路電流的效果。已計算出對于絕緣體高度范圍(以ACD的倍數(shù)表述)的旁路電流的變化的示例并 在圖8中示出。絕緣體高度低至約ACD的一倍是有效的，并且當超過ACD的20倍的高度時， 隨高度增大而帶來的改進效果會減小。出于實際原因，高度超過ACD的10倍不是優(yōu)選的， 并且高度為ACD的至少5倍確保對旁路電流具有經(jīng)濟有用的效果而不會對電解液流動或槽生產(chǎn)率具有顯著不良影響。示例為展示設(shè)計的適用性、耐用性以及在本發(fā)明的一種形式中采用的材料而進行了測 試。在測試中，具有24個平面多極電極的電解還原槽設(shè)有附連至四個多極電極頂部的細長 矩形絕緣體。絕緣體所用的耐火材料由93%的氧化鋁/5%的氧化硅形成的可鑄造混合物 制成。各絕緣體的寬度與供其座置的多極電極的寬度相同，長度與多極電極的長度相同，高 度為平均A⑶的6倍。使所述槽在正常條件下工作685天。測試表明該槽工作正常，并且盡管多極電極 確實隨槽的工作壽命而腐蝕，但是絕緣體尺寸不會改變并且絕緣體保持固定至多極電極的 頂部。根據(jù)絕緣體的設(shè)計和尺寸計算電流效率，與不具有這種絕緣體的槽進行比較，并 在圖9中繪出相對于槽壽命的結(jié)果。該結(jié)果表明即使具有少數(shù)絕緣體，電流效率也會始終 比不具有這種絕緣體的情況更高。
權(quán)利要求
一種用于通過電解相應(yīng)金屬鹽來制造輕金屬的多極電解槽，該槽包括熔鹽電解液，該電解液含有在電解時產(chǎn)生輕金屬和氣體的金屬鹽；以及被所述熔鹽電解液包圍的大致垂直的電極布置，其包括陽極、陰極以及插設(shè)在所述陽極和所述陰極之間的至少一個導(dǎo)電多極電極，所述至少一個多極電極具有上端；其中所述至少一個多極電極具有電絕緣體，該絕緣體定位成至少局部在所述上端上方延伸，并且其中在使用所述槽時，所述絕緣體浸沒在所述電解液下。
2.如權(quán)利要求1所述的槽，其中所述絕緣體附連至所述多極電極。
3.如權(quán)利要求2所述的槽，其中所述絕緣體通過選自由銷、鳩尾榫、插設(shè)構(gòu)件和粘合劑 構(gòu)成的組的緊固裝置附連至所述多極電極。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的槽，其中所述絕緣體的寬度為所述多極電極的寬 度的0. 1至1. 5倍，所述絕緣體的長度與所述多極電極的長度基本相等，所述絕緣體的高度 為相鄰電極之間的電極間隙的1至20倍。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的槽，其中所述絕緣體的寬度為所述多極電極的寬 度的0. 5至1. 0倍，所述絕緣體的長度與所述多極電極的長度基本相等，所述絕緣體的高度 為相鄰電極之間的電極間隙的5至10倍。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的槽，其中在所述陽極上在與相鄰多極電極的所述 上端面對的位置設(shè)置絕緣耐火套。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的槽，其中所述陽極、所述陰極和所述至少一個多極 電極是平面的，并且彼此平行布置。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的槽，其中所述陰極和所述至少一個多極電極均形 成環(huán)繞所述陽極的連續(xù)體。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的槽，其中所述陰極和所述至少一個多極電極呈環(huán) 繞所述陽極的中空筒體的形式。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的槽，其中所述絕緣體由選自由氧化鋁、氧化鎂、鋁 酸鎂尖晶石、氮化鋁、氮化硅和硅鋁氧氮聚合材料構(gòu)成的組的材料制成。
11.一種最小化或消除適于制造輕金屬的多極電解槽中的陽極和陰極之間的旁路電流 的方法，所述方法包括使所述槽的至少一個多極電極的上端電絕緣；以及在絕緣的所述上端保持位于含有所述槽內(nèi)保持的待電解金屬鹽的熔鹽電解液的上表 面下方的狀態(tài)下進行電解。
12.一種用于通過電解相應(yīng)金屬鹽來制造輕金屬的多極電解槽，該槽包括熔鹽電解液，該電解液含有在電解時產(chǎn)生輕金屬和氣體的金屬鹽；以及被所述熔鹽電解液包圍的大致垂直的電極布置，其包括陽極、陰極以及插設(shè)在所述陽 極和所述陰極之間的導(dǎo)電多極電極，所述多極電極具有上端和定位成在所述上端上方延伸 的電絕緣體；其中在使用所述槽時，所述絕緣體浸沒在所述電解液下。
13.如權(quán)利要求12所述的槽，該槽具有插設(shè)在所述陽極與所述陰極之間的至少一個其 它多極電極。
14.如權(quán)利要求13所述的槽，其中所述至少一個其它多極電極設(shè)有位于其上端上方的電絕緣體。
15.如權(quán)利要求14所述的槽，其中位于所述多極電極上方的所述絕緣體與所述至少一 個其它多極電極通過由耐火材料制成的間隔件相互連接。
16.如權(quán)利要求12所述的槽，其中所述絕緣體附連至所述多極電極。
17.如權(quán)利要求16所述的槽，其中所述絕緣體通過選自由銷、鳩尾榫、插設(shè)構(gòu)件和粘合 劑構(gòu)成的組的緊固裝置附連至所述多極電極。
18.如權(quán)利要求12至17中任一項所述的槽，其中所述絕緣體的寬度為所述多極電極的 寬度的0. 1至1. 5倍，所述絕緣體的長度與所述多極電極的長度基本相等，所述絕緣體的高 度為相鄰電極之間的電極間隙的所述寬度的5. 0至10. 0倍。
19.如權(quán)利要求12至17中任一項所述的槽，其中所述絕緣體的寬度為所述多極電極的 寬度的0. 5至1. 0倍，所述絕緣體的長度與所述多極電極的長度基本相等，所述絕緣體的高 度為相鄰電極之間的電極間隙的1. 0至10倍。
20.如權(quán)利要求12至19中任一項所述的槽，其中在所述陽極上在與所述多極電極的所 述上端面對的位置設(shè)置絕緣耐火套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過電解來制造輕金屬的多極還原槽。該槽具有陽極、陰極以及插設(shè)在陽極和陰極之間的至少一個導(dǎo)電多極電極。該槽具有熔鹽電解液，該電解液含有保持在該槽內(nèi)的待電解金屬鹽，并且該槽優(yōu)選地具有使電解液的上表面保持處于槽內(nèi)的預(yù)定液面處的裝置。所述液面優(yōu)選地至少在槽使用時保持在所述多極電極的上端之上。所述多極電極在其上端具有電絕緣表面，該電絕緣表面在槽工作時最小化或消除陽極和陰極之間的旁路電流。本發(fā)明還涉及最小化或消除旁路電流的方法。
文檔編號C25C3/08GK101802270SQ200880107143
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者A·J·格辛, D·K·格雷伯 申請人:艾爾坎國際有限公司