CN1073171C - 用熔融电解液电解以再生金属的多极电解槽 - Google Patents

Abstract

一种能从熔融电解液中再生金属的电解槽和在这种电解槽中使用的一种电极组件。电解槽(10)中包括有电极组件，组件是由阳极(17)、阴极(19)和一个或一个以上的双极电极(18)构成，双极电极放在阳极和阴极之间，以形成发生电解作用的极间间隙。在电极组件中，双极电极(如只有一个时)或最内层的双极电极(如有一个以上时)基本上围绕着阳极并形成单个的机械上和电气上的统一体。阴极本身则优选围绕着一个或一个以上的双极电极。包括有阴极和双极电极的电极组件优选做成单元式的电极盒，它可在电解槽外边组装然后作为单独的自承单元***或取出电解槽。这种类型的结构可简化电解槽的制造，并能使电解槽的运用效率得到改进。

Description

用熔融电解液电解以再生金属的多极电解槽

                    技术领域

本发明涉及从熔融电解液中生产金属的改进的电解槽。更具体地说，本发明涉及用于这一目的的多极电解槽。

                    背景技术

美国专利4,604,177和4,514,269描述了一种用电解法生产金属、例如镁的电解槽，该电解槽每个都具有槽体，在槽体内装有一个或几个电极组件。每个电极组件中包括有围成垂直腔的阴极组件，在腔内装有阳极和一个或几个双极电极组件，双极电极组件装在阳极和阴极组件之间。为了防止或阻止电解液在相邻阴极组件之间和/或每个阴极组件与邻近的槽体壁之间流动，还装有多块挡板。但是，这种电解槽的几何形状和设计使得这种电解槽难于做成具有均匀的极间间隙，而且这种设计的制造和操作费用都很高。另外，在电极之间的漏泄电流也会引起电流效率降低。因此，需要提供一种改进的电解槽，以便简化电解槽的组装和维修方法，同时还能获得较高的电流效率、较低的生产每公斤金属的功率消耗，并使电解槽设计更加紧凑、成本较低。

                    发明内容

因此，本发明的目的是提供改进内部设计的电解槽。

本发明的另一个目的是提供能简单、可靠地组装的电解槽，优选还能简单、可靠地拆卸。

本发明的再一个目的是提供能经济、有效操作的电解槽。

本发明的一个方面是提供了一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体，槽体内包括有至少一个内部电解分室，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极、一个阴极和至少一个放在阳极和阴极之间的双极电极，以便造成发生电解作用的极间间隙，该组件还包括往电解槽输送电流的接头，该电解槽的特征在于，双极电极、或当有多个时每个双极电极，在机械上和电气上都组成了一个单个的统一体，并且都基本上完整地围绕着阳极的主要电解表面或下一个最内层的双极电极的主要电解表面，其特征还在于，阴极基本上完整地围绕着双极电极的主要电解表面，或者当双极电极有一个以上时，围绕着最外面一个双极电极的主要电解表面。

本发明的又一个方面是提供了一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体，槽体内包括至少一个内部电解分室，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极、一个阴极和至少一个放在阳极和阴极之间的双极电极，以便造成发生电解作用的极间间隙，该组件还包括往电解槽输送电流的接头，该电解槽的特征在于，阴极基本上完整地围绕着至少一个双极电极和阳极，其特征还在于，阴极和至少一个双极电极被固定在一起组成一个单元组件，在组装电解槽时，该组件可被***到电解分室中去。

本发明的再一个方面是提供了一种电极组件，它可以被***到电解槽中去，该电解槽是用来从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的，该电极组件包括至少一个双极电极和一个阴极，其特征在于，每个双极电极都在机械上和电气上组成了单个的统一体，其特征还在于，阴极基本上完整地围绕并固定着一个或多个双极电极，组成一个单元组件。

本发明的又一个方面是提供了一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体，槽体内包括至少一个内部电解分室，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极、一个阴极和往电解槽输送电流的接头，该电解槽的特征在于，阴极上具有一个装有电解液液面控制机构的结构。

在本发明的电解槽中，阳极在水平方向的横截面优选为园柱形的，而双极电极在水平方向的横截面优选为环形的，但是，如果需要，这些电极的截面形状也可不用园柱形和环形，而用例如卵形、椭园形、正方形、长方形、多边形等等。之所以优选园柱形和环形是因为制造时可以更简单、经济而准确，这从下文将看得更明显。在任何情况下，中心阳极的主要电解面(通常是垂直的或基本上是垂直的)应完全同心地被通常是相应几何形状的双极电极和最外层的阴极所围绕。阳极、阴极和双极电极的主要电解面是指绝大部分电解作用在其上发生的表面积。因此，大部分电解作用是预定在电极的被浸没的、面对面的垂直(或大致垂直)表面上发生的，但是，一些小的次要的电解作用也可能在电极的下部表面或下部边缘或边角处发生。在本发明中，没有必要去保证双极电极和阴极“围绕”(即面对)下一个最内层电极的次要的或辅助的电解表面，虽然在某些情况下这可能是优选要做的。

电解槽内部任何两个相邻电极之间的极间间隙，从根本上说必须在所有各点上都相同，而间隙必须适度以便高效电解(通常在3至30mm的范围内，更优选为5至15mm)。

双极电极，当有几个时每个双极电极，优选构成为同心围绕阳极或同心围绕下一个最内层双极电极的单元体(亦即从电气和机械观点看为单个的统一体)。电极的表面，以及阳极表面本身，优选为垂直的，但也可向内向电解槽底部呈锥形。当电极构成为单元体时，在电极的表面上可以具有断裂、缝隙、孔洞、裂缝或其它间断处，只要电极在使用中不受这些间断处的影响即可。虽然如此，但从最大的机械强度和电气性能着想，最优选的是电极上没有这种性质的间断处，而且双极电极的垂直区段(亦即具有正对的面向阳极的表面和面向阴极的表面的那些部分)围绕阳极或下一个最内层双极电极构成连续的无间断的表面。

最优选的是，阴极和双极电极固结在一起做成自我支承的单元组件或“盒”的形式，它可在电解槽外面组装好，然后当电解槽组装好准备投入使用时放入电解槽内。然后，在电极盒中心留出的内部垂直轴向空间内***阳极，电解槽就准备就绪。这样的盒式装置必须在阴极内部固结住一个或多个双极电极，阴极的延伸部分必须足够牢固，以便能***并组装在电解槽中，并能将电极相互间的极间间隙可靠地保持住。为了做到这一点，优选在阴极和最外层双极电极之间，以及在每个双极电极之间(如果有一个以上的话)放置绝缘隔离层，例如填隙片、填隙块、板条等类似设施。这些隔离层优选用绝缘耐火材料制成，并优选用机械方法(虽然也可选用其它方法如胶结)固结在电极表面上。最优选它们是被固结在双极电极的外表面(面向阳极的表面)上。如果需要，还可在最内层双极电极和阳极之间放置类似的绝缘隔离层，例如，在阳极被***电极盒以前把这样的隔离层放置在阳极的外表面上。

在本发明的一个实施方案中，还在阴极和极间电极的下端加设向内的延伸部分以进一步加固盒式装置。这些延伸部分优选为基本上水平的。每个这样的延伸部分都能起到支撑下一个最内层电极的作用，最终的支撑力是来自阴极，阴极通常是构成电极盒外壁的强有力的金属外壳。当然，各个电极在其端部的延伸部分(或任何其它部分)都不能构成电接触，因此，相互间的必要支撑应当通过诸如填隙块、填隙片等不导电的隔离层来提供。这样的隔离层通常是用绝缘耐火材料来制作，并优选固结在电极延伸部分的表面上。

替代的办法是，也可不给盒式组件的每个电极加装向内的延伸部分，而用一个绝缘结构来提供必要的支撑，例如用一块带有孔眼或间隙以供电解液流通的、用不导电但有相当强度的材料做成的平板或多块构件固结在阴极上，并横跨阴极最下部的孔洞。这样，单个或多个双极电极就可将它们的最下端安置在支撑板或支撑构件上，并可用不导电材料做的填隙块或填隙片放置在各个电极元件的垂直表面之间以保持适当的极间间隙。上述平板或构件可借助做出支撑物来固结在阴极上，例如用阴极上连续的水平方向向内的凸唇或一系列的向内的小凸片，或用阴极下端从一点伸向正对面一点的窄条十字构件，平板就顶在它上面。当使用一系列的耐火构件时，是特别需要使用这后一种支撑类型的。

应当顺便指出，当电解槽使用时，由于浸在比重很大的电解液中，各个双极电极都受着浮力，因此可能不再需要很多能抵抗向下运动的支撑物。虽然如此，但当做成一个活动的电极盒时，明显地仍必须给各双极电极提供能抵抗重力的支撑物。

使用固结在阴极上的电极延伸部分、平板或构件的电极设计是具有足够的强度和硬度的，以便当它们被***电解槽时不再要求从底部加以支撑，并且能单靠向电解槽上的汇流条或其它加固元件连接即可支撑住。

不管电极盒如何设计和在电解槽内是什么样的支撑方式，最终的结构都必须在使用中能使电解液在各个电极元件之间流通，并使电解液的流动尽可能均匀。另外，由于电极盒使用连续的电极表面，基本上可消除掉电极边部的漏泄电流，残余的漏泄电流(这是指通过非最邻近电极之间的电流)主要是在电极盒的底部，而电极盒的设计也已考虑使这种漏泄电流减到最小。

本发明使用的双极电极优选用石墨制造。但是，可在一个或更多的双极电极的阴极面(面向阴极的面)上装上钢或其它适当金属的面板。钢的面板可用机械方法固结在石墨上，或用胶或水泥固结。钢的面板是被镁浸湿的，这能起到降低极化电压的作用，从而能提高能效。金属面板还能促进金属从表面释放，这又能改善电流效率。

除钢面板以外(如果使用的话)，双极电极优选用石墨块机加工成单独的一件，但只要能把每个双极电极做成结构上(机械上)和电气上的单个单元，也可用把适当形状的石墨块胶结或固结在一起的办法来制作。胶结可用粘合剂来实施，例如用美国专利4,816,511(Castonguay等)所公开的那种粘合剂，该专利在此引入作为参考。固结可用石墨加工成的螺丝或螺杆、销子或榫钉来实现。被连接的边可加工成能做成搭接接头、燕尾接头、螺丝接头或其它类型接头的样式，以保证强度并有利于形成机械上和电气上的单个单元。

当阴极和双极电极被做成盒式时，它在电解槽内的支撑方法比较方便、也是优选的办法，是单靠与电解槽中的汇流条进行活连结，这是因为阴极在任何情况下都须与汇流条进行电气连接，同时汇流条物理强度大并可靠地支撑在电解槽壁或其它支撑构架上。为此目的，在阴极上可做一个钩形连接元件，安装在阴极汇流条附近，并将电极盒支撑在汇流条上，并能保证阴极与汇流条有可靠的电接触。这样的安排能轻易地吸收掉阴极和汇流条由于加热引起的不同膨胀率和收缩率，在电解槽使用时，可以不靠在阴极上或别的任何地方使用膨胀接头而可不发生电流中断。这种安装方式还使电极盒可作为一个使用或修理单元从电解槽中取出。

由上述可见，本发明，至少是在使用基本上连续的双极电极和阴极的优选实施方案中，开创了一种坚固耐用的盒式结构，使之可在电解槽外边组装电极组件，并可作为一个单元***电解槽。这不但保证了结构上的稳定性，而且能使漏电流减至最小，从而改进电解槽效率。

单元式的电气结构和优选使用阴极和双极电极的水平延伸部分，或使用下部绝缘平板或类似的支撑物，可从根本上减少电极之间在电极组件下部和边缘部的旁流电流。于是残存的旁流源就在电极顶部。借助于在电极上方只保留一薄层的电解液，就可增大漏电流的电阻。保持这样的薄层可通过在电解分室内控制电解液的液面来实现，一种优选的设计安排已被引入到阴极设计中。使用液面控制可使电极组件顶部的旁流电流减到最小，因此整个电解槽和电极组件就可提供出改进的电气性能。

                  附图简述

图1为本发明第一优选实施方案电解槽的部分电解分室的纵向垂直断面图，它示出环形的电极组件及其结构；

图2是图1中电解槽的横向垂直断面图，它具体示出电极组件与电解槽汇流条的连接情况；

图3是图1中电解槽电解分室顶部的水平断面图，它示出电极组件的同心几何结构，组成部分有：园柱形阳极、环形双极电极、环形阴极、阴极分室挡板，以及它们的结合部；

图4是类似图1中电解槽的横向垂直断面图，它示出替代的往电解槽汇流条上连结的方法以及安装或拆卸组件的提升装置；

图5是图4中电解槽的部分水平断面图；

图6是本发明的变型电极组件的部分垂直断面图，它特别示出双极电极和阴极的水平延伸部分和供电解液流入的缝隙；

图7和8分别为本发明另一优选电解槽实施方案的纵向垂直断面图和横向垂直断面图，它示出了电极组件内部的液面控制器和支撑双极电极的耐火栅格；

图9是本发明又一种电解槽的横向垂直断面图，它示出的电极组件中，阴极和双极电极是呈锥形的，其目的是为组装和安装更方便。

图10是另一种电极组件的横向垂直断面图，它利用带有单个孔洞的耐火板来支撑双极电极而且各双极电极离耐火板的的距离各不相同，以使电解液既能通过中心孔洞、又能通过阴极下方或外层双极电极下方的环形空间流动。

            实现本发明的最佳模式

图1、2和3示出本发明的电解槽10的第一实施方案，它包括槽体12，槽体由电解槽壁12a和电解槽底12b构成，其中包含有至少一个电解分室13和至少一个辅助分室14(见图2)，后者被称为收集金属的分室。在电解时，电解过程中产生的氯气被收集(并从此处被抽走)在电解分室13的上部，产品金属例如镁则被积聚在(并最终被从此处取出)辅助分室14中。其中还有用耐火砖砌成的挡水墙15a、15b。上部墙15a分隔两分室的大气。下部墙15b则分隔两分室的电解液，但开有孔洞22、23以供电解液回路循环，下面还将加以描述。

电解作用在石墨阳极17的主要电解表面与一个或一个以上的双极电极18和金属的(通常是钢的)阴极19之间形成的极间间隙16内发生。虽然在该实施方案中画的是3个双极电极，但这数量是可以变化的，不过通常至少要有1个。阳极17、双极电极18和阴极19在图中画的是具有垂直园柱体形主要电解表面的，但它们也可向着电解槽底部稍微均匀地减小其直径，从而形成园锥形的阳极组件。

双极电极18和阴极19的最下部具有向内的延伸部分18a和19a，这些延伸部分伸展在阳极17下端的下方。这些延伸部分与电极是连续的，并与相关的电极有着机械上和电气上的连接。向内的延伸部分18a和19a基本上是水平的。

图1中示出的电解槽具有四个独立的电极盒和阳极组件。但是，在本发明的范围内，可在一个单独的电解分室内包括更多或更少的电极装置，当然也可在一个单独的电解槽内装入几个这样的电解分室。

在运用本发明的电解槽进行电解的过程中，溶入电解液(例如氯化钠和氯化钙)中的金属化合物(例如氯化镁)被在阳极和阴极之间通过双极电极流通的直流电所分解。电解产物为氯气和熔融的镁(当金属化合物为氯化镁时)。

氯气力图要上升到极间间隙16中的熔融电解液的表面上去，而极间间隙是通过水平的电极延伸部分18a和19a所构成的入口缝隙20与外部的大量电解液相连通的。气体的上升运动造成了泵的作用，驱使电解液通过极间间隙16向上，带走在此产生的氯气和小的镁滴。入口缝隙20的直径是不相同的，直径最大的是阴极19上的，直径最小的是在靠近阳极17的双极电极上的。这有利于使流过电极间缝隙的电解液更加均匀，同时还增加漏泄电流的流通路程，从而减少漏泄电流。延伸部分18a和19a之间的缝隙较极板18和19之间缝隙为大，也有利于流量均匀并可减少旁路电流。

熔融混合物11在电极盒顶部走出极间间隙16，在这里氯穿越电解分室13的上部逸出，而熔融电解液则裹带着小的镁滴离去而进入通道21，该通道是包括在阴极19的外部结构内的。液体然后通过挡水墙15a、15b上的出入口22最终被排入收集金属的分室14中，在此小的镁滴升上表面，而电解液则下沉穿越挡水墙15b下部的出入口23而返回到电解室的入口处。

阳极17伸出电解槽盖板之上并电气连结到夹紧装置25上，夹紧装置是水冷的，以保持阳极与夹紧装置之间良好的电接触，夹紧装置构成为供给电解电流引线。夹紧装置架在电解槽盖板上，也用来支撑阳极17，用这种办法支撑的阳极保持离开双极电极下端的延伸部分18a一定的间距。此外，可用绝缘耐火隔离层(图中未画)来保持阳极处于最内层双极电极18的中心位置。电解槽上在盖板24与阳极17之间还装有密封圈26，以防空气侵入，由于电解分室13一般是在稍低于大气压的压力下工作以便抽出氯气产物的，如果不密封的话，空气就会侵入。

阴极19与阴极汇流条27的电气连接是通过倒置的槽式构件或钩形物28进行的，钩形物卡牢在阴极汇流条27的延伸部分27a上。延伸部分27a与阴极汇流条27成直角，两者或者构成L形断面，或者构成T形断面，视电解槽中的位置而定。在组装电解槽时，由阴极19和双极电极及其延伸部分组成的自承电极盒是借助于把钩形物28下降到汇流条延伸部分27a上而安装的。钩形物28的平整内表面电气连接到阴极上，就与阴极汇流条的延伸部分构成了低阻抗的电接触。这种连接不需要焊接或扣件，因此在使用后整个电极盒可被取出。此外，没有焊接意味着当电解槽加热引起的热膨胀可被吸收掉。在图示的实施方案中，钩形物28在电解分室内部对电极盒提供了全部的支撑和定位，因为电极盒的下端是与电解槽内部衬砌的耐火底壁脱离的。

另一种样式的电解分室示于图4和图5。这是图2所示园柱形电极装置的变形。阴极19和四个双极电极1 8的安排方式基本上与图2中的相同。围绕阴极19的外部周边装有一块水平的或稍微倾斜的平板30。平板为方形或长方形，它成为电解室内大体水平方向的隔板，用以防止从电极装置顶部流出的含有镁滴的电解液直接回流到电解分室13的底部去。这一装置起到了图2中通道21的同样的作用。阴极汇流条27是一根矩形横断面的导体，穿过电解槽壁12a进入内部。汇流条端头做成T形断面或L形断面27b。

T形或L形断面的上角27c是稍微斜削的，如图所示。向下伸出的板31与平板30固结成直角，当电极装置装入电解槽中时，板31与T形或L形断面的内侧面27d接触。辅助的向下伸出的板32被固结在平板30上，并加以斜削以与汇流条上的斜削面27c相配合。当装入电解槽时，电极装置的重量是通过由构件31、32和平板30的一部分构成的钩形物28而最终由汇流条27、27b来承担。平板30可以紧贴电解槽壁，但并不支撑在壁上。为了简化电极装置的装拆，在阴极19的外周边上装有钩形物33。有提升装置(亦即提升机-图中示画)可啮合这些钩形物而把整个电极装置提升起来。

图6是近似于图1至5但稍有改变的电极装置的局部横断面放大图。在该实施方案中，双极电极18和阴极19的水平延伸部分18a和19a之间的缝隙，以及最内层双极电极与阳极17的底面17a之间的缝隙，以及延伸部分18a和19a中心的孔洞18b和19b，它们的大小要优选做得使供电解液流向极间间隙16的横截面面积能促进整个电极装置的主要部分都具有均匀的电解液流速。双极电极18的水平延伸部分18a的上部表面18c优选具有如图示那样的稍微向下斜向中心的坡度，并优选打上透孔18d以防淤渣(主要是MgO)积聚，不然的话，淤渣可能会阻塞电解液流动并可能引起短路循环。

在本发明的电解槽运用操作中，使电极顶部(在图2中示出的11)的电解液深度保持得尽可能小是很重要的，这样可以防止旁路电流，同时还能保证有效地发生氯/镁分离为达此目的，可能需要在电解槽内安装电解液的液面控制设施。美国专利4,518,475(O.Sivilotti)描述了适用的方法和装置，在此引入该专利的内容作为参考。

图7和图8示出本发明可用的另一种液面控制***。在前述的普通阴极19上加装一个小室40作为储液槽。在小室底部开有孔洞41，以便电解液进出小室，可往小室的上部42引入惰性气体(例如氩)。借助于通过管子43加压引入或排入惰性气体就可控制电解液的液面，这是因为惰性气体能从储液槽40中替代出多一些或少一些电解液而使之进入电解分室13。这种储液槽装置不但特别适用于本说明书所描述的电极组件类型，而且如把这种储液槽装入普通电解槽的阴极中也可作为传统类型庞大而复杂的控制装置的替代物而特别有用。

大家会注意到，在图7和图8中的双极电极18不象以前的实施方案那样具有向内的延伸部分。在此情况下，双极电极是靠绝缘的耐火栅格45来支撑的，栅格上具有适当的孔洞可让熔融的电解液流入极间间隙16中。阴极上装有水平的延伸部分19a(如前)，用以支撑和夹持住耐火栅格。用这样的办法，电极装置仍能象以前一样组成一个独立的电极盒，并作为一个单元被***或取出电解槽。由于阴极和双极电极的端头架在绝缘栅格上，电解液浴的漏泄电流必须通过耐火板和中介电解液，因此就使路程变长些，从而漏泄电流也可小些。

图1至图5的设计的一种变型示于图9。在这个实施方案中，阳极17、双极电极18和阴极19是园柱形的，但有锥度。各电极的锥度均一致，以保证极间间隙一致。本设计也装有汇流条27，这与带有成直角的延伸部分27a的设计一样，但在本实施方案中，汇流条的延伸部分27a是斜坡状的，坡度角与阴极19的锥度是相同的，因此当电极盒被***电解槽并被钩子28固定就位后，阴极汇流条与阴极之间的电接触是良好的。钩子28是斜削的，以使带有斜坡形或锥形表面的电极组件能方便地往电解槽中装拆。

图7和图8的设计的另一变型示于图10。图中示出电极组件的下端，包括阳极17、三个双极电极18和阴极19。图中有一块耐火板45，其中心有孔50，孔是与阳极和其它电极同心的。耐火板45是用沿阴极下端周边上几处向下向内伸展的L形耳柄19c来支撑的，但要让阴极下端周边的大部分面积不受阻碍。因此电解液可通过阴极下端周围不受阻碍的面积。通过孔50并向上通过所有的极间间隙16而进入电极组件。最内层和最外层的双极电极是用小的隔离块51保持离开耐火板45一定的距离，也可用电极上的局部延伸部分来保持这个距离，这样就可使相应电极下端下方的电解液几乎无阻碍地流动。中间的双极电极则直接支撑在耐火板45上。阳极17被其外部支撑(图中未画)保持在比最内层双极电极离防火板45更大的距离上。与此相似，阴极下端的连续周边也在最外层双极电极下端的更高处终止。这样做，就借助于使旁路距离扩大到最大(旁路距离是指电解液在非最近邻极之间通过的通路)来有效地减小电极阻件底部的旁路电流。最终的简单耐火设计费用是不高的。

事实上，本发明的整套装置制作起来比较简单也比较便宜。例如，石墨双极电极18可以用单独机加工的适当形状的散块，用螺丝、销钉、榫钉或类似的连结材料用机械方法连结在一起而制成机械上和电气上单个的电极元件。也可采用搭接接头、螺丝接头或燕尾接头。石墨散块也可用水泥或粘合剂胶结，例如使用早先提到过的美国专利4,816,511中所公开的程序来做。使用电极的水平延伸部分时，也可用类似办法把延伸部分固结到电极的垂直段上去。

前已指出，双极电极(以及***的阴极)在水平横断面上可具有任何方便的形状。但是园柱形或环形是优选的。对这两种形状来说，石墨双极环和阳极可以用单独的一块石墨来制造(例如在立式镗床上，工件旋转着，机加工工具包括刀头和刀柄的厚度稍小于被镟出的材料，这厚度就是典型的所要求的极间距离)。石墨双极电极可用一块或多块具有相同直径的垂直石墨段来制造，优选是用单独一块石墨如上述那样与其它双极电极一起加工，做成后的散件可以胶结或用机械方法连结在一起，机械方法的例子如上述的用螺丝接头连结。用这样的方法，可以组装起高2米或以上、极间间隙大到5至7mm的双极电极，这极间间隙就是铣削操作的切缝。

如上所述，本发明的电极组件优选是组装成盒式。由于本发明的设计，电极盒可在电解槽外边组装好，然后作为单独的完整单元***电解槽。可使用金属的阴极外壳(全部封闭该结构)，然后把水平延伸部分(或绝缘的耐火栅格)和双极电极依次***阴极外壳中，在需要时可同时使用绝缘的耐火隔离层。如果使用的是连续的阴极外壳，甚至可用没有固结成单元结构的散件来做成双极电极，亦即那些散件不是机械上和电气上的单个统一体、在组装时再在适当位置装上绝缘的耐火隔离层，以支撑这些电极散件。这样做仍能把电极组件作为单个的统一体安装在电解槽中。但是，为了使电极组件具有最大的强度和长期的电气完整性，优选的双极电极还是单独的单元结构的(或是用单独一块原料加工而成，或是用机械方法连接或胶结成单独的结构)。电极盒是全部组装好并可装入电解槽的，在扩大作业时能保持它的完整性，并可作为单独单元从电解槽中取出。阳极则是单另安装和取出的。

                    实施例

建造了一个足尺的电解槽，其设计如图1、2、3所示，并运转了600天。该电解槽象期望的那样成功地工作，电解槽电压为13.5至14.2伏，电流效率在75％和80％之间。这一电流效率比传统设计的不用盒式电极组件的电解槽要高5％至10％。

Claims (25)

1．一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体(12)，槽体内包括有至少一个内部电解分室(13)，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极(17)、一个阴极(19)和至少一个放在阳极和阴极之间的双极电极(18)，以便造成发生电解作用的极间间隙(16)，该组件还包括往电解槽输送电流的接头(25、27)，该电解槽的特征在于，双极电极(18)、或当有多个时每个双极电极，在机械上和电气上都组成了一个单个的统一体，并且都基本上完整地围绕着阳极(17)的主要电解表面或下一个最内层的双极电极(18)的主要电解表面，阴极(19)基本上完整地围绕着双极电极(18)的主要电解表面，或者当双极电极有一个以上时，围绕着最外面一个双极电极(18)的主要电解表面。

2．权利要求1的电解槽，其特征在于，阴极(19)在机械上和电气上组成为单个的统一体。

3．权利要求1或2的电解槽，其特征在于，阴极(19)和至少一个的双极电极被固定在一起组成一个单元组件，该组件可作为单个的单元被***到电解分室(13)中去。

4．权利要求3的电解槽，其特征在于，该单元组件还可作为单个的单元从电解分室(13)中取出。

5．权利要求1、2或4的电解槽，其特征在于，阴极(19)具有开放的下端并带有向内伸展的支撑结构，该支撑结构至少在组装电解槽时为至少一个双极电极(18)提供支撑。

6．权利要求5的电解槽，其特征在于，该支撑结构包括从阴极(19)开放的下端局部突出的延伸部分，至少在组装电解槽时被支撑的双极电极(18)是通过至少一层电绝缘的隔离层支撑在该延伸部分之上的。

7．权利要求6的电解槽，其特征在于有多个双极电极(18)，每个双极电极的开放下端都部分地向内突出有延伸部分(18a)，除最内层双极电极的延伸部分外，其它每个延伸部分都至少在组装电解槽时通过至少一层绝缘隔离层向下一个内层双极电极(18)提供支撑。

8．权利要求5的电解槽，其特征在于，该支撑结构为绝缘结构，电解液可通过该结构进入极间间隙(16)，该支撑结构的支撑力(19a)是由阴极负担的。

9．权利要求8的电解槽，其特征在于，绝缘支撑结构是一块开孔的平板(45)。

10．权利要求1、2、4、6、7、8或9之任一项的电解槽，其特征在于，所说的至少一个的双极电极(18)系以方向相反的面向阳极和阴极的电解表面为界限，它们的水平横断面形状各自都是圆形、椭圆形、方形、长方形、多边形或卵形的。

11．权利要求10的电解槽，其特征在于，所说的至少一个的双极电极系以方向相反的面向阳极和阴极的电解表面为界限，它们的水平横断面形状各自都是圆形的。

12．权利要求10的电解槽，其特征在于，阴极(19)的水平横断面形状与所说的至少一个的双极电极(18)的形状是相同的。

13．权利要求11的电解槽，其特征在于，阴极(19)的水平横断面形状是圆环形的。

14．权利要求1、2、4、6、7、8、9、11、12或13的电解槽，其特征在于，所说的至少一个的双极电极(18)是用单块的石墨经机加工而成的。

15．权利要求1、2、4、6、7、8、9、11、12或13的电解槽，其特征在于，所说的至少一个的双极电极(18)是用多块石墨散件胶结或机械连结在一起而做成的。

16．权利要求1、2、4、6、7、8、9、11、12或13的电解槽，其特征在于，有多个双极电极(18)，这些双极电极是用单块石墨借助于铣削操作掏出切缝构成极间间隙(16)而机加工完成的。

17．权利要求15的电解槽，其特征在于，每个双极电极(18)是用多块直立堆放的环形区段做成的，这些环形区段是胶结或机械连在一起构成单一的电气上和机械上的统一体的，每个环形区段都是用单块石墨经机加工而成的。

18．权利要求17的电解槽，其特征是有多个用直立堆放的环形区段做成的双极电极(18)，其进一步的特征在于，这些环形区段是用单块石墨借助于铣削操作掏出切缝构成极间间隙(16)而机加工完成的。

19．权利要求1、2、4、6、7、8、9、11、12、13、17或18的电解槽，其特征在于，所说的至少一个双极电极(18)是用石墨制成并在朝向阳极的表面上装有钢的面板，该钢面板是借助于胶结或机械连结而固定到石墨上去的。

20．权利要求3的电解槽，其特征是，阴极(19)上至少有一个接头(28)用来连接在阴极汇流条(27a)上，该接头把该单元组件支撑在汇流条上。

21．权利要求1、2、4、6、7、8、9、11、12、13、17、18、19或20的电解槽，其特征在于，在阴极内部装有电解液液面控制机构。

22．一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体(12)，槽体内包括有至少一个内部电解分室(13)，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极(17)、一个阴极(19)和至少一个放在阳极和阴极之间的双极电极(18)，以便造成发生电解作用的极间间隙(16)，该组件还包括往电解槽输送电流的引线(25、27)，该电解槽的特征在于，阴极(19)基本上围绕着所说的至少一个的双极电极(18)和阳极(17)，阴极(19)和至少一个的双极电极(18)是固结在一起组成为单元组件的，该组件在安装电解槽时可作为一个单元被***电解分室(13)内。

23．一种可***电解槽的单元电极组件，电解槽是用来从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的，该单元电极组件包括至少一个双极电极(18)和阴极(19)，其特征在于，每个双极电极(18)组成为机械上和电气上的单个统一体，阴极(19)基本上围绕着双极电极的主要电解表面并固定住双极电极作为一个单个单元。

24．权利要求23的组件，其特征在于，阴极(19)在机械上和电气上组成为单个的统一体。

25．一种能从含有金属化合物的熔融电解液中再生金属的电解槽，该电解槽具有槽体(12)，槽体内包括有至少一个内部电解分室(13)，每个电解分室内至少有一个电极组件，该组件包括一个阳极(17)、一个阴极(19)和往电解槽输送电流的引线(25、28)，该电解槽的特征在于，阴极(19)上具有一个装有电解液液面控制机构(40)的结构。

Images