CN108624913A - 一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，属于熔融电解提纯金属钠技术领域。本发明解决了目前工业钠提纯量产技术主要是利用杂质的物理化学性质，加入各种氧化剂、还原剂来除去工业钠中的金属、非金属杂质，不仅时间长，而且能耗也高，设备结构、工艺流程复杂的问题，提供一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，该工艺能够通过电化学方法利用陶瓷隔膜管离子选择透过特性，将金属钠中的杂质阻挡在隔膜之外，工艺简单，能耗低，金属钠产品纯度高，易于实现量产。

Description

一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺

技术领域

本发明涉及一种熔融电解提纯的工艺，更具体地说，本发明涉及一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，属于熔融电解提纯金属钠技术领域。

背景技术

钠是地球上分布最广的元素之一，其重量约占地壳总重量的2 .83％，居第6位。近年来随着核电技术及储能技术进步及市场的需要，高纯钠开始应用于核反应堆导热、储能用钠电池、电光源等方面。

随着我国***核电霞浦600MW钠冷快堆商业示范电站等项目的建设开发，作为钠冷快中子反应堆的导热剂，全球对高纯金属钠（纯度≥99.99%）的需求也将更加旺盛。

国家知识产权局于2013.01.23公开了一件公开号为CN202682925U，名称为“一种金属钠高纯提纯装置”的实用新型专利，该实用新型专利涉及一种金属钠高纯提纯装置，其特征在于包括与氮气气源相连通的待过滤罐、陶瓷膜过滤器、与氮气气源相连通的粗液储罐和清液罐，其中陶瓷膜过滤器采用错流原理设置，其通过连通管分别与待过滤罐、粗液储罐和清液罐连通。本实用新型金属钠高纯提纯装置用于高纯钠的提纯。利用该装置，可简化高纯钠的提纯工艺，提高生产效率，降低生产成本，进而降低高纯钠的价格，扩大其应用范围。

国家知识产权局于2014.04.30公开了一件公开号为CN103757435A，名称为“一种提纯金属钠的方法”的发明，该发明公开了一种提纯金属钠的方法，该方法采用一种金属钠提纯装置，它由顶部法兰盘、透光盘、中空法兰盘、真空蒸馏釜体、垫圈和螺栓组成。利用该装置，加热固态钠使之熔成液态，再使液态金属钠里所含的易挥发的杂质蒸发出来，与液态金属钠分离，同时用真空泵抽出挥发性杂质；之后，加热炉加热使液态钠升温，冷凝管内通入循环冷却水，外加辐射辅助蒸馏，中间配合高纯氩气载带挥发性杂质，热辐射使液面温度升高而加快液面钠的蒸发速率，钠蒸汽遇冷凝管迅速冷凝为钠固体，从而实现金属钠的热辐射协同蒸馏提纯。本发明首次采用热辐射协同蒸馏的亚沸蒸馏原理提纯金属钠，提纯效果好、效率高。适用于金属钠及其它低熔点金属的真空提纯。

上述文件可知目前使用较多的提纯装置主要有过滤装置和真空蒸馏装置。使用过滤装置可除去工业钠中的机械杂质，得到纯度≥99.5%的工业金属钠；利用真空蒸馏装置对金属钠进行提纯可得到纯度≥99.9%的高纯钠；冷阱/热阱装置对金属钠提纯可以得到纯度≥99.99%的高纯钠。目前工业钠提纯量产技术主要是利用杂质的物理化学性质，加入各种氧化剂、还原剂来除去工业钠中的金属、非金属杂质，不仅时间长，而且能耗也高，设备结构、工艺流程复杂。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的问题，提供一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，该工艺能够通过电化学方法利用陶瓷隔膜管离子选择透过特性，将金属钠中的杂质阻挡在隔膜之外，工艺简单，能耗低，金属钠产品纯度高，易于实现量产。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、工业钠罐通过管道连通工业钠过渡罐，所述工业钠过渡罐通过管道连通所述电解槽，所述电解槽中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管、阴极管和阴极体，所述陶瓷隔膜管通过支架固定在所述电解槽底部，所述陶瓷隔膜管的内部空间与所述电解槽的内部空间连通；所述电解槽的顶部密封固定连接所述阴极管，所述阴极管的下端又伸入所述陶瓷隔膜管，所述阴极管的下端设置有精钠口，且连接实心的所述阴极体，所述阴极体在所述陶瓷隔膜管的内部，且不与所述陶瓷隔膜管的底部接触；所述阴极管的上端伸出所述电解槽的顶部，并通过精钠管道与所述精钠槽连通；所述工业钠罐、电解槽和精钠槽上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管；

B、用精钠小罐灌装钠种，在所述电解槽内氩气压力为0.1-25KPa的情况下，将精钠小罐与所述阴极管连接；将所述电解槽加热至180-260℃，保温对所述陶瓷隔膜管进行预热，然后开始对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180-260℃，将钠种全部注入到所述陶瓷隔膜管中；

C、将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180-260℃，保温，通入氩气，然后将工业钠注入所述工业钠过渡罐中，再注入到所述电解槽内；当所述电解槽内的工业钠达到规定量时，停止注入；当所述工业钠过渡罐中装满工业钠时，停止注入，最后将所述工业钠过渡罐加热到260-400℃，保温；

D、保温一段时间后，将电解电流设置在10-1000A，开始电解，电解一段时间后提高电流；当所述陶瓷隔膜管中的精钠产量达到规定量时，停止电解，利用所述电解槽和所述精钠槽内的氩气气压差，将所述陶瓷隔膜管中的精钠通过所述精钠管道压入所述精钠槽；

E、当排钠完成后，重新开始电解；多次排钠后，将所述工业钠过渡罐中的工业钠注入所述电解槽，以补充工业钠，然后再将所述工业钠罐中的工业钠注入所述工业钠过渡罐，装满后停止注入；

F、当所述精钠槽中的精钠达到规定量时，将所述精钠槽中的精钠排入已经抽空且加热到110-180℃的精钠储罐中。

本发明优选的，在步骤B中，在1-2小时内将所述电解槽加热至180-260℃；保温0.5-2小时对所述陶瓷隔膜管进行预热。

本发明优选的，在步骤B中，对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180-260℃中，在1-3小时内加热至180-260℃，保温0.5-1小时。

本发明优选的，在步骤C中，将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180-260℃，保温2-4小时。

本发明优选的，在步骤E中，重新开始电解后10-60分钟，再依次进行后续排钠。

本发明在优选的，在步骤F中，所述已经抽空且加热到110-180℃的精钠储罐在此温度下已经保温0.5小时以上。

本发明优选的，当需要停止生产一段时间时，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管内的精钠尽可能地压入所述精钠槽内；然后将所述精钠槽内的精钠完全排放到精钠储罐中；待自然冷却后，保持氩气微量正压＞0.1KPa；然后将上述电解槽内残余工业钠排入废钠罐中，待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从所述精钠槽流入所述电解槽内，保持两槽氩气微正压＞0.1KPa，停机。

本发明优选的，需要恢复生产时，检查氩气压力，然后关闭所述电解槽和精钠槽之间的氩气阀门，增大所述电解槽氩气压力；当氩气压力无明显异常时，开始对所述电解槽加热，加热至180-260℃，保温，再加热至260-400℃，保温；然后加热所述精钠槽、所述精钠管道至100-180℃，保温；开启电解电源，将电解电流设置在10-1000A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

上述开始对所述电解槽加热，2-3小时内加热至180-260℃，保温2-3小时，再在2-4小时内加热至260-400℃，保温2-4小时。

本发明带来的有益技术效果：

1、本发明解决了目前工业钠提纯量产技术主要是利用杂质的物理化学性质，加入各种氧化剂、还原剂来除去工业钠中的金属、非金属杂质，不仅时间长，而且能耗也高，设备结构、工艺流程复杂的问题，提供一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，该工艺能够通过电化学方法利用陶瓷隔膜管离子选择透过特性，将金属钠中的杂质阻挡在隔膜之外，工艺简单，能耗低，金属钠产品纯度高，易于实现量产。

2、本发明还提供了优选的当需要停止生产一段时间时的工艺操作以及需要恢复生产时的工艺操作，能够保证整个工艺的完整性和安全性，利于高效且大规模的生产高纯钠产品。

3、本发明利用具有氩气保护装置及多个提纯单元并联的方式来集成提纯***，该***不仅结构和配套工艺简单，且密封性好，排钠方便且完全，能够防止空气以及管路零部件的污染。该***可应用于电解熔融提纯工业钠的技术领域，在这些领域中，通过本***和特定方法结合，电解提纯出的金属钠纯度大于等于99.99%。

4、现有技术中每只提纯单元上陶瓷隔膜管与陶瓷环的粘接工艺不稳定，提纯单元都需要进行真空度检测，并在提纯单元上设置氩气入口，增加制造难度；本发明的结构能够减少氩气管道，有利于规模化生产时的设备布局优化；阴极与陶瓷隔膜不接触，有利于减少运输过程中的陶瓷隔膜损坏；实心的阴极体有助于在陶瓷隔膜管工作区内羁留少量的高纯钠，降低***对密封材料的要求，从而降低***成本，有利于***调试及工艺固化。

附图说明

图1为本发明采用的***的结构示意图；

图2为本发明采用的***中提纯单元的结构示意图；

图3为本发明采用的***中阴极管和电解槽连接处的结构示意图；

图4为本发明采用的***中精钠管和精钠槽连接处的结构示意图。

附图标记：1为工业钠罐、2为电解槽、3为精钠槽、4为工业钠过渡罐、5为陶瓷隔膜管、6为阴极管、7为精钠口、8为阴极体、9为精钠管道、10为保护气体入口管、11为电解槽密封法兰盘、12为电解槽螺钉、13为电解槽聚四氟乙烯密封垫圈、14为精钠槽密封法兰盘、15为精钠槽螺钉、16为精钠槽聚四氟乙烯密封垫圈、17为精钠挡板、18为排污管道、19为废钠罐、20为电解槽底部电磁阀、21为废钠罐顶部电磁阀、22为排钠管道、23为精钠储罐、24为精钠槽底部电磁阀、25为精钠储罐顶部电磁阀、26为绝缘块、27为底部托架、28为钢丝、29为工业钠罐出料电磁阀、30为工业钠过渡罐进料电磁阀、31为工业钠过渡罐出料电磁阀、32为液位计。

具体实施方式

实施例1

一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，包括以下工艺步骤：

A、工业钠罐通过管道连通工业钠过渡罐，所述工业钠过渡罐通过管道连通所述电解槽，所述电解槽中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管、阴极管和阴极体，所述陶瓷隔膜管通过支架固定在所述电解槽底部，所述陶瓷隔膜管的内部空间与所述电解槽的内部空间连通；所述电解槽的顶部密封固定连接所述阴极管，所述阴极管的下端又伸入所述陶瓷隔膜管，所述阴极管的下端设置有精钠口，且连接实心的所述阴极体，所述阴极体在所述陶瓷隔膜管的内部，且不与所述陶瓷隔膜管的底部接触；所述阴极管的上端伸出所述电解槽的顶部，并通过精钠管道与所述精钠槽连通；所述工业钠罐、电解槽和精钠槽上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管；

B、用精钠小罐灌装钠种，在所述电解槽内氩气压力为0.1KPa的情况下，将精钠小罐与所述阴极管连接；将所述电解槽加热至180℃，保温对所述陶瓷隔膜管进行预热，然后开始对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180℃，将钠种全部注入到所述陶瓷隔膜管中；

C、将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180℃，保温，通入氩气，然后将工业钠注入所述工业钠过渡罐中，再注入到所述电解槽内；当所述电解槽内的工业钠达到规定量时，停止注入；当所述工业钠过渡罐中装满工业钠时，停止注入，最后将所述工业钠过渡罐加热到260℃，保温；

D、保温一段时间后，将电解电流设置在10A，开始电解，电解一段时间后提高电流；当所述陶瓷隔膜管中的精钠产量达到规定量时，停止电解，利用所述电解槽和所述精钠槽内的氩气气压差，将所述陶瓷隔膜管中的精钠通过所述精钠管道压入所述精钠槽；

E、当排钠完成后，重新开始电解；多次排钠后，将所述工业钠过渡罐中的工业钠注入所述电解槽，以补充工业钠，然后再将所述工业钠罐中的工业钠注入所述工业钠过渡罐，装满后停止注入；

F、当所述精钠槽中的精钠达到规定量时，将所述精钠槽中的精钠排入已经抽空且加热到110℃的精钠储罐中。

实施例2

一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，包括以下工艺步骤：

A、工业钠罐通过管道连通工业钠过渡罐，所述工业钠过渡罐通过管道连通所述电解槽，所述电解槽中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管、阴极管和阴极体，所述陶瓷隔膜管通过支架固定在所述电解槽底部，所述陶瓷隔膜管的内部空间与所述电解槽的内部空间连通；所述电解槽的顶部密封固定连接所述阴极管，所述阴极管的下端又伸入所述陶瓷隔膜管，所述阴极管的下端设置有精钠口，且连接实心的所述阴极体，所述阴极体在所述陶瓷隔膜管的内部，且不与所述陶瓷隔膜管的底部接触；所述阴极管的上端伸出所述电解槽的顶部，并通过精钠管道与所述精钠槽连通；所述工业钠罐、电解槽和精钠槽上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管；

B、用精钠小罐灌装钠种，在所述电解槽内氩气压力为25KPa的情况下，将精钠小罐与所述阴极管连接；将所述电解槽加热至260℃，保温对所述陶瓷隔膜管进行预热，然后开始对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在260℃，将钠种全部注入到所述陶瓷隔膜管中；

C、将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到260℃，保温，通入氩气，然后将工业钠注入所述工业钠过渡罐中，再注入到所述电解槽内；当所述电解槽内的工业钠达到规定量时，停止注入；当所述工业钠过渡罐中装满工业钠时，停止注入，最后将所述工业钠过渡罐加热到400℃，保温；

D、保温一段时间后，将电解电流设置在1000A，开始电解，电解一段时间后提高电流；当所述陶瓷隔膜管中的精钠产量达到规定量时，停止电解，利用所述电解槽和所述精钠槽内的氩气气压差，将所述陶瓷隔膜管中的精钠通过所述精钠管道压入所述精钠槽；

E、当排钠完成后，重新开始电解；多次排钠后，将所述工业钠过渡罐中的工业钠注入所述电解槽，以补充工业钠，然后再将所述工业钠罐中的工业钠注入所述工业钠过渡罐，装满后停止注入；

F、当所述精钠槽中的精钠达到规定量时，将所述精钠槽中的精钠排入已经抽空且加热到180℃的精钠储罐中。

实施例3

一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，包括以下工艺步骤：

A、工业钠罐通过管道连通工业钠过渡罐，所述工业钠过渡罐通过管道连通所述电解槽，所述电解槽中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管、阴极管和阴极体，所述陶瓷隔膜管通过支架固定在所述电解槽底部，所述陶瓷隔膜管的内部空间与所述电解槽的内部空间连通；所述电解槽的顶部密封固定连接所述阴极管，所述阴极管的下端又伸入所述陶瓷隔膜管，所述阴极管的下端设置有精钠口，且连接实心的所述阴极体，所述阴极体在所述陶瓷隔膜管的内部，且不与所述陶瓷隔膜管的底部接触；所述阴极管的上端伸出所述电解槽的顶部，并通过精钠管道与所述精钠槽连通；所述工业钠罐、电解槽和精钠槽上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管；

B、用精钠小罐灌装钠种，在所述电解槽内氩气压力为12KPa的情况下，将精钠小罐与所述阴极管连接；将所述电解槽加热至220℃，保温对所述陶瓷隔膜管进行预热，然后开始对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在220℃，将钠种全部注入到所述陶瓷隔膜管中；

C、将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到220℃，保温，通入氩气，然后将工业钠注入所述工业钠过渡罐中，再注入到所述电解槽内；当所述电解槽内的工业钠达到规定量时，停止注入；当所述工业钠过渡罐中装满工业钠时，停止注入，最后将所述工业钠过渡罐加热到330℃，保温；

D、保温一段时间后，将电解电流设置在500A，开始电解，电解一段时间后提高电流；当所述陶瓷隔膜管中的精钠产量达到规定量时，停止电解，利用所述电解槽和所述精钠槽内的氩气气压差，将所述陶瓷隔膜管中的精钠通过所述精钠管道压入所述精钠槽；

E、当排钠完成后，重新开始电解；多次排钠后，将所述工业钠过渡罐中的工业钠注入所述电解槽，以补充工业钠，然后再将所述工业钠罐中的工业钠注入所述工业钠过渡罐，装满后停止注入；

F、当所述精钠槽中的精钠达到规定量时，将所述精钠槽中的精钠排入已经抽空且加热到145℃的精钠储罐中。

实施例4

在实施例1-3的基础上：

优选的，在步骤B中，在1小时内将所述电解槽加热至180℃；保温0.5小时对所述陶瓷隔膜管进行预热。

优选的或者更进一步的，在步骤B中，对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180℃中，在1小时内加热至180℃，保温0.5小时。

优选的，在步骤C中，将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180℃，保温2小时。

优选的，在步骤E中，重新开始电解后10分钟，再依次进行后续排钠。

优选的，在步骤F中，所述已经抽空且加热到110℃的精钠储罐在此温度下已经保温0.5小时以上。

优选的，当需要停止生产一段时间时，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管内的精钠尽可能地压入所述精钠槽内；然后将所述精钠槽内的精钠完全排放到精钠储罐中；待自然冷却后，保持氩气微量正压＞0.1KPa；然后将上述电解槽内残余工业钠排入废钠罐中，待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从所述精钠槽流入所述电解槽内，保持两槽氩气微正压＞0.1KPa，停机。

优选的，需要恢复生产时，检查氩气压力，然后关闭所述电解槽和精钠槽之间的氩气阀门，增大所述电解槽氩气压力；当氩气压力无明显异常时，开始对所述电解槽加热，加热至180℃，保温，再加热至260℃，保温；然后加热所述精钠槽、所述精钠管道至100℃，保温；开启电解电源，将电解电流设置在10A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

更进一步的，所述开始对所述电解槽加热，2小时内加热至180℃，保温2小时，再在2小时内加热至260℃，保温2小时。

实施例5

在实施例1-3的基础上：

优选的，在步骤B中，在2小时内将所述电解槽加热至260℃；保温2小时对所述陶瓷隔膜管进行预热。

优选的或者更进一步的，在步骤B中，对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在260℃中，在3小时内加热至260℃，保温1小时。

优选的，在步骤C中，将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到260℃，保温4小时。

优选的，在步骤E中，重新开始电解后60分钟，再依次进行后续排钠。

优选的，在步骤F中，所述已经抽空且加热到180℃的精钠储罐在此温度下已经保温0.5小时以上。

优选的，当需要停止生产一段时间时，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管内的精钠尽可能地压入所述精钠槽内；然后将所述精钠槽内的精钠完全排放到精钠储罐中；待自然冷却后，保持氩气微量正压＞0.1KPa；然后将上述电解槽内残余工业钠排入废钠罐中，待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从所述精钠槽流入所述电解槽内，保持两槽氩气微正压＞0.1KPa，停机。

优选的，需要恢复生产时，检查氩气压力，然后关闭所述电解槽和精钠槽之间的氩气阀门，增大所述电解槽氩气压力；当氩气压力无明显异常时，开始对所述电解槽加热，加热至260℃，保温，再加热至400℃，保温；然后加热所述精钠槽、所述精钠管道至180℃，保温；开启电解电源，将电解电流设置在1000A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

更进一步的，所述开始对所述电解槽加热，3小时内加热至260℃，保温3小时，再在4小时内加热至400℃，保温4小时。

实施例6

在实施例1-3的基础上：

优选的，在步骤B中，在1.5小时内将所述电解槽加热至220℃；保温1.5小时对所述陶瓷隔膜管进行预热。

优选的或者更进一步的，在步骤B中，对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在220℃中，在2小时内加热至220℃，保温0.7小时。

优选的，在步骤C中，将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到220℃，保温3小时。

优选的，在步骤E中，重新开始电解后35分钟，再依次进行后续排钠。

优选的，在步骤F中，所述已经抽空且加热到145℃的精钠储罐在此温度下已经保温0.5小时以上。

优选的，当需要停止生产一段时间时，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管内的精钠尽可能地压入所述精钠槽内；然后将所述精钠槽内的精钠完全排放到精钠储罐中；待自然冷却后，保持氩气微量正压＞0.1KPa；然后将上述电解槽内残余工业钠排入废钠罐中，待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从所述精钠槽流入所述电解槽内，保持两槽氩气微正压＞0.1KPa，停机。

优选的，需要恢复生产时，检查氩气压力，然后关闭所述电解槽和精钠槽之间的氩气阀门，增大所述电解槽氩气压力；当氩气压力无明显异常时，开始对所述电解槽加热，加热至220℃，保温，再加热至330℃，保温；然后加热所述精钠槽、所述精钠管道至140℃，保温；开启电解电源，将电解电流设置在500A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

更进一步的，所述开始对所述电解槽加热，2.5小时内加热至220℃，保温2.5小时，再在3小时内加热至330℃，保温3小时。

实施例7

本发明采用的***包括工业钠罐1、电解槽2和精钠槽3，其特征在于：所述工业钠罐1通过管道连通工业钠过渡罐4，所述工业钠过渡罐4通过管道连通所述电解槽2，所述电解槽2中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管5、阴极管6和阴极体8，所述陶瓷隔膜管5通过支架固定在所述电解槽2底部，所述陶瓷隔膜管5的内部空间与所述电解槽2的内部空间连通；所述电解槽2的顶部密封固定连接所述阴极管6，所述阴极管6的下端又伸入所述陶瓷隔膜管5，所述阴极管6的下端设置有精钠口7，且连接实心的所述阴极体8，所述阴极体8在所述陶瓷隔膜管5的内部，且不与所述陶瓷隔膜管5的底部接触；所述阴极管6的上端伸出所述电解槽2的顶部，并通过精钠管道9与所述精钠槽3连通；所述工业钠罐1、电解槽2和精钠槽3上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管10。

优选的，所述阴极管6与所述电解槽2的顶部通过电解槽密封法兰盘11连接；所述阴极管6穿过所述电解槽密封法兰盘11并与其焊接，所述电解槽密封法兰盘11通过电解槽螺钉12固定在所述电解槽2的顶部，所述电解槽密封法兰盘11与所述电解槽螺钉12和所述电解槽2之间都设置有电解槽聚四氟乙烯密封垫圈13。所述阴极管6与所述电解槽2的顶部通过特定方式连接和密封。该方式能够提高提高连接的稳定性，提纯单元不需要真空度检测，有利于规模化生产时的设备优化。提纯单元通过密封材料，陶瓷隔膜管5与电解槽2为开放状态，电解提纯的高纯钠能通过氩气保护气体，其一惰性气体对电解的精钠液进行保护，其二保护气体提供的压力将电解的钠液快速且完全压到精钠槽3中；该***结构简单，气密性好，排钠方便且完全，在防止空气以及管路零部件的污染，为电解提纯制备高纯钠提供了良好的保证。该结构将提纯单元中专业制造的陶瓷隔膜管5与陶瓷环粘接变成了普通的法兰盘之间利用密封材料的安装使得彼此绝缘，杜绝了陶瓷隔膜管5与陶瓷环粘接工艺中的损耗。该结构降低了电解部件的制造周期和成本，降低了陶瓷隔膜管5运输中的损坏，使得专业制造变成了普通的安装，降低了生产成本。

更进一步的，所述电解槽2外壁上设置有加热保温装置，所述电解槽密封法兰盘11与所述电解槽2连接固定处的电解槽2顶部突出，高于所述加热保温装置。电解槽2顶部突出，降低密封面的温度，这样可以选择使用温度更低的聚四氟乙烯等密封材料，有利于获得比金属密封材料更高的真空度，也使得密封材料更容易获得。

优选的，所述精钠管道9与所述精钠槽3的顶部通过精钠槽密封法兰盘14连接；所述精钠管道9穿过所述精钠槽密封法兰盘14并与其焊接，所述精钠槽密封法兰盘14通过精钠槽螺钉15固定在所述精钠槽3的顶部，所述精钠槽密封法兰盘14与所述精钠槽螺钉15和所述精钠槽3之间都设置有精钠槽聚四氟乙烯密封垫圈16。

优选的或者更进一步的，所述精钠管道9伸入所述精钠槽3，伸入部分的底部设置有朝向斜下方的精钠挡板17。本结构可以将精钠直接排入精钠槽3，防止精钠流到液面反溅到精钠管道9所在法兰盘上，破坏精钠管道9与精钠槽3的绝缘性。

优选的，所述陶瓷隔膜管5为Na-β-Al₂O₃陶瓷隔膜管。

优选的，所述电解槽2的底部设置有排污管道18，所述排污管道18连通废钠罐19，所述排污管道18上设置有电解槽底部电磁阀20和废钠罐顶部电磁阀21，所述废钠罐19上设置有带有气体阀门的保护气体入口管10。该结构可以解决停产状态下工业钠的储存问题，将停产后电解槽2中的钠排入废钠罐19中，在氩气保护自然冷却，减少钠暴露在空气中与水、氧气接触的机会。

更进一步的，所述精钠槽3的底部设置有排钠管道22，所述排钠管道22连通精钠储罐23，所述排钠管道22上设置有精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，所述精钠储罐23上设置有带有气体阀门的保护气体入口管10。该结构让精钠顺利排入精钠储罐23中，在氩气保护下自然冷却，减少精钠暴露在空气中，与水、氧气接触的机会，确保精钠纯度，降低精钠中杂质含量。

再进一步的，所述工业钠罐1、工业钠过渡罐4、电解槽2、精钠槽3、废钠罐19以及精钠储罐23的底部都设置有绝缘块26。该绝缘块26可以杜绝上述罐体与地面接触及相互之间接触导致电解电源短路。

优选的，所述工业钠罐1、电解槽2、精钠槽3、废钠罐19和精钠储罐23上都设置有液位计32。优选的，所述工业钠罐1和精钠槽3上都设置有加热保温装置和气压检测装置。使***做到在线监测，便于***的控制，同时可确保安全。

优选的，所述支架包括底部托架27和多根钢丝28，所述底部托架27固定于所述电解槽2的底部，所述底部托架27的顶部连接所述钢丝28，所述钢丝28与所述底部托架27的连接处固定所述陶瓷隔膜管5的底部，所述钢丝28的顶部固定所述陶瓷隔膜管5的顶部边缘。该结构将陶瓷隔膜管5准确定位，避免陶瓷隔膜管5错位导致阴极与陶瓷隔膜管5之间碰撞导致隔膜损坏，钢丝顶部固定陶瓷隔膜管5顶部边缘以免陶瓷隔膜管5被钠液的浮力顶错位。

优选的，所述工业钠罐1与所述工业钠过渡罐4之间的管道上设置有工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30；所述工业钠过渡罐4与所述电解槽2之间的管道上设置有工业钠过渡罐出料电磁阀31。

优选的，所述工业钠罐1、工业钠过渡罐4、电解槽2、废钠罐19、精钠槽3、精钠储罐23、和所有钠输运管道均有加热、保温装置。

优选的，所有盛钠设备均有气压检测装置。

实施例8

1、用精钠小罐在高纯钠车间灌装钠种60g，用盲头将小罐封好，待冷却后带回生产现场，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解槽2氩气压力为0.1KPa的情况下，将精钠管道9接头打开，将阴极管6与精钠小罐的底部连接起来，在精钠小罐及阴极管6上加装加热带及保温层。

3、调节电解槽2氩气气压为2KPa，电解槽2小时升温到180℃，保温2小时，对陶瓷隔膜管5进行预热；开始对精钠小罐和阴极管6进行加热，并保温在180℃。

4、确保将精钠小罐中的钠种已经完全注入到陶瓷隔膜管5内；在氩气氛下，将阴极管6与精钠小罐拆开，并将精钠管道9与阴极管6连接起来，阴极管6连接阴极体8，并***陶瓷隔膜管5中，不与陶瓷隔膜管5接触，留有2-3mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2、精钠槽3中钠进行称重。

6、将工业钠罐1、工业钠过渡罐4、电解槽2通氩气，加热到180℃，保温2小时，打开工业钠罐出料电磁阀29，将工业钠注入工业钠过渡罐4中，并流入电解槽2内，电解槽2内的钠为220kg时，关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，停止注入；待工业钠过渡罐4装满工业钠后，关闭工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，将工业钠过渡罐4加热到350℃，并保温。

7、打开电解电源，并注意观察电压和电流；缓慢调节电流，将电流设置在20A，随着电解的进行，陶瓷隔膜管5内金属钠的增加，慢慢调大电流，直到90A；每15分钟记录一次电流、电压、温度、气压、重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化。这个是由陶瓷隔膜管5的性质变化而变化了。

8、当产钠量达到80g后，停止所有陶瓷隔膜管5内的电解，加大电解槽2内的氩气压力，并排放精钠槽3内的氩气压力，使得陶瓷隔膜管5内的精钠压入精钠槽3。记录开始充气和精钠槽3气压变化的时间，当精钠槽3的气压发生较大变化，说明陶瓷隔膜管5内的精钠已经排到出口以下。计算出每个提纯单元的排钠时长。并分析每个提纯单元的排出时间及质量写在记录本/交班本上。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。一般电解2-3次后，补充工业钠。

10、当电解槽2中钠的重量降低至205kg之后，开启工业钠过渡罐出料电磁阀31，让工业钠流入电解槽2内；关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，开启工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，注入工业钠，装满后关闭。

11、当精钠槽3装钠200kg后，打开精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，放入已经抽空加热到150℃并保温2小时以上的精钠储罐23中。

12、当精钠储罐23装入额定量后，关闭精钠槽底部电磁阀24，关闭精钠储罐顶部电磁阀25。将一个管道连接的储钠罐抽空保温半小时后，打开单口储钠罐阀门，并打开精钠储罐23底阀，将精钠排入底部储钠罐，关闭精钠储罐23底阀，并保温1小时后，关闭加热电源，等储钠罐自然冷却后，将氩气充到1KPa，关闭氩气阀门，移动储钠罐到规定防潮、防火、防爆的摆放位置存放。

13、如需停止一段时间生产，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管5内的精钠尽可能地压入精钠槽3内。

将精钠完全排放到精钠储罐23中。关闭精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，关闭加热电源，待自然冷却后，保持氩气微量正压。

开启电解槽底部电磁阀20，将电解槽2内残余工业钠排放到废钠罐19中，关闭电解槽底部电磁阀20，关闭电解槽2、管道加热管道。待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从精钠槽3流入电解槽2内，两槽保持氩气微正压>0.1KPa停机。

14、如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭电解槽2、精钠槽3之间的氩气阀门，增大提纯单元氩气压力，检查精钠槽3的压力变化的大小，并同时观察电解槽2气压是否变化，如果没有变化，则说明提纯单元正常；如果电解槽2气压随提纯单元氩气压力增加而增大，则说明提纯单元异常，不能进行电解。检查异常的提纯单元，并在氩气保护下进行拆装。当氩气压力无明细异常后，开始对电解槽2加热，2小时升到180℃，保温2小时；2小时升到350℃，保温2小时，加热精钠槽3、精钠管道9到150℃，并保温。开启电解电源，缓慢加到90A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

实施例9

1、用精钠小罐在高纯钠车间灌装钠种55g，用盲头将小罐封好，待冷却后带回生产现场，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解槽2氩气压力为0.2KPa的情况下，将精钠管道9接头打开，将阴极管6与精钠小罐的底部连接起来，在精钠小罐及阴极管6上加装加热带及保温层。

3、调节电解槽2氩气气压为5KPa，电解槽1.5小时升温到150℃，保温1小时，对陶瓷隔膜管5进行预热；开始对精钠小罐和阴极管6进行加热，并保温在150℃。

4、确保将精钠小罐中的钠种已经完全注入到陶瓷隔膜管5内；在氩气氛下，将阴极管6与精钠小罐拆开，并将精钠管道9与阴极管6连接起来，阴极管6连接阴极体8，并***陶瓷隔膜管5中，不与陶瓷隔膜管5接触，留有2-3mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2、精钠槽3中钠进行称重。

6、将工业钠罐1、工业钠过渡罐4、电解槽2通氩气，加热到150℃，保温2小时，打开工业钠罐出料电磁阀29，将工业钠注入工业钠过渡罐4中，并流入电解槽2内，电解槽2内的钠为230kg时，关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，停止注入；待工业钠过渡罐4装满工业钠后，关闭工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，将工业钠过渡罐4加热到330℃，并保温。

7、打开电解电源，并注意观察电压和电流；缓慢调节电流，将电流设置在20A，随着电解的进行，陶瓷隔膜管5内金属钠的增加，慢慢调大电流，直到80A；每15分钟记录一次电流、电压、温度、气压、重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化。这个是由陶瓷隔膜管5的性质变化而变化了。

8、当产钠量达到70g后，停止所有陶瓷隔膜管5内的电解，加大电解槽2内的氩气压力，并排放精钠槽3内的氩气压力，使得陶瓷隔膜管5内的精钠压入精钠槽3。记录开始充气和精钠槽3气压变化的时间，当精钠槽3的气压发生较大变化，说明陶瓷隔膜管5内的精钠已经排到出口以下。计算出每个提纯单元的排钠时长。并分析每个提纯单元的排出时间及质量写在记录本/交班本上。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。一般电解2-3次后，补充工业钠。

10、当电解槽2中钠的重量降低至215kg之后，开启工业钠过渡罐出料电磁阀31，让工业钠流入电解槽2内；关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，开启工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，注入工业钠，装满后关闭。

11、当精钠槽3装钠210kg后，打开精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，放入已经抽空加热到150℃并保温2小时以上的精钠储罐23中。

12、当精钠储罐23装入额定量后，关闭精钠槽底部电磁阀24，关闭精钠储罐顶部电磁阀25。将一个管道连接的储钠罐抽空保温半小时后，打开单口储钠罐阀门，并打开精钠储罐23底阀，将精钠排入底部储钠罐，关闭精钠储罐23底阀，并保温1小时后，关闭加热电源，等储钠罐自然冷却后，将氩气充到0.5KPa，关闭氩气阀门，移动储钠罐到规定防潮、防火、防爆的摆放位置存放。

13、如需停止一段时间生产，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管5内的精钠尽可能地压入精钠槽3内。

将精钠完全排放到精钠储罐23中。关闭精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，关闭加热电源，待自然冷却后，保持氩气微量正压。

开启电解槽底部电磁阀20，将电解槽2内残余工业钠排放到废钠罐19中，关闭电解槽底部电磁阀20，关闭电解槽2、管道加热管道。待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从精钠槽3流入电解槽2内，两槽保持氩气微正压>0.1KPa停机。

14、如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭电解槽2、精钠槽3之间的氩气阀门，增大提纯单元氩气压力，检查精钠槽3的压力变化的大小，并同时观察电解槽2气压是否变化，如果没有变化，则说明提纯单元正常；如果电解槽2气压随提纯单元氩气压力增加而增大，则说明提纯单元异常，不能进行电解。检查异常的提纯单元，并在氩气保护下进行拆装。当氩气压力无明细异常后，开始对电解槽2加热，2小时升到150℃，保温2小时；2小时升到350℃，保温2小时，加热精钠槽3、精钠管道9到150℃，并保温。开启电解电源，缓慢加到80A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

实施例10

1、用精钠小罐在高纯钠车间灌装钠种50g，用盲头将小罐封好，待冷却后带回生产现场，精钠纯度为99.99%以上。

2、在电解槽2氩气压力为0.3KPa的情况下，将精钠管道9接头打开，将阴极管6与精钠小罐的底部连接起来，在精钠小罐及阴极管6上加装加热带及保温层。

3、调节电解槽2氩气气压为3KPa，电解槽2小时升温到120℃，保温2小时，对陶瓷隔膜管5进行预热；开始对精钠小罐和阴极管6进行加热，并保温在120℃。

4、确保将精钠小罐中的钠种已经完全注入到陶瓷隔膜管5内；在氩气氛下，将阴极管6与精钠小罐拆开，并将精钠管道9与阴极管6连接起来，阴极管6连接阴极体8，并***陶瓷隔膜管5中，不与陶瓷隔膜管5接触，留有2-3mm的间距。

5、地磅秤进行清零，用来对电解槽2、精钠槽3中钠进行称重。

6、将工业钠罐1、工业钠过渡罐4、电解槽2通氩气，加热到120℃，保温2小时，打开工业钠罐出料电磁阀29，将工业钠注入工业钠过渡罐4中，并流入电解槽2内，电解槽2内的钠为200kg时，关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，停止注入；待工业钠过渡罐4装满工业钠后，关闭工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，将工业钠过渡罐4加热到300℃，并保温。

7、打开电解电源，并注意观察电压和电流；缓慢调节电流，将电流设置在15A，随着电解的进行，陶瓷隔膜管5内金属钠的增加，慢慢调大电流，直到75A；每15分钟记录一次电流、电压、温度、气压、重量变化；电流为恒流，电压随着电解的进行，会进行微量变化。这个是由陶瓷隔膜管5的性质变化而变化了。

8、当产钠量达到80g后，停止所有陶瓷隔膜管5内的电解，加大电解槽2内的氩气压力，并排放精钠槽3内的氩气压力，使得陶瓷隔膜管5内的精钠压入精钠槽3。记录开始充气和精钠槽3气压变化的时间，当精钠槽3的气压发生较大变化，说明陶瓷隔膜管5内的精钠已经排到出口以下。计算出每个提纯单元的排钠时长。并分析每个提纯单元的排出时间及质量写在记录本/交班本上。

9、当排钠完成后，再重新开始电解，60min后，再依次排钠。一般电解2-3次后，补充工业钠。

10、当电解槽2中钠的重量降低至180kg之后，开启工业钠过渡罐出料电磁阀31，让工业钠流入电解槽2内；关闭工业钠过渡罐出料电磁阀31，开启工业钠罐出料电磁阀29和工业钠过渡罐进料电磁阀30，注入工业钠，装满后关闭。

11、当精钠槽3装钠210kg后，打开精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，放入已经抽空加热到120℃并保温2小时以上的精钠储罐23中。

12、当精钠储罐23装入额定量后，关闭精钠槽底部电磁阀24，关闭精钠储罐顶部电磁阀25。将一个管道连接的储钠罐抽空保温半小时后，打开单口储钠罐阀门，并打开精钠储罐23底阀，将精钠排入底部储钠罐，关闭精钠储罐23底阀，并保温1小时后，关闭加热电源，等储钠罐自然冷却后，将氩气充到0.5KPa，关闭氩气阀门，移动储钠罐到规定防潮、防火、防爆的摆放位置存放。

13、如需停止一段时间生产，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管5内的精钠尽可能地压入精钠槽3内。

将精钠完全排放到精钠储罐23中。关闭精钠槽底部电磁阀24和精钠储罐顶部电磁阀25，关闭加热电源，待自然冷却后，保持氩气微量正压。

开启电解槽底部电磁阀20，将电解槽2内残余工业钠排放到废钠罐19中，关闭电解槽底部电磁阀20，关闭电解槽2、管道加热管道。待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从精钠槽3流入电解槽2内，两槽保持氩气微正压>0.1KPa停机。

14、如需重新恢复生产，检查氩气压力，关闭电解槽2、精钠槽3之间的氩气阀门，增大提纯单元氩气压力，检查精钠槽3的压力变化的大小，并同时观察电解槽2气压是否变化，如果没有变化，则说明提纯单元正常；如果电解槽2气压随提纯单元氩气压力增加而增大，则说明提纯单元异常，不能进行电解。检查异常的提纯单元，并在氩气保护下进行拆装。当氩气压力无明细异常后，开始对电解槽2加热，2小时升到170℃，保温2小时；2小时升到330℃，保温2小时，加热精钠槽3、精钠管道9到120℃，并保温。开启电解电源，缓慢加到75A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

Claims (9)

1.一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、工业钠罐通过管道连通工业钠过渡罐，所述工业钠过渡罐通过管道连通所述电解槽，所述电解槽中放置有多个并联的提纯单元；所述提纯单元包括陶瓷隔膜管、阴极管和阴极体，所述陶瓷隔膜管通过支架固定在所述电解槽底部，所述陶瓷隔膜管的内部空间与所述电解槽的内部空间连通；所述电解槽的顶部密封固定连接所述阴极管，所述阴极管的下端又伸入所述陶瓷隔膜管，所述阴极管的下端设置有精钠口，且连接实心的所述阴极体，所述阴极体在所述陶瓷隔膜管的内部，且不与所述陶瓷隔膜管的底部接触；所述阴极管的上端伸出所述电解槽的顶部，并通过精钠管道与所述精钠槽连通；所述工业钠罐、电解槽和精钠槽上都设置有带有气体阀门的保护气体入口管；

B、用精钠小罐灌装钠种，在所述电解槽内氩气压力为0.1-25KPa的情况下，将精钠小罐与所述阴极管连接；将所述电解槽加热至180-260℃，保温对所述陶瓷隔膜管进行预热，然后开始对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180-260℃，将钠种全部注入到所述陶瓷隔膜管中；

C、将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180-260℃，保温，通入氩气，然后将工业钠注入所述工业钠过渡罐中，再注入到所述电解槽内；当所述电解槽内的工业钠达到规定量时，停止注入；当所述工业钠过渡罐中装满工业钠时，停止注入，最后将所述工业钠过渡罐加热到260-400℃，保温；

D、保温一段时间后，将电解电流设置在10-1000A，开始电解；当所述陶瓷隔膜管中的精钠产量达到规定量时，停止电解，利用所述电解槽和所述精钠槽内的氩气气压差，将所述陶瓷隔膜管中的精钠通过所述精钠管道压入所述精钠槽；

E、当排钠完成后，重新开始电解；多次排钠后，将所述工业钠过渡罐中的工业钠注入所述电解槽，以补充工业钠，然后再将所述工业钠罐中的工业钠注入所述工业钠过渡罐，装满后停止注入；

F、当所述精钠槽中的精钠达到规定量时，将所述精钠槽中的精钠排入已经抽空且加热到110-180℃的精钠储罐中。

2.根据权利要求1所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：在步骤B中，在1-2小时内将所述电解槽加热至180-260℃；保温0.5-2小时对所述陶瓷隔膜管进行预热。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：在步骤B中，对所述精钠小罐和所述阴极管加热，并保温在180-260℃中，在1-3小时内加热至180-260℃，保温0.5-1小时。

4.根据权利要求1所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：在步骤C中，将所述工业钠罐、工业钠过渡罐和电解槽加热到180-260℃，保温2-4小时。

5.根据权利要求1所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：在步骤E中，重新开始电解后10-60分钟，再依次进行后续排钠。

6.根据权利要求1所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：在步骤F中，所述已经抽空且加热到110-180℃的精钠储罐在此温度下已经保温0.5小时以上。

7.根据权利要求1所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：当需要停止生产一段时间时，关闭所有电解电源，用氩气将陶瓷隔膜管内的精钠尽可能地压入所述精钠槽内；然后将所述精钠槽内的精钠完全排放到精钠储罐中；待自然冷却后，保持氩气微量正压＞0.1KPa；然后将上述电解槽内残余工业钠排入废钠罐中，待自然冷却后，调节氩气流量，氩气从所述精钠槽流入所述电解槽内，保持两槽氩气微正压＞0.1KPa，停机。

8.根据权利要求7所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：需要恢复生产时，检查氩气压力，然后关闭所述电解槽和精钠槽之间的氩气阀门，增大所述电解槽氩气压力；当氩气压力无明显异常时，开始对所述电解槽加热，加热至180-260℃，保温，再加热至260-400℃，保温；然后加热所述精钠槽、所述精钠管道至100-180℃，保温；开启电解电源，将电解电流设置在10-1000A，并检查气压、温度、电流、电压是否正常。

9.根据权利要求8所述的一种工业钠熔融电解提纯为高纯钠的工艺，其特征在于：所述开始对所述电解槽加热，2-3小时内加热至180-260℃，保温2-3小时，再在2-4小时内加热至260-400℃，保温2-4小时。