CN203700555U - 一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件。本实用新型包括Na-β-Al2O3隔膜管,顶部设置有α-Al2O3环,α-Al2O3环顶部设置有第二支架,所述的第二支架上设置有铝环,铝环套接有填充体,填充体和Na-β-Al2O3隔膜管之间有环形空隙,填充体空腔内插有T型螺丝,T型螺丝内开有出钠通道,出钠通道与所述的环形空隙连通。本实用新型阴极部件结构简单,在惰性气体保护下,常温下就可加入固体金属钠,可以保证阴极部件以及整个电解装置的气密性,防止金属钠受到空气污染,为制备高纯金属钠提供了良好的保证。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电解装置的部件,更具体地说,本实用新型涉及一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,属于金属钠的电解熔融制备或提纯装置密封技术领域。
背景技术
钠是化工、冶金、原子能和国防等工业的重要原料或材料。它用于制电镀用***、漂白剂用过氧化钠、制造新能源钠—硫电池,从稀有金属化合物中还原稀有金属,国防工业作核反应堆的热载体以及潜艇上用的供氧剂超氧化钠。金属钠可以用于测定有机物中的氯。还原和氢化有机化合物。检验有机物中的氮、硫、氟。去除有机溶剂(苯、烃、醚)中的水分。除去烃中的氧、碘或氢碘酸等杂质。制备钠汞齐、醇化钠、纯氢氧化钠、过氧化钠、氨基钠等。合金,钠灯,光电池;近年来随着相关领域的技术进步及市场的需要,开始应用于原子能发电站,稀有金属冶炼以及化工等部门都有重要的用途。
制备高纯金属钠的生产技术主要有烧碱熔融电解法、食盐熔融电解法和电解钠汞齐法等。由上述方法制备出的粗钠杂质较多、纯度不高,需进行提纯才能供相关行业使用。目前提纯金属钠的方法大多数以工业钠为原料,采用冷阱法、过滤法和蒸馏法进行纯化,但这些方法都存在着一些缺点,并且产品质量不够高。
国家知识产权局于2013.4.24公开了一件公告号为CN202898560U,名称为“一种用于制备金属钠的熔融电解装置”的实用新型专利,该专利涉及一种用于制备金属钠的熔融电解装置,属于金属钠的电解制备装置技术领域。包括加热装置、装有阳极电解质的电解槽、阳极、阴极以及装有阴极电解质的隔膜管,所述的电解槽设置在加热装置内,所述的隔膜管和阳极从电解槽顶部***电解槽内并且部分***阳极电解质中,所述的隔膜管和阳极的顶部露出在电解槽外,所述的隔膜管为Na-β-Al2O3隔膜管,所述的阴极从隔膜管的顶部***隔膜管并且部分***阴极电解质中,阴极的顶部露出在隔膜管外,隔膜管的顶部还设置有用于排出金属钠的排钠管,该装置在进行电解反应时几乎无副反应,反应效率接近100%,能耗低,所产金属钠纯度较高。
国家知识产权局于2013.2.27公开了一件公告号为CN202755066U,名称为“一种用于提纯金属钠的熔融电解装置”的实用新型专利,该专利涉及一种用于提纯金属钠的熔融电解装置,属于金属钠的电解提纯装置技术领域。包括加热装置、装有阳极电解质的电解槽、阳极、阴极以及装有阴极电解质的隔膜管,所述的电解槽设置在加热装置内,所述的隔膜管和阳极从电解槽顶部***电解槽内并且部分***金属钠中,所述的隔膜管和阳极的顶部露出在电解槽外,所述的隔膜管为Na-β-Al2O3隔膜管,所述的阴极从隔膜管的顶部***隔膜管并且部分***高纯钠中,阴极的顶部露出在隔膜管外,隔膜管的顶部还设置有用于排出高纯钠的排钠管,该装置结构简单、工艺流程简单,提纯时几乎无副反应,反应效率接近100%;所产金属钠纯度较高,纯度可达99.9%以上。
上述电解制备或者提纯金属钠的装置中的加入金属钠的投料部分和阴极部件密封性能不好,使得金属钠容易受到污染。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有技术中金属钠在投料加入至阴极部件中时容易受到污染的问题,提供一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其结构简单,可以保证整个装置的气密性,防止金属钠受到空气污染。
为了实现上述目的,本实用新型具体技术方案如下:
一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:包括Na-β-Al2O3隔膜管,所述的Na-β-Al2O3隔膜管上端开口,Na-β-Al2O3隔膜管顶部设置有α-Al2O3环,所述的α-Al2O3环底部由第一支架支撑,α-Al2O3环顶部设置有第二支架,所述的第二支架上设置有铝环,所述的第二支架支撑所述铝环的底部和侧壁,所述的铝环套接有填充体,所述的填充体的顶部露出在铝环外,所述填充体插在所述的Na-β-Al2O3隔膜管中,且填充体和Na-β-Al2O3隔膜管之间有环形空隙,所述的填充体顶部开口,内部为空腔,空腔内插有T型螺丝,所述的T型螺丝顶部露出在填充体的顶部,所述的T型螺丝内开有出钠通道,所述的出钠通道与所述的环形空隙连通。
本实用新型所述的α-Al2O3环与所述的Na-β-Al2O3隔膜管的顶部为烧结连接。
本实用新型所述的第二支架与所述的铝环的侧壁之间为焊接。
本实用新型所述的铝环与所述的填充体之间为螺纹连接。
本实用新型所述的填充体内的空腔与所述的T型螺丝插在空腔内的部分为螺纹连接。
本实用新型所述的螺纹连接为圆锥内外螺纹连接。
本实用新型所述的铝环顶部与所述的填充体接触的部位设置有第一密封圈。
本实用新型所述的填充体顶部与所述的T型螺丝接触的部位设置有第二密封圈。
本实用新型所述的T型螺丝下部开有T型螺丝串口,所述的填充体下部开有填充体串口,所述的T型螺丝串口与所述的填充体串口对应,所述的出钠通道与所述的环形空隙通过T型螺丝串口和填充体串口连通。
其中Na-β-Al2O3为本领域的公知材料,即Beta- Al2O3,Na-β-Al2O3隔膜管又称为β管。β氧化铝是一族含有单价阳离子的多铝酸盐类。它的通式是M20·11A1203,M可以是元素周期表中ΙA族中的Li、Na、K和Rb等,或者可以是ΙB族的Ag等,此类化合物中目前最有实用价值的含Na的β氧化铝, Beta-Al2O3一词若无特殊说明,一般指Na-β-Al2O3。
文献可见:
温廷琏。β氧化铝—一种快离子导体。硅酸盐学报,综合评述,1979年第七卷第四期。
本实用新型部件可应用于电解熔融制钠和电解提纯金属钠的密封技术领域,在这些领域中,本实用新型部件充当阴极,阴极电解质在常温是固体,工作时为熔融状态,阴极电解质为纯度大于等于99.9%的金属钠。
本实用新型带来的有益技术效果:
1、本实用新型密封装置的隔膜管采用Na-β-Al2O3隔膜管,Na-β-A12O3是近十几年来发展起来的一种新型固体电解质材料,它的特点是在电场作用下,钠离子可以在其中自由地迁移,其他离子则不能或较难通过,本实用新型阴极部件结构简单,在惰性气体保护下,常温下就可加入固体金属钠,可以保证阴极部件以及整个电解装置的气密性,防止金属钠受到空气污染,为制备高纯金属钠提供了良好的保证。
2、本实用新型阴极部件进一步通过螺纹和密封圈双重密封,更好地保证了阴极部件以及电解装置的气密性。
3、本实用新型阴极部件为可拆卸装置,方便实验前后的工作。
4、本实用新型阴极部件从安全角度考虑,金属钠是活泼金属,很容易和空气或水发生剧烈反应,产生大量气体,如果装置有大量的金属钠泄露,将发生危险,所以在Na-β-Al2O3隔膜管内部加入填充体,填充体外壁与Na-β-Al2O3隔膜管内壁形成环形空隙,这样可以大大减少填充金属钠的质量,提高整个装置的安全性能。
5、本实用新型阴极部件所有带螺纹结构的部件均采用圆锥内外螺纹连接,这样不仅可以保证整个装置的气密性,又使整个装置的抗压性得到提高。
6、本实用新型阴极部件的T型螺丝内部设有出钠通道,出钠通道通过T型螺丝串口和填充体串口与环形空隙连通,用以排出反应产生的高纯金属钠。
7、本实用新型阴极部件中的T型螺丝串口和填充体串口即是阴极电解质液体钠的限位孔,反应产生的高纯金属钠通过限位孔和出钠通道进入高纯金属钠收集器,这样整个阴极电解质工作面积基本不变,可以保证电解装置电解反应平稳进行。
附图说明
图1为本实用新型密的截面结构示意图。
附图标记:1为Na-β-Al2O3隔膜管、2为α-Al2O3环、3为第一支架、4为第二支架、5为铝环、6为填充体、7为环形空隙、8为T型螺丝、9为出钠通道10为第一密封圈、11为第二密封圈、12为T型螺丝串口、13为填充体串口。
具体实施方式
实施例1
一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,包括Na-β-Al2O3隔膜管1,所述的Na-β-Al2O3隔膜管1上端开口,Na-β-Al2O3隔膜管1顶部设置有α-Al2O3环2,所述的α-Al2O3环2底部由第一支架3支撑,α-Al2O3环2顶部设置有第二支架4,所述的第二支架4上设置有铝环5,所述的第二支架4支撑所述铝环5的底部和侧壁,所述的铝环5套接有填充体6,所述的填充体6的顶部露出在铝环5外,所述填充体6插在所述的Na-β-Al2O3隔膜管1中,且填充体6和Na-β-Al2O3隔膜管1之间有环形空隙7,所述的填充体6顶部开口,内部为空腔,空腔内插有T型螺丝8,所述的T型螺丝8顶部露出在填充体6的顶部,所述的T型螺丝8内开有出钠通道9,所述的出钠通道9与所述的环形空隙7连通。
实施例2
一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,包括Na-β-Al2O3隔膜管1,所述的Na-β-Al2O3隔膜管1上端开口,Na-β-Al2O3隔膜管1顶部设置有α-Al2O3环2,所述的α-Al2O3环2底部由第一支架3支撑,α-Al2O3环2顶部设置有第二支架4,所述的第二支架4上设置有铝环5,所述的第二支架4支撑所述铝环5的底部和侧壁,所述的铝环5套接有填充体6,所述的填充体6的顶部露出在铝环5外,所述填充体6插在所述的Na-β-Al2O3隔膜管1中,且填充体6和Na-β-Al2O3隔膜管1之间有环形空隙7,所述的填充体6顶部开口,内部为空腔,空腔内插有T型螺丝8,所述的T型螺丝8顶部露出在填充体6的顶部,所述的T型螺丝8内开有出钠通道9,所述的出钠通道9与所述的环形空隙7连通。
优选的,所述的α-Al2O3环2与所述的Na-β-Al2O3隔膜管1的顶部为烧结连接。
优选的,所述的第二支架4与所述的铝环5的侧壁之间为焊接。
优选的,所述的铝环5与所述的填充体6之间为螺纹连接。
优选的,所述的填充体6内的空腔与所述的T型螺丝8插在空腔内的部分为螺纹连接。
更进一步的,所述的螺纹连接为圆锥内外螺纹连接。
优选的,所述的铝环5顶部与所述的填充体6接触的部位设置有第一密封圈10。
优选的或者更进一步的,所述的填充体6顶部与所述的T型螺丝8接触的部位设置有第二密封圈11。
优选的,所述的T型螺丝8下部开有T型螺丝串口12,所述的填充体6下部开有填充体串口13,所述的T型螺丝串口12与所述的填充体串口13对应,所述的出钠通道9与所述的环形空隙7通过T型螺丝串口12和填充体串口13连通。
实施例3
为进一步说明本实用新型密封装置的内容,以下结合具体实施方式及附图对本实用新型实施方案作详细的描述:
如图1所示,Na-β-Al2O3隔膜管1顶部开口端通过烧结方式连接α-Al2O3环2、第一支架3和第二支架4,铝环5通过焊接接口和第一支架3连接,铝环5中心部分设有圆锥内螺纹,通过螺纹接口连接填充体6,另外还起到密封作用;填充体6外部设有圆锥外螺纹,通过螺纹接口和铝环5相连,铝环5和填充体6之间设有第一密封圈10;填充体6设有中心空腔和内螺纹,在惰性气体保护下,中心空腔用于存储装置启动前预加入的固体钠棒,T型螺丝8通过螺纹接口和填充体6相连,填充体6和T型螺丝8之间设有第二密封圈11,通过螺纹和密封圈起到密封整个装置的作用。填充体6外壁和Na-β-Al2O3隔膜管1内壁形成环形空隙7,用以容纳阴极电解质液体金属钠。T型螺丝8内部设有出钠通道9,出钠通道9通过T型螺丝串口12和填充体串口13的和环形空隙7连通,用以排出反应产生的高纯金属钠。
Claims (9)
1.一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:包括Na-β-Al2O3隔膜管(1),所述的Na-β-Al2O3隔膜管(1)上端开口,Na-β-Al2O3隔膜管(1)顶部设置有α-Al2O3环(2),所述的α-Al2O3环(2)底部由第一支架(3)支撑,α-Al2O3环(2)顶部设置有第二支架(4),所述的第二支架(4)上设置有铝环(5),所述的第二支架(4)支撑所述铝环(5)的底部和侧壁,所述的铝环(5)套接有填充体(6),所述的填充体(6)的顶部露出在铝环(5)外,所述填充体(6)插在所述的Na-β-Al2O3隔膜管(1)中,且填充体(6)和Na-β-Al2O3隔膜管(1)之间有环形空隙(7),所述的填充体(6)顶部开口,内部为空腔,空腔内插有T型螺丝(8),所述的T型螺丝(8)顶部露出在填充体(6)的顶部,所述的T型螺丝(8)内开有出钠通道(9),所述的出钠通道(9)与所述的环形空隙(7)连通。
2.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的α-Al2O3环(2)与所述的Na-β-Al2O3隔膜管(1)的顶部为烧结连接。
3.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的第二支架(4)与所述的铝环(5)的侧壁之间为焊接。
4.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的铝环(5)与所述的填充体(6)之间为螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的填充体(6)内的空腔与所述的T型螺丝(8)插在空腔内的部分为螺纹连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的螺纹连接为圆锥内外螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的铝环(5)顶部与所述的填充体(6)接触的部位设置有第一密封圈(10)。
8.根据权利要求1或7所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的填充体(6)顶部与所述的T型螺丝(8)接触的部位设置有第二密封圈(11)。
9.根据权利要求1所述的一种电解制备或者提纯金属钠装置的阴极部件,其特征在于:所述的T型螺丝(8)下部开有T型螺丝串口(12),所述的填充体(6)下部开有填充体串口(13),所述的T型螺丝串口(12)与所述的填充体串口(13)对应,所述的出钠通道(9)与所述的环形空隙(7)通过T型螺丝串口(12)和填充体串口(13)连通。
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