EA029746B1 - Method and system for electrolytically reducing a solid feedstock - Google Patents
Method and system for electrolytically reducing a solid feedstock Download PDFInfo
- Publication number
- EA029746B1 EA029746B1 EA201390605A EA201390605A EA029746B1 EA 029746 B1 EA029746 B1 EA 029746B1 EA 201390605 A EA201390605 A EA 201390605A EA 201390605 A EA201390605 A EA 201390605A EA 029746 B1 EA029746 B1 EA 029746B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- module
- electrode module
- electrode
- electrolysis
- section
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/005—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/06—Operating or servicing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу электролиза, использующему аппарат, включающий электродный модуль или сборку.The invention relates to an electrolysis method using an apparatus including an electrode module or assembly.
Уровень техникиThe level of technology
Настоящее изобретение относится к способу восстановления твердого сырья, содержащего соединение или соединения металлов, такие как окисел металла, для образования восстановленного продукта. Как известно из предшествующего уровня техники, электролитические процессы могут использоваться, например, для восстановления соединений металлов или соединений полуметаллов до металлов, полуметаллов или частично восстановленных соединений, или для восстановления смесей соединений металлов для образования сплавов. Чтобы избежать повторений, в настоящем документе термин "металл" будет использоваться для охвата всех таких продуктов, как металлы, полуметаллы, сплавы, интерметаллические соединения и частично восстановленные продукты.The present invention relates to a method for reducing a solid material containing a compound or metal compounds, such as metal oxide, to form a reduced product. As is known from the prior art, electrolytic processes can be used, for example, to reduce metal compounds or semi-metal compounds to metals, semi-metals or partially reduced compounds, or to reduce mixtures of metal compounds to form alloys. To avoid repetition, the term “metal” will be used to cover all products such as metals, semimetals, alloys, intermetallic compounds, and partially reduced products.
В последние годы возник большой интерес к прямому производству металлов с помощью восстановления твердого сырья, например твердого сырья окиси металла. Одним из таких процессов прямого производства является процесс электролитического разложения СашЬпбдс РРС (описанный в заявке \УО 99/64638). В процессе РРС твердое соединение, например твердый окисел металла, располагается в контакте с катодом в электролитической ячейке, содержащей расплавленную соль. Между катодом и анодом ячейки приложен электрический потенциал, так чтобы соединение восстанавливалось. В процессе РРС, потенциал, который вырабатывает твердое соединение, ниже, чем потенциал осаждения для катиона из расплавленной соли. Например, если в качестве расплавленной соли используется хлорид кальция, потенциал катода, при котором твердое соединение восстанавливается, ниже, чем потенциал осаждения для осажденного из соли металлического кальция.In recent years, great interest has arisen in the direct production of metals through the reduction of solid raw materials, such as solid metal oxide materials. One of such direct production processes is the electrolytic decomposition process of Sashpbds PPC (described in application SP 99/64638). In a PPC process, a solid compound, such as a solid metal oxide, is in contact with a cathode in an electrolytic cell containing molten salt. An electrical potential is applied between the cathode and the anode of the cell so that the connection is restored. In the PPC process, the potential that the solid compound produces is lower than the deposition potential for the cation from the molten salt. For example, if calcium chloride is used as the molten salt, the potential of the cathode, in which the solid compound is reduced, is lower than the deposition potential of metallic calcium precipitated from the salt.
Предлагаются другие восстановительные процессы для восстановления сырья, в виде подключенного к катоду твердого металлического соединения, такие как полярный процесс, описанный в заявке \УО 03/076690, и процесс, описанный в заявке \УО 03/048399.Other reduction processes are proposed for the recovery of raw materials, in the form of a solid metal compound connected to the cathode, such as the polar process described in application \ 03 03/076690, and the process described in application 03/048399.
При традиционной реализации процесса РРС и других процессов электролитического восстановления, как правило, включается производство сырья в виде брикета или прекурсора, изготовленного из порошка твердого соединения, подлежащего восстановлению. Этот брикет затем тщательно соединяется с катодом, что обеспечивает протекание восстановления. Когда ряд брикетов соединен с катодом, катод может опускаться в расплавленную соль и брикеты могут восстанавливаться. Операция производства и присоединения брикетов к катоду очень трудоемкая. Хотя этот способ хорошо работает в лабораторном масштабе, он не оправдывает себя в массовом производстве металла в промышленном масштабе.With the traditional implementation of the XRD process and other electrolytic reduction processes, as a rule, the production of raw materials in the form of a briquette or a precursor made from a solid compound powder to be reduced is included. This briquette is then carefully connected to the cathode, which ensures the flow of the restoration. When a row of briquettes is connected to the cathode, the cathode can be lowered into the molten salt and the briquettes can be restored. The operation of producing and joining briquettes to the cathode is very laborious. Although this method works well on a laboratory scale, it does not justify itself in the mass production of metal on an industrial scale.
Целью изобретения является создание способа электролиза, более приспособленного для восстановления твердого сырья в промышленном масштабе.The aim of the invention is to create a method of electrolysis, more adapted for the recovery of solid raw materials on an industrial scale.
Сущность изобретенияSummary of Invention
Изобретение предусматривает способ электролитического восстановления твердого сырья, раскрытый в заявляемом независимом пункте формулы, на который будут делаться ссылки. Предпочтительные или преимущественные отличительные черты изобретения установлены в зависимых пунктах формулы.The invention provides a method for the electrolytic reduction of solid raw materials, disclosed in the claimed independent claim, to which reference will be made. Preferred or predominant features of the invention are set forth in the dependent claims.
Таким образом, способ электролитического восстановления твердого сырья может включать следующие стадии: установка электродного модуля, содержащего по меньшей мере один электрод, в положение для загрузки сырья, загрузка твердого сырья в электродный модуль, перемещение электродного модуля из положения для загрузки сырья и введение электродного модуля в контакт с секцией электролиза, так чтобы сырье находилось в контакте с расплавленной солью в секции электролиза, подача напряжения к электродному модулю, чтобы твердое сырье восстанавливалось, и извлечение электродного модуля из секции электролиза в транспортировочный модуль, выполненный с возможностью обеспечения в нем контролируемых условий.Thus, the method of electrolytic reduction of solid raw materials may include the following stages: installation of the electrode module containing at least one electrode in the position for loading raw materials, loading of solid raw materials in the electrode module, moving the electrode module from the position for loading raw materials and introducing the electrode module in contact with the electrolysis section, so that the raw material is in contact with the molten salt in the electrolysis section, applying voltage to the electrode module, so that the solid raw material is restored alos, and extracting the electrode module from the conveying section electrolysis unit configured to provide a controlled environment therein.
Предпочтительно электродный модуль включает, по меньшей мере, катод и анод, соединяемый с источником энергии таким образом, что между анодом и катодом может создаваться потенциал. Электродный модуль может содержать один или несколько биполярных электродов.Preferably, the electrode module includes at least a cathode and an anode connected to an energy source such that a potential can be created between the anode and the cathode. The electrode module may contain one or more bipolar electrodes.
Предпочтительно твердое сырье загружается таким способом, что оно находится в контакте с катодом или катодной поверхностью биполярного электрода.Preferably, the solid raw material is loaded in such a way that it is in contact with the cathode or the cathode surface of the bipolar electrode.
Может оказаться преимущественным, чтобы электродный модуль перемещался из положения для загрузки сырья в транспортировочном модуле. Транспортировочный модуль может принимать форму корпуса, образующего камеру, в которую может подниматься электродный модуль. Предпочтительно транспортировочный модуль является герметизируемым таким образом, что электродный модуль может перемещаться в контролируемых условиях, например, в инертной атмосфере. Может оказаться предпочтительным, чтобы электродный модуль нагревался до заданной температуры перед введением в контакт с секцией электролиза. В предпочтительном варианте, когда электродный модуль находится в контакте, секция электролиза содержит расплавленную соль. Если электродный модуль не находится при соответствующей температуре, может возникать тепловая деформация или тепловой удар компонентов электродного модуля, что может приводить к разрушению компонентов электродного модуля. Предпочтительно, чтобы электродный модуль нагревался до температуры, близкой к температуре расплавленной соли. Поэтому заданная температура может находиться в диапазоне примерно от 500 до 1200°С, в зави- 1 029746It may be advantageous for the electrode module to move from the feed position in the transport module. The transport module can take the form of a body forming a chamber into which the electrode module can be lifted. Preferably, the transport module is sealed in such a way that the electrode module can move under controlled conditions, for example, in an inert atmosphere. It may be preferable that the electrode module is heated to a predetermined temperature before being brought into contact with the electrolysis section. In a preferred embodiment, when the electrode module is in contact, the electrolysis section contains molten salt. If the electrode module is not located at an appropriate temperature, thermal deformation or thermal shock of the components of the electrode module may occur, which can lead to destruction of the components of the electrode module. Preferably, the electrode module is heated to a temperature close to the temperature of the molten salt. Therefore, the set temperature can be in the range of approximately from 500 to 1200 ° C, depending on
симости от температуры расплавленной соли. В частности, предпочтительные температуры находятся в диапазоне от 700 до 1000°С, например от 800 или 850°С.on molten salt temperature. In particular, preferred temperatures are in the range of from 700 to 1000 ° C, for example from 800 or 850 ° C.
Преимущественно электродный модуль может быть нагрет в инертной атмосфере в транспортировочном модуле. Транспортировочный модуль может содержать нагревающие элементы, которые, чтобы нагреть электродный модуль, поднимают температуру в модуле до заданной температуры. Как вариант, транспортировочный модуль может включать устройства, обеспечивающие подачу нагретого газа в транспортировочный модуль для нагрева электродного модуля.Advantageously, the electrode module can be heated in an inert atmosphere in the transport module. The transport module may contain heating elements that, in order to heat the electrode module, raise the temperature in the module to a predetermined temperature. Alternatively, the transport module may include devices that provide heated gas to the transport module for heating the electrode module.
Может оказаться предпочтительным, чтобы для нагрева до заданной температуры электродный модуль перемещался из транспортировочного модуля в нагревательную станцию. Например, транспортировочный модуль может подключаться к нагревательной станции и перемещать электродный модуль в отдельную нагревательную станцию для обеспечения нагрева электродного модуля. В этом варианте сам транспортировочный модуль не обязательно содержит нагревательные элементы.It may be preferable that the electrode module be moved from the transport module to the heating station to heat to a predetermined temperature. For example, the transport module can be connected to a heating station and move the electrode module to a separate heating station to provide heating of the electrode module. In this embodiment, the transport module itself does not necessarily contain heating elements.
Таким образом, может оказаться предпочтительным, чтобы электродный модуль перемещался из загрузочной станции в транспортировочном модуле, опускался в нагревательную станцию, нагревался до заданной температуры и поднимался обратно в транспортировочный модуль для перемещения в секцию электролиза.Thus, it may be preferable for the electrode module to move from the loading station to the transport module, lower to the heating station, heat to a predetermined temperature, and rise back to the transport module to move to the electrolysis section.
Электродный модуль предпочтительно герметизируется в транспортировочной камере транспортировочного модуля с помощью закрывания затвора. Предпочтительно затвор представляет собой шиберную задвижку, в которой шлюз является подвижным для герметизации транспортировочной камеры с транспортировочным модулем.The electrode module is preferably sealed in the transport chamber of the transport module by closing the gate. Preferably, the shutter is a gate valve in which the gateway is movable to seal the transport chamber with the transport module.
Отверстие секции электролиза, т.е. отверстие, через которое может перемещаться электродный модуль для введения в контакт с секцией электролиза, предпочтительно, закрывается открываемым затвором. Особенно предпочтительно, чтобы затвор был шиберной задвижкой, которая может открываться для обеспечения прохода электродного модуля в секцию электролиза.The opening of the electrolysis section, i.e. the opening through which the electrode module can move for contact with the electrolysis section is preferably closed by the opening gate. Particularly preferably, the valve is a gate valve that can be opened to allow the electrode module to pass to the electrolysis section.
Может оказаться желательным после электролиза удалять электродный модуль из секции электролиза для возврата восстановленного сырья. Предпочтительно удалять электродный модуль, оказавшийся при рабочей температуре секции электролиза (или вблизи нее) и в условиях, в которых расплавленная соль, содержащаяся в секции электролиза, все еще находится в расплавленном состоянии.After electrolysis, it may be desirable to remove the electrode module from the electrolysis section to return the recovered raw materials. It is preferable to remove the electrode module that is at the operating temperature of the electrolysis section (or near it) and under conditions in which the molten salt contained in the electrolysis section is still in the molten state.
Может оказаться преимущественным, чтобы после извлечения из секции электролиза электродный модуль остывал в инертной атмосфере в транспортировочном модуле. Если электродный модуль находится при высокой температуре, например 800°С, важно чтобы модуль не входил в контакт с кислородом или воздухом до тех пор, пока температура не будет понижена в достаточной степени, чтобы избежать самовоспламенения любых углеродистых компонентов электродного модуля, или быстрого окисления любого восстановленного сырья, находящегося в электродном модуле.It may be advantageous for the electrode module to cool down in an inert atmosphere in the transport module after being removed from the electrolysis section. If the electrode module is at a high temperature, for example 800 ° C, it is important that the module does not come in contact with oxygen or air until the temperature is sufficiently low to avoid self-ignition of any carbon components of the electrode module, or rapid oxidation of any recovered raw materials located in the electrode module.
После извлечения из секции электролиза электродный модуль может остывать в инертной атмосфере в транспортировочном модуле. Таким образом, транспортировочный модуль может включать устройства для охлаждения, такие как трубы водяного охлаждения, или может включать устройства для прохода охлаждающего газа через транспортировочный модуль, чтобы снизить температуру электродного модуля.After removal from the electrolysis section, the electrode module may cool down in an inert atmosphere in the transport module. Thus, the transport module may include cooling devices, such as water cooling pipes, or may include devices for the passage of cooling gas through the transport module to reduce the temperature of the electrode module.
Как вариант, электродный модуль может перемещаться в транспортировочном модуле к отдельной станции охлаждения, подвергаясь охлаждению до заданной температуры в инертной атмосфере.Alternatively, the electrode module can move in the transport module to a separate cooling station, being cooled to a predetermined temperature in an inert atmosphere.
Предпочтительно, чтобы станция охлаждения включала камеру охлаждения, в которую может вставляться электродный модуль для эффективного охлаждения. Таким образом, способ может включать стадии перемещения электродного модуля в станцию охлаждения в транспортировочном модуле, опускания электродного модуля в станцию охлаждения, охлаждения электродного модуля до заданной температуры, и поднимания электродного модуля обратно в транспортировочный модуль для перемещения из станции охлаждения.Preferably, the cooling station includes a cooling chamber into which an electrode module can be inserted for effective cooling. Thus, the method may include the steps of moving the electrode module to the cooling station in the shipping module, lowering the electrode module to the cooling station, cooling the electrode module to a predetermined temperature, and raising the electrode module back to the transporting module to move from the cooling station.
Расплавленная соль, оставшаяся в электродном модуле, будет затвердевать по мере охлаждения электродного модуля. Поэтому электродный модуль после охлаждения будет покрыт пленкой затвердевшей соли. Может быть преимущественным перемещать электродный модуль в промывочную станцию для вымывания соли из восстановленного сырья. Промывочная станция может включать промывочный аппарат, подходящий для направления струй воды в электродный модуль, чтобы вымыть соль из сырья. Промывочная станция может, кроме того, включать устройства для сбора использованной воды от процесса промывки.The molten salt remaining in the electrode module will solidify as the electrode module cools. Therefore, the electrode module after cooling will be covered with a film of solidified salt. It may be advantageous to move the electrode module to the washing station to wash out the salt from the recovered material. The washing station may include a washer suitable for directing jets of water to the electrode module in order to wash the salt from the raw materials. The washing station may also include devices for collecting used water from the washing process.
Может быть преимущественным, чтобы электродный модуль перемещался в отдельную разгрузочную станцию для облегчения доступа к электродному модулю для разгрузки восстановленного сырья. Особенно предпочтительно, чтобы электродный модуль был снабжен съемными лотками, которые можно отсоединять от электродного модуля. Таким образом, может быть предпочтительным, чтобы твердое сырье загружалось в съемные лотки отдельно от электродного модуля, а затем съемные лотки соединялись с электродным модулем для загрузки сырья в электродный модуль. Кроме того, может быть преимущественным, чтобы лотки могли извлекаться из электродного модуля для облегчения разгрузки вос- 2 029746It may be advantageous for the electrode module to move to a separate discharge station to facilitate access to the electrode module for unloading the recovered raw materials. It is particularly preferable that the electrode module is provided with removable trays that can be detached from the electrode module. Thus, it may be preferable that the solid raw material is loaded into removable trays separately from the electrode module, and then the removable trays are connected to the electrode module to load the raw material into the electrode module. In addition, it may be advantageous for the trays to be removed from the electrode module to facilitate unloading of reproduction.
становленного сырья.become raw materials.
Предпочтительно сырье загружается таким образом, что оно находится в контакте с катодной конструкцией электродного модуля, например, поверхностью катода или катодной поверхностью биполярного электрода. Это является существенным, если реакция для восстановления сырья происходит, используя процесс РРС. Однако может использоваться другой процесс восстановления.Preferably, the raw material is loaded in such a way that it is in contact with the cathode structure of the electrode module, for example, the surface of the cathode or the cathode surface of the bipolar electrode. This is essential if the reaction to recover the raw material takes place using the PPC process. However, another recovery process may be used.
Особенно предпочтительно, чтобы реакция электролиза в данном способе происходила, благодаря электролитическому восстановлению твердого сырья, например, электролитическому восстановлению с помощью процесса РРС.It is particularly preferable that the electrolysis reaction in this method takes place due to the electrolytic reduction of the solid raw material, for example, electrolytic reduction using the PPC process.
Способ может применяться для использования с любым электродным модулем, который можно загружать сырьем и вводить в контакт с секцией электролиза для электролиза сырья. Может существовать ряд конкретных вариантов воплощения электродного модуля, которые могут предпочтительно использоваться в этом способе.The method can be used for use with any electrode module that can be loaded with raw materials and brought into contact with the electrolysis section for the electrolysis of raw materials. There may be a number of specific embodiments of the electrode module that may preferably be used in this method.
В предпочтительном варианте изобретения может быть преимущественным, чтобы электродный модуль был подвижным электродным модулем для введения в контакт с секцией электролиза, причем подвижный электродный модуль содержит первый электрод, второй электрод и подвесную конструкцию, включающую подвесной стержень, соединенный предпочтительно на одном конце стержня с первым электродом, в котором второй электрод подвешен, или поддерживается подвесной конструкцией, и в котором подвесная конструкция содержит по меньшей мере одну электроизолирующую распорку для удержания второго электрода в пространственном разделении с первым электродом.In a preferred embodiment of the invention, it may be advantageous for the electrode module to be a movable electrode module for contacting the electrolysis section, the movable electrode module comprising a first electrode, a second electrode and a suspension structure including a suspension rod, preferably connected at one end of the rod with the first electrode in which the second electrode is suspended, or supported by a suspension structure, and in which the suspension structure contains at least one electrical insulator a spacer for holding the second electrode in spatial separation with the first electrode.
В следующем, предпочтительном варианте изобретения может оказаться преимуществом, чтобы электродный модуль был подвижным электродным модулем для введения в контакт с секцией электролиза, причем подвижным электродным модулем включает анод и катод для удержания порции твердого сырья, при восстановлении посредством электролиза в расплавленном солевом электролите, при этом сырье удерживается в контакте с катодом.In a further preferred embodiment of the invention, it may be an advantage that the electrode module is a movable electrode module for bringing into contact with an electrolysis section, the movable electrode module including an anode and a cathode for holding a portion of solid raw material, when restored by electrolysis in a molten salt electrolyte, the raw material is kept in contact with the cathode.
В следующем предпочтительном варианте изобретения может оказаться преимущественным, чтобы электродный модуль был подвижным электродным модулем для введения в контакт с секцией электролиза, причем подвижным электродным модулем, включающим первый электрод и крышку, в котором, когда подвижный электрод введен в контакт с электролизным аппаратом, первый электрод располагается в секции электролиза таким образом, что может использоваться для электролиза, и крышка перекрывает отверстие секции электролиза.In a further preferred embodiment of the invention, it may be advantageous for the electrode module to be a movable electrode module for bringing into contact with an electrolysis section, with a movable electrode module including a first electrode and a cover in which, when the movable electrode is brought into contact with an electrolysis apparatus, the first electrode is located in the electrolysis section so that it can be used for electrolysis, and the cover covers the opening of the electrolysis section.
В следующем предпочтительном варианте изобретения может оказаться преимуществом, чтобы электродный модуль был подвижным электродным модулем для введения в контакт с секцией электролиза, причем подвижный электродный модуль включает подъемный элемент для осуществления подъема модуля, первый электрод, соединенный с нижним концом подвесного стержня, и подпружиненные устройства, расположенные между подъемным элементом и верхним концом подвесного стержня.In a further preferred embodiment of the invention, it may be an advantage that the electrode module is a movable electrode module for bringing into contact with the electrolysis section, the movable electrode module including a lifting element for lifting the module, a first electrode connected to the lower end of the suspension rod, and spring loaded devices, located between the lifting element and the upper end of the suspension rod.
Различные аспекты и варианты изобретения, раскрываемого здесь, особенно подходят для производства металла путем восстановления твердого сырья, содержащего твердый окисел металла. Чистые металлы могут образовываться при восстановлении чистых окислов металла и сплавов, и интерметаллические соединения могут образовываться при восстановлении сырья, содержащего смеси окислов металла или смеси чистых окислов металла.The various aspects and variations of the invention disclosed herein are particularly suitable for the production of metal by reducing the solid raw material containing solid metal oxide. Pure metals can be formed by reducing pure metal oxides and alloys, and intermetallic compounds can be formed by reducing a raw material containing a mixture of metal oxides or a mixture of pure metal oxides.
Некоторые восстановительные процессы могут осуществляться только тогда, когда расплавленная соль или электролит, используемый в процессе, содержит виды металлов (химически активных металлов), которые образуют более устойчивый окисел, чем окисел металла или соединение, подлежащее восстановлению. Такая информация может быть легко получена из термодинамических данных, особенно данных о свободной энергии Гиббса, и может быть просто определена из стандартной диаграммы Эллингема или диаграммы преобладания или диаграммы свободной энергии Гиббса. Термодинамические данные об устойчивости окислов и диаграммы Эллингема доступны и понятны электрохимикам и специалистам в области металлургии извлечения (специалист в данном случае должен быть осведомлен о таких данных и информации).Some reduction processes can be carried out only when the molten salt or electrolyte used in the process contains types of metals (reactive metals) that form a more stable oxide than the metal oxide or compound to be reduced. Such information can be easily obtained from thermodynamic data, especially Gibbs free energy data, and can be simply determined from the standard Ellingem diagram or the dominance diagram or the Gibbs free energy diagram. Thermodynamic data on the stability of oxides and Ellingem diagrams are available and understandable to electrochemists and specialists in the field of extraction metallurgy (the specialist in this case should be aware of such data and information).
Таким образом, предпочтительный электролит для процесса восстановления может содержать соль кальция. Кальций образует более устойчивый окисел, чем большинство других металлов, и поэтому может способствовать восстановлению окисла металла, который менее устойчив, чем окисел кальция. В других случаях могут использоваться соли, содержащие другие химически активные металлы. Например, процесс восстановления в соответствии с любым аспектом раскрываемого здесь изобретения может быть выполнен, используя соль, содержащую литий, натрий, калий, рубидий, цезий, магний, кальций, стронций, барий или иттрий. Могут использоваться хлориды или другие соли, включая смесь хлоридов или других солей.Thus, the preferred electrolyte for the reduction process may contain a calcium salt. Calcium forms a more stable oxide than most other metals, and therefore can contribute to the reduction of metal oxide, which is less stable than calcium oxide. In other cases, salts containing other chemically active metals may be used. For example, the reduction process in accordance with any aspect of the invention disclosed herein may be performed using a salt containing lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, or yttrium. Chlorides or other salts may be used, including a mixture of chlorides or other salts.
Благодаря выбору соответствующего электролита, используя способы и устройства, раскрываемые здесь, могут восстанавливаться почти любые окислы металла. В частности, могут восстанавливаться окислы бериллия, бора, магния, алюминия, кремния, скандия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди, цинка, германия, иттрия, циркония, ниобия, молибдена, гафния, тантала, вольфрама и лантаноидов, включая лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, и актинидов, включая актиний,By selecting the appropriate electrolyte, using the methods and devices disclosed here, almost any metal oxide can be reduced. In particular, oxides of beryllium, boron, magnesium, aluminum, silicon, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, tantalum, can be reduced tungsten and lanthanides, including lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, and actinides, including actinium,
- 3 029746- 3 029746
торий, протактиний, уран, нептуний и плутоний, предпочтительно, используя расплавленную соль, содержащую хлорид кальция.thorium, protactinium, uranium, neptunium and plutonium, preferably using molten salt containing calcium chloride.
Специалист сможет выбрать соответствующий электролит, который подходит для восстановления отдельного окисла металла, и в большинстве случаев, электролит, содержащий хлорид кальция, будет подходящим.The specialist will be able to select an appropriate electrolyte that is suitable for the reduction of a separate metal oxide, and in most cases, an electrolyte containing calcium chloride will be suitable.
Конкретные варианты изобретенияSpecific Inventions
Конкретные варианты изобретения теперь будут описаны со ссылками на фигуры, на которых: на фиг. 1 приведен вид в перспективе подвижного электродного модуля, воплощающего один илиSpecific embodiments of the invention will now be described with reference to the figures, in which: FIG. 1 is a perspective view of a movable electrode module embodying one or
несколько аспектов изобретения;several aspects of the invention;
на фиг. 2 приведен вид сбоку подвижного электродного модуля по фиг. 1; на фиг. 3 приведен вид в плане подвижного электродного модуля по фиг. 1;in fig. 2 is a side view of the movable electrode module of FIG. one; in fig. 3 is a plan view of the movable electrode module of FIG. one;
на фиг. 4 приведено поперечное сечение вида сбоку подвижного электродного модуля по фиг. 1, отображающее структуру различных электродов и опорных компонентов подвижного электродного модуля;in fig. 4 is a side cross-sectional view of the movable electrode module of FIG. 1, showing the structure of various electrodes and supporting components of the movable electrode module;
на фиг. 5 приведена схема в разрезе электролизного аппарата, имеющего секцию электролиза, пригодную для приема подвижного электродного модуля по варианту, показанному на фиг. 1;in fig. 5 is a schematic sectional view of an electrolysis apparatus having an electrolysis section suitable for receiving a movable electrode module in the embodiment shown in FIG. one;
на фиг. 6 приведена схема в разрезе, отображающая подвижный электродный модуль по фиг. 1 в контакте с электролизным аппаратом, показанным на фиг. 5;in fig. 6 is a sectional diagram showing the movable electrode module of FIG. 1 in contact with the electrolysis apparatus shown in FIG. five;
на фиг. 7 приведена схема в разрезе, отображающая подвижный электродный модуль по фиг. 1, помещенный в транспортировочный модуль электролизного аппарата по фиг. 5, в состоянии готовности к введению в контакт электродного модуля с секцией электролиза в электролизном аппарате;in fig. 7 is a sectional diagram showing the movable electrode module of FIG. 1 placed in the transport module of the electrolysis apparatus of FIG. 5, in a state of readiness for bringing the electrode module into contact with the electrolysis section in the electrolysis apparatus;
на фиг. 8 приведена схема в разрезе, отображающая подвижный электродный модуль по фиг. 1 после того, как он выведен из транспортировочного модуля и введен в контакт с электролизным аппаратом по фиг. 5;in fig. 8 is a sectional diagram showing the movable electrode module of FIG. 1 after it has been removed from the transport module and brought into contact with the electrolysis apparatus of FIG. five;
на фиг. 9 приведен вид в перспективе съемной конструкции катода-лотка, пригодной для использования в качестве катода-лотка в подвижном электродном модуле по фиг. 1;in fig. 9 is a perspective view of a removable cathode tray structure suitable for use as a cathode tray in the movable electrode module of FIG. one;
на фиг. 10 приведен вид в плане конструкции катода-лотка по фиг. 9; на фиг. 11 приведен вид сбоку конструкции катода-лотка по фиг. 9;in fig. 10 is a plan view of the cathode tray construction of FIG. 9; in fig. 11 is a side view of the cathode tray structure of FIG. 9;
на фиг. 12 приведен поперечный разрез второго варианта подвижного электродного модуля в соответствии с одним или несколькими аспектами изобретения;in fig. 12 is a cross-sectional view of a second embodiment of a movable electrode module in accordance with one or more aspects of the invention;
на фиг. 13 приведен поперечный разрез третьего варианта подвижного электродного модуля в соответствии с одним или несколькими аспектами изобретения;in fig. 13 is a cross-sectional view of a third embodiment of a movable electrode module in accordance with one or more aspects of the invention;
на фиг. 14 приведен схематический поперечный разрез альтернативного способа соединения подвижного электродного модуля с подъемными устройствами, в соответствии с вариантом настоящего изобретения;in fig. 14 is a schematic cross-section of an alternative method for connecting the movable electrode module with lifting devices, in accordance with an embodiment of the present invention;
на фиг. 15 приведено схематическое изображение электродного модуля, расположенного у загрузочной станции, с транспортировочным модулем, расположенным над электродным модулем;in fig. 15 shows a schematic representation of the electrode module located at the loading station, with the transport module located above the electrode module;
на фиг. 16 приведено схематическое изображение электродного модуля, удерживаемого в транспортировочном модуле над нагревательной станцией;in fig. 16 shows a schematic representation of the electrode module held in the transport module above the heating station;
на фиг. 17 приведено схематическое изображение транспортировочного модуля, подключенного к нагревательной станции;in fig. 17 shows a schematic representation of the transport module connected to the heating station;
на фиг. 18 приведено схематическое изображение электродного модуля, удерживаемого в транспортировочном модуле над станцией охлаждения;in fig. 18 is a schematic representation of an electrode module held in a transport module over a cooling station;
на фиг. 19 приведено схематическое изображение транспортировочного модуля, подключенного к станции охлаждения;in fig. 19 shows a schematic representation of a transport module connected to a cooling station;
на фиг. 20 приведено схематическое изображение электродного модуля, подвергаемого промывке в промывочной станции.in fig. 20 shows a schematic representation of an electrode module subjected to washing in a washing station.
Подвижный электродный модуль в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения теперь будет описан со ссылками на фиг. 1-4. Электродный модуль 10 содержит контактный анод 20, контактный катод 30 и семь биполярных электродов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, распределенных с пространственным разнесением друг от друга выше контактного катода 30 и ниже контактного анода 20. Контактный катод 30, контактный анод 20 и каждый из промежуточных биполярных электродов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, по существу, круглый по форме и имеет диаметр около 550 мм.The movable electrode module in accordance with the first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 1-4. The electrode module 10 contains a contact anode 20, a contact cathode 30 and seven bipolar electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, distributed with spatial separation from each other above the contact cathode 30 and below the contact anode 20. Contact cathode 30, the contact anode 20 and each of the intermediate bipolar electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 are essentially circular in shape and have a diameter of about 550 mm.
Контактный катод 30 имеет составную конструкцию, состоящую из нижней части и верхней части. Нижняя часть, по существу, является элементом 30а основания катода, выполненным из диска нержавеющей стали марки 310, имеющего диаметр 550 мм и толщину 60 мм. Верхняя часть представлена съемным лотком 30Ь в сборе, установленным на верхнюю поверхность элемента 30а основания. Съемный лоток 30Ь в сборе показан на фиг. 9, 10 и 11 и будет подробно описан ниже. Через центральную часть собранного лотка 30Ь в сборе проходит центральное отверстие диаметром около 130 мм.The contact cathode 30 has a composite structure consisting of a lower part and an upper part. The bottom part is essentially a cathode base element 30a made of a 310 grade stainless steel disc having a diameter of 550 mm and a thickness of 60 mm. The upper part is represented by a removable tray 30b assembled, mounted on the upper surface of the base element 30a. Removable tray assembly 30b is shown in FIG. 9, 10 and 11 and will be described in detail below. A central hole with a diameter of about 130 mm passes through the central part of the assembled tray 30b in the collection.
Каждый из семи биполярных электродов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 имеет составную конструкцию, включающую нижнюю часть 40а, 41а, 42а, 43а, 44а, 45а, 46а и верхнюю часть или лоток 40Ь, 41Ь, 42Ь, 43Ь, 44Ь, 45Ь, 46Ь в сборе. Верхняя часть или лоток в сборе каждого из биполярных электродов идентич- 4 029746Each of the seven bipolar electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 has a composite structure including the lower part 40a, 41a, 42a, 43a, 44a, 45a, 46a and the upper part or tray 40b, 41b, 42b, 43b , 44b, 45b, 46b assembled. The top or tray assembly of each of the bipolar electrodes is identical 4 029746
на верхней части или лотку 30Ь в сборе контактного катода 30.on the top or on the tray 30b assembly of the contact cathode 30.
Нижние части 40а, 41а, 42а, 43а, 44а, 45а, 46а каждого из биполярных электродов выполнены из дисков углерода, например, графита, имеющих диаметр 550 мм и толщину 60 мм. Через центральную часть каждого из биполярных электродов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 проходит отверстие диаметром около 130 мм.The lower parts 40a, 41a, 42a, 43a, 44a, 45a, 46a of each of the bipolar electrodes are made of carbon disks, for example, graphite, having a diameter of 550 mm and a thickness of 60 mm. Through the central part of each of the bipolar electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 passes a hole with a diameter of about 130 mm.
На нижней поверхности каждого биполярного электрода выполнено множество каналов 50 шириной примерно 10 мм, чтобы способствовать отводу образующихся газовых языков, выделяющихся на нижней поверхности каждого биполярного электрода, к внешней окружности каждого биполярного электрода.On the lower surface of each bipolar electrode, a plurality of channels 50 approximately 10 mm wide are made to facilitate the diversion of gas languages that form on the lower surface of each bipolar electrode to the outer circumference of each bipolar electrode.
Первый биполярный электрод 40 поддерживается прямо над контактным катодом 30 посредством первой электроизолирующей распорки 60. Первая электроизолирующая распорка 60 представляет собой трубчатую распорку, выполненную из окиси алюминия. Первая электроизолирующая распорка, как вариант, может быть выполнена из другого электроизолирующего керамического материала, такого как окись иттрия или нитрид бора.The first bipolar electrode 40 is supported directly above the contact cathode 30 by means of the first electrically insulating spacer 60. The first electrically insulating spacer 60 is a tubular spacer made of alumina. The first electrically insulating spacer, alternatively, may be made of another electrically insulating ceramic material, such as yttria or boron nitride.
В некоторых вариантах первая электроизолирующая распорка 60 установлена прямо на элемент 30а основания катода. В других вариантах керамическая вставка 70, выполненная из керамического материала, который не будет восстанавливаться в условиях работы ячейки, расположена между элементом 30а основания контактного катода и первой электроизолирующей распоркой 60.In some embodiments, the first electrically insulating spacer 60 is mounted directly on the cathode base member 30a. In other embodiments, the ceramic insert 70, made of a ceramic material that will not be restored under cell operating conditions, is located between the contact cathode base element 30a and the first electrically insulating spacer 60.
Нижняя поверхность нижней части 40а первого биполярного электрода 40 установлена на первую электроизолирующую распорку 60 таким образом, что первый биполярный электрод 40 поддерживается благодаря первой электроизолирующей распорке 60 посредством элемента 30а основания контактного катода.The bottom surface of the lower portion 40a of the first bipolar electrode 40 is mounted on the first electrically insulating spacer 60 such that the first bipolar electrode 40 is supported by the first electrically insulating spacer 60 through the base element 30a of the contact cathode.
Второй биполярный электрод 41 поддерживается прямо над первым биполярным электродом 40 посредством второй электроизолирующей распорки 61. Вторая электроизолирующая распорка 61 представляет собой трубчатый элемент из окиси алюминия, который практически идентичен первой электроизолирующей распорке 60. Вторая электроизолирующая распорка установлена на верхней поверхности нижней части 40а первого биполярного электрода 40. Нижняя поверхность нижней части 41а второго биполярного электрода, в свою очередь, установлена на второй электроизолирующей распорке таким образом, что второй биполярный электрод 41 поддерживается при посредстве второй электроизолирующей распорки 61 первым биполярным электродом.The second bipolar electrode 41 is supported directly above the first bipolar electrode 40 by a second electrically insulating spacer 61. The second electrically insulating spacer 61 is a tubular element of alumina, which is almost identical to the first electrically insulating spacer 60. The second electrically insulating spacer is mounted on the upper surface of the lower part 40a of the first bipolar electrode 40. The lower surface of the lower part 41a of the second bipolar electrode, in turn, is installed on the second electrically insulating a strut in such a manner that the second bipolar electrode 41 is supported by the second electrically insulating strut 61 by the first bipolar electrode.
Эта несущая конструкция повторяется для каждого из биполярных электродов. Таким образом, третий биполярный электрод 42 поддерживается вторым биполярным электродом 41 при посредстве третьей электроизолирующей распорки 62. Четвертый биполярный электрод 43 поддерживается третьим биполярным электродом 42 при посредстве четвертой электроизолирующей распорки 63. Пятый биполярный электрод 44 поддерживается четвертым биполярным электродом 43 при посредстве пятой электроизолирующей распорки 64. Шестой биполярный электрод 45 поддерживается пятым биполярным электродом 44 при посредстве шестой электроизолирующей распорки 65. Седьмой биполярный электрод 46 поддерживается шестым биполярным электродом 45 при посредстве седьмой электроизолирующей распорки 46.This support structure is repeated for each of the bipolar electrodes. Thus, the third bipolar electrode 42 is supported by the second bipolar electrode 41 through the third electrically insulating spacer 62. The fourth bipolar electrode 43 is supported by the third bipolar electrode 42 through the fourth electrically insulating spacer 63. The fifth bipolar electrode 44 is supported by the fourth bipolar electrode 43 through the fifth electrically insulating electrode through the fifth electrically insulating electrode via the fifth electrically insulating electrode 44. The sixth bipolar electrode 45 is supported by the fifth bipolar electrode 44 through the sixth electrically insulating spacer 6 5. The seventh bipolar electrode 46 is supported by the sixth bipolar electrode 45 through the seventh electrically insulating spacer 46.
Контактный анод 20 выполнен в виде графитового диска, имеющего диаметр 550 мм и толщину 60 мм. На нижней поверхности анода выполнены каналы таким же способом, как определено выше в связи с биполярными электродами. Одним из назначений этих каналов является способствование отводу газа, выделяемого на нижней поверхности контактного анода 20. В центральной части контактного анода 20 выполнено отверстие, имеющее диаметр около 130 мм. Контактный анод поддерживается прямо над седьмым биполярным электродом 46 при посредстве восьмой электроизолирующей распорки 67.The contact anode 20 is made in the form of a graphite disk having a diameter of 550 mm and a thickness of 60 mm. Channels are made on the lower surface of the anode in the same manner as defined above in connection with bipolar electrodes. One of the purposes of these channels is to facilitate the discharge of gas emitted on the lower surface of the contact anode 20. In the central part of the contact anode 20, a hole having a diameter of about 130 mm is made. The contact anode is supported directly above the seventh bipolar electrode 46 through the eighth electrically insulating spacer 67.
Подвижный электродный модуль 10, кроме того, включает изолирующую керамическую крышку 100, расположенную непосредственно над контактным анодом 20. Крышка 100 выполнена из окиси алюминия, хотя может использоваться любой теплоизолирующий керамический материал, и она предназначена для закрывания секции электролиза в электролизном аппарате во время реакции электролиза. Крышка 100 удерживается на верхней поверхности контактного анода 20 с помощью девятого электроизолирующего опорного элемента 68. Девятая электроизолирующая опора 68 аналогична ранее описанным электроизолирующим опорным элементам, но имеет большую длину.The movable electrode module 10 also includes an insulating ceramic cover 100 located directly above the contact anode 20. The cover 100 is made of aluminum oxide, although any thermally insulating ceramic material can be used, and it is designed to close the electrolysis section in the electrolysis apparatus during the electrolysis reaction . The cover 100 is held on the upper surface of the contact anode 20 by means of the ninth electrically insulating support element 68. The ninth electrically insulating support 68 is similar to the previously described electrically insulating support elements, but has a greater length.
В крышке 100 выполнено центральное отверстие. Таким образом, отверстие или полость, образуемая им, простирается вниз через подвижный электродный модуль от верхней поверхности 101 крышки 100 через трубчатую электроизолирующую распорку 68, через центр анода и через каждый из биполярных электродов и связанных с ними распорок. Подвесной стержень 110 проходит через это отверстие или полость и соединен с элементом 30а основания катода контактного катода 30 посредством резьбы, которая соединяется с резьбовым отверстием, выполненным в элементе 30а основания катода. Подвесной стержень 110 не контактирует с другими электродами или распорками. В точке, где подвесной стержень 110 проходит через центральное отверстие, выполненное в крышке 100, установлено уплотнение, сформированное посредством графитовой набивки сальника, например плетеного графитового шнура или аналогичных материалов 120 для набивки сальника.In the cover 100, a central opening is made. Thus, the hole or cavity formed by it extends down through the movable electrode module from the upper surface 101 of the cover 100 through a tubular electrically insulating spacer 68, through the center of the anode and through each of the bipolar electrodes and the associated spacers. The suspension rod 110 passes through this hole or cavity and is connected to the cathode base element 30a of the contact cathode 30 by means of a thread, which is connected to a threaded hole made in the cathode base element 30a. Hanging rod 110 is not in contact with other electrodes or spacers. At the point where the suspension rod 110 passes through a central opening made in the lid 100, a seal is formed formed by means of graphite packing of a gland, for example braided graphite cord or similar materials 120 for packing a gland.
- 5 029746- 5 029746
В верхней части подвесной стержень 110 соединен с разъемом 130 с байонетным пазом. Разъем с байонетным пазом представляет собой байонетный разъем, хорошо известный для соединения секций трубопровода в нефтяной промышленности. Соединение между подвесным стержнем и разъемом с байонетным пазом достигается с помощью шайб и гаек 111.At the top of the suspension rod 110 is connected to the connector 130 with a bayonet groove. The bayonet groove connector is a bayonet connector, well known for connecting pipe sections in the oil industry. The connection between the hanging rod and the bayonet groove connector is achieved using washers and nuts 111.
Подвесной стержень 110 может использоваться для подъема всего подвижного электродного модуля 10, например, при подъеме или опускании электродного модуля. Возможно, подвесной модуль потребуется эксплуатировать при высоких температурах. Поэтому стержень 110 и взаимодействующие с ним гайки и шайбы 111, которые соединяют стержень 110 и разъем 130 с байонетным пазом, выполнены из высоколегированного никелевого сплава, подходящего для работы при высоких температурах.Hanging rod 110 can be used to lift the entire movable electrode module 10, for example, when raising or lowering the electrode module. It may be necessary to operate the suspension module at high temperatures. Therefore, the rod 110 and the nuts and washers 111 interacting with it, which connect the rod 110 and the connector 130 with the bayonet groove, are made of a high-alloyed nickel alloy suitable for operation at high temperatures.
Анод 20 соединен с двумя графитовыми стояками 21, 22 для осуществления электрического соединения, выполняемого между источником энергии (не показан) и контактным анодом 20. Графитовые стояки 21, 22 соединены с контактным анодом 20 посредством графитовых контактов 23, 24. Графитовые стояки 21, 22 проходят вертикально над контактным анодом 20, через отверстия, выполненные в крышке 100, таким образом, что, когда подвижный электродный модуль расположен в контакте с секцией электролиза электролизного аппарата, электрическое соединение может быть выполнено с самой верхней частью стояков. Зазор между стояками 21, 22 и взаимодействующими отверстиями, выполненными в крышке 100, для прохождения стояков, герметизирован посредством плетеного графитового шнура или других аналогичных материалов 25 для набивки сальника.The anode 20 is connected to two graphite risers 21, 22 for making electrical connection between the energy source (not shown) and the contact anode 20. The graphite risers 21, 22 are connected to the contact anode 20 by means of graphite contacts 23, 24. Graphite risers 21, 22 pass vertically above the contact anode 20, through holes made in the cover 100, so that when the movable electrode module is in contact with the electrolysis section of the electrolysis apparatus, the electrical connection can be made the uppermost part of the riser. The gap between the risers 21, 22 and the interacting holes, made in the cover 100, for the passage of the risers, is sealed by means of braided graphite cord or other similar materials 25 for stuffing box gland.
Подвижный электродный модуль 10 рассчитан на работу в трех состояниях нагружения или поддержки.The movable electrode module 10 is designed to operate in three states of loading or support.
В первом из этих трех состояний подвижный электродный модуль установлен на нижней поверхности элемента 30а основания катода. В этом состоянии вес всех биполярных элементов, анода и крышки передается через элемент 30а основания катода, и подвесной стержень 110 не находится в напряженном состоянии.In the first of these three states, the movable electrode module is mounted on the lower surface of the cathode base element 30a. In this state, the weight of all the bipolar elements, the anode and the cover is transmitted through the cathode base element 30a, and the suspension bar 110 is not in a stressed state.
Во втором состоянии нагружения разъем 130 с байонетным пазом соединен с подъемным механизмом, и весь вес модуля поддерживается с помощью подвесного стержня 110, который соединен с элементом 30а основания катода.In the second loading state, the connector 130 with a bayonet groove is connected to the lifting mechanism, and the entire weight of the module is supported by the suspension rod 110, which is connected to the cathode base element 30a.
В третьем состоянии нагружения подвижный электродный модуль 10 может поддерживаться в нескольких точках на нижней поверхности 102 крышки 100. В этом состоянии вес модуля поддерживается крышкой 100, и передается через подвесной стержень 110, который соединен с элементом 30а основания катода.In the third loading state, the movable electrode module 10 can be maintained at several points on the bottom surface 102 of the cover 100. In this state, the weight of the module is supported by the cover 100, and is transmitted through the suspension rod 110, which is connected to the cathode base element 30a.
Таким образом, модуль может быть свободно стоящим на элементе 30а основания катода, он может быть подвешен с помощью разъема 130 с байонетным пазом на верхнем конце подвесного стержня 110, или может быть подвешен на нижней стороне 102 крышки 100.Thus, the module can be free-standing on the cathode base element 30a, it can be suspended using a bayonet-slotted connector 130 at the upper end of the suspension rod 110, or it can be suspended on the underside 102 of the lid 100.
Поскольку подвесной стержень 110 проходит через крышку 100, подвесной стержень 110 покрыт или плакирован электроизолирующим материалом 115 по всей длине, от точки соединения элемента 30а основания катода до точки герметизации плетеным графитовым шнуром 120. Электроизолирующий материал является покрытием 115 из окиси алюминия, но может быть любым высокотемпературным электроизолирующим материалом. Например, покрытие 115 может быть из нитрида бора. Покрытие может наноситься любым известным способом, например способом покрытия погружением или покрытия распылением.Since the suspension rod 110 passes through the cover 100, the suspension rod 110 is covered or clad with an electrically insulating material 115 along the entire length, from the connection point of the cathode base element 30a to the sealing point with a braided graphite cord 120. The electrically insulating material is an aluminum oxide coating 115, but can be any high temperature electrically insulating material. For example, the coating 115 may be boron nitride. The coating may be applied in any known manner, for example by a dip coating or spray coating method.
Съемный лоток в сборе, который образует часть контактного катода 30 и каждого из семи биполярных электродов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, показан на фиг. 9, 10 и 11. Лоток 30Ь, 40Ь, 41Ь, 42Ь, 43Ь, 44Ь, 45Ь, 46Ь в сборе выполнен из двух соединяющихся частей 151, 152. При соединении весь лоток в сборе является, по существу, круглым, и при комнатной температуре имеет диаметр около 542 мм. Лоток в сборе - металлический, и поэтому, вследствие теплового расширения при рабочей температуре подвижного электродного модуля (обычно примерно между 500 и 1200°С при использовании в реакции электролиза в расплавленной соли), его диаметр может увеличиваться примерно до 550 мм.A removable tray assembly, which forms part of the contact cathode 30 and each of the seven bipolar electrodes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, is shown in FIG. 9, 10 and 11. Tray 30b, 40b, 41b, 42b, 43b, 44b, 45b, 46b assembly is made of two connecting parts 151, 152. When connected, the entire tray assembly is essentially round, and at room temperature has a diameter of about 542 mm. The assembled tray is metallic, and therefore, due to thermal expansion at the operating temperature of the moving electrode module (usually between about 500 and 1200 ° C when used in the electrolysis reaction in molten salt), its diameter can increase to about 550 mm.
Основание 153, 156 каждой из частей 151, 152 лотка в сборе выполнено из сетки, подходящей для того, чтобы удерживать твердое сырье. По окружности собранного лотка в сборе проходит периферический борт, приподнятый примерно на 30 мм над уровнем сетки 153, 156. От периферического борта 154 вниз на расстояние около 10 мм ниже уровня сетки 153, 156 выступает ряд ножек 155.The base 153, 156 of each of the parts 151, 152 of the tray assembly is made of a mesh suitable for holding solid material. A peripheral board extends approximately 30 mm above the level of the grid 153, 156 along the circumference of the assembled tray assembly. From the peripheral side 154 downwards a distance of about 10 mm below the level of the grid 153, 156 a row of legs 155 protrudes.
Для образования электрода в электродном модуле весь лоток в сборе может устанавливаться на верхней поверхности взаимодействующей части электрода. Например, для образования контактного катода 30 лоток 30Ь в сборе может устанавливаться на верхней поверхности пластины 30а основания контактного катода, или для образования биполярного электрода лоток 40Ь, 41Ь, 42Ь, 43Ь, 44Ь, 45Ь, 46Ь в сборе может устанавливаться на верхней поверхности нижней части биполярного электрода 40а, 41а, 42а, 43а, 44а, 45а или 46а. Электрический контакт выполнен между лотком в сборе и взаимодействующей частью электрода, через направленные вниз ножки 155.For the formation of the electrode in the electrode module, the entire tray assembly can be mounted on the upper surface of the interacting part of the electrode. For example, for the formation of the contact cathode 30, the tray 30b in the assembly can be mounted on the upper surface of the plate 30a of the base of the contact cathode, or to form a bipolar electrode, the tray 40b, 41b, 42b, 43b, 44b, 45b, 46b in the assembly can be mounted on the upper surface of the lower part the bipolar electrode 40a, 41a, 42a, 43a, 44a, 45a or 46a. Electrical contact is made between the tray assembly and the interacting part of the electrode, through downward legs 155.
Когда подвижный электродный модуль, включающий съемные лотки в сборе 30Ь, 40Ь, 41Ь, 42Ь, 43Ь, 44Ь, 45Ь, 46Ь, расположен в секции электролиза, содержащей расплавленную соль, расплавленная соль может протекать в зазор, образованный между верхней поверхностью части электрода, на которойWhen a movable electrode module including removable trays assembly 30b, 40b, 41b, 42b, 43b, 44b, 45b, 46b is located in the electrolysis section containing the molten salt, the molten salt can flow into the gap formed between the upper surface of the electrode portion which
- 6 029746- 6 029746
установлен лоток в сборе, и основанием 153, 156 сетки. Поэтому расплавленная соль может протекать вверх через основание 153, 156 сетки лотка в сборе и, таким образом, через любое твердое сырье, удерживаемое на основании 153, 156.mounted tray assembly, and the base 153, 156 of the grid. Therefore, the molten salt can flow up through the base 153, 156 of the grid of the tray assembly and, thus, through any solid raw materials held on the base 153, 156.
Лоток в сборе сформирован таким образом, что имеет центральное отверстие, окружающее электроизолирующую распорку, например, электроизолирующую распорку 60, которая поддерживает первый биполярный электрод 40.The tray assembly is formed in such a way that it has a central opening surrounding the electrically insulating strut, for example, an electrically insulating strut 60 that supports the first bipolar electrode 40.
Лоток в сборе образован из двух соединяющихся частей, т.е. первой части 151 и второй части 152, каждая часть, по существу, представляет собой полукруг. Две части 151, 152 соединяются посредством штифта и прорези. Штифты 160 проходят от сопрягаемой поверхности или сопрягаемой кромки 162 второй части через прорези 161 для приема штифтов 160, выполненных в соответствующей сопрягаемой поверхности 163 первой части 151.The tray assembly is formed of two connecting parts, i.e. the first part 151 and the second part 152, each part is essentially a semicircle. The two parts 151, 152 are connected by means of a pin and a slot. The pins 160 pass from the mating surface or the mating edge 162 of the second part through the slots 161 for receiving pins 160, made in the corresponding mating surface 163 of the first part 151.
При эксплуатации каждая половина или каждая часть 151, 152 лотка в сборе может отдельно извлекаться из подвижного электродного модуля 10 для загрузки сырья или разгрузки восстановленного продукта.During operation, each half or each portion 151, 152 of the tray assembly may be separately removed from the movable electrode module 10 for loading raw materials or unloading the reconstituted product.
Съемные лотки в сборе образуют самую верхнюю часть контактного катода и каждого из биполярных электродов. Когда подвижный электродный модуль используется для электролиза, эти части соответствующих электродов становятся катодными.Removable tray trays form the uppermost part of the contact cathode and each of the bipolar electrodes. When a moving electrode module is used for electrolysis, these parts of the respective electrodes become cathodic.
Съемные лотки в сборе 30Ь, 40Ь, 41Ь, 42Ь, 43Ь, 44Ь, 45Ь, 46Ь изготовлены из нержавеющей стали марки 310. Съемные лотки в сборе могут изготавливаться из многих других материалов, и выбор материала может зависеть от характера восстанавливаемого сырья. Например, может оказаться желательным использовать лоток в сборе, выполненный из металла, который не будет загрязнять восстановленный продукт. Например, если подвижный электродный модуль должен использоваться для восстановления окисла тантала до металлического тантала, может оказаться желательным выполнять катодный лоток в сборе из тантала или покрытого танталом металла.Removable tray assemblies 30b, 40b, 41b, 42b, 43b, 44b, 45b, 46b are made of stainless steel 310. Removable tray trays can be made of many other materials, and the choice of material may depend on the nature of the raw material being recovered. For example, it may be desirable to use a tray assembly made of metal that will not contaminate the reconstituted product. For example, if a movable electrode module is to be used to reduce tantalum oxide to metallic tantalum, it may be desirable to make a cathode tray assembly from tantalum or tantalum-coated metal.
Подвижный электродный модуль в соответствии с первым конкретным вариантом, описанным выше, может быть особенно преимущественным при использовании для восстановления твердого сырья в расплавленном солевом электролите. Съемные лотки в сборе позволяют удобно загружать твердое сырье в каждую отдельную часть 151, 152 лотка в сборе и загружать их в подвижный электродный модуль, устанавливая загруженные части лотков в сборе в соответствующее положение в электродном модуле.The movable electrode module in accordance with the first specific embodiment described above may be particularly advantageous when used to recover solid raw materials in molten salt electrolyte. Removable assembly trays allow you to conveniently load solid materials into each individual part 151, 152 of the tray assembly and load them into a movable electrode module, setting the loaded parts of the tray assembly in the appropriate position in the electrode module.
При комнатной температуре подвижный электродный модуль 10 имеет общую высоту от нижней поверхности пластины 30а основания катода до нижней поверхности крышки 100 около 1645 мм. Высота от нижней поверхности пластины 30а основания катода до вершины разъема 130 с байонетным пазом составляет 2097 мм. Как указано выше, диаметр электродов 30, 40-46 составляет 550 мм. Максимальный диаметр крышки 100 составляет 830 мм. Некоторые из этих размеров подвержены изменениям при изменениях температуры. В частности, при рабочей температуре электродного модуля значения высоты могут увеличиваться на 5-10 мм.At room temperature, the movable electrode module 10 has a total height from the bottom surface of the cathode base plate 30a to the bottom surface of the cover 100 about 1645 mm. The height from the bottom surface of the cathode base plate 30a to the top of the connector 130 with the bayonet groove is 2097 mm. As indicated above, the diameter of the electrodes 30, 40-46 is 550 mm. The maximum diameter of the cover 100 is 830 mm. Some of these sizes are subject to changes with temperature changes. In particular, at the operating temperature of the electrode module, the height values can increase by 5-10 mm.
Подвижный электродный модуль 10 в соответствии с первым вариантом изобретения, описанным выше, может преимущественно использоваться в любом электролизном аппарате, содержащем секцию электролиза, подходящую для установки в контакте с ней модуля 10. Схематическое изображение такого электролизного аппарата 200 приведено на фиг. 5.The movable electrode module 10 in accordance with the first embodiment of the invention described above can advantageously be used in any electrolysis apparatus containing an electrolysis section suitable for installing module 10 in contact with it. A schematic representation of such an electrolysis apparatus 200 is shown in FIG. five.
Электролизный аппарат 200 включает корпус 210, содержащий секцию 220 электролиза, образованную внутри графитового тигля 230, верхний обод 231 графитового тигля 230, образующий отверстие в секции 220 электролиза. Верхняя поверхность обода 231 покрыта слоем упругого графитового материала толщиной 15 мм для герметизации обода 231 и нижней стороны крышки 100 подвижного электродного модуля 10. Материал уплотнения, установленный на верхнем ободе 231, представляет собой плетеную графитовую набивку сальника, которая может деформироваться и восстанавливать свою форму.The electrolysis apparatus 200 includes a housing 210 comprising an electrolysis section 220 formed inside a graphite crucible 230, an upper rim 231 of a graphite crucible 230 forming a hole in the electrolysis section 220. The upper surface of the rim 231 is covered with a layer of elastic graphite material 15 mm thick to seal the rim 231 and the bottom side of the cover 100 of the movable electrode module 10. The sealing material mounted on the upper rim 231 is a braided graphite packing of the gland that can deform and regain its shape.
Корпус 210, кроме того, содержит нагревательные элементы 240 печи для поддержания температуры графитового тигля 230, впускное отверстие 250 для расплавленной соли и выпускное отверстие 260 для расплавленной соли, для обеспечения потока расплавленной соли через секцию 220 электролиза. Чтобы обеспечить выход газа, выделяемого во время протекания реакции электролиза в секции электролиза, к верхней части секции 220 электролиза предусмотрена газовая вентиляционная линия 270. Шина 280 питания катода постоянным током подсоединена к графитовому тиглю 230 и обеспечивает прямое подключение всего графитового тигля 230 к источнику энергии.The housing 210 further comprises furnace heating elements 240 for maintaining the temperature of the graphite crucible 230, the inlet 250 for the molten salt and the outlet 260 for the molten salt, to ensure the flow of the molten salt through the electrolysis section 220. To ensure the release of gas released during the electrolysis reaction in the electrolysis section, a gas vent line 270 is provided to the upper part of the electrolysis section 220. A cathode supply bus 280 is connected to the graphite crucible 230 and provides a direct connection of the entire graphite crucible 230 to the power source.
Графитовый тигель 230 футерован футеровкой 290 из окиси алюминия. Футеровка 290 из окиси алюминия обеспечивает электрическую изоляцию между боковыми стенками графитового тигля 230 и любым подвижным электродным модулем 10, введенным в контакт с секцией 220 электролиза. Несмотря на то, что футеровка выполнена из окиси алюминия, она может быть выполнена из любого электроизолирующего керамического материала, который является, по существу, инертным в условиях обработки в секции 220 электролиза.Graphite crucible 230 lined with lining 290 of alumina. An alumina lining 290 provides electrical insulation between the side walls of the graphite crucible 230 and any movable electrode module 10 brought into contact with the electrolysis section 220. Although the lining is made of alumina, it can be made of any electrically insulating ceramic material that is substantially inert under the processing conditions in electrolysis section 220.
Верхняя часть электролизного аппарата содержит затвор 300 типа шиберной задвижки, что обеспечивает выполнение внешнего доступа в секцию 220 электролиза. Затвор 300 типа шиберной задвижкиThe upper part of the electrolysis apparatus contains a gate 300 of the type of a gate valve, which provides external access to the electrolysis section 220. Gate 300 type gate valve
- 7 029746- 7 029746
включает шлюз 310, выполненный из материала, создающего термический барьер, например, керамического материала. Управляющее устройство 320 позволяет шлюзу 310 перемещаться взад и вперед для открывания и закрывания шиберной задвижки 300, таким образом, обеспечивая доступ к секции 220 электролиза в электролизном аппарате 200.includes a gateway 310, made of a material that creates a thermal barrier, for example, a ceramic material. The control device 320 allows the gateway 310 to move back and forth to open and close the gate valve 300, thus providing access to the electrolysis section 220 in the electrolysis apparatus 200.
На фиг. 6 показан подвижный электродный модуль в соответствии с первым вариантом, описанным ранее со ссылками на фиг 1-4, введенный в контакт с электролизным аппаратом типа, показанного на фиг. 5.FIG. 6 shows a movable electrode module in accordance with the first embodiment, previously described with reference to FIGS. 1-4, brought into contact with an electrolysis apparatus of the type shown in FIG. five.
Нижняя внутренняя поверхность графитового тигля 230 приподнята, образуя пьедестал 232. При введении в контакт с секцией 220 электролиза, подвижный электродный модуль 10 устанавливается на приподнятый пьедестал 232 в графитовом тигле 230. Таким образом, нижняя поверхность контактного катода 30 подвижного электродного модуля находится в физическом и электрическом контакте с внутренней поверхностью графитового тигля 230.The lower inner surface of the graphite crucible 230 is raised, forming a pedestal 232. When brought into contact with the electrolysis section 220, the movable electrode module 10 is mounted on the raised pedestal 232 in the graphite crucible 230. Thus, the lower surface of the contact cathode 30 of the movable electrode module is located in the physical and electrical contact with the inner surface of a graphite crucible 230.
Биполярные электроды 40-46 и анод 20 подвижного электродного модуля 10 расположены в части секции электролиза таким образом, что они электрически изолированы от боковой стенки тигля 230 керамической футеровкой 290. Нижняя поверхность 102 крышки 100 подвижного электродного модуля 10 создает контакт с верхним ободом 231 графитового тигля 230. Когда крышка входит в контакт с ободом 231, материал гибкого графитового уплотнения, установленного на верхнем ободе, деформируется, обеспечивая выполнение герметизации. Следует отметить, что материал графитового уплотнения может, как вариант или дополнение, быть расположен на нижней поверхности 102 крышки 100.The bipolar electrodes 40-46 and the anode 20 of the movable electrode module 10 are located in a portion of the electrolysis section in such a way that they are electrically isolated from the side wall of the crucible 230 with ceramic lining 290. The bottom surface 102 of the cover 100 of the movable electrode module 10 makes contact with the upper rim 231 of the graphite crucible 230. When the lid comes into contact with the rim 231, the material of the flexible graphite seal installed on the upper rim is deformed, ensuring the performance of sealing. It should be noted that the material of the graphite seal may, as an option or addition, be located on the bottom surface 102 of the cover 100.
При эксплуатации температура внутри секции электролиза может значительно изменяться. Поэтому размеры некоторых компонентов подвижного электродного модуля, например, подвесного стержня 110, могут изменяться на несколько миллиметров. Упругий материал, установленный на верхнем ободе графитового тигля 230, предпочтительно обладает достаточной упругостью и деформируемостью, чтобы приспосабливаться к любым таким термическим деформациям и поддерживать работоспособное уплотнение с нижней стороной 102 крышки 100.During operation, the temperature inside the electrolysis section can vary significantly. Therefore, the dimensions of some components of the movable electrode module, for example, the suspension rod 110, can vary by a few millimeters. The resilient material mounted on the upper rim of the graphite crucible 230 preferably has sufficient resilience and deformability to adapt to any such thermal deformations and maintain a workable seal with the underside 102 of the lid 100.
Анодные стояки 21, 22 подвижного электродного модуля проходят вниз через крышку 100. Электрический контакт с этими стояками может выполняться с помощью управляемых анодных шин 250 постоянного тока, которые приводятся в контакт с анодными стояками, и таким образом, обеспечивается электрическое соединение между анодом и источником энергии.The anode risers 21, 22 of the movable electrode module pass down through the cover 100. Electrical contact with these risers can be made using controlled anode tires 250 DC, which are brought into contact with the anode risers, and thus provides an electrical connection between the anode and the energy source .
При эксплуатации секция 220 электролиза заполнена расплавленной солью, и подвижный электродный модуль, загруженный восстанавливаемым сырьем, введен в контакт с секцией электролиза. Анодные шины приводятся в контакт с анодными стояками 21, 22, и создается потенциал между анодом 20 (посредством анодных стояков и управляемых анодных шин 250) и контактным катодом 30 (посредством графитового тигля 230 и катодной шины 280 постоянного тока). Приложенный потенциал является достаточным для восстановления сырья. Необходимый потенциал может изменяться в зависимости от типа сырья и состава расплавленной соли.During operation, the electrolysis section 220 is filled with molten salt, and the movable electrode module, loaded with recoverable raw materials, is brought into contact with the electrolysis section. The anode tires are brought into contact with the anode risers 21, 22, and a potential is created between the anode 20 (by means of anode risers and controlled anode tires 250) and the contact cathode 30 (by means of a graphite crucible 230 and a cathode bus 280 DC). The applied potential is sufficient to recover the raw materials. The required potential may vary depending on the type of raw material and the composition of the molten salt.
Во многих случаях, в частности, для восстановления твердого сырья в расплавленном солевом электролите, может оказаться преимуществом иметь возможность ввода подвижного электродного модуля в секцию электролиза электролизного аппарата при рабочей температуре или при температуре, близкой к ней. Для многих расплавленных солевых электролитов это означает, что секция электролиза содержит расплавленную соль с температурой от 500 до 1200°С. Если бы подвижный электродный модуль при комнатной температуре был введен в секцию электролиза, содержащую расплавленную соль при температуре, например, 1000°С, компоненты подвижного электродного модуля, вероятно, были бы подвергнуты жесткой и быстрой тепловой деформации. В частности, керамические компоненты подвижного электродного модуля могут быть подвергнуты жесткому тепловому удару и, в результате - разрушению. Как осложнение, если подвижный электродный модуль, описанный ранее со ссылками на первый вариант подвижного электродного модуля, был предварительно нагрет до температуры 1000°С на воздухе, графитовые компоненты подвижного электродного модуля воспламенятся.In many cases, in particular, for the restoration of solid raw materials in a molten salt electrolyte, it may be an advantage to have the possibility of introducing a moving electrode module into the electrolysis section of an electrolysis apparatus at operating temperature or at a temperature close to it. For many molten salt electrolytes, this means that the electrolysis section contains molten salt with a temperature of from 500 to 1200 ° C. If the mobile electrode module were introduced at room temperature into an electrolysis section containing molten salt at a temperature of, for example, 1000 ° C, the components of the mobile electrode module would probably be subjected to hard and fast thermal deformation. In particular, the ceramic components of the movable electrode module can be subjected to severe thermal shock and, as a result, to destruction. As a complication, if the movable electrode module described earlier with reference to the first version of the movable electrode module was preheated to a temperature of 1000 ° C in air, the graphite components of the movable electrode module would ignite.
Может оказаться особенно желательным иметь возможность удалять подвижный электродный модуль из секции электролиза немедленно после окончания электролиза, не ожидая, пока секция электролиза остынет. Следует принимать меры предосторожности для гарантии того, что кислород, содержащийся в атмосфере, такой как воздух, не войдет в контакт с подвижным электродным модулем при высоких температурах. Отсутствие защиты от этого может привести к воспламенению графитовых компонентов электродного модуля, воспламенению или окислению восстановленных металлических продуктов, расположенных в подвижном электродном модуле, и жесткой тепловой деформации и разрушению, происходящему из-за быстрого охлаждения модуля.It may be particularly desirable to be able to remove the movable electrode module from the electrolysis section immediately after the end of the electrolysis, without waiting for the electrolysis section to cool. Care should be taken to ensure that oxygen in the atmosphere, such as air, does not come into contact with the moving electrode module at high temperatures. Failure to protect against this can lead to ignition of the graphite components of the electrode module, ignition or oxidation of the recovered metal products located in the movable electrode module, and severe thermal deformation and destruction due to the rapid cooling of the module.
Чтобы обеспечить введение подвижного электродного модуля в контакт с секцией электролиза электролизного аппарата при температуре, близкой к рабочей, и чтобы обеспечить выведение подвижного электродного модуля из контакта с секцией электролиза при температуре, близкой к рабочей, желательно, чтобы подвижный электродный модуль мог быть извлечен в транспортировочный модуль перед передачей или транспортированием в электролизный аппарат. Транспортировочный модуль можетIn order to ensure that the movable electrode module is brought into contact with the electrolysis section of the electrolysis apparatus at a temperature close to the working one, and in order to ensure that the movable electrode module is taken out of contact with the electrolysis section at a temperature close to the working one, it is desirable that the movable electrode module be removed to the shipping the module before transfer or transportation to the electrolysis device. The shipping module can
- 8 029746- 8 029746
включать нагревающие и/или охлаждающие элементы. Транспортировочный модуль может быть обычным кожухом, в котором может поддерживаться инертная атмосфера, изолирующая предварительно нагретый электродный модуль перед загрузкой в секцию электролиза, или изолирующая электродный модуль, недавно выведенный из контакта с секцией электролиза, перед транспортированием в отдельное место для контролируемого охлаждения.include heating and / or cooling elements. The shipping module can be a conventional case in which an inert atmosphere can be maintained, isolating the preheated electrode module before loading into the electrolysis section, or an insulating electrode module recently removed from contact with the electrolysis section before being transported to a separate place for controlled cooling.
На фиг. 7 показан подвижный электродный модуль, описанный ранее со ссылками на фиг. 1-4, расположенный в варианте подвижного транспортировочного модуля 400. Подвижный транспортировочный модуль 400 включает корпус 410, выполненный из нержавеющей стали марки 310, и футерованный огнеупорной футеровкой. Огнеупорная футеровка может быть футеровкой из керамических кирпичей или любого другого подходящего материала, такого как асбестоволокнистая плита, которая создает теплоизоляцию внутренней части транспортировочного модуля. Внутренняя часть транспортировочного модуля включает транспортировочную полость 420, в которой может располагаться подвижный электродный модуль 10.FIG. 7 shows the movable electrode module described previously with reference to FIG. 1-4, located in a variant of the movable transport module 400. The movable transport module 400 includes a housing 410, made of stainless steel 310, and lined with a refractory lining. The refractory lining may be a lining of ceramic bricks or any other suitable material, such as an asbestos board, which provides thermal insulation to the inside of the transport module. The interior of the transport module includes a transport cavity 420 in which a movable electrode module 10 may be located.
Транспортировочный модуль может включать устройства для соединения с разъемом с байонетным пазом на вершине подвижного транспортировочного модуля, и устройства для извлечения подвижного электродного модуля в транспортировочную камеру 420. Например, транспортировочный модуль 400 может содержать лебедку для подъема подвижного электродного модуля.The shipping module may include devices for connecting with a bayonet slot on the top of the movable transport module, and devices for extracting the movable electrode module into the transport chamber 420. For example, the transport module 400 may include a winch for lifting the movable electrode module.
Верхняя часть транспортировочного модуля 400 включает устройства для подъема транспортировочного модуля, такие как скоба или скобы 430. Такие подъемные устройства дают возможность поднимать транспортировочный модуль целиком и перемещать его в электролизный аппарат 200 и из него.The upper part of the shipping module 400 includes devices for lifting the shipping module, such as a bracket or staples 430. Such lifting devices allow you to lift the entire shipping module and move it into and out of the electrolysis apparatus 200.
Нижняя часть транспортировочного модуля 400 закрыта шиберной задвижкой 440. Шиберная задвижка содержит термостойкий шлюз 450, который приводится в действие для открывания и закрывания отверстия в камере 420 транспортировочного модуля. Транспортировочный модуль, включающий шиберную задвижку, может с легкостью устанавливаться поверх шиберной задвижки электролизного аппарата 200, как описано ранее, со ссылками на фиг. 5. Благодаря открыванию шиберных задвижек, взаимодействующих с транспортировочным модулем 440 и электролизным аппаратом 200, может быть обеспечен доступ к отверстию секции 220 электролиза. Подвижный электродный модуль 10 затем может опускаться из транспортировочной камеры 420, через отверстие в обеих шиберных задвижках, задвижке, взаимодействующей с транспортировочным модулем и задвижке, взаимодействующей с электролизным аппаратом, для возможности размещения электродного модуля в секции 220 электролиза. Затем соответствующие шиберные задвижки могут быть закрыты, как показано на фиг. 8, и транспортировочный модуль 400 может быть удален.The lower part of the transport module 400 is closed by a gate valve 440. The gate valve contains a heat-resistant gateway 450, which is actuated to open and close the opening in the chamber 420 of the transport module. The shipping module including the gate valve can easily be installed over the gate valve of the electrolysis apparatus 200, as previously described, with reference to FIG. 5. By opening the slide gate valves cooperating with the transport module 440 and the electrolysis apparatus 200, access to the opening of the electrolysis section 220 can be provided. The movable electrode module 10 can then be lowered from the transport chamber 420, through an opening in both gate valves, a valve cooperating with the transport module, and a valve cooperating with the electrolysis apparatus to enable placement of the electrode module in electrolysis section 220. Then, the corresponding gate valves can be closed as shown in FIG. 8, and the shipping module 400 may be removed.
Первый вариант подвижного транспортировочного модуля, описанный выше, и показанный на фиг. 1-4, включает восемь эффективно действующих электродов, на которых может восстанавливаться твердое сырье (т.е. верхняя часть контактного катода 30 и верхняя часть каждого из биполярных электродов 40-46). Для некоторых реакций может потребоваться восстановить меньший объем твердого сырья. С этой целью может потребоваться, чтобы подвижный электродный модуль имел меньшую площадь катодно-электродной поверхности. Второй вариант подвижного электродного модуля в соответствии с одним или несколькими аспектами изобретения показан на фиг. 12.The first variant of the mobile transport module described above and shown in FIG. 1-4, includes eight efficient electrodes on which solid materials can be regenerated (i.e., the upper part of the contact cathode 30 and the upper part of each of the bipolar electrodes 40-46). For some reactions, it may be necessary to recover a smaller amount of solid material. For this purpose, it may be necessary for the mobile electrode module to have a smaller area of the cathode electrode surface. A second embodiment of the movable electrode module in accordance with one or more aspects of the invention is shown in FIG. 12.
Габаритные размеры подвижного электродного модуля, показанного на фиг. 12, те же самые, что у подвижного электродного модуля, показанного на фиг. 1-4 и, таким образом, второй вариант подвижного электродного модуля может использоваться в сочетании с тем же электролизным аппаратом, что и первый вариант. Однако подвижный электродный модуль 1200 по второму варианту изобретения включает контактный катод 1230 контактный анод 1220, с лишь одним биполярным электродом 1240, расположенным между контактным анодом 1220 и контактным катодом 1230. Контактный анод, контактный катод и биполярный электрод идентичны с конструкцией аналогичных структур, описанных ранее, со ссылками на первый вариант изобретения. Поскольку здесь меньше биполярных электродов расположено между контактным анодом 1220 и контактным катодом 1230, графитовые электродные стояки 1221 и 1222, по существу, длиннее, чем те, которые описаны ранее со ссылками на первый аспект изобретения. При необходимости несколько секций графитовых стояков могут быть соединены внутренними резьбовыми шпильками 1226. Крышка 1201 удерживается прямо над верхней поверхностью анода 1220 с помощью ряда электроизолирующих керамических распорок 1268.The overall dimensions of the movable electrode module shown in FIG. 12 are the same as those of the movable electrode module shown in FIG. 1-4 and, thus, the second variant of the movable electrode module can be used in combination with the same electrolysis apparatus as the first variant. However, the movable electrode module 1200 of the second embodiment of the invention includes a contact cathode 1230 contact anode 1220, with only one bipolar electrode 1240 located between the contact anode 1220 and the contact cathode 1230. The contact anode, contact cathode and bipolar electrode are identical with the design of similar structures described earlier , with reference to the first embodiment of the invention. Since there are fewer bipolar electrodes between the contact anode 1220 and the contact cathode 1230, graphite electrode risers 1221 and 1222 are substantially longer than those described earlier with reference to the first aspect of the invention. If necessary, several sections of graphite risers can be connected by internal threaded rods 1226. The lid 1201 is held directly above the upper surface of the anode 1220 with a series of electrically insulating ceramic struts 1268.
Помимо этих специальных приспособлений, необходимых для обеспечения внешних размеров такого подвижного электродного модуля по первому варианту изобретения, все другие элементы подвижного электродного модуля в соответствии со вторым вариантом изобретения такие же, как описано ранее.In addition to these special devices required to provide the external dimensions of such a movable electrode module in the first embodiment of the invention, all other elements of the movable electrode module in accordance with the second embodiment of the invention are the same as previously described.
Согласно некоторым аспектам изобретения несущественно, что подвижный электродный модуль содержит биполярный электрод. На фиг. 13 приведен третий конкретный вариант подвижного электродного модуля в соответствии с одним или несколькими аспектами изобретения. Третий вариант включает контактный анод 1320 и контактный катод 1330, но не включает биполярный электрод. Контактный катод 1330 и контактный анод 1320 выполнены таким же образом, как контактный анод 20 и контактный катод 30, описанные ранее со ссылками на первый вариант изобретения. Наружные размеры подвижногоAccording to some aspects of the invention, it is not essential that the movable electrode module contains a bipolar electrode. FIG. 13 illustrates a third specific embodiment of a movable electrode module in accordance with one or more aspects of the invention. The third option includes a contact anode 1320 and a contact cathode 1330, but does not include a bipolar electrode. The contact cathode 1330 and contact anode 1320 are made in the same manner as the contact anode 20 and contact cathode 30, described earlier with reference to the first embodiment of the invention. The outer dimensions of the rolling
- 9 029746- 9 029746
электродного модуля 1300 по третьему варианту такие же, как размеры по первому и второму вариантам подвижного электродного модуля. Все другие детали третьего варианта подвижного электродного модуля, как показано на фиг. 13, описаны выше со ссылками на первый вариант или второй вариант подвижного электродного модуля.the electrode module 1300 in the third embodiment are the same as the dimensions of the first and second versions of the movable electrode module. All other details of the third variant of the movable electrode module, as shown in FIG. 13, described above with reference to the first or second version of the movable electrode module.
В вариантах, описанных ранее, подвесной стержень 110 соединен с разъемом 130 с байонетным пазом посредством фиксации конца стержня 110 в разъеме 130 посредством шайб и болтов 111. Все допуски, необходимые для формирования уплотнения между нижней стороной крышки 100 и ободом 231 тигля 230, образующим отверстие в секции 220 электролиза, достигнуты, благодаря использованию упругого герметизирующего материала на ободе. На фиг. 14 показано альтернативное соединение, которое может использоваться в варианте подвижного электродного модуля. Для удобства ссылок, компонентам, идентичным тем, которые присутствуют в первом варианте, описанном ранее, присвоены те же самые ссылочные номера.In the embodiments described earlier, the suspension rod 110 is connected to the bayonet groove connector 130 by fixing the end of the rod 110 in the connector 130 by means of washers and bolts 111. All tolerances necessary to form a seal between the underside of the cover 100 and the rim 231 of the crucible 230, forming an opening in electrolysis section 220, achieved through the use of an elastic sealing material on the rim. FIG. 14 shows an alternative connection that can be used in a variant of the movable electrode module. For ease of reference, components identical to those present in the first embodiment described earlier are assigned the same reference numbers.
В альтернативном варианте, показанном на фиг. 14, подвесной стержень 110 электродного модуля соединен с разъемом 130 с байонетным пазом посредством фланца 1410, который передает нагрузку через ряд тарельчатых пружин 1400 и на разъем с байонетным пазом. Фланец 1410 прикреплен к пружине 1400 посредством гаек 1420.Alternatively, shown in FIG. 14, the suspension rod 110 of the electrode module is connected to the bayonet groove connector 130 via a flange 1410, which transfers the load through a series of disc springs 1400 and to the bayonet groove connector. The flange 1410 is attached to the spring 1400 by means of nuts 1420.
Когда модуль поднят, вес модуля передается через подвесной стержень 110 и сжимает пружину 1400. Пружина прижимается вверх, к нижней поверхности фланца 1410. Пружина 1400 может быть любым подходящим пружинным устройством. Например, пружина может включать спиральную пружину.When the module is lifted, the module weight is transmitted through the suspension rod 110 and compresses the spring 1400. The spring is pressed upwards against the bottom surface of the flange 1410. The spring 1400 can be any suitable spring device. For example, the spring may include a coil spring.
Соединение электродного модуля с подъемным устройством, таким как разъем с байонетным пазом, с упругой пружиной, расположенной между ними, может давать преимущества при использовании. Например, когда электродный модуль опускается в секцию электролиза, как описано ранее, выполняется контакт между ободом, окружающим отверстие камеры, и нижней поверхностью 102 крышки 100, для образования уплотнения. В вариантах, описанных ранее, чтобы обеспечить катодное соединение, пластина 30а основания модуля должна быть установлена в физическом контакте с внутренней стенкой тигля. Использование подпружиненных устройств, таких как тарельчатая пружина 1400, расположенная между подъемными устройствами и подвесным стержнем, может обеспечить дополнительный ход электродного модуля после того, как крышкой 100 образовано уплотнение. Кроме того, такие подпружиненные устройства могут преимущественно приспосабливаться к изменению размеров подвесного стержня, вызванному тепловыми флуктуациями.The connection of the electrode module with a lifting device, such as a connector with a bayonet groove, with an elastic spring located between them, can be advantageous in use. For example, when the electrode module is lowered into the electrolysis section, as previously described, contact is made between the rim surrounding the chamber opening and the bottom surface 102 of the cover 100 to form a seal. In the embodiments described previously, to provide a cathode compound, the base plate 30a of the module must be installed in physical contact with the inner wall of the crucible. The use of spring-loaded devices, such as a Belleville spring 1400, located between the lifting devices and the suspension rod, can provide an additional stroke of the electrode module after the seal 100 is formed. In addition, such spring-loaded devices can advantageously adapt to the size variation of the suspension rod caused by thermal fluctuations.
Вариант подвижного электродного модуля, который включает подпружиненные устройства, расположенные между подвесным стержнем или стержнями, поддерживающими электроды, и подъемными устройствами, могут использоваться в качестве альтернативы использованию упругого герметизирующего материала, окружающего отверстие секции электролиза, или в дополнение к нему.A variant of the movable electrode module, which includes spring-loaded devices located between the suspension rod or rods supporting the electrodes and lifting devices, can be used as an alternative to or in addition to the elastic sealing material surrounding the opening of the electrolysis section.
В следующем описании способа электролитического восстановления твердого сырья в соответствии с конкретным вариантом изобретения использован подвижный электродный модуль 10, описанный ранее. Способ обработки можно разделить на несколько стадий.In the following description of the method of electrolytic reduction of solid raw materials in accordance with a specific embodiment of the invention, a movable electrode module 10, described earlier, is used. The processing method can be divided into several stages.
Стадия 1. Подвижный электродный модуль 10 содержит восемь слоев катодных электродов (т.е. один катод и семь биполярных электродов, которые действуют как анод и катод) и анод. Верхняя поверхность каждого рабочего электрода включает съемный лоток в сборе, сформированный из двух соединяемых частей 151, 152. В качестве первой стадии процесса сырье, состоящее из ряда брикетов из твердого окисла, загружается на поверхность каждого из элементов 151, 152 съемных лотков в сборе.Step 1. The movable electrode module 10 comprises eight layers of cathode electrodes (i.e., one cathode and seven bipolar electrodes that act as an anode and a cathode) and an anode. The upper surface of each working electrode includes a removable tray assembly, formed from two connected parts 151, 152. As a first stage of the process, the raw material, consisting of a series of solid oxide briquettes, is loaded onto the surface of each of the elements 151, 152 of removable trays assembly.
Стадия 2. Загруженные лотки в сборе перемещаются в подвижный электродный модуль, расположенный в загрузочной станции электродного модуля. Загруженные лотки в сборе устанавливаются в подвижный электродный модуль 10, и каждая пара частей 151, 152 лотка в сборе образует катодную часть катодного электрода (например, электроды, обозначенные индексами 30, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46).Stage 2. The loaded trays in the collection are moved to a movable electrode module located in the loading station of the electrode module. Loaded trays assembly are installed in the movable electrode module 10, and each pair of parts 151, 152 of the tray assembly forms the cathode part of the cathode electrode (for example, electrodes labeled 30, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46).
Стадия 3. Загруженный подвижный электродный модуль 10 поднимается в транспортировочную камеру 420 транспортировочного модуля 400. Для подъема подвижного электродного модуля 10 в транспортировочную камеру 420, транспортировочный модуль 400 устанавливается вертикально над рабочей станцией. Шиберная задвижка 440 транспортировочного модуля 400 приводится в действие, приводя к перемещению шлюза 450, для открывания и обеспечения доступа в транспортировочную камеру 420. Байонетное соединение (не показано) опускается с помощью лебедки 465, расположенной на транспортировочном модуле 400. Байонетное соединение подсоединяется к разъему 130 с байонетным пазом на подвижном электродном модуле 10, таким образом, обеспечивая подъем подвижного электродного модуля 10 в камеру 420 транспортировочного модуля.Stage 3. The loaded movable electrode module 10 rises into the transport chamber 420 of the transport module 400. To lift the movable electrode module 10 into the transport chamber 420, the transport module 400 is installed vertically above the work station. The gate valve 440 of the transport module 400 is actuated, causing the gateway 450 to move, to open and provide access to the transport chamber 420. The bayonet connection (not shown) is lowered using a winch 465 located on the transport module 400. The bayonet connection is connected to connector 130 with a bayonet groove on the movable electrode module 10, thus providing a lift of the movable electrode module 10 into the chamber 420 of the transport module.
Стадия 4. Весь транспортировочный модуль 400, содержащий подвижный электродный модуль 10, может быть поднят и перемещен с помощью нескольких скоб 430. На стадии 4 весь транспортировочный модуль, содержащий электродный модуль, перемещается в положение по вертикали над нагревательной станцией. Это показано на фиг. 16. Транспортировочный модуль 400 соединяется с нагревательной станцией 500, с подвижным электродным модулем 10, расположенным прямо над нагревательной камерой 510. Нагревательная станция включает корпус 501, содержащий нагревательную камеру 510, окруженную множеством нагревательных элементов 520.Stage 4. The entire transport module 400 containing the movable electrode module 10 can be lifted and moved with a few staples 430. In stage 4, the entire transport module containing the electrode module is moved to a vertical position above the heating station. This is shown in FIG. 16. The shipping module 400 is connected to a heating station 500 with a movable electrode module 10 located directly above the heating chamber 510. The heating station includes a housing 501 comprising a heating chamber 510 surrounded by a plurality of heating elements 520.
- 10 029746- 10 029746
Стадия 5. Электродный модуль опускается с помощью лебедки 465, пока нижняя поверхность 102 крышки 100 не установится на обод 502 нагревательной камеры 510. Байонетное соединение удаляется из разъема 130 с байонетным пазом, и шлюз 450 закрывается. Подвижный электродный модуль 10 теперь введен в контакт с нагревательной станцией, и весь вес модуля удерживается с помощью нижней поверхности крышки 100. Это расположение показано на фиг. 17.Stage 5. The electrode module is lowered using a winch 465 until the bottom surface 102 of the cover 100 is installed on the rim 502 of the heating chamber 510. The bayonet connection is removed from the bayonet slot 130 and the gateway 450 closes. The movable electrode module 10 is now brought into contact with the heating station, and the entire weight of the module is held by the bottom surface of the cover 100. This arrangement is shown in FIG. 17
Стадия 6. Электродный модуль 10 нагревается в нагревательной камере 510 нагревательной станции 500 до заданной температуры. Для электролиза в расплавленной соли такая заданная температура предположительно составляет от 500 до 1200°С. Например, температура может подниматься до 700 или 800°С. Скорость нагрева модуля регулируется таким образом, чтобы керамические компоненты электродного модуля не подвергались термическому удару. Нагрев может выполняться со скоростью от 1°С/мин до 10 или 20°С/мин. Например, нагрев может выполняться со скоростью около 5°С/мин. Нагрев выполняется в инертной атмосфере, например в атмосфере аргона или в атмосфере азота.Stage 6. The electrode module 10 is heated in the heating chamber 510 of the heating station 500 to a predetermined temperature. For electrolysis in molten salt, such a predetermined temperature is presumably from 500 to 1200 ° C. For example, the temperature can rise to 700 or 800 ° C. The heating rate of the module is adjusted so that the ceramic components of the electrode module are not subjected to thermal shock. Heating can be performed at a rate from 1 ° C / min to 10 or 20 ° C / min. For example, heating can be performed at a rate of about 5 ° C / min. Heating is performed in an inert atmosphere, for example, in an argon atmosphere or in a nitrogen atmosphere.
Стадия 7. Как только электродный модуль прогревается до заданной температуры, электродный модуль 10 еще раз поднимается в транспортировочную камеру 420 транспортировочного модуля 400.Stage 7. Once the electrode module is heated to a predetermined temperature, the electrode module 10 once again rises into the transport chamber 420 of the transport module 400.
Стадия 8. Шиберная задвижка закрыта, таким образом герметизируя транспортировочную камеру 420. В транспортировочном модуле поддерживается инертная атмосфера, например атмосфера аргона или азота.Stage 8. The gate valve is closed, thus sealing the transport chamber 420. An inert atmosphere is maintained in the transport module, for example an atmosphere of argon or nitrogen.
Поскольку стенки транспортировочного модуля изолированы, скорость потери тепла низкая. Таким образом, после того как электродный модуль 10 нагрет до заданной температуры и герметизирован в транспортировочном модуле 400, температура модуля 10 уменьшается медленно.Since the walls of the transport module are insulated, the rate of heat loss is low. Thus, after the electrode module 10 is heated to a predetermined temperature and sealed in the transport module 400, the temperature of the module 10 decreases slowly.
Стадия 9. Транспортировочный модуль 400, содержащий электродный модуль 10, при заданной температуре перемещается в положение прямо над секцией электролиза. Доступ к секции 220 электролиза ограничен благодаря наличию шиберной задвижки 300, установленной над секцией электролиза. Это показано на фиг. 7.Stage 9. The transport module 400 containing the electrode module 10, at a given temperature, moves to a position directly above the electrolysis section. Access to electrolysis section 220 is restricted due to the presence of a gate valve 300 installed above the electrolysis section. This is shown in FIG. 7
Стадия 10. Транспортировочный модуль 400 соединяется с электролизным аппаратом 200, содержащим секцию 220 электролиза. Шиберная задвижка 440, связанная с транспортировочным модулем, совмещается с шиберной задвижкой 300, связанной с электролизным аппаратом таким образом, что, когда обе шиберные задвижки открыты, электродный модуль 10 может получить доступ в секцию 220 электролиза.Step 10. The shipping module 400 is connected to an electrolysis apparatus 200 containing an electrolysis section 220. The gate valve 440 associated with the transport module is combined with the gate valve 300 connected to the electrolysis apparatus in such a way that, when both gate valves are open, the electrode module 10 can gain access to the electrolysis section 220.
Стадия 11. Шиберная задвижка 440 на транспортировочном модуле открывается.Stage 11. The slide valve 440 on the transport module opens.
Стадия 12. Шиберная задвижка 200 на электролизном аппарате открывается.Step 12. The slide gate valve 200 on the electrolysis apparatus opens.
Стадия 13. Электродный модуль 10 опускается до вхождения в контакт с секцией электролиза. Секция электролиза содержит расплавленную соль при желаемой рабочей температуре или вблизи нее. Предварительно нагретый электродный модуль 10 также находится при рабочей температуре или вблизи нее. Рабочая температура может составлять, например, около 800°С. Электродный модуль устанавливается в секции 220 электролиза таким образом, что нижняя поверхность контактного катода 30 электролизного модуля 10 входит в физический контакт с графитовым тиглем 230, ограничивающим секцию 220 электролиза. Это описано ранее и показано на фиг. 8.Stage 13. The electrode module 10 is lowered until it comes into contact with the electrolysis section. The electrolysis section contains molten salt at or near the desired operating temperature. The pre-heated electrode module 10 is also at or near operating temperature. The operating temperature may be, for example, about 800 ° C. The electrode module is installed in the electrolysis section 220 such that the bottom surface of the contact cathode 30 of the electrolysis module 10 comes into physical contact with a graphite crucible 230, limiting the electrolysis section 220. This is described previously and shown in FIG. eight.
Стадия 14. Анодные шины 250 перемещаются до контакта с анодными стояками 21, 22, подвижного электродного модуля 10.Stage 14. The anode tires 250 are moved to contact with the anode risers 21, 22 of the movable electrode module 10.
Между анодом 20 и катодом 30 электродного модуля 10 создается потенциал. Этот потенциал является достаточным для восстановления сырья, которое находится в контакте с катодом и катодными поверхностями каждого из биполярных электродов. Потенциал, требуемый для восстановления сырья, будет зависеть от характера системы. Так, для восстановления сырья окиси титана в расплаве соли на основе хлорида кальция разность потенциалов на каждой катодной поверхности электродного модуля 10 может составлять от 2 до 3 В.A potential is created between the anode 20 and the cathode 30 of the electrode module 10. This potential is sufficient to restore the raw material that is in contact with the cathode and the cathode surfaces of each of the bipolar electrodes. The potential required for the recovery of raw materials will depend on the nature of the system. So, to restore the raw materials of titanium oxide in the molten salt based on calcium chloride, the potential difference on each cathode surface of the electrode module 10 can be from 2 to 3 V.
Потенциал подводится в течение периода времени, достаточного для восстановления твердого сырья.The potential is fed for a period of time sufficient to restore the solid raw material.
После электролиза для восстановления сырья может выполняться несколько следующих стадий обработки, чтобы извлечь восстановленный продукт из электродного модуля 10. Так, для извлечения восстановленного сырья после электролиза в конкретном варианте изобретения используются следующие стадии.After electrolysis, several subsequent processing steps can be performed to recover the raw material in order to extract the recovered product from the electrode module 10. Thus, the following steps are used to extract the recovered raw material after electrolysis in a particular embodiment of the invention.
Стадия 15. Ток электролитической ячейки выключается и, таким образом, напряжение с поверхности каждого электрода снимается.Stage 15. The electrolytic cell current is turned off and, thus, the voltage from the surface of each electrode is removed.
Стадия 16. Анодные шины выводятся из контакта с графитовыми анодными стояками 21, 22.Stage 16. Anode tires are derived from contact with graphite anode risers 21, 22.
Стадия 17. Электродный модуль поднимается из расплавленной соли в транспортировочный модуль 400. Электродный модуль поднимается медленно, чтобы дать время для вытекания расплавленной соли из электродного модуля 10.Step 17. The electrode module rises from the molten salt to the transport module 400. The electrode module rises slowly to allow time for the molten salt to flow out of the electrode module 10.
Стадия 18. Шиберная задвижка 300 на электролизном аппарате 200 закрывается.Stage 18. Gate valve 300 on the electrolysis apparatus 200 is closed.
Стадия 19. Шиберная задвижка 440 на транспортировочном модуле закрывается.Step 19. The slide valve 440 on the transport module closes.
Стадия 20. Транспортировочный модуль, содержащий электродный модуль 10, отсоединяется отStage 20. The shipping module containing the electrode module 10 is disconnected from
- 11 029746- 11 029746
электролизного аппарата 200 и перемещается в положение непосредственно над станцией 600 охлаждения. Это показано на фиг. 18.electrolysis apparatus 200 and moves to a position directly above cooling station 600. This is shown in FIG. 18.
Стадия 21. Транспортировочный модуль 400 соединяется со станцией 600 охлаждения.Stage 21. The shipping module 400 is connected to the cooling station 600.
Стадия 22. Шиберная задвижка 440 открывается, чтобы обеспечить доступ для подвижного электродного модуля 10 в камеру 610 охлаждения.Stage 22. Gate valve 440 is opened to allow access for the movable electrode module 10 to the cooling chamber 610.
Стадия 23. Электродный модуль 10 опускается в камеру охлаждения до тех пор, пока нижняя поверхность 102 крышки 100 не установится на верхний обод камеры 610 охлаждения. Крышка 100 эффективно образует уплотнение с камерой 610 охлаждения. Это показано на фиг. 19.Stage 23. The electrode module 10 is lowered into the cooling chamber until the bottom surface 102 of the cover 100 is installed on the upper rim of the cooling chamber 610. The cover 100 effectively forms a seal with the cooling chamber 610. This is shown in FIG. nineteen.
Стадия 24. Камера охлаждения включает стенки 620 из материала с высокой теплопроводностью, например, из металлического материала, такого как нержавеющая сталь. Стенки содержат водяную рубашку 625, через которую постоянно подается холодная вода с помощью входного отверстия 630 и выходного отверстия 631. Водяная рубашка обеспечивает эффективный отвод тепла от горячего модуля 10. Скорость охлаждения может регулироваться посредством изменения скорости прохождения воды через водяную рубашку 625.Stage 24. The cooling chamber includes walls 620 of a material with high thermal conductivity, for example, of a metallic material such as stainless steel. The walls comprise a water jacket 625, through which cold water is constantly supplied through an inlet 630 and an outlet 631. The water jacket provides effective heat removal from the hot module 10. The cooling rate can be adjusted by changing the speed of the water passing through the water jacket 625.
Стадия 25. Как только электродный модуль 10 остывает до заданной температуры, он поднимается в транспортировочный модуль 400.Stage 25. As soon as the electrode module 10 cools to a predetermined temperature, it rises into the transport module 400.
Стадия 26. Охлажденный электродный модуль 10 в транспортировочном модуле 400 перемещается в положение прямо над промывочной станцией.Stage 26. The cooled electrode module 10 in the transport module 400 moves to a position directly above the washing station.
Стадия 27. Охлажденный электродный модуль опускается в промывочную станцию и герметизируется на пластине 30а основания катода.Stage 27. The cooled electrode module is lowered into the washing station and sealed onto the cathode base plate 30a.
Стадия 28. Струи воды 700 выпускаются из сопел 705, соединенных с трубопроводом 710. Струи воды 700 направляются на электродный модуль 10 и в особенности направляются в лоток в сборе, содержащий восстановленное сырье. Струи воды предпочтительно направляются таким образом, чтобы они вымывали любые остатки соли, затвердевшие на электродном модуле и восстановленном сырье.Stage 28. Water jets 700 are discharged from nozzles 705 connected to conduit 710. Water jets 700 are directed to the electrode module 10 and, in particular, are sent to an assembly tray containing recovered raw materials. The jets of water are preferably directed in such a way that they wash out any residues of salt solidified on the electrode module and the recovered raw materials.
Стадия 29. После промывки электродный модуль 10 поднимается в транспортировочный модульStage 29. After washing, the electrode module 10 rises in the transport module
400.400
Стадия 30. Промытый электродный модуль и транспортировочный модуль перемещаются в положение над станцией разгрузки.Stage 30. The washed electrode module and the transport module are moved to a position above the unloading station.
Стадия 31. Промытый электродный модуль опускается на место на станции разгрузки.Stage 31. The washed electrode module is lowered into place at the unloading station.
Стадия 32. Электродные лотки в сборе, содержащие восстановленный продукт, удаляются из электродного модуля 10.Stage 32. Electrode tray assemblies containing the recovered product are removed from the electrode module 10.
Стадия 33. Восстановленный продукт удаляется из лотков в сборе и упаковывается для дальнейшей обработки.Stage 33. The recovered product is removed from the collection trays and packaged for further processing.
Конкретные варианты способа, описанного ранее, могут использоваться не во всех случаях. Например, различные стадии могут использоваться или некоторые стадии могут пропускаться.Specific variants of the method described earlier may not be used in all cases. For example, various stages may be used or some stages may be skipped.
Предпочтительно, чтобы восстановление твердого сырья выполнялось по реакции электролитического восстановления, такой как процесс РТС.Preferably, the reduction of the solid feedstock is performed by an electrolytic reduction reaction, such as the PTC process.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB1019572.5A GB201019572D0 (en) | 2010-11-18 | 2010-11-18 | Electrolysis method |
GBGB1019612.9A GB201019612D0 (en) | 2010-11-18 | 2010-11-18 | Electrolysis method |
PCT/GB2011/001631 WO2012066299A1 (en) | 2010-11-18 | 2011-11-18 | Method and system for electrolytically reducing a solid feedstock |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201390605A1 EA201390605A1 (en) | 2013-12-30 |
EA029746B1 true EA029746B1 (en) | 2018-05-31 |
Family
ID=45217580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201390605A EA029746B1 (en) | 2010-11-18 | 2011-11-18 | Method and system for electrolytically reducing a solid feedstock |
Country Status (18)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130327653A1 (en) |
EP (1) | EP2640871B1 (en) |
JP (1) | JP5898686B2 (en) |
KR (1) | KR101824288B1 (en) |
CN (1) | CN103237926A (en) |
AP (1) | AP4025A (en) |
AU (2) | AU2011330972C1 (en) |
BR (1) | BR112013011941A2 (en) |
CA (1) | CA2817351C (en) |
CL (1) | CL2013001392A1 (en) |
DK (1) | DK179172B1 (en) |
EA (1) | EA029746B1 (en) |
MX (1) | MX356588B (en) |
MY (1) | MY164240A (en) |
NZ (1) | NZ610339A (en) |
UA (1) | UA114395C2 (en) |
WO (1) | WO2012066299A1 (en) |
ZA (1) | ZA201303419B (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SA110310372B1 (en) | 2009-05-12 | 2014-08-11 | Metalysis Ltd | Apparatus and Method for reduction of a solid feedstock |
WO2012066297A2 (en) | 2010-11-18 | 2012-05-24 | Metalysis Limited | Electrolysis apparatus |
NL2015759B1 (en) | 2015-11-10 | 2017-05-26 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Additive manufacturing of metal objects. |
CN108456855B (en) * | 2017-02-17 | 2024-09-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | Crucible, vapor deposition preparation device, vapor deposition equipment and vapor deposition method |
NL2018890B1 (en) | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Admatec Europe B V | Additive manufacturing of metal objects |
CN107858709B (en) * | 2017-12-14 | 2019-08-06 | 东莞理工学院 | A kind of fused salt electrolysis apparatus preparing metal mixed powder |
NL2021611B1 (en) | 2018-09-12 | 2020-05-06 | Admatec Europe B V | Three-dimensional object and manufacturing method thereof |
EP3812483B1 (en) | 2019-10-24 | 2024-01-31 | Airbus Defence and Space GmbH | Electrolysis device for electrolytic production of oxygen from oxide-containing starting material |
US20230131891A1 (en) | 2021-10-25 | 2023-04-27 | Airbus Defence and Space GmbH | Method And System For Extracting Metal And Oxygen From Powdered Metal Oxides |
US11987893B2 (en) | 2021-10-25 | 2024-05-21 | Airbus Defence and Space GmbH | System and method for extracting oxygen from powdered metal oxides |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4344036A1 (en) * | 1993-12-23 | 1995-06-29 | Westfalia Becorit Ind Tech | Anode change with heat recovery during aluminium@ fusion electrolysis |
WO2004113593A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Electrochemical reduction of metal oxides |
WO2008101283A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Metalysis Limited | Electrochemical reduction of metal oxides |
WO2010130995A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Metalysis Limited | Apparatus and method for reduction of a solid feedstock |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2311257A (en) * | 1939-08-02 | 1943-02-16 | Brush Beryllium Co | Electrolytic beryllium and process |
GB833767A (en) * | 1956-10-19 | 1960-04-27 | Timax Corp | Continuous electrolytic production of titanium |
US2897129A (en) * | 1957-03-04 | 1959-07-28 | Titanium Metals Corp | Electrode handling and storing apparatus |
GB1169012A (en) * | 1965-10-21 | 1969-10-29 | Montedison Spa | Furnace and Process for Producing, in Fused Bath, Metals from their Oxides, and Electrolytic Furnaces having Multiple Cells formed by Horizontal Bipolar Carbon Electrodes |
IT1188878B (en) * | 1980-05-07 | 1988-01-28 | Campagna Lucia Ved Ginatta | METAL PRODUCTION PROCESS BY MEANS OF THE CATHODIC DISSOLUTION OF THEIR COMPOUNDS IN ELECTROLYTIC CELLS |
EP0380645A4 (en) * | 1988-07-28 | 1990-12-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and method for the electrolytic production of metals |
US5286359A (en) * | 1991-05-20 | 1994-02-15 | Reynolds Metals Company | Alumina reduction cell |
WO1996033297A1 (en) * | 1995-04-21 | 1996-10-24 | Alcan International Limited | Multi-polar cell for the recovery of a metal by electrolysis of a molten electrolyte |
US6024847A (en) * | 1997-04-30 | 2000-02-15 | The Alta Group, Inc. | Apparatus for producing titanium crystal and titanium |
GB9812169D0 (en) * | 1998-06-05 | 1998-08-05 | Univ Cambridge Tech | Purification method |
GB2359564B (en) * | 2000-02-22 | 2004-09-29 | Secr Defence | Improvements in the electrolytic reduction of metal oxides |
JP2003129268A (en) * | 2001-10-17 | 2003-05-08 | Katsutoshi Ono | Method for smelting metallic titanium and smelter therefor |
GB0128816D0 (en) | 2001-12-01 | 2002-01-23 | Univ Cambridge Tech | Materials processing method and apparatus |
BR0308384B1 (en) | 2002-03-13 | 2014-02-04 | Method of reducing solid state metal oxide in an electrolytic cell; and electrolytic cell that reduces a solid state metal oxide through this method | |
US6899145B2 (en) * | 2003-03-20 | 2005-05-31 | Asm America, Inc. | Front opening unified pod |
US7794580B2 (en) * | 2004-04-21 | 2010-09-14 | Materials & Electrochemical Research Corp. | Thermal and electrochemical process for metal production |
WO2005090640A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Electrochemical reduction of metal oxides |
JP4247792B2 (en) * | 2004-10-12 | 2009-04-02 | 東邦チタニウム株式会社 | Method and apparatus for producing metal by molten salt electrolysis |
JP2006124813A (en) * | 2004-11-01 | 2006-05-18 | Sumitomo Titanium Corp | METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING Ti BY Ca REDUCTION |
GB0504444D0 (en) * | 2005-03-03 | 2005-04-06 | Univ Cambridge Tech | Method and apparatus for removing oxygen from a solid compound or metal |
US7591624B2 (en) * | 2006-01-09 | 2009-09-22 | International Business Machines Corporation | Reticle storage pod (RSP) transport system utilizing FOUP adapter plate |
-
2011
- 2011-11-18 CA CA2817351A patent/CA2817351C/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-18 AP AP2013006912A patent/AP4025A/en active
- 2011-11-18 BR BR112013011941A patent/BR112013011941A2/en active Search and Examination
- 2011-11-18 WO PCT/GB2011/001631 patent/WO2012066299A1/en active Application Filing
- 2011-11-18 US US13/988,258 patent/US20130327653A1/en not_active Abandoned
- 2011-11-18 EA EA201390605A patent/EA029746B1/en not_active IP Right Cessation
- 2011-11-18 NZ NZ610339A patent/NZ610339A/en not_active IP Right Cessation
- 2011-11-18 MY MYPI2013001823A patent/MY164240A/en unknown
- 2011-11-18 MX MX2013005632A patent/MX356588B/en active IP Right Grant
- 2011-11-18 AU AU2011330972A patent/AU2011330972C1/en not_active Ceased
- 2011-11-18 KR KR1020137012818A patent/KR101824288B1/en active IP Right Grant
- 2011-11-18 UA UAA201307112A patent/UA114395C2/en unknown
- 2011-11-18 CN CN201180055606XA patent/CN103237926A/en active Pending
- 2011-11-18 JP JP2013539333A patent/JP5898686B2/en active Active
- 2011-11-18 EP EP11793470.3A patent/EP2640871B1/en active Active
-
2013
- 2013-05-10 ZA ZA2013/03419A patent/ZA201303419B/en unknown
- 2013-05-16 CL CL2013001392A patent/CL2013001392A1/en unknown
- 2013-06-14 DK DKPA201370318A patent/DK179172B1/en not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-09-21 AU AU2016231530A patent/AU2016231530A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4344036A1 (en) * | 1993-12-23 | 1995-06-29 | Westfalia Becorit Ind Tech | Anode change with heat recovery during aluminium@ fusion electrolysis |
WO2004113593A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Electrochemical reduction of metal oxides |
WO2008101283A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Metalysis Limited | Electrochemical reduction of metal oxides |
WO2010130995A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Metalysis Limited | Apparatus and method for reduction of a solid feedstock |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20140032351A (en) | 2014-03-14 |
BR112013011941A2 (en) | 2016-11-01 |
AU2011330972B2 (en) | 2016-07-21 |
US20130327653A1 (en) | 2013-12-12 |
CL2013001392A1 (en) | 2014-02-28 |
UA114395C2 (en) | 2017-06-12 |
EP2640871B1 (en) | 2018-10-17 |
AU2011330972C1 (en) | 2017-01-19 |
NZ610339A (en) | 2015-11-27 |
EA201390605A1 (en) | 2013-12-30 |
JP2013543059A (en) | 2013-11-28 |
MY164240A (en) | 2017-11-30 |
AU2011330972A1 (en) | 2013-05-30 |
AU2016231530A1 (en) | 2016-10-13 |
CN103237926A (en) | 2013-08-07 |
EP2640871A1 (en) | 2013-09-25 |
KR101824288B1 (en) | 2018-01-31 |
CA2817351C (en) | 2019-02-26 |
DK201370318A (en) | 2013-06-14 |
JP5898686B2 (en) | 2016-04-06 |
AP2013006912A0 (en) | 2013-06-30 |
MX2013005632A (en) | 2013-08-01 |
DK179172B1 (en) | 2018-01-02 |
CA2817351A1 (en) | 2012-05-24 |
MX356588B (en) | 2018-06-05 |
ZA201303419B (en) | 2014-07-30 |
AP4025A (en) | 2017-02-04 |
WO2012066299A1 (en) | 2012-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EA029746B1 (en) | Method and system for electrolytically reducing a solid feedstock | |
JP5902189B2 (en) | Electrolyzer | |
KR101770839B1 (en) | Apparatus and Method for reduction of a solid feedstock | |
EP2794958B1 (en) | Electrorefiner system for recovering purified metal from impure nuclear feed material | |
JP7428411B2 (en) | Systems and methods for molten oxide electrolysis | |
US2987462A (en) | High temperature electrolytic cell | |
KR101292967B1 (en) | DEVICE OF THE ADVANCED Cd(CADMIUM) DISTILLATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ RU |