[發明專利]陽極-陰極功率分配系統和使用其用于電化學還原的方法

有效

• 申請號: 201180061803.2
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN103261488A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: J.L.維利特;E.R.克爾;S.G.維德邁爾;L.A.巴恩斯;M.A.威廉森
• 申請（專利權）人: 通用電氣-日立核能美國有限責任公司
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34;C25C7/00;H01R13/11
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

政府支持

本發明根據美國能源署授予的合同號DE-AC02-06CH11357在美國政府的支持下進行。美國政府在本發明中享有一定權利。

背景技術

單步驟和多步驟電化學過程可用來將金屬氧化物還原為其對應的金屬(未氧化)狀態。這樣的過程通常用來回收高純度金屬、從不純進料回收金屬、和/或從金屬的金屬氧化物礦石提取金屬。

多步驟過程通常將金屬或礦石溶解為電解質，然后是用來回收未氧化金屬的電解分解或選擇性電遷移步驟。例如，在從用過的核氧化物燃料提取鈾的過程中，氧化鈾的化學還原在650℃下使用諸如溶于熔融LiCl中的Li的還原劑進行，以便產生鈾和Li₂O。溶液然后經受電解沉積，其中熔融LiCl中溶解的Li₂O被電解分解以再生Li。鈾金屬被制備以供進一步使用，例如在商業核反應堆中的核燃料。

單步驟過程通常將金屬氧化物與陰極和陽極一起浸入選擇為與金屬氧化物相容的熔融電解質中。陰極電接觸金屬氧化物，并且通過對陽極和陰極(以及經由陰極對金屬氧化物)充電，金屬氧化物通過在熔融電解質中的電解轉換和離子交換而被還原。

單步驟過程通常在處理和轉移熔融鹽和金屬的過程中使用很少的構件和/或步驟，限制自由漂浮的或過量的還原劑金屬的量，具有改善的過程控制，并且與處于各種起始狀態的各種金屬氧化物/混合物相容，且相比多步驟過程具有更高純度的結果。

發明內容

示例性實施例包括可在電解還原系統中使用的功率分配系統。示例性實施例可包括若干陰極和陽極組件電觸點，其通過使用標準化連接配置而允許靈活的模塊化組件數量和放置。陰極和陽極組件電觸點可連續地或交替地布置。示例性陽極和陰極組件電觸點可具有絕緣叉形形狀以在機械上接納來自模塊化組件的刀口電觸點(knife?edge?electrical?contact)。陽極和陰極組件觸點可包括將觸點在期望位置處固定到較大還原系統中的座置組件，其中電功率經由附連到組件的電力電纜提供。

陰極和陽極組件電觸點在示例性系統中可以任何期望水平提供電功率，包括提供相等且相反的電功率的成對的陽極和陰極組件電觸點。類似地，不同陰極組件電觸點可提供不同水平的電功率，即使連接到相同的模塊化陰極組件。示例性系統可包括向陽極或陰極組件觸點提供公共電功率的匯流條(bus?bar)。示例性方法可包括通過陰極和陽極組件電觸點提供任何期望水平的電功率以便向電解還原系統提供功率。

示例性實施例電氣系統可結合保持電解質的電解質容器使用，模塊化陰極和陽極組件延伸進入電解質中且支撐在其上方，其中模塊化陰極和陽極組件機械地和電氣地連接到示例性電氣系統的相應觸點。模塊化陽極組件可包括：陽極塊，陽極棒座置在其中；母線(bus)，其電連接到陽極組件電觸點；以及滑動接頭，其將陽極塊電聯接到母線。滑動接頭包括多個側向部件，其可在高溫下膨脹同時維持與陽極塊和母線的電接觸。

附圖說明

圖1是示例性實施例電解氧化物還原系統的圖示。

圖2是備選配置的圖1的示例性實施例電解氧化物還原系統的另一圖示。

圖3是示例性實施例電功率分配系統的圖示。

圖4是圖3的示例性實施例電功率分配系統的另一視圖的圖示。

圖5是示例性實施例陰極組件觸點和陽極組件觸點的細節的圖示。

圖6是示例性實施例陽極組件的圖示。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細地描述示例性實施例。然而，本文所公開的具體結構和功能細節僅僅是代表性的，以用于描述示例性實施例的目的。示例性實施例可體現為許多備選形式且不應理解為僅限于本文所闡述的示例性實施例。

將會理解，雖然術語“第一”、“第二”等可在本文中用來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用來區別一個元件與另一元件。例如，在不脫離示例性實施例的范圍的情況下，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元件。如本文所用，術語“和/或”包括相關的所列項目中的一個或多個的任何和所有組合。

將會理解，當元件被稱為“連接”、“聯接”、“配合”、“附連”或“固定”到另一元件時，它可以直接連接或聯接到其它元件，或者可存在中間元件。相反，當元件被稱為“直接連接到”或“直接聯接到”另一元件時，不存在中間元件。應以類似方式來解釋用來描述元件之間的關系的其它詞語（例如，“在...之間”對比“直接在...之間”、“鄰近于”對比“直接鄰近于”等）。