[發明專利]電解方法、設備和產物

有效

• 申請號: 201380037209.9
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104583460B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 艾倫·理查德·賴特;斯蒂芬·霍洛韋
• 申請（專利權）人: 金屬電解有限公司
• 主分類號: C25C3/00
• 分類號: C25C3/00;C25C3/26
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 顧晉偉,彭鯤鵬

本發明涉及一種用于從固體原料中除去物質以形成產物的電解方法、一種用于實施所述方法的設備以及所述方法的產物。

一種用于固體原料的電還原或電分解的已知方法是通過在含有熔鹽熔體的電解槽中進行電解來實施的。所述固體原料包含金屬與物質之間的固體化合物或含有固溶體形式的物質的固態金屬的固體化合物。熔鹽包含能夠與物質反應以從原料中除去所述物質的反應性金屬的陽離子。例如，如專利公布WO?99/64638中所述，原料可包含TiO₂且熔鹽可包含Ca陽離子。WO?99/64638描述了一種分批法，其中使一定量的原料與熔體陰極連接并接觸，并且陽極與熔體接觸。在陰極和陽極之間施加電位，以使得陰極電位足以引起物質從原料溶解至熔體中。所述物質在熔體中輸送至陽極，并且通過陽極反應從熔體除去。例如，如果原料為TiO₂，則物質為氧，并且陽極反應可析出氧氣，或如果使用了碳陽極，則可析出CO或CO₂氣體。

WO?99/64638指出，陰極處的反應取決于陰極電位，并且陰極電位應維持在反應性金屬陽離子沉積電位以下。所述物質可接著在熔體中溶解，而不在陰極表面上產生任何反應性金屬沉積。如果陰極電位高于反應性金屬陽離子沉積電位，則熔鹽熔體可分解，且反應性金屬可沉積在陰極表面上。因此WO?99/64638解釋：對電解過程進行電位控制以避免陰極電位超過反應性金屬沉積電位是重要的。

專利公布WO?2006/027612描述對WO?99/64638的方法的改進，特別是利用C(石墨)陽極在CaCl₂/CaO熔體中對多批TiO₂原料的還原。這種現有技術解釋：CaO在CaCl₂中可溶解，在900℃的標準熔化溫度下達到約20摩爾％的溶解度極限，且當TiO₂原料接觸含有CaO的CaCl₂熔體時，TiO₂和CaO反應以形成固體鈦酸鈣，從而從熔體中除去CaO。WO?2006/027612還指出，電還原期間必須有足夠的氧(或CaO)溶解在熔體中，以允許氧在陽極處的反應(析出CO₂)。如果熔體中的氧含量過低，則陽極處的氧反應速率變得受傳質限制，并且如果電流將流動，則陽極處必須發生另一個反應，也就是Cl₂氣體的析出。因為Cl₂具有污染性和腐蝕性，所以這極不可取。因此，WO?2006/027612教導：熔體中CaO的摩爾量和裝入電解槽中的原料(TiO₂)的摩爾量必須預定，以使得鈦酸鈣形成之后熔體仍含有充足的CaO，以滿足需要的從陰極至陽極的氧輸送以及陽極處用以形成CO₂的反應。

WO?2006/027612還論述了第二個問題，即如果氧從原料的溶解率過高，則熔體中原料附近的CaO的濃度可上升到CaCl₂中的CaO溶解極限以上，并且CaO可從溶解物沉淀。如果這在原料附近發生或在多孔原料的氣孔中發生，則沉淀的固體CaO可防止氧從原料進一步溶解，并且可停止電還原過程。WO?2006/027612教導：這可能是電還原過程早期階段中的特定問題，在所述早期階段中原料中的氧量為其最大值并且氧從原料的溶解率可為最高。因此WO?2006/027612建議在一批原料的電還原開始時逐步增加電解槽電位，從低電壓電平增加至預定的最大電壓電平，以便限制氧溶解率并避免CaO沉淀。