[發明專利]一種鎂電解槽的陰極結構

在審

• 申請號: 201410270126.0
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104032330A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 劉程琳;孫澤;宋興福;于建國
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C25C3/04
• 分類號: C25C3/04;C25C7/02
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及鎂電解槽技術領域，具體地說，是一種新型鎂電解槽的陰極結構。

【背景技術】

鎂是一種非常重要的有色金屬，由于其密度低，被作為輕量化材料而備受期待。其中鎂合金在消費電子、汽車、醫療等領域應用越來越廣泛，大有替代鋁合金等傳統合金之勢。鎂還作為燃料電池的電極材料，在電池行業有著重要的應用。除了電池領域，鎂作為儲氫材料，儲氫效率高，性能穩定且便于運輸。目前與關于鎂的研發項目還有許多，鎂的應用正在迎來一個嶄新的時代。

中國是鎂資源大國，金屬鎂的生產主要以皮江法為主。作為金屬鎂生產的另外一個重要方法電解法在國內由于電解槽工藝落后、電流效率及生產效率低、能耗高、壽命低等而得不到有效發展。相比之下，國外大型企業的鎂電解槽電流強度大、自動化程度和單位面積金屬鎂產量高、能耗低。我國目前運行無隔板鎂電解槽的電流效率和金屬鎂分離率低，整個鎂電解工業與國外差距巨大。

本發明通過研究先進的鎂電解工藝，對鎂電解槽陰極結構進行改造，來提高電解槽的金屬鎂分離率，同時降低能量消耗。為開發具有我國自主知識產權的鎂電解槽提供關鍵技術支持。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種鎂電解槽的陰極結構。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種鎂電解槽的陰極結構，其特征在于，在鎂電解槽采用一塊導體板將所有陰極進行連接。

所述的導體板材料和鋼陰極材料相同。

所述的導體板位于電解槽電解室和集鎂室之間。

所述的沿集鎂室方向的陰極長度比陽極外緣長0.02～0.15m。

所述的導體板距離陽極邊緣的距離為0.02～0.15m。

所述的導體板厚度控制在0.04～0.1m。

所述的導體板的高度為陰極板高度的1/6～2/3。

所述的導體板的底端與陰極底端持平或高于陰極底端0.01～0.4m。

所述的電解槽集鎂室寬度0.3～0.6m。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：

本發明優化了鎂電解槽內電解質流動情況，提高了金屬鎂的分離效率。利用數值計算分析了無隔板鎂電解槽內的電場、熱場、磁場和流場，并分析了金屬鎂分離率，通過改造陰極結構，使得鎂電解槽金屬鎂分離率得到有效的提升。與原槽型相比，改造后的金屬鎂分離率大幅提高，效果非常明顯。

【附圖說明】

圖1是優化前鎂電解槽陰極結構示意圖；

圖2是鎂電解槽新型陰極結構示意圖；

圖3是優化前鎂電解槽槽型流場分布示意圖；

圖4是鎂電解槽新型陰極結構流場分布示意圖；

圖5是優化前鎂電解槽槽型金屬鎂流動示意圖；

圖6是鎂電解槽新型陰極結構金屬鎂流動示意圖；

附圖中的標號分別為：1、陽極，2、陰極，3、導體板，4、集鎂室

【具體實施方式】

以下提供本發明一種鎂電解槽的陰極結構的具體實施方式。

實施例1

請參見附圖2，一種鎂電解槽新型陰極結構基本部件為陽極1、陰極2和導體板3。所述的沿集鎂室方向的陰極長度比陽極外緣長0.04m，導體板距離陽極邊緣的距離為0.04m，厚度控制在0.04m，高度為陰極板高度的2/3，底端與陰極底端持平，電解槽集鎂室寬度0.5m。

通過電場、熱場、磁場、流場分析，改造設計了該陰極結構。改造后電解槽熱平衡良好，電解質溫度為700℃，槽壓降為4.9V，電解質流動狀態良好，金屬鎂分離率大幅提升。計算得到電解槽流場分布如圖4：金屬鎂的流動情況如圖6：

如圖可知使用新型陰極結構，改變了電解槽內的電解質流動情況，更多的金屬鎂隨著電解質流入集鎂室，并最終在集鎂室的電解質液面匯集。

對比例1

請參見附圖1，原型電解槽構的基本部件為陽極1和陰極2。使用新型陰極結構后，電解槽熱平衡保持良好，電解質溫度、電解槽壓降等參數保持穩定，同時金屬鎂一次分離率從17％提升至62％，金屬鎂分離分離效率顯著提高。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍內。