[發明專利]熔鹽反應器和從固體粉末中提取目標元素單質的方法

有效

• 申請號: 202111246675.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113802129B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 楊肖;鐘禹翔
• 申請（專利權）人: 西湖大學
• 主分類號: C25B1/01
• 分類號: C25B1/01;C25B1/33;C25C3/34
• 代理公司: 北京市維詩律師事務所 11393
• 代理人: 李翔;李雪

1.一種熔鹽反應器，其特征在于，所述熔鹽反應器包括浸出室（10）和電解室（20），所述浸出室（10）用于通過熔鹽浸出原料中的含目標元素組分，形成自由的含目標元素離子，所述電解室（20）與所述浸出室（10）連通并用于將所述含目標元素離子電化學還原形成目標元素單質，所述電解室（20）內設置有陽極（30）和陰極（40），其中，在所述陰極（40）上方設置有蒸氣塔（50），所述蒸氣塔（50）連接于用于收集氣態的所述目標元素單質的冷凝器（60），所述蒸氣塔（50）內的溫度高于所述冷凝器（60）內的溫度且低于所述目標元素單質的沸點，從而在所述蒸氣塔（50）和所述冷凝器（60）之間形成氣壓梯度，所述冷凝器（60）通過連接管道與所述蒸氣塔（50）連接，所述連接管道為直型且連接所述蒸氣塔（50）的一端高于連接所述冷凝器（60）的一端，將所述冷凝器（60）內的溫度控制在室溫以下，所述浸出室（10）和所述電解室（20）并排設置，所述電解室（20）的底部與所述浸出室（10）連通，所述陰極（40）靠近所述電解室（20）與所述浸出室（10）連通處。

2.根據權利要求1所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述陽極（30）為惰性的析氧陽極，所述電解室（20）包括用于導出所述陽極（30）表面生成的氣體的導出裝置。

3.根據權利要求2所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述陽極（30）包括由氧離子導通的固體電解質制成的管（31）和填充在所述管（31）內的貴金屬粉（32），所述貴金屬粉（32）通過導線與外部電源連接，所述導出裝置包括所述管（31）和連接于所述管（31）頂部的導管。

4.根據權利要求3所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述管（31）為氧化鋯基體的陶瓷管；所述貴金屬粉（32）為銀粉、鉑粉或金粉。

5.根據權利要求2所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述陽極（30）包括具有貴金屬外涂層的合金或者具有外表面復合氧化膜的鎳基或鈦基合金，所述導出裝置包括設置在所述陽極（30）上方的收集罩（100）。

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述熔鹽反應器包括連通所述浸出室（10）和所述電解室（20）的通道（70），所述通道（70）中設置有過濾裝置（80）。

7.根據權利要求6所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述過濾裝置（80）靠近所述通道（70）的連接所述浸出室（10）的端口設置。

8.根據權利要求6所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述浸出室（10）的底部靠近所述通道（70）的位置設置有擋墻（11），所述擋墻（11）的高度高于所述通道（70）的頂部。

9.根據權利要求1所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述熔鹽反應器包括用于向所述浸出室（10）提供攪拌氣的供氣裝置，和/或，所述熔鹽反應器包括設置在所述浸出室（10）的頂部的用于提供所述原料的料倉（90）。

10.根據權利要求1所述的熔鹽反應器，其特征在于，所述熔鹽反應器包括用于使所述浸出室（10）和所述電解室（20）保持在預定溫度的加熱裝置；和/或，所述陰極（40）可拆卸地設置在所述電解室（20）中。

11.一種從固體粉末中提取目標元素單質的方法，其特征在于，所述方法使用權利要求1-10中任意一項所述的熔鹽反應器，所述方法包括：

S1、通過熔鹽浸出所述固體粉末中的含目標元素組分，形成自由的含目標元素離子；

S2、將所述含目標元素離子電化學還原以形成目標元素單質；

S3、收集所述目標元素單質，其中，在陰極上方罩設蒸氣塔（50），所述蒸氣塔（50）連接有冷凝器（60），所述蒸氣塔（50）內的溫度高于所述冷凝器（60）內的溫度且低于所述目標元素單質的沸點，從而在所述蒸氣塔（50）和所述冷凝器（60）之間形成氣壓梯度，將所述冷凝器（60）內的溫度控制在室溫以下。