一种筒状金属锂电解槽结构的制作方法

1.本实用新型属于熔盐电解法制取金属锂领域，具体涉及一种筒状金属锂电解槽结构。


背景技术：

2.目前金属锂电解槽的阳极、阴极、隔膜、金属锂收集罩等都是采用分体式结构。金属锂电解槽中的这些主要零、部件是单个独立的。在进行电解槽的装配时才将这些零、部件组装在一起形成金属锂电解槽整体。电解槽的阳极设置在槽体的底部，阴极设置在电解槽的中间部位，位于上槽体与下槽体之间。隔膜为一圆筒形装置，设置在金属锂收集罩下端，固定在金属锂收集罩上。隔膜的位于电解槽阳极与阴极中间位置，将阴极与阳极均匀地分成两部分。金属锂收集罩则固定在电解槽的槽盖上。这种组合结构存在的主要问题是：电解槽在运行过程中，由于电解槽的运行温度高达400℃以上，槽盖很容易受热，发生翘曲变形。槽盖变形后，连带固定在槽盖上的金属锂收集罩发生偏转或者位移，金属锂收集罩发生偏转或者位移，带动与之相连的隔膜发生偏转或者位移。由于阴极与阳极没有固定在槽盖上，阴极与阳极不会发生偏转或者位移。这样隔膜就不再是在阴极与阳极的中间位置。隔膜的偏转或者位移可能导致阴极与阳极发生短路，烧毁隔膜；或者导致金属锂无法自动进入收集罩内，导致电解槽漂锂。
3.另外，将阴极设置在上、下槽体中间。在阴极臂与槽体之间采用绝缘材料进行密封。由于热胀冷缩原因，阴极臂与槽体之间易发生电解质泄漏。同样，阳极设置在槽底，槽体与阳极之间的密封也易实现，容易导致电解质的泄漏。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种筒状金属锂电解槽结构，它能够解决电解槽槽盖变形导致隔膜偏转或者位移的问题；还能够解决阴极、阳极与槽体之间因密封导致的电解质泄漏问题。
5.本实用新型的技术方案如下：一种筒状金属锂电解槽结构，包括槽体，法兰，槽盖，螺栓，出锂桶，阳极，绝缘环，螺杆，阴极，绝缘垫，收集罩，隔膜，套筒，垫板和环套；所述的槽体与法兰焊接成整体，槽盖通过螺栓将垫板、法兰连接在一起，出锂桶放置在槽盖上，阳极安装在绝缘环内，固定在槽盖上，螺杆下端与收集罩焊接，螺杆上端固定在槽盖上，阴极穿过环套固定在槽盖上，绝缘垫放置在槽盖上支撑阴极，收集罩下端与隔膜相连，套筒套在螺栓上，固定在槽盖、法兰上。垫板设置在槽盖与法兰之间。
6.所述的隔膜与收集罩之间采用焊接方式连接。
7.所述的槽体包括法兰，筒体和底板，采用焊接方式将法兰，筒体和底板连接成一个整体。
8.所述的法兰上均匀开设有螺栓孔。
9.所述的收集罩包括收集罩体，隔膜，隔膜与收集罩体之间采用焊接连接。
10.所述的收集罩体的最顶端设有金属锂出口。
11.所述的隔膜上开有小孔，孔直径：φ1～1.5mm，开孔率：大于20％。
12.所述的阴极包括接线板，导电柱，阴极体和导电板，接线板固定在导电柱上，导电柱与导电板通过焊接方式连接，阴极体与导电板之间采用焊接方式连接。
13.所述的在阴极体壁上开有斜孔。
14.所述的阳极上端为母排连接位置，母排连接位置设置有螺孔，阳极下端为电解区域，在上、下端之间设置有一个台阶。
15.本实用新型的有益效果在于：在电解槽槽盖发生变形的情况下，使隔膜始终处于阴极与阳极的中间位置，防止阴极与阳极发生短路，不会导致电解槽漂锂。采用电解槽槽体整体焊接结构，筒体结构解决电解质泄漏问题。
附图说明
16.图1为本实用新型所提供的一种筒状金属锂电解槽结构示意图；
17.图2为图1中的ⅰ部分示意图；
18.图3为图1中的ⅱ部分示意图；
19.图4为槽体结构示意图；
20.图5为收集罩示意图；
21.图6为阴极示意图；
22.图7为阳极示意图。
23.图中，1槽体，2法兰，3槽盖，4螺栓，5出锂桶，6阳极，7绝缘环，8螺杆，9阴极，10绝缘垫，11收集罩，12隔膜，13套筒，14垫板，15环套，22螺栓孔，23筒体，24底板，31金属锂出口，32倾斜角度，34收集罩体，41接线板，42导电柱，43阴极体，44导电板，45斜孔，51螺孔，52母排连接位置，53台阶，54电解区域。
具体实施方式
24.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
25.本实用新型提供一种筒状金属锂电解槽结构，将金属锂电解槽的阳极、阴极、隔膜、金属锂收集罩等零部件固定在电解槽的槽盖上。电解槽的槽体为一筒形结构，是一个整体结构，筒体的底部采用焊接方式连接，确保底部不发生电解质泄漏。隔膜固定在金属锂收集罩下端。金属锂收集罩固定在槽盖上。阴极通过导电柱固定在槽盖上。导电柱与槽盖直接采用绝缘材料隔离开。阳极固定在电解槽的槽盖上，阳极与槽盖之间采用绝缘材料隔离开。阳极从电解槽的中心位置插入电解槽。槽盖与槽体之间采用绝缘、绝热材料隔开，并将槽盖与槽体之间通过螺栓固定。安装时，隔膜位于阴极、阳极中间，将阴极与阳极均匀分开。
26.如图1
‑
3所示，一种筒状金属锂电解槽结构，包括槽体1，法兰2，槽盖3，螺栓4，出锂桶5，阳极6，绝缘环7，螺杆8，阴极9，绝缘垫10，收集罩11，隔膜12，套筒13，垫板14和环套15；所述的槽体1与法兰2焊接成整体。槽盖3通过螺栓4将垫板14、法兰2连接在一起。出锂桶5放置在槽盖3上。阳极6安装在绝缘环7内，固定在槽盖3上。螺杆8下端与收集罩11焊接，螺杆8上端固定在槽盖3上。阴极9穿过环套15固定在槽盖3上。绝缘垫10放置在槽盖3上支撑阴极9。收集罩11与螺杆8焊接，固定在槽盖3上。收集罩11下端与隔膜12相连。隔膜12与收集罩11
之间采用焊接方式连接。隔膜12表面开有小孔。套筒13套在螺栓4上，固定在槽盖、法兰上。垫板14设置在槽盖与法兰之间。
27.如图4所示，槽体1是装电解质的容器，包括法兰2，筒体23和底板24，采用焊接方式将法兰2，筒体23和底板24连接成一个整体。在法兰2上均匀开设有螺栓孔22，螺栓孔22与电解槽槽盖3上的开孔进行配作。
28.如图5所示，收集罩11与隔膜12在电解槽中的主要作用是进行金属锂收集，包括收集罩体34，隔膜12和螺杆8，隔膜12与收集罩体34之间采用焊接连接。倾斜角度32的范围：5～20
°
。金属锂出口31位于收集罩体34的最顶端。隔膜12为金属材质制成的薄板筒体。隔膜12上开有小孔，孔直径：φ1～1.5mm。开孔率：大于20％。
29.如图6所示，阴极9是直流电的负极，是直流电的导出口。包括接线板41，导电柱42，阴极体43和导电板44，接线板41固定在导电柱42上。接线板41与直流系统的阴极母排相连。导电柱42与导电板44通过焊接方式连接。阴极体43为钢筒体。在阴极体43壁上开有斜孔45，斜孔45与阴极中心之间的夹角范围：20～50
°
，斜孔45均匀分布在阴极体43表面。阴极体43与导电板44之间采用焊接方式连接。
30.如图7所示，阳极6与直流电的正极相连接，阳极采用石墨材质制造。阳极6上端为母排连接位置52，母排连接位置52设置有螺孔51，用以固定母排，是电流引入区域。阳极下端为电解区域54。在上、下端之间设置有一个台阶53，该台阶53做限位作用。限制阳极进入电解槽的长度，同时将阳极固定在电解槽的槽盖上。
31.本实用新型的效果如下：
32.将隔膜焊接在金属锂收集罩下端，并将收集罩、阴极、阳极等零部件安装、固定在电解槽的槽盖上。阳极与阴极之间的极间距就保持一致。在电解槽在高温条件下，当电解槽槽盖发生变形时，阴极、阳极以及金属锂收集罩也将随着槽盖的变形同步发生偏转，阳极与阴极之间的极间距同步发生偏转后，极间距仍将保持不变；阳极与隔膜、阴极与隔膜之间的间距保持不变。电解产生的金属锂的收集率大于96％以上。
33.收集罩上的倾斜角能够将收集到的金属锂集中起来，并沿着倾斜角向上爬升，并从金属锂出口排出收集罩，进入到金属锂储存罐内。倾斜角度a的大小与金属锂的爬升速度相关。通常倾斜角度控制在5～20
°
范围内。
34.阴极体上的斜孔角度与电解质对流速度相关。通常将该角度控制在20～50
°
范围内。斜孔方向影响电解质流动方向。斜孔数量对电解槽中心位置电解质对流速度产生影响。
35.在隔膜上均匀开有小孔，开孔率大于20％，开孔直径在φ1～1.5mm范围内。电解槽的槽体为“桶”状结构，是一个整体。桶底与桶壁之间采用焊接，避免了电解质泄漏。
36.本实用新型的安装要求如下：
37.(1)收集罩须安装在电解槽中心部位，并与槽体中心重合。
38.(2)阴极、阳极、隔膜三者之间保持同心。
39.(3)阴极、隔膜、阳极之间的距离保持一致。
40.(4)槽盖与槽体、阴极与阳极之间保持绝缘。