金属电解设备及阳极结构的制作方法

1.本实用新型涉及电解设备领域，尤其是一种金属电解设备及阳极结构。


背景技术：

2.目前，工业上电解制备金属常用的方法是熔盐电解法，比如电解制备金属镁、钠、钙和锂等，都是在高温下电解氯化物混合熔盐制备各种金属。因此，在电解过程中，最关键设备就是电解槽，电解槽的安装、运行参数和使用寿命等都与电解成本息息相关。电解槽通常由内外槽体、槽盖、阴极、阳极、电源和气体吸收装置等组成，其各部件对电解槽运行和使用寿命都会产生影响，尤其是石墨阳极。
3.通常根据石墨阳极安装方式将电解槽分为两种，一种是上插式电解槽，一种是下插式电解槽。上插式电解槽是将石墨阳极固定在电解槽槽盖上，阳极上端通过连接件(如螺栓、榫接和锁扣等)与电极相连，阳极中下段插入到电解槽内部与阴极板相对；下插式电解槽是将石墨阳极固定在电解槽底部，阳极最低端露出一段通过连接件(如螺栓、榫接和锁扣等)与电极相连，阳极中上段在电解槽内部与阴极板相对。
4.上插式电解槽和下插式电解槽都存在一些问题，暂时都没有有效解决方法。例如一.阳极通过连接件(如螺栓、榫接和锁扣等)与电极相连，连接位置接触面积小，电解时电流不稳定，易产生波动，影响电解效率。二.连接位置接触面积小，电阻较大，连接部位容易发热，导致连接件变形，影响使用寿命。三.两种石墨阳极都会有一段石墨参与组装固定，不与阴极板相对，只提供电流而不参与电解，造成阳极石墨浪费。四.上插式阳极石墨上端与空气接触，高温时易被氧化腐蚀，影响使用寿命。五.下插式石墨阳极装配工艺要求严格，安装成本高，石墨更换不方便，槽体报废率较高。专利cn202808964u提出一种电解石墨阳极，石墨体的上端设有凹槽，凹槽内浇铸巴氏合金体，巴氏合金体与铝柱接头相连。专利cn206368201u公布一种电解石墨阳极的夹具及其电解槽，该夹具包括用于夹紧石墨阳极的夹具本体和用于锁紧夹具本体的紧固装置。上述两种专利通过改变阳极连接方式，能一定程度改善电解槽的缺点，但不是有效的解决途径。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种金属电解设备及阳极结构，提高电流稳定性，同时提高阳极的使用寿命。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：金属电解设备，包括电解槽和阳极结构，所述电解槽内设置有阴极，所述阳极结构包括阳极和阳极极耳，所述阳极位于电解槽内部且套在阳极极耳外壁，阳极极耳的一端穿过电解槽并位于电解槽之外。
7.进一步地，所述阴极呈环形，所述阳极位于阴极内部。
8.进一步地，所述阳极极耳竖直安装在电解槽的顶盖上。
9.进一步地，所述阳极设置有中心孔，所述中心孔具有锥形段，所述锥形段上端的直径小于锥形段下端的直径，所述阳极极耳设置有与锥形段相配合的防脱段，所述防脱段上
端的直径小于下端的直径，所述阳极极耳的下部位于中心孔内，且防脱段位于锥形段内。
10.进一步地，所述中心孔为中心通孔，所述中心通孔的下端孔口填充有阳极堵。
11.进一步地，所述中心孔为上端开口的中心盲孔，所述阳极压制成型于阳极极耳下部的外壁。
12.进一步地，所述阳极极耳位于阳极之外的部分涂覆有防腐蚀层。
13.用于上述金属电解设备的阳极结构，包括阳极和阳极极耳，所述阳极套在阳极极耳外壁，阳极极耳的一端伸至阳极之外。
14.进一步地，所述阳极极耳位于阳极之外的部分涂覆有防腐蚀层。
15.进一步地，所述阳极设置有中心孔，所述中心孔具有锥形段，所述锥形段上端的直径小于锥形段下端的直径，所述阳极极耳设置有与锥形段相配合的防脱段，所述防脱段上端的直径小于下端的直径，所述阳极极耳的下部位于中心孔内，且防脱段位于锥形段内。
16.本实用新型的有益效果是：
17.1、由于阳极套设在阳极极耳外壁，阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积，电解时电流稳定，不会产生波动，保证电解效率。
18.2、由于阳极与阳极极耳之间具有较大的接触面积，减小了电阻，阳极与阳极极耳的连接处不容易发热，不存在连接件变形的问题，从而提高了阳极结构的使用寿命。
19.3、由于整个阳极全部位于电解槽内部，所有的阳极材料都能够参与电解，不存在阳极浪费的情况，相同体积的阳极，本实用新型的使用寿命更长。
20.4、由于整个阳极全部位于电解槽内部，避免与外界空气接触，可有效防止阳极在高温条件下被氧化腐蚀，进一步地提高了阳极的使用寿命。
附图说明
21.图1是本实用新型金属电解设备的示意图
22.图2是本实用新型的一种阳极结构的示意图；
23.图3是本实用新型另一种阳极结构的示意图；
24.附图标记：1、阴极，2、阳极，3、防腐蚀层，4、极耳连接件，5、接电端口，6、阳极极耳，7、电解槽，8、阳极堵。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
26.如图1所示，本实用新型的金属电解设备，包括电解槽7和阳极结构，所述电解槽7内设置有阴极1，所述阳极结构包括阳极2和阳极极耳6，所述阳极2位于电解槽7内部且套在阳极极耳6外壁，阳极极耳6的一端穿过电解槽7并位于电解槽7之外。
27.电解槽7包括槽体和槽盖，为现有常规结构。阴极1用于与阳极2配合，完成电解反应。阳极2采用石墨阳极，通过将阳极2整体完全设置在电解槽7内部，不与外界的空气接触，可有效防止阳极2在高温条件下被氧化腐蚀，从而提高了阳极2的使用寿命。此外，由于整个阳极2全部位于电解槽7内部，所有的阳极材料都能够参与电解，不存在阳极2浪费的情况，与现有技术相比相同体积的阳极2，本实用新型的使用寿命更长。阳极极耳6用于与外部电源相连，其外端设置有接电端口5。阳极2套在阳极极耳6外壁，利用阳极极耳6支撑阳极2，使
得阳极2可以悬空固定在电解槽7内部。阳极极耳6位于阳极2内部的部分具有较大的长度，具体地，阳极极耳6位于阳极2内部的长度大于阳极极耳6总长的50％，且大于阳极2总长度的75％，这样可保证阳极极耳6更加稳定地与阳极2相连，提高阳极2安装的稳定性，同时增大了阳极极耳6与阳极2的接触面积，电解时电流稳定，不会产生波动，保证电解效率，另外，减小了电阻，阳极2与阳极极耳6的连接处不容易发热，不存在连接件变形的问题，从而提高了阳极结构的使用寿命。
28.阳极2和阳极极耳6的断面可以是圆形、正方形、长方形等多种形状，阴极1可以是板状，为了提高电解效率，所述阴极1呈环形，具体可以是圆环形，也可以是矩环形，形状与阳极2的外形适配即可，所述阳极2位于阴极1内部，可增加阴极1与阳极2相对应的面积。
29.阳极极耳6可以水平安装，但此时阳极极耳6的端头需要穿过电解槽7的侧壁，阳极极耳6与电解槽7的连接处需要良好的密封结构，才能防止电解液泄漏，增加了结构的复杂程度，不利于快速地更换阳极结构，因此，作为优选的实施方式，所述阳极极耳6竖直安装在电解槽7的顶盖上，具体地，阳极极耳6通过极耳连接件4安装在电解槽7的顶盖上，极耳连接件4可以是法兰盘，安装时在电解槽7顶盖的上表面设置云母垫片、刚玉垫片、纤维垫片和橡胶垫片中的一种，使阳极极耳6与电解槽7绝缘。电解时，电解槽7的顶盖位于电解液的上方，不存在电解液泄漏的问题，安装和拆卸更加简单，能降低由于安装等带来的不利影响。
30.阳极极耳6为金属材质，电解时，电解液接触阳极极耳6后可能对阳极极耳6造成腐蚀，因此，所述阳极极耳6位于阳极2之外的部分涂覆有防腐蚀层3，防腐蚀层3可以是电镀得到的镍、钛、钽或哈氏合金等，防腐蚀层3可起到阻隔电解液的作用，防止阳极极耳6被腐蚀，提高阳极极耳6的使用寿命。
31.当阳极极耳6竖直安装时，为了防止阳极2在重力的作用下从阳极极耳6上脱落，所述阳极2设置有中心孔，所述中心孔具有锥形段，所述锥形段上端的直径小于锥形段下端的直径，具体地，中心孔整体可以是一个锥形孔，也可以是锥形孔和直孔相结合的形式。所述阳极极耳6设置有与锥形段相配合的防脱段，所述防脱段上端的直径小于下端的直径，所述阳极极耳6的下部位于中心孔内，且防脱段位于锥形段内。锥形段和防脱段的斜面可以支撑阳极2，保证阳极2稳定套在阳极极耳6上。
32.所述中心孔为中心通孔，所述中心通孔的下端孔口填充有阳极堵8，制造阳极结构时，先分别制造阳极2和阳极极耳6，再将阳极极耳6的上端伸入中心通孔的下端，使得阳极极耳6的上端贯穿阳极2，直到防脱段与锥形段贴合，再通过敲打的方式使阳极2和阳极极耳6紧密接触，此时阳极极耳6的下端到中心通孔的下端孔口具有一定的间距，在该间距中填充阳极堵8，将中心通孔的下端口封闭，防止电解液进入中心通孔并对阳极极耳6下端面造成腐蚀。阳极堵8可以是耐火泥、耐火纤维和石墨等材料。
33.除上述实施方式外，中心孔也可以是上端开口的中心盲孔，所述阳极2压制成型于阳极极耳6下部的外壁。制造阳极结构时，将石墨阳极材料和阳极极耳6放在模具中，通过向石墨阳极材料施加压力，使石墨阳极材料附着在阳极极耳6上。
34.另外，阳极2和阳极极耳6也可以通过高温烧结成一体。
35.本实用新型的阳极结构如图2所示，包括阳极2和阳极极耳6，所述阳极2套在阳极极耳6外壁，阳极极耳6的一端伸至阳极2之外。所述阳极极耳6位于阳极2之外的部分涂覆有防腐蚀层3。所述阳极2设置有中心孔，所述中心孔具有锥形段，所述锥形段上端的直径小于
锥形段下端的直径，所述阳极极耳6设置有与锥形段相配合的防脱段，所述防脱段上端的直径小于下端的直径，所述阳极极耳6的下部位于中心孔内，且防脱段位于锥形段内。
36.如图2所示，所述中心孔为中心通孔，所述中心通孔的下端孔口填充有阳极堵8，制造阳极结构时，先分别制造阳极2和阳极极耳6，再将阳极极耳6的上端伸入中心通孔的下端，使得阳极极耳6的上端贯穿阳极2，直到防脱段与锥形段贴合，再通过敲打的方式使阳极2和阳极极耳6紧密接触，此时阳极极耳6的下端到中心通孔的下端孔口具有一定的间距，在该间距中填充阳极堵8，将中心通孔的下端口封闭，防止电解液进入中心通孔并对阳极极耳6下端面造成腐蚀。阳极堵8可以是耐火泥、耐火纤维和石墨等材料。
37.除上述实施方式外，如图3所示，中心孔也可以是上端开口的中心盲孔，所述阳极2压制成型于阳极极耳6下部的外壁。制造阳极结构时，将石墨阳极材料和阳极极耳6放在模具中，通过向石墨阳极材料施加压力，使石墨阳极材料附着在阳极极耳6上。
38.另外，阳极2和阳极极耳6也可以通过高温烧结成一体。
39.综上，本实用新型具有以下优点：
40.1、由于阳极2套设在阳极极耳6外壁，阳极2与阳极极耳6之间具有较大的接触面积，电解时电流稳定，不会产生波动，保证电解效率。
41.2、由于阳极2与阳极极耳6之间具有较大的接触面积，减小了电阻，阳极2与阳极极耳6的连接处不容易发热，不存在连接件变形的问题，从而提高了阳极结构的使用寿命。
42.3、由于整个阳极2全部位于电解槽7内部，所有的阳极材料都能够参与电解，不存在阳极2浪费的情况，相同体积的阳极2，本实用新型的使用寿命更长。
43.4、由于整个阳极2全部位于电解槽7内部，避免与外界空气接触，可有效防止阳极2在高温条件下被氧化腐蚀，进一步地提高了阳极2的使用寿命。
44.5、阳极2通过阳极极耳6悬挂固定在电解槽7的顶盖上，安装拆卸简便，能降低由于安装等带来的不利影响。
45.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。