连续电解精炼装置的平移接料翻转机构的制作方法

连续电解精炼装置的平移接料翻转机构，属于电解精炼技术领域。

背景技术：

电解时用高温还原得到的粗金属铸成阳极，用含有欲制金属的盐溶液做电解液，控制一定电位使溶解电位比精炼金属正的杂质存留在阳极或沉积在阳极泥中（其中往往含有贵金属），用其他方法分离回收，而溶解电位比精炼金属负的杂质则溶入溶液，不在阴极上析出，从而在阴极上可得到精炼的高纯金属，利用电解精炼的金属有铜、金、银、铂、镍、铁、铅、锑、锡、铋等，通过电解质溶液的电解，由粗金属作阳极，纯金属作阴极，含有该金属离子的溶液作电解液，金属从阳极溶解，在阴极沉淀，粗金属中的杂质，不活泼的杂质不溶解，成为阳极泥沉落于电解槽底部，活泼的杂质虽然在阳极溶解，但不能在阴极沉淀，所以通过电解阴极可以得到纯度很高的金属，称为金属的电解精炼，电解精炼常用于有色金属的精炼，如粗铜，粗银，粗镍等的精炼。

国际上有两种成熟的再处理/废料调节放射性核燃料的熔融盐方法，Dimitrovgrad SSC开发的方法-RIAR方法使用高温(1000K)低共熔盐混合物作为燃料的溶剂，也作电解液体系，在该俄罗斯体系中， 溶剂为NaCl/KCl或CsCl/KCl的低共熔混合物，该法用化学氧化剂(氯气和氧气)与粉状UO2燃料反应形成可溶于熔融盐的高氧化态化合物 如UO2Cl2，铀化合物在阴极被还原为UO2，其形成树枝状晶体沉积物，但是使用一段时间以后，熔融盐负载了裂变产物，它们不仅开始影响 产品的质量，而且在盐中产生了太多的热量，这些裂变产物一般但并非唯一地必须作为废料以适合形式隔离固定的高活性镧系或锕系元素，在美国Argonne National Laboratory(ANL)开发的方法中，一般使用熔融的LiCl/KCl低共熔混合物，而不是含钠或铈盐的体系，仍使用高温(773K)，该法通过流入电流以氧化铀阳极和在熔融盐电解液中形成铀离子来处理废核燃料，铀在阴极被还原，沉积为金属铀， ANL方法不幸的是间歇式方法，由于铀被收集在设备底部的贮器中，为了移去贮器回收产物，就必须中断处理过程，另外，该法操作时机械密集，包括使用用于刮掉阴极产物的转动阳极，由于机械卡住，时常遇到问题。

在航空航天、航海、红外和光电等领域，广泛使用高纯金属。而高纯金属的电解精炼方法在中国专利92112474.0中公开了《电解精炼中电极金属的剥离方法及实施该方法的设备》，中国专利00108703.2公开了《用于除去在电解精炼或电解沉积中产生的沉积物的装置》和中国专利02105301.X公开了《分离金属的电解精炼方法》，但这些方法提炼的金属远远不能满足现代技术对高纯金属的要求，目前，国内外使用的类似设备不仅结构复杂、价格高、操作烦琐，而且精炼提纯度较低，加之现有设备自身的结构缺陷，使其工艺上不能实现连续的电解精炼。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现连续电解精炼、设备结构设计更合理、工艺流程简洁易行、连续电解周期更长、易损部件更换操作更简单的连续电解精炼装置的平移接料翻转机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：连续电解精炼装置的平移接料翻转机构，包括上固定平台、竖置的阴极旋转升降杆、出料炉和加热炉，其特征在于：上固定平台上固定安装出料炉和加热炉，出料炉的下部套装在加热炉内，出料炉下部内腔设有电解装置，阴极旋转升降杆的下部穿过出料炉进入电解装置，阴极旋转升降杆的上部伸出出料炉顶部，出料炉的上部一侧设有带动阴极旋转升降杆竖向升降或旋转的旋转升降机构；出料炉的中部一侧设有横向设置的平移接料翻转机构和沉积物剥离机构，平移接料翻转机构一端通过取料机构连接出料炉，出料炉和加热炉的一侧同时连接抽真空机构。

本发明将电解、沉积物剥离及取料等工序形成一体化的结构形式，出料炉和加热炉形成的主炉体结构包括熔炼电解区、电解沉积物料剥离区、接料区、物料转移区四个功能区域，四个功能区既可以实现真空通道的连通组合，又能独立拆开分离，采用水平伸缩式机械盘接料、出料的结构模式，使得真空反应室内电气原件较少，有效的延长了电气使用寿命，以及便于易损电器元件的更换。

根据电解精炼的流程工艺，本发明的物料熔炼、电解精炼、沉积物剥离等功能垂直结构布置，物料转运水平布置，这样形成三位一体的连续电解功能体系，既保证了本工艺的流程化、连续化的工作特点，又节约了作业空间，形成一个相对封闭式的作业环境，经过长期实验证明，本发明的连续电解精炼装置可在稳定、高效运行的基础上，确保设备结构设计更合理、工艺流程更简洁易行、连续电解周期更长、易损部件更换操作更简单。

所述的出料炉包括上下连通设置的上炉体、中间炉体和下炉体，中间炉体一侧连接取料机构，取料机构与中间炉体之间设有插板阀，以便作业环境和出料环境的开通和隔离。所述的沉积物剥离机构的剥离刀水平伸入中间炉体内，所述的平移接料翻转机构的移动端可穿过取料机构与插板阀水平进入中间炉体内。

所述的电解装置包括内外套装的阳极筒和料筒，阳极筒的顶面设有间隙，容许阴极旋转升降杆下部提升板穿过。阴极旋转升降杆下部对应设有密封定位装置，为进一步确保阳极筒能顺利放入熔盐坩埚（料筒）内，在阳极筒底部设计倒锥形环圈，在阳极筒与熔盐坩埚发生微错位时，阳极筒可以实现自找中功能。

密封定位装置包括提升板、定位凸起及在提升板的上方设置的金属防护屏，提升板为径向环形均布在阴极旋转升降杆下部的多块矩形或扇形板，至少均布设有三块提升板，每块提升板的顶部均设有定位凸起，与之对应的，在阳极筒上法兰径向环形均布多块矩形或扇形板，至少均布设有三块板，每块板都有与提升板定位凸起配合扣接的圆孔，当提升板下降到阳极筒上法兰下部时，阴极旋转升降杆带动提升板通过动力旋转一定角度，使定位凸起与阳极筒的上法兰板上的圆孔对应起来，阴极旋转升降杆通过升降装置带动提升板，将阳极筒提升起来，由此，在提升板提升与阳极筒下降的整个过程中，阳极筒与提升板之间都不会发生任何错位，保证了同轴度；为防止电解过程中盐的挥发对炉体内壁及炉体侧部的插板阀的富集，在阳极筒上部设置圆形金属防护屏，金属防护屏设有上下叠加设置的多层，其外径与料筒内壁为小间隙配合，隔离电解精炼过程中烟尘挥发，设置金属防护屏的第二个功能是隔热，金属防护屏可以有效的将熔盐的热量进行阻隔，使导杆上半截的温度可以得到有效的降低，同时外层的金属屏也能有效的将导杆上的热量进行散失，从而降低中上部导杆温度。

所述的阴极旋转升降杆为内部中空设置的金属封闭管体，金属管内腔流通冷却水，金属管的上部两侧分别设有进水口和出水口，进水口通过冷却水管连接冷却水，出水口通过管路连接抽水泵，阴极旋转升降杆下部螺纹连接电极杆。

阴极旋转升降杆作为电解反应中的阴极杆，是带电的，为了防止电解时加热炉中的温度过高对阴极旋转升降杆的材质及相连的密封组件造成损坏，在阴极旋转升降杆内部通冷却水，进水口和出水口都设置在阴极旋转升降杆的上部，从一侧进水，另一侧出水，从而达到冷却的效果。

所述的旋转升降机构包括升降油缸、升降支架和旋转电机，升降支架平行竖置在阴极旋转升降杆的一侧，升降支架一侧面上设有竖向设置的升降滑槽，升降滑槽外侧设有凸起的升降滑轨，阴极旋转升降杆一侧通过升降滑块滑动安装在升降滑轨上；阴极旋转升降杆顶部设有带动其旋转的旋转电机，升降支架内设有升降动力机构，所述升降滑块内侧固定连接升降动力机构输出端。

所述的平移接料翻转机构包括接料槽、翻转电机、滑动支架和平移电机，接料槽为顶面开口的壳体，接料槽一侧通过水平设置的接料杆连接翻转电机输出端，使接料槽可以绕接料杆轴心旋转，翻转电机底部通过在滑动支架滑动安装在接料槽平移导轨内，接料槽平移导轨横向固定在上固定平台上，滑动支架一侧连接带动其平移的平移电机，使接料槽可以顺滑动支架横向移动。

在上固定平台设置两组滑动支架，滑动支架上设计平行连接接料杆，接料杆一端设置接料槽，另一端与取料炉外的伸缩传动的平移电机或气缸系统连接，取料炉内只有结构原件，动作执行原件都在真空反应室外面，大大地保证了设备的运行寿命，以及操作便捷性。

所述的沉积物剥离机构至少设有对称的两组，每组均包括剥离刀、连杆、剥离推拉电机和剥离滑轨，剥离刀为矩形板设置，与所述阴极旋转升降杆接触的内端面上设有同弧度的弧形凹槽，两组剥离刀同时接触阴极旋转升降杆时在其周圈拼成完整的环形接触面，剥离刀的外端面连接连杆，连杆通过推杆连接剥离推拉电机，电机可以精确设置剥离刀的进给量、速度与位移，这样在剥离沉积物的时候更加平稳。

所述的剥离刀外部设有横向设置的剥离滑轨，剥离滑轨为内部设有矩形空腔的壳体，剥离滑轨内端固定安装在出料炉上，剥离滑轨外端设有密封组件，密封形式为金属波纹管密封或者密封圈密封。

剥离刀采用对开对合式结构，剥离刀刀头与剥离杆连接，刀头结构件设计成带有半圆弧刀刃，便于刮料，在中间炉体壁上设计导向剥离滑轨，对剥离杆一是起直线导向作用，二是此剥离滑轨同时也是剥离过程中剥离杆受力的支撑面，剥离刀的直线开合（也即进退）和力的支撑都在矩形滑道中实现。

所述的取料机构为固定在出料炉中部一侧的取料炉，取料炉下侧设有取料口，取料口上设有插板阀，起到自动开合门的作用。

所述的加热炉的底部设有可升降的加热炉支架。

加热炉采用筒式电阻炉为发热器，电阻炉初设10kW，受热真空壳体进入电阻炉进行热交换，通过壳体将热量传导给物料实现熔炼，此加热工艺方式已经过连续电解精炼验证，效果非常理想，满足温度控制需求。

加热炉支架的升降动作执行为减速电机加丝杠加光轴导向的结构，结合自锁万向轮，实现发热器的升降和平移两个组合动作。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明将电解、沉积物剥离及取料等工序形成一体化的结构形式，出料炉和加热炉形成的主炉体结构包括熔炼电解区、电解沉积物料剥离区、接料区、物料转移区四个功能区域，四个功能区既可以实现真空通道的连通组合，又能独立拆开分离，采用水平伸缩式机械盘接料、出料的结构模式，使得真空反应室内电气原件的少，有效的延长了电气使用寿命，以及便于易损电器元件的更换。

根据电解精炼的流程工艺，本发明的物料熔炼、电解精炼、沉积物剥离等功能垂直结构布置，物料转运水平布置，这样形成三位一体的连续电解功能体系，既保证了本工艺的流程化、连续化的工作特点，又节约了作业空间，形成一个相对封闭式的作业环境，经过长期实验证明，本发明的连续电解精炼装置可在稳定、高效运行的基础上，确保设备结构设计更合理、工艺流程更简洁易行、连续电解周期更长、易损部件更换操作更简单。

附图说明

图1为连续电解精炼装置主视图示意图；

图2为连续电解精炼装置侧视图示意图；

图3为连续电解精炼装置俯视图示意图；

图4为沉积物剥离机构结构示意图；

图5为旋转升降机构结构示意图；

图6为平移接料翻转机构结构示意图；

图7为图1的A部分局部放大示意图；

图8为图1的B部分局部放大示意图；

图9为阴极旋转升降杆与升降动力机构安装关系示意图。

其中，1、上支架， 101、丝杠， 102、丝杠转动电机， 2、阴极旋转升降杆， 201、提升板， 202、定位凸起， 203、金属防护屏， 204、电极杆， 205、进水口， 206、出水口， 3、上炉体， 301、上炉盖， 4、中间炉体， 5、下炉体， 6、料筒， 7、阳极筒， 8、加热炉， 9、加热炉支架， 10、取料炉， 1001、出料炉门， 11、平移接料翻转机构， 1101、接料槽， 1102、接料杆， 1103、翻转电机， 1104、滑动支架， 1105、平移电机， 1106、接料槽平移导轨， 12、下部固定平台， 13、沉积物剥离机构， 1301、剥离刀， 1302、连杆， 1303、推杆， 1304、剥离推拉电机， 1305、剥离滑轨， 14、抽真空机构， 1401、真空管， 1402、真空泵， 15、上固定平台， 16、旋转升降机构， 1601、升降油缸， 1602、升降支架， 1603、升降滑轨， 1604、升降滑槽， 1605、升降滑块， 1606、旋转电机， 17、插板阀。

具体实施方式

图1~9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~9对本发明做进一步说明。

参照附图1~9：连续电解精炼装置的平移接料翻转机构，包括上固定平台15、竖置的阴极旋转升降杆2、出料炉和加热炉8，上固定平台15上固定安装出料炉和加热炉8，出料炉的下部套装在加热炉8内，出料炉下部内腔设有电解装置，阴极旋转升降杆2的下部穿过出料炉进入电解装置，阴极旋转升降杆2的上部伸出出料炉顶部，出料炉的上部一侧设有带动阴极旋转升降杆2竖向升降或旋转的旋转升降机构16；出料炉的中部一侧设有横向设置的平移接料翻转机构11和沉积物剥离机构13，平移接料翻转机构11一端通过取料机构连接出料炉，出料炉和加热炉8的一侧同时连接抽真空机构14。

出料炉的外部还可设置一个上固定平台15，在上固定平台15顶部设置上支架1，上支架1包括竖置的多组上支架丝杠101和上支架丝杠101一端连接的丝杠转动电机102，上炉体3的上方设有可通过上支架丝杠101的转动上下升降的上炉盖301，上炉盖301的四个角分别通过滚珠丝杠轴承连接多组上支架丝杠101，上炉盖301中部设有容许阴极旋转升降杆2穿过的通孔。

出料炉包括上下连通设置的上炉体3、中间炉体4和下炉体5，中间炉体4一侧连接取料机构，取料机构与中间炉体4之间设有插板阀17，所述的沉积物剥离机构13的剥离刀1301水平伸入中间炉体4内，所述的平移接料翻转机构11的移动端可穿过取料机构与插板阀17水平进入中间炉体4内。

参照附图8和9：电解装置包括内外套装的阳极筒7和料筒6，阳极筒7的顶面设有容许阴极旋转升降杆2下部穿过的长条孔，阴极旋转升降杆2下部对应设有密封定位装置，阳极筒7的顶面设有间隙，容许阴极旋转升降杆2下部提升板201穿过。竖置的阴极旋转升降杆2内部为中空的金属封闭管体，金属管内腔流通冷却水，金属管的上部两侧分别设有进水口205和出水口206，进水口205通过冷却水管连接冷却水，出水口206通过管路连接抽水泵，阴极旋转升降杆2下部螺纹连接电极杆204；密封定位装置包括提升板201、定位凸起202及在提升板201的上方设置的金属防护屏203，提升板201为径向环形均布在阴极旋转升降杆2下部的多块板，至少均布设有三块提升板201，每块提升板201的顶部均设有定位凸起202，与之对应的，在阳极筒7的上法兰板上的对应位置，设有与定位凸起202配合扣接的圆孔，当提升板201下降到阳极法兰框下部时，阴极旋转升降杆2带动提升板201通过动力旋转一定角度，使定位凸起202与阳极筒7的上法兰板上的圆孔对应起来，阴极旋转升降杆2通过升降装置带动提升板201，将阳极筒7提升起来，由此，在提升板201提升与阳极筒7下降的整个过程中，阳极筒7与提升板201之间都不会发生任何错位，保证了同轴度；为防止电解过程中盐的挥发对炉体内壁及炉体侧部的插板阀的富集，在阳极筒7上部，设置金属防护屏203，金属防护屏203设有上下叠加设置的多层，其外径与料筒内壁为小间隙配合，隔离电解精炼过程中烟尘挥发，设置金属防护屏203的第二个功能是隔热，金属防护屏203可以有效的将熔盐的热量进行阻隔，使导杆上半截的温度可以得到有效的降低，同时外层的金属屏也能有效的将导杆上的热量进行散失，从而降低中上部导杆温度。参照附图5：旋转升降机构16包括升降油缸1601、升降支架1602和旋转电机1606，升降支架1602平行竖置在阴极旋转升降杆2的一侧，升降支架1602一侧面上设有竖向设置的升降滑槽1604，升降滑槽1604外侧设有凸起的升降滑轨1603，阴极旋转升降杆2一侧通过升降滑块1605滑动安装在升降滑轨1603上；阴极旋转升降杆2顶部设有带动其旋转的旋转电机1606，升降支架1602内设有升降动力机构，升降滑块1605内侧固定连接升降动力机构输出端。

具体的，升降动力机构可为升降支架1602顶部竖置的升降油缸1601，升降油缸1601的输出端安装在升降支架1602内腔，升降滑块1605内侧固定连接升降油缸1601的输出端，或者，升降动力机构也可为升降电机和升降丝杠的传动结构，升降电机竖置在升降支架1602的顶部，升降电机的输出端伸入升降支架1602内腔并连接竖置在升降支架1602内腔的升降丝杠，升降滑块1605内侧固定连接在升降丝杠上。

参照附图6：平移接料翻转机构11包括接料槽1101、翻转电机1103、滑动支架1104和平移电机1105，接料槽1101为顶面开口的壳体，接料槽1101一侧通过水平设置的接料杆1102连接翻转电机1103输出端，翻转电机1103底部通过在滑动支架1104滑动安装在接料槽平移导轨1106内，接料槽平移导轨1106横向固定在上固定平台15上，滑动支架1104一侧连接带动其平移的平移电机1105。

参照附图4：沉积物剥离机构13至少设有对称的两组，每组均包括剥离刀1301、连杆1302、剥离推拉电机1304和剥离滑轨1305，剥离刀1301为矩形板设置，与阴极旋转升降杆2接触的内端面上设有同弧度的弧形凹槽，两组剥离刀1301同时接触阴极旋转升降杆2时在其周圈拼成完整的环形接触面；剥离刀1301的外端面连接连杆1302，连杆1302通过推杆1303连接剥离推拉电机1304，剥离刀1301外部设有横向设置的剥离滑轨1305，剥离滑轨1305为内部设有矩形空腔的壳体，剥离滑轨1305内端固定安装在出料炉上，剥离滑轨1305外端设有密封组件。

取料机构为固定在出料炉中部一侧的取料炉10，取料炉10一侧设有取料口，取料口上设有出料炉门1001，加热炉8的底部设有可升降的加热炉支架9。

本发明在工作时：真空要求≤5Pa，按一级直联泵进行配置，主炉体腔室（即中间炉体4）和接料转移腔室（取料炉10）共用一套真空系统，作业时中间炉体4和取料炉10两个真空腔室通过高真空插板阀17实现隔断或联通，直流电解系统配置一直流输出电源，输出直流电压0-2V，最大输出直流电流80A，一极通过上部设置的阴极旋转升降杆2导入，阴极旋转升降杆2与电极杆204通过螺纹连接，这样使得电极杆204带电，另一极连接在料筒6上。

首先，阴极旋转升降杆2在升降油缸1601和升降滑块1605的带动下下降，使得阴极旋转升降杆2的下部伸入料筒6内，同时，提升板201与阳极筒7扣合，向阴极旋转升降杆2下部的电极杆204通电，电极杆204上部带有外螺纹与阴极旋转升降杆2的下部的内螺纹相互配合拧紧。同时，通过加热炉8加热，加热炉8采用筒式电阻炉为发热器，电阻炉初设10kW，下炉体5内抽真空，受热真空壳体下炉体5在加热炉8内进行热交换，通过壳体将热量传导给物料实现熔炼。

电极杆204为阴极带负电，阳极筒7连接的料筒6及下炉体5为阳极带正电，电极杆204在阳极筒7内发生电解反应，正电荷金属离子聚集到电极杆204，得电子生成金属单质，吸附到电极杆204上，随着金属单质不断生成聚集，吸附到电极杆204的金属单质不断聚集增多，反应之后，通过旋转电机1606带动阴极旋转升降杆2及提升板201旋转，使得提升板201脱离与阳极筒7的扣合连接，再通过升降油缸1601和升降滑块1605带动提升至中间炉体4内腔，此时，设置在中间炉体4两侧的剥离刀1301在剥离推拉电机1304、连杆1302及推杆1303和剥离滑轨1305的配合下，向阴极旋转升降杆2平移，直至两组剥离刀1301将阴极旋转升降杆2夹紧，再次通过升降油缸1601和升降滑块1605带动阴极旋转升降杆2向上提升，通过剥离刀1301实现对阴极旋转升降杆2上的沉积物的剥离；在电解沉积物剥离同时，物料的接盛及转移需要单独设计系统实现，在接料区水平方向增加物料接盛及转移系统，中间以插板阀17进行作业环境的开通和隔离。

在阴极旋转升降杆2向上提升之前，打开插板阀17，接料槽1101在滑动支架1104和平移电机1105的驱动下穿过取料炉10内腔进而进入中间炉体4内，停留在阴极旋转升降杆2的正下方，剥离时，物料掉落到接料槽1101内，剥离结束，将接料槽1101缩回到取料炉10内腔，关闭插板阀17，接料槽1101停在出料插板阀1001的下口位置的上侧，开启出料插板阀1001，通过旋转机构1103，将接料槽1101快速翻转180°，即可将物料取出，同时，剥离刀1301在剥离推拉电机1304、连杆1302及推杆1303和剥离滑轨1305的配合下向外侧复位。

此外，阴极旋转升降杆2作为电解反应中的阴极杆，是带负电的，为了防止电解时加热炉中的温度过高对阴极旋转升降杆2的材质及相连的密封组件造成损坏，在阴极旋转升降杆2内部通冷却水，进水口205和出水口206都设置在阴极旋转升降杆2的上部，从一侧进水，另一侧出水，从而达到冷却的效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。