产生HCl的氢气扩散阳极布置的制作方法
【技术领域】
[0001] 本描述设及氨气扩散阳极布置，其用于电解生产金属如儀和侣，产生氯化氨（肥1) 作为副产物。
【背景技术】
[0002] 侣和儀是具有高商业价值的常见的结构金属。
[0003] 纯侣（A1)是银白色、有延展性、柔软的金属，并具有钢密度的=分之一。它是地壳 中最丰富的金属。侣是极好的导电体并具有两倍的铜的电导率。它还是有效的导热体W及 光和福射热的良好的反射体。
[0004] 不同于大多数其它主要金属，侣并不W其天然状态出现，而是普遍存在于环境中 作为娃酸盐、氧化物和氨氧化物，并连同其它元素一起如钢W及氣化物，并且作为与有机物 质的络合物。当与水和其它微量元素结合时，它产生称作侣±矿的侣的主要矿石。
[0005] 儀化合物，主要为氧化儀（MgO)，用作用于生产铁、钢、有色金属（nonferrous metal)、玻璃和水泥的炉衬的耐火材料。氧化儀和其它儀化合物还用于农业、化工、汽车、航 空航天和建筑行业。
[0006] 目前，通过在精炼厂中从侣±矿中分离纯氧化侣，然后通过利用霍尔-赫鲁特和 拜耳过程化all-HeroultandBayerprocess)的电解来处理氧化侣，W产生侣。流过烙化 电解质的电流（其中已溶解氧化侣），将氧化侣分离成氧（其收集在浸没在电解质中的碳 阳极上）和侣金属（其收集在碳内衬电池的底部（阴极）上）。平均而言，它需要约4t侣 上矿来获得2t氧化侣，其进而产生It金属。120多年来，拜耳法和霍尔-埃鲁法一起一直 是侣金属生产的标准的商业方法。运些方法需要大量的电并产生不期望的副产物，如在霍 尔-埃鲁法的情况下的氣化物W及在拜耳法的情况下的红泥。
[0007] 通过氯化侣的电解来生产侣一直是长期渴望的和理论上可行的目标；其经济 成就从来没有成为经济现实。其众多的理由是引起的许多未解决的问题，例如，由电解 产生的高度腐蚀性的氯蒸气或气体，W及浴组分和电解的产物的复合盐或低共烙混合物 (eutectic),在本文中所有运些将由术语电解质广泛地涵盖，具有腐蚀性特性并且显然与 该问题混合。运样的问题为电池部件的短寿命W及浴的有害的污染（通过其与电解池中的 限定环境元素的反应）。
[0008] 从未精制材料中取出儀金属是费力过程，其需要很好调节的技术。目前，为了提取 儀，通常使用电解过程。在盐酸中渐滤尾矿，从而产生利用电解从其中提取儀的盐水。氧化 儀的热减轻还用于从矿石中提取儀。
[0009] 按照惯例，在儀的电解生产的过程中，氯气形成在阳极处（金属儀则形成在阴极 处）。在运样的过程中使用的常规阳极由石墨制成。在所设及的高溫下，氯气倾向于攻击石 墨阳极并且可W形成各种氯化碳化合物。氯气本身和氯化碳化合物是对环境有害的并且难 W除去W及处理是昂贵的。此外，由于运种反应会缓慢消耗石墨阳极，所W必须定期更换阳 极本身（不是不重要的费用）。
[0010] 因此，仍然需要提供用于提取金属如侣和儀的改善的过程。
【发明内容】
[0011] 按照本说明书，现在提供了用于电解生产金属的阳极布置，其包括具有中空本体 的阳极，上述中空本体包括从阳极的第一端部分纵向延伸至第二端部分的空腔，所述本体 具有至少一个与空腔流体流连通地连接的气体出口；与所述阳极的空腔流体流连通地连接 的气体入口，所述气体入口可连接至氨气源，用于将氨气进料至所述阳极的空腔；电连接 器，用于在电解过程中在阳极处产生电流；W及氯化氨（HC1)同流换热器（recuperator), 其围绕阳极的至少一部分，用于回收在电解过程中通过在阳极的外表面处的至少一个气体 出口释放的肥1气体，肥1同流换热器具有可连接至肥1再分布器的出口。
[0012] 在一种实施方式中，第一端部分是阳极的顶部部分W及第二端部分是阳极的底部 部分，气体入口连接至阳极的顶部部分或底部部分。
[0013] 在另一种实施方式中，电连接器延伸进入阳极的空腔。
[0014] 在进一步的实施方式中，电连接器延伸进入气体入口进入阳极的空腔。
[0015] 在一种实施方式中，金属是儀或侣。
[0016] 在一种可替代的实施方式中，阳极是圆柱形阳极。
[0017] 在进一步的实施方式中，阳极包括在阳极的本体上对称隔开的多个气体出口。
[0018] 在另一种实施方式中，气体出口的尺寸从阳极的顶部部分至阳极的底部部分增 加。
[0019] 在进一步的实施方式中，在阳极的本体上按行和列隔开气体出口。
[0020] 在另一种实施方式中，在每行内的每个气体出口具有相同的尺寸。
[0021] 在一种辅助实施方式中，气体出口是圆柱形孔。
[0022] 在另一种实施方式中，气体出口是从阳极的底部部分至顶部部分的细长锥形通 道。
[0023] 在进一步的实施方式中，阳极是金属扩散器。
[0024] 在另一种实施方式中，阳极由烧结金属粉末制成。
[002引在一种另外的实施方式中，阳极由石墨或哈氏合金X化astalloy口制成。
[0026] 在一种实施方式中，气体入口是肥1同流换热器，其部分地延伸并且围绕阳极的 至少一部分，用于回收在电解过程中通过在阳极的外表面处的气体出口释放的HC1气体。
[0027] 在进一步的实施方式中，肥1同流换热器是烧结氧化侣管。
[002引在一种实施方式中，至少一个气体出口作为至少5ym的开口。
[0029] 在另一种实施方式中，本文描述的阳极进一步包括电催化剂。
[0030] 在一种实施方式中，还提供了用于电解金属氯化物的电解池，包括：如本文所描述 的阳极布置；阴极与阳极分开，通过在阳极的外表面处的气体出口释放的HC1气体与在阴 极处产生的金属分离；W及电解室，其包括电解质（electrolyte)、所述阴极和所述阳极布 置。
[0031] 按照本说明书，还提供了用于侣的电解生产的阳极布置，包括具有中空本体的阳 极，上述中空本体包括从阳极的第一端部分纵向延伸至第二端部分的空腔，所述本体具有 至少一个与空腔流体流连通地连接的气体出口；与所述阳极的空腔流体流连通地连接的 气体入口，所述气体入口可连接至氨气源，用于将氨气进料至所述阳极的空腔；电连接器， 用于在电解过程中在阳极处产生电流；W及氯化氨化C1)同流换热器，其围绕阳极的至少 一部分，用于回收在电解过程中通过在阳极的外表面处的至少一个气体出口释放的肥1气 体，上述肥1同流换热器具有可连接至肥1再分布器的出口。
[0032] 按照本说明书，现在提供了用于儀的电解生产的阳极布置，其包括具有中空本体 的阳极，上述中空本体包括从阳极的第一端部分纵向延伸至第二端部分的空腔，所述本体 具有至少一个与空腔流体流连通地连接的气体出口；与所述阳极的空腔流体流连通地连接 的气体入口，所述气体入口可连接至氨气源，用于将氨气进料至所述阳极的空腔；电连接 器，用于在电解过程中在阳极处产生电流；化及氯化氨（HC1)同流换热器，其围绕阳极的至 少一部分，用于回收在电解过程中通过在阳极的外表面处的至少一个气体出口释放的HC1 气体，上述肥1同流换热器具有可连接至肥1再分布器的出口。
【附图说明】
[0033] 现将参照附图，其中：
[0034] 图1是按照一种实施方式的阳极布置的示意性剖视图；
[003引图2是按照图1的阳极布置，连接至气体入口的阳极的放大剖面图；
[0036] 图3A是按照一种实施方式的阳极的侧视图；
[0037] 图3B是图3A的阳极的剖面图；
[0038] 图4A是按照另一种实施方式的阳极的侧视图；
[0039] 图4B是图3A的阳极的剖面图；
[0040] 图5是测得的电池电压的图形显示，其中电解时间为0. 5Acm2和845cmmin 及使用4孔氨阳极；
[00川图6是在具有376cm3miniAr-5H2和没有Hz的情况下，针对4孔阳极测得的塔菲尔 灯afel)曲线的图形显示；
[004引图7图形显示针对不同的电流密度（从0. 13至0. 4A.cm2)使用烧结金属扩散器 阳极，作为气体流率的函数的电池电压的测得的演变（evolution);
[004引图8A图形显示，具有碳阳极，具有沿着电极轴线的优先气体扩散化及对于0、9、18 和30cm3min1的Hz流动速率，作为电流密度的函数的电池电压的测得的演变；
[0044] 图8B图形显示测得的塔菲尔曲线：在700°C下的实验，具有碳阳极，具有沿着电极 轴线的优先气体扩散，W及对于〇、9、18和30cm3min1的H2流动速率；
[0045] 图9A图形显示，对于0. 5A.cm2,作为氨流动速率的函数的理论和实验产生的肥1 的测得的演变；
[0046] 图9B图形显示，对于0. 25A.cm2,作为氨流动速率的函数的理论和实验产生的肥1 的测得的演变；
[0047] 图10A照片图示，对于具有沿着电极轴线优先扩散的多孔电极，进入水中的鼓泡 试验；
[0048] 图10B照片图示，对于具有垂直于电极优先扩散的多孔电极，进入水中的鼓泡试 验；
[0049] 图11图形显示，在700°C下的测得的塔菲尔曲线，具有碳阳极具有垂直于电极轴 线的优先气体扩散针对&流动速率为0、9、18和30cm3.min1;
[0050] 图12图形显示最大电池电压降低的测得的演变，其中电流密度是针对具有沿着 轴线和垂直于轴线优先扩散的电极所获得；W及
[005。 图13图形显示，在0. 35Acm2下和在18cm3min1的氨流动速率下，在Mg电解过程 中，电池电压的测得的变动。
[0052] 应当指出的是，在整个附图中，通过相同的标记数字来标识相同的特征。
【具体实施方式】
[0053] 提供了用于金属如儀和侣的