电极连接装置及电解装置的制作方法

本发明涉及冶金化工领域，尤其涉及一种应用于熔盐电解工艺的电极连接装置及电解装置。

背景技术：

熔盐电解，是一种以熔融状态的盐作为介质，利用金属还原过程中的电势差对粗金属或合金进行电化学提纯或分离的工艺。

在熔盐电解工艺中，电极是必需的部件，电极的一端用于与外加电源连接；电极的另一端需要再电解开始之前置入电解槽中的熔融电解介质内。其中，电极包括阴极和阳极，阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连，在电解过程中，阴极伸入至所述电解槽中的一端逐渐聚集固态电解产物，在电解结束后，电极需要被提起并除下附着在阴极上的固态电解产物。例如熔盐电解制备高纯钛的工艺，以海绵钛作为阳极，用于释放钛离子，钛离子在位于熔融电解介质中的阴极附近得到电子，变成钛金属并附着在阴极上，在电解技术之后需要去除阴极上附着的固态电解产物。

但是，现有技术的电解工艺成本较高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种应用于熔盐电解工艺的电极连接装置及电解装置，降低电解工艺的成本。

为解决上述问题，本发明提供一种电极连接装置，用在电解工艺中，位于电极和外加的接线装置之间且与所述电极和接线装置相连接。包括：内芯，包括与所述电极相接触的一端，与所述接线装置相接触的另一端，用于实现电极与所述接线装置的电连接；外壳，包裹所述内芯，所述外壳包括用于与所述接线装置固定的第一端面，以及用于与所述电极固定的第二端面。

可选的，所述内芯的材料为铜。

可选的，所述外壳的材料与所述电极的材料相同。

可选的，所述内芯与所述接线装置相接触的一端凸出于所述外壳的第一端面，所述内芯与所述电极相接触的一端凸出于所述外壳的第二端面。

可选的，所述电极连接装置还包括位于所述第一端面的第一法兰，以及位于所述第二端面的第二法兰；所述外壳的第一端面通过所述第一法兰与所述接线装置相固定；所述外壳的第二端面通过所述第二法兰与所述电极相固定。

可选的，所述电极包括与电解工艺中电源正极相连的阳极，以及与电解工艺中电源负极相连的阴极；所述电极连接装置位于所述阴极与所述接线装置之间，用于实现阴极与所述接线装置的电连接。

相应的，本发明还提供一种采用上述电极连接装置构成的电解装置，包括：电源，用于提供工作电压；电解槽，用于容纳电解介质；电极，包括阴极和阳极，所述阴极和阳极的一端放置于所述电解介质中，用于在电解过程中向所述电解介质加载电压；以上所述的电极连接装置，用于与电极未放置于所述电解介质的一端相连接，且所述电极连接装置不与所述电解介质相接触；接线装置，位于电解槽外侧，用于与所述电源电连接，所述接线装置包括第一接线装置和第二接线装置，所述第一接线装置一端与电极连接装置相连接、另一端与所述电源的负极相连接，所述第二接线装置一端与所述阳极未放置于所述电解介质的一端相连接、另一端与所述电源的正极相连接。

可选的，所述电解装置用于制备高纯金属。

可选的，所述电解装置用于制备高纯钛，高纯钛中钛的含量大于99.9999％；所述电解槽用于容纳氯化钠电解介质；所述阳极的材料为海绵钛。

可选的，所述阴极还包括第三法兰，所述第三法兰位于所述阴极未放置于所述电解介质的一端，用于与所述外壳的第二端面固定。

可选的，所述第一接线装置还包括第一接线法兰，用于与所述外壳的第一端面固定。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过将电极与电极连接装置相连，从而可以通过定制所述电极连 接装置的长度，来达到实现电极长度可调的目的，进而有效调整电解反应过程中的电流密度与极间距离以保证电解效果，而非定制不同长度的电极。由于所述电极会随着使用时间而逐渐被消耗，且在实际使用中还需根据电解介质、阳极形貌的变化以及需制备的金属材料而定制不同长度或不同材质的阴极，但所述电极的制造成本较高，特别针对高纯金属电解，而连接装置的制造成本较低，使用寿命较长，且可以适用于不同金属的电解制备工艺，从而可以降低电解工艺成本。

可选方案中，所述电极连接装置的外壳的材料与电极的材料相同，从而可以避免在电解过程引入杂质元素。

可选方案中，所述电极连接装置的内芯材料为铜，所述内芯所含的合金元素越少，电阻较小，因此导电性能越好，可以减小电解过程中所述电极连接装置的压降对电解的影响。

附图说明

图1和图2是现有技术电解装置的结构示意图；

图3和图4是本发明应用于熔盐电解工艺的电极连接装置的结构示意图；

图5至图7是本发明应用于熔盐电解工艺的电解装置的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术的电解工艺成本较高。

参考图1，现有的熔盐电解设备包括电源200、阴极102和阳极101；所述电解设备还包括电解槽100，所述电解槽100用于容纳电解介质110。以熔盐电解制备高纯钛为例，阴极102与电源200的负极相连，阳极101与电源200的正极相连，且所述阴极102和阳极101的一端伸入至所述电解槽100的电解介质110中，所述阳极101伸入至所述电解介质110中的一端用于释放钛离子111，所述阴极102伸入至所述电解介质110中的一端逐渐聚集钛离子111，钛离子111在位于所述电解介质110中的阴极102附近得到电子，变成钛金属112并附着在所述阴极102上。

熔盐电解制备高纯钛的电解效果与电流密度或极间距离等因素有关，其 中，所述阴极102位于所述电解介质110中的深度h1会影响到电解反应过程中的电流密度与极间距离。在现有电解过程中，需定制不同长度的阴极102来满足因电解介质110、阳极101形貌变化等因素引起的极间距离、阴极102电流密度变化。

例如，如图2所示，当所述电解槽100内的电解介质110深度变浅且深度变化量为h2时，为了保证所述阴极102位于所述电解介质110中的深度h1一定，需增加所述阴极102的长度，所述阴极102的长度增加量即为h2，也就是说，需定制更长的阴极102以保证电解效果。

但是定制不同长度的阴极102容易增加工艺成本。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种电极连接装置，用在电解工艺中，位于电极和外加的接线装置之间且与所述电极和接线装置相连接。包括：内芯，包括与所述电极相接触的一端，与所述接线装置相接触的另一端，用于实现电极与所述接线装置的电连接；外壳，包裹所述内芯，所述外壳包括用于与所述接线装置固定的第一端面，以及用于与所述电极固定的第二端面。

本发明通过将电极与电极连接装置相连，从而可以通过定制所述电极连接装置的长度，来达到实现电极长度可调的目的，进而有效调整电解反应过程中的电流密度与极间距离以保证电解效果，而非定制不同长度的电极。由于所述电极会随着使用时间而逐渐被消耗，且在实际使用中还需根据电解介质、阳极形貌的变化以及需制备的金属材料而定制不同长度或不同材质的阴极，但所述电极的制造成本较高，特别针对高纯金属电解，而连接装置的制造成本较低，使用寿命较长，且可以适用于不同金属的电解制备工艺，从而降低电解工艺成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3和图4示出了本发明应用于熔盐电解工艺的电极连接装置500的结构示意图。

所述电极连接装置500用在电解工艺中，位于电极(未标示)和外加的接线装置(未标示)之间且与所述电极和接线装置相连接。本实施例中，所 述电极连接装置500用在熔盐电解工艺中。

本实施例中，所述电极包括与电解工艺中电源正极相连的阳极，以及与电解工艺中电源负极相连的阴极，所述电极连接装置位于所述阴极与所述接线装置之间，用于实现阴极与所述接线装置的电连接。

具体地，参考图3，所述电极连接装置500包括：

内芯520，包括与所述电极相接触的一端，与所述接线装置相接触的另一端，用于实现电极与所述接线装置的电连接。

本实施例中，所述内芯520的形状为圆柱体，从而更好的与所述电极和接线装置相匹配。

所述电极连接装置500还包括外壳510，包裹所述内芯520，所述外壳510包括用于与所述接线装置固定的第一端面501，以及用于与所述电极固定的第二端面502。

需要说明的是，为了确保所述电极连接装置500与接线装置以及电极的接触良好，以减小因接触不良引起的电阻增大的几率，所述内芯520与所述接线装置相接触的一端凸出于所述外壳510的第一端面501，所述内芯520与所述电极相接触的一端凸出于所述外壳510的第二端面502，更利于使所述内芯520与外加接线装置以及电极接触。

还需要说明的是，为了避免在电解过程引入杂质元素，所述电极连接装置500的外壳510与所述电极材料相同。

还需要说明的是，现有技术中，所述电极直接与所述接线装置相连接，所述电极与所述接线装置产生接触电阻，而本实施例中，所述内芯520凸出于所述外壳510的第一端面501的一端与所述接线装置相接触，所述内芯520凸出于所述外壳510的第二端面502的一端与所述电极相接触，相比现有技术接触面积更大，接触电阻也更大。为了降低接触电阻，所述内芯520采用合金元素较少的金属材料，电阻率较小，从而可以提升所述电极连接装置500的导电性能、减小电解过程中所述电极连接装置500的压降对电解的影响。本实施例中，所述内芯520的材料为铜。

本实施例中，所述电极连接装置500还包括位于所述第一端面501的第一法兰511，以及位于所述第二端面502的第二法兰512；所述外壳510的第一端面501通过所述第一法兰511与所述接线装置相固定，所述外壳510的第二端面502通过所述第二法兰512与所述电极相固定。

需要说明的是，所述第一法兰511和第二法兰512的形貌和尺寸均相同。本实施例中，所述第一法兰511和第二法兰512的横截面形状为圆环形。如图4所示，示出了所述第一法兰511的结构示意图。

所述第一法兰511的横截面形状为圆环形，通过焊接工艺固定于所述电极连接装置500的第一端面501，所述第一法兰511包括中心孔515；所述第一法兰511还包括围绕所述中心孔515且均匀排布的多个固定通孔516，用于与固定所述第一法兰511的螺母(未标示)相匹配。

相应的，所述第二法兰512也为圆环形，也包括中心孔，以及围绕所述中心孔且均匀排布的多个固定通孔，在此不再赘述。

需要说明的是，由于所述内芯520与所述接线装置相接触的一端凸出于所述外壳510的第一端面501，所述内芯520与所述电极相接触的一端凸出于所述外壳510的第二端面502，且所述第一法兰511包括中心孔515，所述第二法兰512也包括中心孔，相应的，所述内芯520与所述接线装置相接触的一端凸出于所述第一法兰511的中心孔515，所述内芯520与所述电极相接触的一端凸出于所述第二法兰512的中心孔。

还需要说明的是，本发明对所述第一法兰511和第二法兰512的材料不做限定。

通过将所述电极与所述电极连接装置500相连，从而可以通过定制所述电极连接装置500的长度l，来达到实现电极长度可调的目的，进而有效调整电解反应过程中的电流密度与极间距离以保证电解效果，而非定制不同长度的电极，由于所述电极连接装置500的制造成本较低，使用寿命较长，且可以适用于不同金属的电解制备工艺，从而可以降低电解工艺成本。

相应的，参考图5至图7，其中，图6为图5中区域a的局部放大图。本发明还提供一种电解装置，所述电解装置包括：

电源900，用于提供工作电压；

电解槽300，用于容纳电解介质310；

电极，包括阴极302和阳极301，所述阴极302和阳极301的一端放置于所述电解介质310中，用于在电解过程中向所述电解介质310加载电压；

本发明提供的所述电极连接装置500，用于与电极未放置于所述电解介质310的一端相连接，且所述电极连接装置500不与所述电解介质310相接触。

本实施例中，所述电解装置用于制备高纯金属。所述阳极301用于产生金属离子311，所述阴极302用于吸附所述金属离子311并形成金属电解产物312。

在一个具体实施例中，所述电解装置用于制备高纯钛，高纯钛中钛的含量大于99.9999％，所述电解槽300用于容纳氯化钠电解介质310，所述阳极301的材料为海绵钛，所述金属离子311为钛离子，所述金属电解产物312为金属钛。

结合参考图6，图6示出了图5中区域a的局部放大图。本实施例中，所述阴极302还包括第三法兰330，所述第三法兰330位于所述阴极302未放置于所述电解介质310的一端，用于与所述外壳510的第二端面502固定。

具体地，所述第三法兰330通过焊接工艺固定于所述阴极302未放置于所述电解介质310的一端。

需要说明的是，所述阴极302的材料需根据熔盐电解提纯材料的不同而选定。本实施例中，对所述阴极302的材料不做限定。

还需要说明的是，所述第三法兰330与所述第一法兰511和第二法兰512的形貌、尺寸相同。具体地，所述第三法兰330可参考前述实施例中第一法兰511的描述，在此不再赘述。由于所述第三法兰330的横截面为圆环形，也具有中心孔，因此，所述第三法兰330的中心孔暴露出所述阴极302未放置于所述电解介质310的一端。

还需要说明的是，本发明对所述第三法兰330的材料不做限定。

本实施例中，所述第三法兰330用于与所述第二端面502的第二法兰512 相固定，其中，贯穿所述第二法兰512和第三法兰330且位于所述第二法兰512的固定通孔和第三法兰330的固定通孔内的螺母600用于固定所述第二法兰512和第三法兰330，从而使所述内芯520凸出于所述外壳510的第二端面502的一端与所述阴极302未放置于所述电解介质310的一端相接触以实现电连接。

需要说明的是，在电解过程中，所述电极连接装置500、第三法兰330以及螺母600位于电解槽300的外侧，也就是说，所述电极连接装置500、第三法兰330以及螺母600不与所述电解槽300中的电解介质310相接触。

继续参考图5，所述电解装置还包括接线装置800，所述接线装置800位于电解槽300的外侧，用于与所述电源电连接，所述接线装置800包括第一接线装置400和第二接线装置700，所述第一接线装置400一端与电极连接装置500相连接、另一端与所述电源的负极相连接，所述第二接线装置700一端与所述阳极301未放置于所述电解介质310的一端相连接、另一端与所述电源的正极相连接。

本实施例中，所述外壳510的第一端面501通过所述第一法兰511(如图6所示)与所述接线装置800相固定，从而使所述内芯520凸出于所述外壳510的第一端面501的一端与所述接线装置800相接触以实现电连接。

需要说明的是，所述第一接线装置400还包括第一接线法兰410(如图6所示)，用于与所述外壳510的第一端面501固定。

本实施例中，所述第三法兰330通过焊接工艺，固定于所述第一接线装置400朝向所述外壳510的第一端面501的一端。

其中，所述第一接线法兰410与所述第一法兰511、第二法兰512和第三法兰330的形貌和尺寸相同。也就是说，所述第一接线法兰410的横截面形状也为圆环形，所述第一接线法兰410也包括中心孔(图未示)，以及围绕所述中心孔且均匀排布的多个固定通孔(图未示)，所述第一接线法兰410的中心孔暴露出所述第一接线装置400朝向所述电极连接装置500的一端(未标示)。

所述第一接线法兰410可参考前述实施例中第一法兰511的描述，在此 不再赘述。

具体地，所述电极连接装置500与所述第一接线装置400通过所述第一接线法兰410和第一法兰501相固定，其中，贯穿所述第一接线法兰410和第一法兰501且位于所述第一接线法兰410的固定通孔和第一法兰501的固定通孔516(如图4所示)内的螺母600用于固定所述第一接线法兰410和第一法兰501，从而使所述内芯520凸出于所述外壳510的第一端面501的一端与所述第一接线装置400相接触以实现电连接。

具体地，如图5所示，采用所述电解装置进行熔盐电解工艺的步骤包括：所述第一接线装置400一端与所述电极连接装置500相连接，另一端与所述负电源电连接，所述第二接线装置700一端与所述阳极301相连接，另一端与所述正电源电连接，也就是说，通过所述接线装置800和所述电极连接装置500，使所述阴极302与所述负电源电连接，通过所述接线装置800，使所述阳极301与所述正电源电连接；将所述阴极302和阳极301的另一端放置于所述电解槽300的电解介质310中，并使所述阴极302位于所述电解介质310中深度h3的位置处以满足工艺需求；所述阳极301放置于所述电解介质310中的一端用于释放钛离子311，所述阴极302放置于所述电解介质310中的一端逐渐聚集钛离子311，钛离子311在位于所述电解介质310中的阴极302附近得到电子，变成钛金属312并附着在所述阴极302上。

需要说明的是，熔盐电解工艺的效果与电流密度或极间距离等因素有关，其中，所述阴极302位于所述电解介质310中的深度h3会影响到电解反应过程中的电流密度与极间距离。

例如，如图7所示，当所述电解槽300内的电解介质310深度变浅且深度变化量为h4时，由于所述第一接线装置400离所述电解槽300的距离为固定值，为了保证所述阴极302位于所述电解介质310中的深度h3一定，需增加所述阴极302的长度，所述阴极302的长度增加量即为h4，也就是说，需更长的阴极302以保证电解效果。

由于所述电极连接装置500与所述阴极302相连接，本发明可以通过定制所述电极连接装置500的长度l(如图6所示)，使所述长度l的值与所述 阴极302所需的长度增加量(电解介质310的深度变化量为h4)相等，来实现调节所述阴极302长度的目的，从而有效调整电解反应过程中的电流密度与极间距离以保证电解效果，而非重新定制所述阴极302以满足长度需求量，由于所述电极连接装置500的制造成本较低，使用寿命较长，且可以适用于不同金属的电解制备工艺，从而可以降低电解工艺的成本。

需要说明的是，本发明所述电解装置用于制备高纯钛，但不仅限于制备高纯钛，还可以用于制备其它金属。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。