一种制备金属铸锭的装置及方法与流程

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种制备金属铸锭的装置及方法。
背景技术：
：工业上生产碱金属和碱土金属一般采用熔盐电解法。以金属锂为例，将无水氯化锂置于电解槽中，以无水氯化钾作为助剂，在高温状态下熔融电解制取金属锂。液态金属锂在阴极析出，聚集在熔融盐表面上，再用金属漏勺将金属锂从电解槽中舀出，倒入变压器油中冷却、铸锭。这种手动出锂工艺工作环境差，生产效率低，不能大规模生产，而舀出的金属锂夹带电解质多，并在舀出过程中容易被污染，降低了金属的纯度。虽然针对上述问题目前已有一些制备金属铸锭的装置。但是在实际使用过程中，发现现有的制备金属铸锭的装置仍存在效率低、自动化程度不高的缺陷，例如当在液体锂通过导出管流至金属贮存罐的过程中，液体锂会部分贴附于导出管的内壁上，长时间会堵塞导出管，影响液体锂的流通，降低了生产效率。技术实现要素：为克服现有技术的不足，本发明提供一种制备金属铸锭的装置及方法，以在现有金属铸锭装置的基础上进一步提高铸锭装置的生产效率。为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：本发明提供了一种制备金属铸锭的装置，包括电解槽、分别插入所述电解槽中的阳极和阴极、设于所述阳极和所述阴极之间的隔膜、设于所述阴极和所述隔膜间上端的用于收集所述阴极产生的液态金属的金属收集罩、用于对液态金属进行贮存的金属贮存罐及用于对液态金属进行铸锭的工作箱，所述金属贮存罐的一端设有用于入料的导管，所述金属贮存罐的另一端为出料端并插入所述工作箱，所述导管插入所述电解槽并与所述金属收集罩连通，所述金属贮存罐内设有伸入所述导管的刮刀，所述刮刀用于疏通所述导管内堵塞的液态金属。进一步地，所述刮刀伸出金属贮存罐顶部，并相对于导管可旋转。进一步地，所述电解槽的上部和/或侧部和/或底部开槽孔，使所述阳极和所述阴极通过所述槽孔从所述电解槽的上部和/或侧部和/或底部插入。进一步地，所述电解槽上端设有电解槽盖，所述导管穿过所述电解槽盖并插入所述电解槽与所述金属收集罩连通并固定；所述阳极上端设有气体收集罩，所述电解槽盖顶部设有排气管，所述气体收集罩通过所述排气管固定在所述电解槽盖上。进一步地，所述工作箱包括设于所述金属贮存罐出料端下方的第一工作箱和设于所述第一工作箱侧部并与第一工作箱连通的第二工作箱，所述金属贮存罐出料端插入所述第一工作箱并与第一工作箱连通，所述第一工作箱底部设有用于容置金属以形成铸锭的铸模，所述第二工作箱用于存放铸锭，所述第二工作箱背离所述第一工作箱的一侧设有用于取出铸锭的出料口。进一步地，所述工作箱背离所述电解槽的一侧分别设有操作孔和视窗。进一步地，所述金属贮存罐插入所述第一工作箱的一端设有控制阀，所述控制阀置于所述工作箱内。进一步地，还包括内置有冷却水的夹套，所述夹套适配紧贴所述工作箱外壁以降低所述工作箱的温度。进一步地，所述夹套为l型，并分别紧贴于所述工作箱的底部外壁及所述工作箱与所述电解槽相对一侧的外壁，所述夹套的底部间隔设有进水口和出水口。本发明还提供了一种制备金属铸锭的方法，采用上述的制备金属铸锭的装置，控制所述金属贮存罐的温度为190～300℃，控制所述工作箱的温度为20～80℃且湿度不大于2％。本发明提出的一种制备金属铸锭的装置及方法具有以下优点：(1)所述电解槽、金属贮存罐及铸锭的工作箱依次连接，阴极析出的液态金属自动流入贮存罐并经工作箱直接铸锭，实现了金属铸锭的自动化生产，同时贮存罐内的刮刀方便对导管进行及时疏通，保证了液态金属的自然流出，进一步提高了生产效率；(2)控制贮存罐出料端的控制阀设置于工作箱内部，使得操作人员可以在工作箱内直接操作控制阀和工作箱内的铸模，避免了由于分开操作而引起的失误；(3)设于工作箱外壁的冷却夹套能够及时对工作箱进行降温，从而使得工作箱内的铸锭及时冷却并取出，同时配合双箱体，可进一步加快生产速度，提高生产率；(4)由于电解槽可以从多方位进行开槽，使得阴阳极可以从电解槽的不同方位插入，降低了电解装置的安装环境，更利于规模化生产。附图说明图1为本发明一种制备金属铸锭的装置的结构示意图；图2为本发明一种制备金属铸锭的装置中电解槽的阴阳极及收集罩示意图；图3为本发明一种制备金属铸锭的装置中工作箱的侧视示意图；图4为本发明一种制备金属铸锭的装置中工作箱的主视示意图；图5为本发明一种制备金属铸锭的装置中的电解槽中多组阴阳极配置俯视示意图。图中所示：1.电解槽；2.阳极；3.阴极；4.气体收集罩；5.排气管；6.金属收集罩；7.导管；8.刮刀；9.排气阀；10.金属贮存罐；11.控制阀；12.工作箱；121.第一工作箱；122.第二工作箱；13.铸模；14.充气口；15.电解槽盖；16.隔膜；17.操作孔；18.夹套；19.视窗；20.出料口；21.进水口；22.出水口；23.排气口。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参见图1，本发明提供的一种制备金属铸锭的装置，包括电解槽1、分别插入电解槽1中的阳极2和阴极3、设于阳极2和阴极3之间的隔膜16、设于阴极3和隔膜16间上端的用于收集阴极3产生的液态金属的金属收集罩6、用于对液态金属进行贮存的金属贮存罐10及用于对液态金属进行铸锭的工作箱12，金属贮存罐10的一端设有用于入料的导管7，金属贮存罐10的另一端为出料端并插入工作箱12，导管7插入电解槽1并与金属收集罩6连通，金属贮存罐10内设有伸入导管7的刮刀8，刮刀8用于疏通导管7内堵塞的液态金属。电解槽1上端设有电解槽盖15，导管7穿过电解槽盖15并插入电解槽1与金属收集罩6连通并固定；阳极2上端设有气体收集罩4，电解槽盖15顶部设有排气管5，气体收集罩4通过排气管5固定在电解槽盖15上。电解槽1在阴阳极上设置金属收集罩6及气体收集罩4，将阴极3析出的金属自动收集并贮存，金属贮存罐10带有自动控温系统，保证金属贮存罐中金属锂以液态形式贮存，再通过控制阀将液态金属放入工作箱的铸模内直接铸锭，并在工作过程中通过刮刀8及时疏通导管7，使得整个铸锭快速流畅，本发明一种制备金属铸锭的装置效率高、结构简单、操作方便。进一步的，如图2所示，为了防止金属收集罩6内收集的液态金属与气体收集罩4内收集的气体反应，且为了保证液态金属在熔融盐中有一定高度，金属色收集罩6通过隔膜16与气体收集罩4连成一体。进一步的，参见图1，为了方便在金属收集罩6外部对刮刀8进行操作，刮刀8一端伸入导管7内，另一端伸出金属贮存罐10上端，其中刮刀8可相对于导管7上下运动以疏通导管7处堵塞的金属；也可以相对于导管7旋转，通过旋转以对导管7进行疏通，优选的，可在刮刀8伸出金属贮存罐10的端部上可设置把手，方便人手操作刮刀8。进一步的，为了适应不同的安装环境，电解槽1可为方形、长方形或圆形，阳极2和阴极3可采用上插、下插或侧插的方式插入电解槽1中，可以理解，为了阳极2和阴极3的插入，电解槽1的上部和/或侧部和/或底部需要开设槽孔(未示出)，当选择不同的方位插入阳极2和阴极3之后密封插入的间隙，使得反应正常进行。其中，如图1所示，工作箱12设于金属贮存罐10的下方，具体的，结合图3和图4，工作箱12包括相互连接并连通的第一工作箱121和第二工作箱122，金属贮存罐10的出料端插入第一工作箱121的上端使得金属贮存罐10与工作箱12连通，工作箱12的底部对准金属贮存罐10的出料口放置有用于形成特定形状的铸模13，落入铸模13内的液态金属形成初铸锭。第二工作箱122连接于第一工作箱121的侧部，用于贮放初铸锭并等待冷却形成成品铸锭，双箱体的设计使得可以进行多铸模工作，将已经落有金属的铸模置于第二工作箱122内，而不影响第一箱体121内初铸锭的形成，大大加快了生产速度，提高生产效率，其中第二工作箱122背离第一工作箱121的侧部开设用于取出成品铸锭的出料口20。进一步的，如图4所示，为了便于操作工作箱12内的铸模13并对工作箱12内的操作过程进行观察查看，工作箱12上设有操作孔17及视窗19，其中操作孔17间隔的设置多个，视窗19可以在第一工作箱121和第二工作箱122之间一体设计，也可分别在第一工作箱121和第二工作箱122上设置，优选的，操作孔17和视窗19设于背离电解槽1的一侧，其中操作孔17上安装有橡胶手套，视窗19为有机玻璃视窗，视窗19设于操作孔17的上方，且为了方便查看，视窗19截面为斜面。进一步的，结合图1和图3所示，为了控制金属贮存罐10出料口的出料速度与频率，金属贮存罐10出料口处设有控制阀11，现有设计中一般是将控制阀设于出料口处且控制阀处于工作箱12的上端，但是在实际操作过程中，操作人员一方面需要操作金属贮存罐10上的控制阀11来控制出料的开启及流速；另一方面需要通过操作孔17上的橡胶手套来及时移动工作箱12内的铸模13，并还需要随时观察铸模13内的金属量，当达到预定量时需及时关闭控制阀11，整个操作过程需要及时连贯，因此留给操作人员的反应时间短，容易导致慌乱引起失误；因此，本发明制备金属铸锭的装置将控制阀11置于工作箱12内，使得操作人员只需单手通过操作孔17上的橡胶手套就可在工作箱12内完成上述所有操作，避免了因为分开操作而引起的失误，同时也很大程度上节省了时间，提高了生产效率。优选的，如图3和图4所示，为了能够及时对工作箱进行降温，使得工作箱内的铸锭及时冷却并取出，工作箱12的外壁紧贴有用于冷却的夹套18，夹套18内置有冷却水，且夹套18设有进水口21和出水口22，能够对夹套18内的冷却水及时的进行循环更替，进一步的，进水口21和出水口22间隔的设置多个，以加速工作箱12的冷却，其中夹套18由硬质材料制成且成l型，l型中的横向壁的上表面与工作箱12下表面紧贴，纵向壁表面于工作箱12的背面紧贴，使得在不遮挡正面的操作孔17、视窗19及侧部的出料口20的情况下能够及时的对工作箱12降温，以使工作箱12内的初铸锭及时冷却形成成品铸锭，以及时取出成品铸锭从而加速生产，提高效率。如图5所示，电解槽1中阳极2和阴极3及隔膜16可以设置一组或多组。本发明一种制备金属铸锭的方法，采用上述的一种制备金属铸锭的装置，其中需要保证金属贮存罐10温度范围控制在190～300℃，以保证流入金属贮存罐10内的液态金属始终为液态且可流动。优选的，金属贮存罐10外壁上设有自动控温系统，可通过外部终端对其温度进行控制，优选的，为了获得纯度更好的碱金属，需保证金属贮存罐10密闭，并可进一步通过金属贮存罐10顶端向其内部通入ar气，防止金属贮存罐10内的液态金属被氧化。同时在制备过程中需要保证工作箱12干燥且具有一定温度，优选的工作箱12带有除湿系统(可在工作箱12内放置干燥剂和除湿剂，例如放置氯化钙和石灰的组合干燥剂)，克服了成品工作箱12需无氧、无氮苛刻的操作环境，需保证工作箱12内的湿度不大于2％且温度控制在20～80℃。实施例1电解槽1的槽体为圆形或方形或长方形，由碳钢经焊接而成。阳极2和阴极3从电解槽1的底部和/或顶部和/或侧部插入(参照图1)，在阳极2和阴极3之间设有隔膜16(参照图2)；阴极3的上部设有金属收集罩6，其通过顶部的导出管7固定在电解槽盖15上并与金属贮存罐10相连；阳极2的上部设有气体收集罩4，其通过排气管5固定在电解槽盖15上(参照图1)；金属收集罩6为弧形，其顶部的坡度为5～20°；气体收集罩4为斗形；且金属收集罩6与气体收集罩4通过阴阳极间的隔膜16连成一体(参照图2)，该电解槽1能保证金属锂在熔融盐中有一定高度。金属锂在罩内和电解质分离后，借助熔盐对液体锂的浮力，液体锂沿坡而上，并经由导出管7流至密闭的金属贮存罐10中。隔膜16、金属收集罩6、气体收集罩4均由a9合金制作。金属贮存罐10的出料端与工作箱12连接，工作箱12内设有金属铸模13，金属贮存罐10内金属锂由工作箱12内的控制阀11控制按时按需导至工作箱12内的铸模13内直接铸锭。金属贮存罐10水平断面为三角形，由不锈钢制成，其外壁上设有自动控温系统，金属贮存罐10的温度保持在200℃。工作箱12的箱体由不锈钢制成，包括第一工作箱121和第二工箱122，每个工作箱正面有两个操作孔17，每个操作孔17上面安装一双橡胶手套，正面设有有机玻璃视窗19用于观察箱内操作。工作箱12的后壁和底部设有夹套18，夹套18内置冷却水，夹套18的底部间隔分别设有进水口21和出水口22。工作箱12带有充气口14和排气口23。工作箱12内设有由油槽和铸模13两部分组成的铸锭装置。将干燥的氯化锂和氯化钾按一定比例加入电解槽中，起弧，使电解质熔融。当电解槽1建立热平衡后，通直流电电解，金属锂在阴极3析出后进入收集罩6中，随着电解时间的增长，金属锂在收集罩6中越集越多，液体金属锂借熔融盐的浮力沿坡而上，连续不断地流入金属贮存罐10中。金属贮存罐10的外壁带有自动控温系统，其温度控制在200℃左右，使罐中的金属锂始终保持液态，金属锂由控制阀11控制按时按需导至工作箱12内的铸模13中直接铸锭。工作箱12在工作前先向夹套18内通入冷却水，通过除湿系统，保持工作箱12内的湿度≤2％，温度在30℃时方可进行工作。铸模13放在油槽中，铸锭时，由金属贮存罐10排出的金属锂，借下落的动力将油排开，油对金属锂产生浮力，金属锂浮在油上。油加速铸锭冷却，防止金属锂氧化。铸锭好的金属锂在工作箱中包装好后取出。经连续运转，得到产品金属锂的品位为99.5％。实施例2本实施例与上述实施例1的不同之处在于，工作过程中金属贮存罐10的温度保持在220℃且保持工作箱12的温度为40℃，其得到的金属锂的品位为99.5％。实施例3本实施例与上述实施例1的不同之处在于，工作过程中金属贮存罐10的温度保持在300℃且保持工作箱12的温度为60℃，其得到的金属锂的品位为99.7％。实施例4本实施例与上述实施例1的不同之处在于，工作过程中金属贮存罐10的温度保持在190℃且保持工作箱12的温度为60℃，其得到的金属锂的品位为99.6％。针对实施例1-4，具体参见下表1：实施例金属贮罐温度(℃)工作箱温度(℃)金属锂的品位12003099.50％22204099.50％33006099.70％41906099.60％表1本发明提出的一种制备金属铸锭的装置及方法具有以下优点：(1)电解槽、金属贮存罐及铸锭的工作箱依次连接，阴极析出的液态金属自动流入贮存罐并经工作箱直接铸锭，实现了金属铸锭的自动化生产，同时贮存罐内的刮刀方便对导管进行及时疏通，保证了液态金属的自然流出，进一步提高了生产效率；(2)控制贮存罐出料端的控制阀设置于工作箱内部，使得操作人员可以在工作箱内直接操作控制阀和工作箱内的铸模，避免了由于分开操作而引起的失误；(3)设于工作箱外壁的冷却夹套能够及时对工作箱进行降温，从而使得工作箱内的铸锭及时冷却并取出，同时配合双箱体，可进一步加快生产速度，提高生产率；(4)由于电解槽可以从多方位进行开槽，使得阴阳极可以从电解槽的不同方位插入，降低了电解装置的安装环境，更利于规模化生产。虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。当前第1页12