一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置及优化方法与流程

本发明属于于电化学冶金，具体涉及一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置及优化方法。

背景技术：

1、铍是一种战略性关键金属，具有密度低、熔点高、比强度大、比刚度大、中子吸收截面小而中子散射截面大、抛光后红外反射率高、尺寸稳定性好等特点，在高能物理、核能、航空航天、惯性导航系统、光学系统等领域有着不可替代的重要作用。

2、目前，工业上生产金属铍的方法主要为氟化铍镁热还原法和氯化铍熔盐电解法。前者操作温度高，氟化物挥发严重，作业环境差，反应产物分离困难，且镁易与铍形成mgbe13化合物，所得铍珠纯度低。后者的产物纯度明显优于前者，但是氯化铍对生成的金属铍有一定的溶解作用，并且极不稳定，易挥发、潮解，铍毒挥发污染严重。需要指出的是，这两种方法均需要通过中间处理工序将氧化铍转化为氟化铍或氯化铍，才能进行后续金属铍的生产。将氧化铍溶解于含铍的氟化物熔盐中，然后进行电解，也可制得金属铍。这种在氟化物熔盐体系中电解氧化铍制备金属铍的方法，直接以工业生产中易得的氧化铍为原料，大大简化了金属铍的生产流程。此外，该方法还作业操作温度低于镁热还原法，反应体系稳定性优于氯化铍熔盐电解法。

3、氟盐体系电解氧化铍制备金属的阳极材料一般多采用石墨。电解过程中石墨阳极上生成的二氧化碳气体若逸散至阴极附近，容易使阴极上析出的金属铍被氧化为氧化铍和碳化铍(4be+co2＝2beo+be2c)。同时，在较大的阳极电流密度下，石墨阳极易受析出的二氧化碳气体的冲击而脱落碳渣，熔盐中的碳渣会粘附在阴极固态金属铍表面，并与其发生反应生成碳化铍(2be+c＝be2c)，进而对金属铍造成污染。此外，在电解加料的过程中，未溶解的氧化铍粉料容易附着在固态金属铍表面，不导电的固态氧化铍会对阴极还原反应造成不利影响，同时也会降低阴极产物的纯度。

4、因此，氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的方法和装置的优化，对该方法的推广应用具有十分重要的实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置及优化方法，以解决电解时石墨阳极上脱落的碳渣和生成的二氧化碳气体对电解产物造成的污染，避免未溶解的氧化铍粉料夹杂于固态金属铍中而使其纯度降低，并降低因短路导致的电解过程不稳定的问题。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置，包括阳极、阴极、加料管和石墨坩埚；所述阳极由高密度石墨环制成，石墨环上设置有增大浸入在熔盐中阳极有效面积、降低阳极电流密度用的多孔通道；所述阴极为置于环状石墨阳极中心处的金属杆，且浸没在熔盐电解质中的阴极外加多孔绝缘管进行保护；所述加料管的出料口位于阳极石墨环与石墨坩埚之间，加入的氧化铍为颗粒状。

4、进一步地，上述优化装置中，所述阳极固定在哈氏合金制作的导电集流体上，阳极底部与石墨坩埚间留有10mm距离。

5、进一步地，上述优化装置中，所述多孔通道的孔道直径为3～4mm。

6、进一步地，上述优化装置中，所述阴极与导电集流体之间用氮化硼绝缘块固定。

7、进一步地，上述优化装置中，所述阴极的材质为金属镍、钨、钼、铜或哈氏合金，所述阴极中的杂质含量低于0.1％。

8、进一步地，上述优化装置中，所述绝缘管上分布有孔径为3mm的通孔，所述绝缘管的材质为氧化铍，其纯度在99.9％以上。

9、进一步地，上述优化装置中，所述氧化铍的粒径为4～5mm。

10、进一步地，上述优化装置中，石墨中碳含量在99.9％以上。

11、进一步地，上述优化装置中，电解过程中采用纯度为99.99％的高纯氩气进行保护。

12、本发明还提供一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化方法，其特征在于，采用上述的优化装置，在氟化物熔盐体系中电解氧化铍制备金属铍。

13、本发明的有益效果是：

14、1、采用多孔石墨环为阳极，增大了阳极的表面积，降低了电解时阳极的电流密度，可抑制阳极上二氧化碳气体的剧烈析出，减轻气体对石墨阳极的冲击作用，有利于电解过程的稳定运行、减缓石墨阳极的消耗。

15、2、阴极与阳极间采用多孔保护管进行隔离，不仅可以阻碍阳极气体与阴极上金属铍的反应，还可以隔绝阳极上脱落的碳渣对金属铍的污染，有利于降低金属铍中的碳含量。

16、3、在阳极和阴极保护管的双重隔离保护下，使未溶解的氧化铍远离阴极，有利于降低阴极产物中的氧含量，进一步提高金属铍纯度；同时，颗粒状氧化铍容易通过加料管加入到熔盐中，解决了加料过程中轻质氧化铍粉末易飘散的问题。

17、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

技术特征：

1.一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置，其特征在于，包括阳极、阴极、加料管和石墨坩埚；所述阳极由高密度石墨环制成，石墨环上设置有增大浸入在熔盐中阳极有效面积、降低阳极电流密度用的多孔通道；所述阴极为置于环状石墨阳极中心处的金属杆，且浸没在熔盐电解质中的阴极外加多孔绝缘管进行保护；所述加料管的出料口位于阳极石墨环与石墨坩埚之间，加入的氧化铍为颗粒状。

2.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述阳极固定在哈氏合金制作的导电集流体上，阳极底部与石墨坩埚间留有10mm距离。

3.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述多孔通道的孔道直径为3～4mm。

4.根据权利要求2所述的优化装置，其特征在于，所述阴极与导电集流体之间用氮化硼绝缘块固定。

5.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述阴极的材质为金属镍、钨、钼、铜或哈氏合金，所述阴极中的杂质含量低于0.1％。

6.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述绝缘管上分布有孔径为3mm的通孔，所述绝缘管的材质为氧化铍，其纯度在99.9％以上。

7.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述氧化铍的粒径为4～5mm。

8.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，石墨中碳含量在99.9％以上。

9.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，电解过程中采用纯度为99.99％的高纯氩气进行保护。

10.一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化方法，其特征在于，采用如权利要求1-9中任意一项所述的优化装置，在氟化物熔盐体系中电解氧化铍制备金属铍。

技术总结
本发明属于于电化学冶金技术领域，具体涉及一种氟盐体系电解氧化铍制备金属铍的优化装置及优化方法，该装置包括阳极、阴极、加料管和石墨坩埚；所述阳极由高密度石墨环制成，石墨环上设置有增大浸入在熔盐中阳极有效面积、降低阳极电流密度用的多孔通道；所述阴极为置于环状石墨阳极中心处的金属杆，且浸没在熔盐电解质中的阴极外加多孔绝缘管进行保护；所述加料管的出料口位于阳极石墨环与石墨坩埚之间，加入的氧化铍为颗粒状。本发明优化方法解决了电解过程中石墨阳极与阳极气体以及未溶解的氧化铍原料对金属铍造成的污染问题，且有效避免了阴极上金属铍枝晶与阳极接触导致的短路问题，有利于电解的稳定运行。

技术研发人员：王晨雪,刘宏,华中胜,张迎棋,曾正,何艳君,翁鸿蒙,陈方永
受保护的技术使用者：新疆有色金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24