钠汞齐的制备装置的制作方法

专利名称:钠汞齐的制备装置的制作方法
本实用新型所涉及的是可以精确控制钠汞配比的高纯汞齐的电化学制备装置，属于电化学领域。
钠汞齐在工业上作为温和的还原剂，用于有机合成、制备化学药品和金属。在电化学上常用作电池中的活性反应物质以及电化学测量。
由于高压钠灯具有光效高、光谱分布特性优良等特点，近一、廿年来已广泛地应用于城市街道、机场、码头以及多雾地区的照明。它是一种气体放电灯，根据功率的不同，要求有不同的钠汞配比，通常的钠离子在高压钠灯中分压为100～200乇、汞离子的分压约为1.000乇。一定量的组合固定的钠汞齐，以保证灯管的管压降和灯色的一致性。钠汞组分配比不适当，往往是造成高压钠灯废品率高的主要原因之一。
现有的配制钠汞齐的方法，是在煤油或石腊油的保护下，先将钠溶融，再缓慢地滴入汞，按需要的组份配制。钠和汞之间的反应是放热反应，为了防止反应过分激烈而引起容器温度急剧上升，所以汞只能慢慢地滴入，且汞的比重大，其量很难精确控制，导致钠汞齐配比很难精确控制，每批合成的配比不易一致，油又会污染产品，影响它的纯度；汞的蒸气对人体有害；钠易氧化，在空气中和水接触会引起爆炸。目前，国内外尚未有一种专门用于制造高纯钠汞齐的装置。
本实用新型的目的，在于提供一种用电化学方法制备钠汞齐的装置。用本实用新型提供的装置制得的钠汞齐不仅组分配比可以任意控制，每批成品重复性好，且因整个反应在气密条件下进行的，生产过程安全可靠，无公害且可提高产品的纯度。
上述目的是这样实现的应用一种具有钠离子导电特性的固体电解质作为钠、汞电池的中心隔膜，隔膜的二边分为汞和钠。汞为正极，钠为负极，电池在放电过程中，可以使钠迁移至汞电极，合成钠汞齐。通过外加直流电源，形成一个电解电池，调节电池的充、放电电流，使电解合成的钠汞齐组份的配比可精确控制。
本实用新型提供的制备装置，如图1所示。作为钠－汞电池的中心隔膜－钠离子固体电解质管〔1〕与带有曲颈的容器〔2〕，通过玻璃封接方法连接成一整体。钠离子固体电解质管是一端封闭的烧结致密的陶瓷管，开口的一端与容器〔2〕相接，它可以由钠β氧化铝材料，或钠β″氧化铝材料及其它钠离子导体材料制成。带曲颈的容器〔2〕，可以是由硼硅酸盐玻璃、抗钠玻璃、M305玻璃、可伐玻璃、M306玻璃材料制成，其带曲颈的一端与钠离子固体电解质管〔1〕相连，在它们连接处附近，开有小孔〔3〕，用于抽真空。在电解合成钠汞齐过程中，容器〔2〕可以用红外灯、电热圈或缠绕电热带作辅助加热。
电解槽〔4〕由耐腐蚀性良好的不锈钢、铜材料制成。它可以呈圆形或方形，可以带盖或盖与整体连成一体。可将它安放在绕有电热丝的炉子内，亦可在其外面直接绕上电热带进行加热。电解槽〔4〕的上方有孔〔5〕和导管〔6〕，孔〔5〕呈圆形，用于插入搁放固体电解质管〔1〕。导管〔6〕用以通惰性气体，如氦、氩、氮气体保护槽内的电解物质不氧化。
外加直流电源系统〔7〕，由直流电源、电流表〔A〕，数字电压表或电位差计〔V〕和直流安培计〔Ah〕及继电控制开关组成。主要用以控制电解所需的电量。从理论上说，如果在电解电池的中心隔膜－钠离子固体电解质两边分别放入汞和钠，即在电解槽〔4〕内放入钠，固体电解质管内放入泵；或在电解槽〔4〕内放入汞，固体电解质管内放入钠，构成钠－汞电池，电池可以通过本身放电，在固体电解质管内或电解槽内生成钠汞齐，但其有反应缓慢或放电电量不容易控制的缺点，使生成的钠汞齐的配比不易精确控制。通过外接电源对电池充电可以加快电解合成钠汞齐的反应速度并可精确计量通电电量。通过通电量或用电位差计精确测定钠汞齐对钠的电动势，直接标定出钠汞齐的组分。根据标定组分，通过对电池的充、放电可以将钠汞齐组分作精确调整，制备出配比组分确定的钠汞齐。
通常，电池的工作温度为120～380℃，电解的电流密度为20～400毫安／厘米2，工作电压小于4伏。
本实用新型的优点在于1.制得的钠汞齐纯度高，可大于99.99％；2.制得的钠汞齐可以通过对钠的电动势测量加以控制；3.用本实用新型提供的装置可以制备出配比任意的钠汞齐，即钠的含量可以从大于0到小于100％(重量百分数)；4.由于整个制备过程的反应，均是在气密性良好的条件下进行的，且通以惰性气体保护，所以对环境和人均无公害；作为本实用新型的实施例之一，如图2所示。图中〔2〕～〔7〕与图1所示的相同，容器〔2〕可以由硼硅酸盐玻璃、抗钠玻璃、M305玻璃、可伐玻璃或M308玻璃制成，可用玻璃封接方法与〔1〕连接，在容器〔2〕中通常放入经精确称量的汞。作为电解电池的中心隔膜的固体电解质管可以是钠β氧化铝管或钠β″氧化铝管及其它钠离子导体，电解槽〔4〕中放入化学纯的钠、惰性气体，如氩、氮、氦、气体通过导管〔6〕，固体电解管被搁放在园孔〔5〕上。容器〔2〕上的小孔〔3〕用以抽真空或注入汞时用。
用可伐合金、钨、钼金属丝或棒、片作为汞电极或钠电极的引出线，汞电极为正极、钠电极为负极，它们的引线分别与电源〔7〕的正负极相连。由于钠β氧化铝或钠β″氧化铝宝温下电阻率较高，需加温到300℃左右，电阻率才接近3－15Ωcm随温度升高，电阻率下降，所以一般应依欲配制钠汞齐的组分，将电解槽〔4〕加热到120～380℃，容器〔2〕用红外灯、电热圈或缠绕电热带作辅助加热，以加快反应进程。贮存器〔8〕由玻璃制成，其一端是封闭的，另一端与容器〔2〕相接，相互间呈10～85角度。在贮存器内部排有许多直径相等或不等的一端封闭的细管，它们可以由镍、钽、不锈钢金属或耐腐蚀玻璃材料制成。当生成一定配比的钠汞齐的反应完成后，将容器〔2〕和固体电解质管〔1〕的连接体，从电解槽〔4〕的孔〔5〕中取出，将生成的钠汞齐从陶瓷管倒入容器〔2〕，然后用普通灯工方法，方便地从曲颈部位将固体电解质与容器〔2〕分离。如无贮存器〔8〕(如图1所示的装置)则生成的钠汞齐被密封在容器〔2〕中备用。如带有贮存器〔8〕则可将容器〔2〕倾斜使钠汞齐慢慢的倒入贮存器〔8〕的细管封好，这种存有钠汞齐的细管，取出经截断烧熔后，可方便地供高压钠灯用。
权利要求
1.一种用电化学方法制备钠汞齐的装置，包括电解槽、电解电源，其特征在于(a)制备钠汞齐用的电解电池的中心隔膜是一端封闭的具有钠离子导电特性的固体电解质管[1]，它由钠β氧化铝、钠β″氧化铝制成；(b)中心隔膜的两边分别为汞和钠，汞为电池正极，钠为电池负极；(c)中心隔膜开口的一端与带有曲颈的容器[2]连接，被搁放电解槽[4]的孔[5]的位置上；(d)电解槽[4]上，开有导管[6]，用以通入惰性气体；(e)直流电解电流由直流电源、电流表、数字电压表及开关组成；(f)汞电极和钠电极分别由金属引线与直流电源的正负极相连。
2.按权利要求
1所述的装置，其特征在于带曲颈的容器〔2〕由硼硅酸盐玻璃、M305玻璃、可伐玻璃、抗钠玻璃、M308玻璃材料制成。
3.按权利要求
1或2所述的装置，其特征在于容器〔2〕和作中心隔膜的固体电解质管〔1〕用玻璃封接方法连接。
4.按权利要求
1所述的装置，其特征在于电解槽〔4〕可以由不锈钢或铜材料制成。
5.按权利要求
1所述的装置，其特征在于通入导管〔6〕的情况气体，可以是氩、氦、氮。
6.按权利要求
1所述的装置，其特征在于容器〔2〕与作贮存器〔8〕连接，相互呈10～85°的角度。
7.接权利要求
6所述的装置，其特征在于贮存器〔8〕可由玻璃制成，成，在内部有许多直径相等或不等的镍管、钽管、不锈钢管或玻璃制成。
8.按权利要求
1所述的装置，其特征在于工作温度为120～380℃，工作电流密度为20～400毫安／厘米2。
9.按权利要求
所述的装置，其特征在于容器〔2〕辅助加热器可以是电热圈、红外灯或缠绕电热带。
10.按权利要求
1所述的装置，其特征在于测量电池的电动势是采用电位差计或数字电压表。
专利摘要
一种涉及可以精确控制钠汞配比的高纯钠汞齐的电化学制备装置，属于电化学领域。本实用新型应用一种具有钠离子导电特性的固体电解质作为钠汞电池的中心隔膜，隔膜的二边分别为汞和钠，外加直流电源形成一个电解电池，调节电池的充放电电流，使钠汞齐组分可精确控制。本实用新型的主要优点是钠汞齐配比可精确控制，且无环境污染。
文档编号C25C1/24GK86203977SQ86203977
公开日1987年9月12日 申请日期1986年7月26日
发明者孙成文, 施鑫陶, 曹咏絮 申请人:中科院上海硅酸盐研究所