[发明专利]电解反应阴极材料质量变化在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种电解反应阴极材料质量变化在线监测系统及其方法。

背景技术

目前有很多金属及其合金通常是通过电解法制备，如铝、镁、铜等金属及其合金，因为相对于热分解法和热还原法而言，电解法能够更加强烈的促进氧化还原反应的进行，应用范围更广，而且其电解法制备金属的加工流程也更简单，工业废料更少、更加环保，因此在冶金产业中被广泛应用。

稀有金属是国家的重要战略资源，稀有金属在工业上许多领域的应用都非常的广泛，而且我国稀有金属资源丰富，因此稀有金属及其合金冶炼工业是我国冶金工业中的重要分支。但目前我国大部分稀有金属及其合金的制备都采用热还原法，不仅加工流程复杂，稀有金属的还原利用率也比较低，稀有金属资源浪费严重，而且大量的工业废料若处理不当极易污染环境。目前，也有一些通过电解法制备铌、钽、钛等稀有金属及其合金的电解冶金技术，相比于热还原法而言在一定程度上提高了稀有金属的还原利用率，减少了资源浪费；但由于稀有金属通常存在多价态，电解电压大小、反应温度等电解控制参数会直接影响稀有金属的电解反应过程，而现有技术中对电解电压大小、反应温度等电解控制参数还缺乏理论指导，使得现有的电解法制备稀有金属或其合金的电能消耗过高，其还原效率也有待于进一步提升。因此，研究人员正在极力研究能耗更低、效率更高的稀有金属或其合金的电解制备方法。

在金属或合金的电解制备方法的研究过程中，了解金属在电解过程中的反应机理是非常重要的理论研究基础；而要想获知金属在电解过程中的反应机理，金属或其合金在电解过程中析出的质量变化情况则是不可或缺的重要研究参数。由于电解反应中，金属或合金经电解还原析出后附着在负极材料上，因此可以通过了解电解反应中阴极材料的质量变化情况获知金属或合金在电解过程中析出的质量变化情况。现有的方法通常是每经历单位时间的电解反应后取出阴极材料，经过去杂、清洗、干燥后，称量阴极材料的质量变化，记录每单位时间的电解反应后阴极材料的总质量数据，得到多个数据点后通过描点法得到电解反应中阴极材料的质量变化曲线，借以分析金属或合金在电解过程中析出的质量变化情况。但是由于每次称量前的去杂、清洗、干燥处理的技术细节比较繁杂，不仅操作繁琐，而且繁杂细节处理中的不确定因素很容易导致阴极材料的质量测量不准确，影响金属在电解过程中反应机理的研究结论；此外，由于电解反应中阴极材料的质量变化较为微弱，想要准确的测量出阴极材料的质量变化，就需要借助价格昂贵的高精度质量测量仪器，这无疑增加了研究成本。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种电解反应阴极材料质量变化在线监测系统及其方法，借以简化电解反应中阴极材料的质量变化数据的测量操作流程，并且提高其检测准确度，为金属在电解过程中的反应机理研究提供有利的技术保证。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种电解反应阴极材料质量变化在线监测系统，包括杠杆、电子称和计算机；所述杠杆可绕其一端设置的支点转动，杠杆远离支点的一端固定设有相互导通的第一导线段和第二导线段，所述第一导线段和第二导线段分别用于连接电解电源负极和参与电解反应的阴极材料；所述电子称的称重台上放置有一支撑件，并通过支撑件与杠杆的两端之间接触对杠杆形成支撑；所述电子称的数据输出端通过数据线与计算机的数据输入端连接，能够将电子称测量的质量数据实时的传输给计算机；所述计算机能够根据电子称测量的质量数据换算出阴极材料的质量变化结果。

作为进一步改进，上述的电解反应阴极材料质量变化在线监测系统中，所述支撑件的顶部具有一水平棱边，支撑件通过该水平棱边与杠杆的两端之间接触。

一种电解阴极材料质量变化在线监测方法，采用上述的电解反应阴极材料质量变化在线监测系统进行检测，包括如下步骤：

1）电解反应前，测量阴极材料的质量m₀；

2）将第一导线段连接在电解电源负极并保持松弛；将第二导线段与阴极材料连接，使得阴极材料通过第二导线段悬挂在杠杆远离支点的一端，并将阴极材料浸没在电解液中；计算机记录此时电子称测量的质量数据M₀；

3）设置好电解反应的其它条件后开始电解反应，计算机根据随时间t变化的电子称随测量的质量数据M(t)换算出随时间t变化的阴极材料质量m(t)：

m(t) = m₀+La/L[M(t)-M₀]；