[实用新型]一种熔盐电解用氯化物复合电解质的制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种熔盐电解用氯化物复合电解质的制备装置，该复合电解质主要用于熔盐电解还原及精炼难熔金属锆铪，属于电化学冶金技术领域。

背景技术

金属锆、铪由于其自身的核特性被分别用做核反应堆最理想的结构材料和控制材料。随着传统能源对环境的污染，作为清洁能源的核电需求的增加对锆铪材料的需求也日益增加。

目前工业上锆、铪的生产方法主要采用镁热还原法，但熔盐电解法具有流程短、设备操作简单、具有一定的应用，特别是熔盐电解精炼法可以回收在材料加工过程中产生的大量锆和铪的废屑，并且能够提纯制备高纯金属锆、铪，具有较好的应用前景。

熔盐电解还原及电解精炼制备金属锆、铪的电解质体系主要有氟-氯化物体系和氯化物体系两种。采用氯化物体系进行电解时，可以直接将氯化提纯后得到的金属氯化物（ZrCl₄、HfCl₄）作为原料，而氟-氯化物体系中以氟化物K₂ZrF₆和K₂HfF₆为原料，需要另外制备。因此，氯化物体系具有一定的优势。

采用氯化物体系熔盐电解时，由于碱金属氯化物的熔点较高，大于ZrCl₄、HfCl₄的升华温度。在电解过程中造成ZrCl₄、HfCl₄易挥发，导致电解质中有价金属离子浓度（Zr⁴⁺、Hf⁴⁺）太低，同时金属氯化物（ZrCl₄、HfCl₄）向电解槽中加入也比较困难，易挥发造成设备抽空管和氩气进口堵塞，导致电解不能连续进行。目前实验室制备氯化物复合盐主要采用将金属氯化物与碱金属氯化物分别装在石英玻璃管的两端，将石英玻璃管熔融密封，分别加热两端使金属氯化物挥发与另一端的碱金属氯化物反应，反应不能连续生产且不易控制，每次实验都需要破坏石英管，成本较高。

因此，研究开发出用于一种含有金属氯化物（ZrCl₄、HfCl₄）的复合熔盐电解质的制备装置，降低成本，克服反应不能连续生产且不易控制的缺陷，对熔盐电解还原或电解精炼制备金属锆铪具有十分重要的现实意义。

实用新型内容

针对氯化物熔盐电解存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种制备用于熔盐电解还原或者电解精炼难熔金属锆铪用氯化物复合熔盐电解质的制备装置。

本实用新型通过下列技术方案实现：

一种熔盐电解用氯化物复合电解质的制备装置，包括反应罐、两段控温的电阻炉和三个坩埚，三个坩埚为上坩埚、中坩埚和下坩埚，中坩埚底部设有细孔，反应罐内设置支架，三个坩埚放置在支架上，反应罐位于分段控温的电阻炉中。

所述的反应罐包括反应罐上盖和反应罐下端坩埚，反应罐上盖与反应罐下端坩埚之间设有密封圈，采用螺栓进行紧固密封连接。

所述的反应罐上盖设有保温层。

所述的反应罐下端坩埚设有水冷套和抽空充氩管。

所述的电阻炉包含上段控温热电偶和中段控温热电偶，其中上段控温热电偶用于控制上坩埚的温度，中段控温热电偶用于控制中坩埚的温度。

所述的中坩埚底部设有直径为2-4mm的细孔。

整套熔盐电解用氯化物复合电解质的制备装置主要由不锈钢制造，三个反应坩埚材质可以为镍或者石墨。

上坩埚和中坩埚用于盛放反应物料，下坩埚用于接收生成的产品。上坩埚用于盛放金属氯化物MCl₄，M=Zr、Hf，并通过控温使金属氯化物升化成气态，中坩埚用于盛放固态的碱金属氯化物ACl，A=Li、Na、K、Rb、Cs，下坩埚用于接收从中坩埚中滴落的复合电解质产品。

上坩埚中的金属氯化物MCl₄，M=Zr、Hf，通过控制温度与中坩埚中的固态颗粒状二元或多元碱金属氯化物反应，反应生成的产物A₂MCl₆，继续与碱金属氯化物形成具有低共融点的复合电解质，该电解质在一定温度下为液态，通过控制温度使反应生成的复合电解质从中坩埚底部的细孔中滴落，与中坩埚中颗粒状的碱金属氯化物分离。碱金属氯化物暴露出新的表面继续与挥发的气态金属氯化物反应。