[发明专利]用非损耗性阳极电解熔融盐

说明书

本发明涉及一种金属电解制取方法（Electrowinning），它是应用一种浸于熔融料中的阳极，将含有熔解的欲制取金属的熔融料进行电解。而其中所述阳极具有金属、合金或金属陶瓷基底，以及带保护性表面覆盖层的阳极操作表面，该表面覆盖层含有比欲制取金属活泼的金属的化合物，这种保护性覆盖层可通过置于含适宜浓度的该较活泼的金属的熔融料中而将其保存。此外，本发明也涉及到一种非损耗性的阳极，该阳极可应用于熔融盐的电解而制取各种金属（如铝）。并且涉及制造该阳极的方法;以及装置该等阳极的熔融盐电解槽。

上述的电解制取法在美国专利4，614，569中已有描述，而且这种方法具有显著的优点。保护阳极覆盖层通常只包括一种含氟的铈氧化合物（可称之为“铈氧氟化合物”），或者与其它附加物结合起来，该附加物例如是钽、铌、铱、钇、镧、镨和其它稀土元素的化合物。可以通过在电解熔融料中加入铈或其它元素而将该覆盖层保存。电解熔融料可以是含熔解铝的熔融冰晶石，即可用于制取金属铝的熔融料。

迄今，对于阳极基底仍存于不少问题。当它是一种陶瓷质时，其导电性低;而当基底是一种金属、合金或金属陶瓷时，尽管含铈氧氟化物覆盖层具良好的保护作用，可避免基底直接受腐蚀性电解质的侵蚀，但是，基底仍可能被氧化而缩短阳极的使用期。

解决上述问题的一种已应用的可行方法是，采用一种含至少一陶瓷相和至少一金属相的陶瓷/金属组合材料，其中包括以交联的陶瓷氧化物晶粒骨架结构形式存在的铈与铝、镍、铁和/或铜的混合氧化物，该骨架构型与铈和铝、镍、铁和/或铜的合金或金属互化物的连续金属网状结构交织在一起。上述技术在EP-A-0257708中有述及。上述材料尤其是对基于铈和铝的材料，当其用作电极基底时是可行的，因为即使它被侵蚀，也不会生成使电解制取的铝受污染的侵蚀产物。然而基底的侵蚀问题仍未解决。

一般说来，作为熔融电解质中的非损耗性阳极所用的材料需具备下列特性，即在氧化氛中具有良好稳定性，良好的机械性能和良好的导电性，并且在极化条件下能长期操作，同时作为工业生产上应用的材料，对操作者来说，应易于焊接和进行机械加工。虽然陶瓷材料的良好的抗化学侵蚀性能是大家所熟知的，但由于其导电性能低，其电接触和机械接触的制造很困难，以及加工成形和机械加工也困难，因此大大限制了这些材料的应用。

为了解决上述已知的陶瓷材料的导电性和机械性的难题，已提出金属陶瓷的应用。可通过将陶瓷粉末和金属粉末的混合物进行压制和烧结而制得金属陶瓷。但是制得具良好的稳定性、导电性和机械性能的金属陶瓷是很困难的，而且它们进行工业规模的生产也成问题。此外在高温下陶瓷和金属的化学相容性仍存在问题。另外也已提出各种复合材料，包括插入预加工的陶瓷构件的金属芯体，或者带陶瓷覆盖层的金属结构件。也已提出过将金属陶瓷作为应用于熔融盐电解质的非损耗性阳极，但是至今应用这些材料所存在的问题仍未解决。

美国专利4，374，050公开了一种应用于生产铝的隋性电极，它由是至少两种金属或金属化合物构成，以提供复合金属化合物。例如，由两种或两种以上金属组成的合金可经表面氧化，从而在未经氧化的合金基底表面生成复合金属氧化物。美国专利4，374，761公开了类似的组合物，但为了改良导电性，其中还包括了分散的金属粉末。美国专利4，399，008和4，478，693中提出了各种金属氧化物组合物的各种组合，它们可通过包覆法或等离子喷涂法，作为预制氧化物的组合物而应用于金属基底上。但是已知应用上述技术来涂覆氧化物也有困难。最后，美国专利4，620，905描述了一种经氧化的合金电极，该电极是基于锡或铜及镍、铁、银、锌、镁、铝或铱，它可作为金属陶瓷或在其表面部分氧化的合金。该部分氧化的合金的主要缺点是所生成的氧化物层对氧来说其孔隙太大，并且在腐蚀性介质中其稳定性差。另一方面还可观察到，在高温条件下经部分氧化的结构可继续氧化，而这种不受控的氧化可接着导致金属和/或氧化层的分离。此外对陶瓷的机械加工，以及与该种材料的良好的机械接触和电接触的获得都有难题。尤其是难于达到在陶瓷一金属界面的结合性，因此使这种简单组合物的应用受到限制。最后一点是，尚未证实这些材料在前述方法中用作铈氧氟覆盖层的基底时，可得到满意效果。

本发明的一个目的是，通过改进金属、合金或金属陶瓷基底的保护作用，从而改进通过电解从熔融盐中制取铝和其它金属的方法，该熔融盐中含有欲制取金属的化合物（如氧化物）。