一種生產堿金屬的電解電池的制作方法

專利名稱：一種生產堿金屬的電解電池的制作方法
本項發明涉及電解電池，這種電池可以用來電化學地用堿金屬汞齊生產堿金屬，本發明這里所述的“堿金屬”一詞指的是鈉和鉀。
本項發明還涉及用上述電解電池從用堿金屬汞齊中制備堿金屬的過程。
鈉是用來制備如氨基鈉、乙醇鈉和硼氫化鈉等物質的一種重要的堿性無機產品。它是由熔融氯化鈉電解的Downs過程制造的。此過程中每公斤鈉(參見Büchner et al．，工業無機化學，第二版，化學出版社，P228以及下列頁)消耗大于等于10 kwh的較高能量。而且，此過程具有一個嚴重的缺點電解電池關閉時，熔融鹽的固化會破壞電池。此外，由于此過程固有的缺陷，通過這種Downs過程獲得的堿金屬已經被鈣污染，雖然隨后的凈化步驟可以降低鈣的殘留水平，但是不可能把鈣全部去除掉。
同樣的，鉀也是用來制備如乙醇鉀、氨基鉀和鉀合金等物質的一種重要的堿性無機產品。近年來，具有一定工業規模的鉀的制備是利用鈉對氯化鉀的還原作用進行的。在第一種情況下，產生NaK，然后將其進行蒸餾。通過將鉀蒸汽從反應區連續分離出來，可以使平衡向著鉀生成的一側移動(參見Ullmann′sencyclopedia of Industrial Chemistry，1998年第6版，電子出版社)，從而獲得較高的產量。此過程的缺點是工作溫度太高(870℃)，而且，生成的鉀含有1％的雜質鈉，需要進一步的蒸餾來進行附加凈化。此過程最大的缺點是使用的鈉價格昂貴。原因之一為鈉是通過熔融氯化鈉電解的Downs過程進行工業生產的，而此過程中每公斤鈉需要輸入大于等于10 kwh的較高的能量。就對應著每公斤鉀(假定產量為100％)消耗的能量約為5．3kwh。
鈉汞齊和鉀汞齊是使用汞齊過程的氯堿電解作用大量生成的中介產物，一般在制備后，會立即用水轉換成堿金屬氫氧化物的溶液。這種堿金屬耗盡物或不含金屬的堿金屬汞齊一般會隨即回收入氯堿電解作用中。為了維持鈉汞齊的液體狀態，溶液中的鈉濃度值必須保持在1 wt％以下，最好在0．2到0．5 wt％之間。為了維持鉀汞齊的液體狀態，溶液中的鉀濃度值必須保持在1．5 wt％以下，最好在0．3到0．6 wt％之間。工業規模生產的汞齊基本上都含有金屬雜質，如銅、鐵、鉀(在鈉汞齊中)、鈉(在鉀汞齊中)、鉛和濃度在1到30ppm之間的鋅。
GB 1，155，927描述了采用固體鈉離子導體如β-Al2O3、以汞齊為陽極、以鈉為陰極的進行電化學作用的過程，在此過程中可以用鈉汞齊生產出金屬鈉。但是，考慮到鈉的通過量、產品純度和電流密度等因素，對GB 1，155，927中所述過程的實現不會得到其中所述結果。而且，如果再加上其要求的溫度范圍，則其中所述的系統在數天內就會呈現出不穩定的情況。
電化學過程中從堿金屬汞齊中制備堿金屬使用的電解電池和包括固體離子導體的電解電池一般都不適于長期連續的工作。原因一是固體離子導體在工作一定時間后，會變得機械不穩定。
因此本發明的目的一就是要提供沒有這些缺點的電解電池。
本發明的另一個目的就是要提供一個使用上述電解電池用堿金屬的汞齊制造堿金屬的電化學產品的過程，這種過程在能量上可以比Downs過程得到更加有利的鈉產品，或在能量上可以比開始時提到的工業制鉀過程得到更加有利的鉀產品。而且，此過程可以與汞齊過程對應的氯堿電解作用中現存的協調裝置結合起來，并避免掉那些在GB 1，155，927的實現過程中出現的缺陷。要實現這一目的，必須遵循一些要求陽極側的堿金屬反應必須能夠滿足氯堿電解作用中集成產品的平衡要求。這就意味著在本發明中，從參與氯堿電解作用的汞齊中流出的堿金屬的濃度與流入濃度是相對應的。而且，本發明中在氯堿電解作用和堿金屬的電解作用中循環的汞齊的總量必須保持在技術、經濟許可的量級內。一般來講，如果入口汞齊中有50％的堿金屬在堿金屬電解作用中發生轉變，就能實現上述要求。第一種情況中鈉金屬的生產純度必須足夠高，以便省去了下面除汞的過程，而且避免了Downs過程中鈣污染的缺點。第一種情況中鉀金屬的生產純度必須足夠高，以便省去下面的除汞過程，而且鈉含量也比用鈉還原時要低，第一種情況下鉀中的鈉含量為1％。此過程能夠進行工業規模的實現，而且必須允許足夠高的電流密度和時空產率。站在產品分析、安全、環境保護和附加資本等角度上，要求裝備設計時能夠應付相對較少的汞含量。此過程要能夠連續穩定地工作，并能毫無問題地承受工業堿金屬汞齊中常見的金屬雜質。“堿金屬汞齊”一詞表示的是堿金屬在汞中的溶液，它在反應溫度時為液態。
本發明也涉及由一個攪動式的含堿金屬汞齊的陽極、一個離子傳導的堿金屬固體電解質和一個陰極構成的電解電池，其中固體電解質和陰極是用液體電解質分隔開的。
本發明還涉及用電解電池生產堿金屬的過程。
首先選擇液態電解質是因為它比堿金屬穩定。使用的液態電解質在電解反應中并不會消耗掉。在特殊的優選實施例中，使用液態電解質為熔融的電解質。
前面已經提到，在優選實旖例中，本發明是與電解電池有關的，其中的液態電解質為熔融電解質。
使用本發明中的電解電池生產堿金屬時，不同的堿金屬要采用不同的電解質來做熔融電解質。在生產鈉金屬時，電解電池優選選用的電解質為熔融的NaOH、NaNH2或二者的混合物；在生產鉀金屬時為熔融的KOH、KNH2或二者的混合物。
因此，此發明也與上述的電解電池有關，其中熔融的電解質為NaOH、NaNH2、或二者的混合物，或者為熔融的KOH、KNH2或二者的混合物。
在特殊的優選實施例中，這些熔融物或混合物都是在無水的狀態下使用的。在更加優選的實施例中，使用的熔融電解質為混合物，而且最好為無水混合物。在這些混合物中，依次優選選擇低共熔混合物。
當然，由一種或多種適合的添加劑混合而成的液態電解質也是可行的。下面要提到的例子中特別包括了可以降低熔點的添加劑。只要不與本發明電解電池的應用和發明過程相抵觸，所有剛氐熔點的添加劑基本上都是適合的。最好還是選擇熔融的可以降低熔點的添加劑，在鈉的生產中，是從含有NaI、NaBr、Na2CO3和其中兩種或三種混合物的一組添加劑中選擇出來的；在鉀的生產中，它們是從含有KI、KBr、K2CO3和它們的混合物的一組添加劑中選擇出來的。
本發明中電解電池的陽極部分和陰極部分是用氦氣密封的、離子傳導的堿金屬固體電解質分隔開的。在鈉的生產中，合乎目標的為陶瓷材料，如NASICON，其中成分分析可參見EP-A 0 553 400。鈉離子傳導玻璃、沸石類和鉀長石等也滿足要求。在鉀的生產中，同樣也有多種材料滿足要求。使用陶瓷或玻璃都可以。以下材料也可以考慮，如KBiO3(T．N． Nguyen et al．，Chem．Master．1993，5，1273-1276)，鎵的氧化物／二氧化鈦／氧化鉀系統(S．Yoshikado et al．，Solid State Ionics 1992，53-56，754-762)，氧化鋁／二氧化鈦／氧化鉀系統和KASICON玻璃(M．Lejeune et al．，J．Non-Oyst．Solids l982，51，273-276)等。
應優選選擇鈉β″-鋁的氧化物、鈉β-鋁的氧化物和鈉β／β″-鋁的氧化物，以及鉀β″-鋁的氧化物、鉀β-鋁的氧化物和鉀β／β″-鋁的氧化物。
本發明也涉及上述的電解電池，其中固體電解質是從含有鈉β-鋁氧化物、β″-鋁氧化物和鈉β／β″-鋁氧化物的一組氧化物中或從含有鉀β″-鋁氧化物、鉀β-鋁氧化物和鉀β／β″-鋁氧化物一組氧化物中選取的。
可以通過陽離子交換反應用鈉β″-鋁的氧化物、鈉β-鋁的氧化物和鈉β／β″-鋁的氧化物來制備鉀β″-鋁的氧化物、鉀β-鋁的氧化物和鉀β／β″-鋁的氧化物。
固體電解質為薄壁的、但經過壓力實驗的、一側封閉的管(EP-B 0 424673)，并用氦氣密封、同樣絕緣的玻璃焊接結點將絕緣環安裝在開口端(GB 2207 545，EP-B 0 482 785)。堿金屬離子傳導的電解質的壁厚一般在0．3到5 mm之間，最好在1到3mm之間，特殊隋況下在1到2mm之間。
優選實施例中單側封閉管的橫截面形狀為圓形。從多種盤形區域的組合中得出的具有擴大表面積的橫截面形狀也是可選的。
堿金屬離子傳導的固體電解質的設計在密閉度方面對本發明的過程起著決定性影響。由于本發明的過程中，陽極電位經過調整已經排除了汞離子的所有存在形式，所以汞金屬進入液態電解質然后進入生成堿金屬的唯一途徑就是在固體電解質或密封系統上的泄漏。
一般來講，使用的固體電解質在氦氣泄漏試驗中泄漏率小于10-9(mbar·l)／s，也就是說氦氣密封在可檢測范圍內。
此外，可拆密封結點的設計如下液態電解質和汞齊都由各自周圍的空氣進行密封，液態電解質和汞齊之間的可拆密封應盡可能避免，因為一般來講可拆密封結點都為液封而不是氣封的。
在優選實施例中，使用的可拆密封結點為平面密封圈，最好是用石墨制成的，如無增強的GRAPhIFLEX。在優選實施例中，密封的周圍用諸如氬氣或氮氣之類的惰性氣體來防止氧氣的擴散。使用氦氣密封的電解質和特定的密封裝置，可以得到汞的殘留水平在0．05到0．3ppm之間的堿金屬。
固體電解質的幾何形狀基本上可以按照自己的意愿進行選擇，也可以根據特定過程的條件進行定制。在優選實施例中，如圖前面提到的一樣，固體電解質為一端封閉管狀。在更優選的實施例中，上述管開口端與陽極是相連的。最好是用外側的管將陽極部分限定在開口端上，這種外側管是用對熱汞齊具有強大的抗滲透性和抵抗性的材料焊接而成的。一般來說，合金鋼和石墨材料較為合適。在更優選的實施例中，選擇合金鋼材料。
外側管的截面形狀可以是任意的。但使用的外側管最好要與固體電解質管同心。
在本發明的過程內，外側管和陶瓷管之間的環形間隙軸向上灌注了液態陽極。在這種布置中，上述環形間隙的首選寬度為1到10mm，更優選的環形間隙寬度為2到5mm，最好的寬度范圍為2．5到3mm。
因此，本發明涉及上述的電解電池，其中固體電解質為一側封閉的管狀，安裝在同心合金鋼管中，以產生寬度范圍在1到10mm之間的環形間隙。
本發明對應的過程是在含有攪拌式液態堿金屬汞齊陽極的電解電池內進行操作的。這就涉及到操作過程中攪拌式液態陽極里堿金屬含量的消耗問題，所以可以由富含堿金屬的汞齊來替代，這種汞齊可以在氯堿生產系統中汞齊電池的標準操作里獲得或通過鈉鹽或鉀鹽與Hg或汞齊陰極——如NaOH、KOH——的電解作用得到。
由于液態堿金屬汞齊輸送時不會出現任何問題，所以可以用簡單的技術方式來實現。一般來說，汞齊電池標準操作中濃縮汞齊的流出量在熱交換器中加熱到了本發明過程的操作溫度，并供應到熱的攪拌式液態陽極中。此過程一般是在逆流式換熱器中進行的，處于高溫的耗盡的汞齊 加熱所述進料。
對耗盡的汞齊的替換可以分批或連續地進行，連續過程的操作更容易實現些。一般來說，用再循環的、已經耗盡的汞齊來稀釋濃縮流入量的缺點可以由按多級過程實現的過程進行補償。
液態陽極是由攪動器或回路中的常壓泵或微正壓泵進行攪動的。由汞齊的相關交換反應和／或熱對流引起的攪動與發明過程中要求的攪動相比可以忽略，還不足以達到較好的電流密度。
在GB 1，155，927中已經提到，如果液態陽極可以在沒有攪動的情況下進行操作，只能得到不超過40到70 A／m2的電流密度。電池電動勢的增加只能引起電流密度的微弱增加，因為隨著電流密度的增加，電池的電阻也會增加。但是在合適的電池電動勢下，如鈉汞齊時電池電動勢在0．9到1．6伏的范圍內，鉀汞齊時電池電動勢在0．95到2．1伏的范圍內，如果攪動陽極，就可以得到250到3000A／m2的電流密度。
因此，本發明也涉及上述的過程，此過程是在電流密度遠遠大于250 A／m2時進行的。
陽極的攪動可以通過氣體攪動如起泡等，或是通過機械攪動器或泵等獲得。攪動時優選選擇強制流，它可以從泵驅動的汞齊回路中得到。
流體速度一般在0．03到1．0m／s之間，優選選擇0．05到0．6m／s的范圍，最好處于0．1到0．3m／s的范圍內。一般來說，較高的流體速度允許較高的電流密度。環形間隙形狀陽極的相關設計優勢在于與陽極的面積相比，體積相對較小。這使得達到中度設備重量和可接受的汞回路容量的要求成為可能。
本發明的電池中使用的陰極材料可以為任何適當的材料。其中包括鋼、DIN材料號為2．4066的純鎳和電極石墨。在本發明對應電池的首選設計中，陰極是由鋼制成的。
因此，本發明也涉及上述的一種電解電池，其中陰極為鋼。
適合的鋼包括合金鋼、奧氏體鋼或非合金鋼等。下面要介紹的優選奧氏體鋼中包括DIN材料號為1．4541或1．4571的鋼，優選非合金鋼中包括DIN材料號為1．0305或1．0346的鋼。本發明電池的優選實施例中使用的是非合金鋼。
在優選實施例中，陰極的形狀為柱狀，安裝在形如管的固體電解質里。此柱體最好用這種方式安裝，以便在固體電解質和柱之間產生寬度在1到6mm之間的間隙。
相應地，本發明也涉及上述的電解電池，其中安裝在管狀固體電解質里的鋼制陰極為柱狀，這樣能夠在固體電解質的內壁和柱體之間產生間隙，間隙的寬度在1到6mm之間。
當然，本發明中電解電池的陰極也可以具有其他的幾何形狀。例如，它可以加工成管、線網或多孔金屬板等等。
在本發明對應的過程中，固體陰極是堿金屬生成的地方。優選實施例中堿金屬會在液體電解質中的柱狀陰極周圍出現，可以作為純金相剝落下來。
在本發明對應過程的操作中，同樣的也需要防止堿金屬離子傳導的陶瓷暴露到蒸汽中。一般可以通過加熱攜帶少量水蒸汽的汞齊，去除水蒸汽后再向液態陽極中加入無水汞齊／汞的混合物來實現。水蒸汽排出操作是在惰性氣體攜帶下或采用負壓地幫助下實現的。
本發明也涉及上述的過程，此過程是在260到400℃的范圍內進行的。
電流密度一般處在0．5到10 kA／m2之間，優選選擇1．0到3kA／m2(鈉)或0．3到3kA／m2，最好選擇0．5到1．5kA／m2(鉀)。在外部電源處將電流密度設定為受控制模式，外部電源一般為主整流器。
在特殊實施例中，本發明對應的電解電池已經集成到了生產汞齊的氯氣電池的動力源中，這樣可以省略附加主整流器。
在第一次使用堿金屬離子傳導的固體電解質時，一般會觀察到較高的陶瓷電阻，此電阻在進一步操作過程中也會保持同樣的大小。固體電解質的電阻可以比得到的值高出約30％。這會加劇表面的未充分反應，這是由于固體電解質暴露到了周圍空氣的水蒸汽中而造成的。這種破壞尤其會在陶瓷的存儲或裝配過程中發生。在進行燒結后，就將陶瓷管封裝在可以防止擴散的鋁／塑料復合材料制成的真空金屬容器中。初始封裝下的陶瓷管存儲在接口密封的、充入氬氣的金屬容器內。
在本發明過程的另一優選實施例中，固體電解質經過了調節，以降低它的電阻。
相應地，本發明也涉及上述的過程，其中的固體電解質在過程進行前進行了調整。
可行的調節方法包括在將固體電解質安裝到電解電池中之前，用一個或多個化合物來處理固體電解質，以便采用一個或多個離子傳導層。基本上，所有合適的化合物都符合此目的。
如果本發明對應的過程中正在生產鈉，則可以用NaOH、NaNH2、NaOR或前面兩個或多個的混合物來處理固體電解質。如果本發明對應的過程中正在生產鉀，則可以用KOH、KNH2、KOR或前面兩個或多個的混合物來處理固體電解質。這里，R表示含1-5碳的取代或未取代的的直鏈或支鏈烷基。
相應地，本發明也涉及上述的過程，其中的固體電解質是用NaOH、NaNH2、NaOR或上者兩個或多個的混合物，或者用KOH、KNH2、KOR或上者兩個或多個的混合物進行調整的，其中R表示含1-5碳的直鏈或支鏈烷基。
在本文中的其他方法中，比較可信的是用熔融的上述化合物、或其酒精溶液或水溶液來處理固體電解質。
相應地，本發明也涉及上述的過程，其中采用的是NaOH、NaNH2、NaOR或前面兩個或多個的混合物，或者KOH、KNH2、KOR或前面兩個或多個的混合物之一的熔融物或它們的酒精溶液或水溶液。
如果優選實施例中固體電解質形如管狀，則用這些化合物的處理來調節管的一側或兩側是可能的。當然，用兩個或多個步驟來實現固體電解質的多次調節也是可能的，在每個調節步驟中可以選擇相同或不同的兩個或多個化合物的混合物。
調節固體電解質和降低陶瓷電阻的下一步選擇為，在初始操作時用反極性接法，即開始時把陽極當作陰極、陰極當作陽極來操作。這種情況下，陰極可以由鈉汞齊和汞構成，與正常情況下的陽極一樣。反極性狀態下的流體密度，在1到44h的時間內，優選在2到6h時間內，可以從50A／m2線性增加到3000A／m2(鈉)，或者從30A／m2到1000 A／m2(鉀)。
如果從啟動開始，在300到350℃(鈉)、250到350℃(鉀)的溫度下工作1到24h的期間內，開始時使用液態堿金屬作為陽極，然后替換成汞齊，這樣就能得到最低的陶瓷電阻。這種調整實施方案特別優選。
當然，上述類型的各種調整也可以與其他類型結合起來進行，所有可能的結合都是可行的。
在優選步驟中，電流方向在1到24h內每1到10分鐘就由反極性控制，通過用外部的定額電阻將陽極和陰極短路，使得在反極性相接時電流強度為操作電流強度的1．5倍。以在陽極反應的堿金屬為基礎，得到的堿金屬的產率在本發明的過程中是完全的。在正常極性模式下得到的堿金屬現行產率在測量精度內為100％。不時進行反極性相接可以將平均現行產率降低到95％到98％的范圍內。
在優選實施例中，供應到陽極的汞齊中有0．4 wt％到 0．1 wt％的堿金屬會消耗掉。如果該過程與氯堿電解過程相連結，則未反應的堿金屬就不會丟失，因為它已經循環到氯堿電池中并通過汞齊回路返回。
因此本發明也涉及從堿金屬的氯化物開始生產氯氣和堿金屬的整體過程，它包括以(ⅰ)和(ⅱ)兩個步驟(ⅰ)進行氯堿電解作用以獲得元素氯和堿金屬汞齊；(ⅱ)進行上述過程來獲得堿金屬。
下面通過實施例描述此項發明。本例對應的是說明本發明應用的

圖1和圖2，其中圖1顯示的是根據本發明的電解電池的結構圖，它含有一個安裝在同心合金鋼的管內的、一端封閉的、管狀的固體電解質，管狀的固體電解質內依次裝有一個柱狀的合金鋼電解質。
圖2顯示的是為連續操作而設計的裝備結構圖，這種裝備內安裝本發明的電解電池。
實施例裝備(圖1)圖1中電池是由一個β″-鋁的氧化物制成的、一端封閉的管(1)(外徑32mm，長度210mm，壁厚1．7mm)。通過玻璃焊點安裝在開口端的、用氦氣密封的是α-鋁的氧化物制成的圓環(2)。用這種圓環(2)可以將β″-鋁的氧化物制成的鈉離子傳導的導體安裝到頂部開口的同心合金鋼管(3)(內徑為37mm，長度約215mm)里。合金鋼管的內徑已經按陶瓷管的外徑做了調整，以形成寬度為2．5mm的環形間隙。由環形間隙限定的陽極和管長度首先要滿足能夠處理相對較小汞含量的設計要求。其次，在電流密度方面，環形橫截面允許從軸向注入陽極部分。為了達到密封的目的，將α-鋁的氧化物(2)制成的圓環和底部(4)和頂部(5)上的平面墊片通過殼體凸緣(6)和頂蓋凸緣(7)用四個固定螺絲(8)壓在了一起。
合金鋼容器上安裝了陽極電流饋電線(9)。焊接其上的為分支(10)——橫向處在底部，以供應汞齊和分支(11)——橫向處在頂部以排出汞齊。從頂蓋的凸緣插入到β″-鋁的氧化物制成的管中的合金鋼柱體(18)為陰極。
頂蓋凸緣上的凹槽是在重力影響下，從較重的熔融電解質中分離熔融鈉的分離室。
管道(13)橫穿頂蓋凸緣，用來讓液態鈉自由流出。可以選用電加熱帶(14)來封裝電池，可以使電池絕緣，或與多種電池一起安裝在加熱室內。
反應生成的的液態鈉可以在反應壓力下通過熱管道(13)排出到部分充滿液體石蠟的容器中，并在液體石蠟中固化成小球體。
電解電池可以集成到為連續操作設計的設備中，這種設備具有以下功能(圖2)-向(19)連續供給經過干燥預熱的富-Na汞齊。
-加熱器(20)的設計加熱范圍為310℃到360℃。
-DC電源(21)。
-通過汞齊回路(22)驅動的內部泵(23)來限定陽極的流體速度在0．02到0．8m／s的范圍內是連續可調的。
-液態鈉的排出通道(24)。
-對低-Na汞齊(25)的連續處理。
-尾氣處理(26)。
-安全監控，尤其是注意汞的排放(27)。
實驗鈉β″-鋁的氧化物制成的商業可用管的安裝必須在從真空包中取出之后的一個小時內立即在實驗室大氣內進行，然后將兩個電池容器內都充入氬氣并進行密封，2到5天后再將它安裝到設備中。
設備要按20℃／小時的增加速率加熱到330℃。然后通過饋電線路，用外部60wt％的NaNH2和40wt％的NaOH的熔融混合物使一端封閉陶瓷管內的陰極部分帶電。陶瓷管外的陽極部分由液態鈉來使其帶電。在35分鐘內，電流密度從5A增加到40A，每次增加5A，然后在40A保持4個小時以上。
4h后，電壓／電流的比例穩定在0．18 V／40 A。陽極部分已經清空，汞齊回路已經傳遞了39kg的汞齊。在泵關閉時，汞齊回路加熱到330℃，然后再關閉回路的電源。在此過程中，可以將仍存在于陽極部分的鈉沖洗掉，并自動分布于汞齊中。
排除了第一個電荷后，回路可以再加入加熱到330℃的新鮮汞齊，其中的鈉含量為0．4 wt％。對應循環流量0．29 m3／h設定的平均流體速度為0．3 m／s。
在斷電狀態，會自動建立0．82 V的電池電壓。DC電源設備的輸出電壓限制在2 V以下，含電池回路的關閉會使電流在3h內從0A線性增加到40 A。然后，每隔30分鐘，就會從回路容量中排出7．8kg的汞齊，并用新鮮汞齊進行替換。在此過程中，可以看到電池電壓在1．5 V到1．7 V的范圍內波動。
在電流40 A的200cm2陽極區域內，可以計算得出電流密度為2000 A／m2。這是此過程工業應用中所需電流大小的兩倍。
鈉可以穩定排放。鈉的排放和汞齊的分散與法拉第規則是一致的。本實驗能夠保持至少4000h的穩定工作。
權利要求
1．一種電解電池，包括一個攪動式的含堿金屬汞齊的陽極、一個堿金屬離子傳導的固體電解質和一個陰極，其中固體電解質和陰極是用液體電解質分隔開的。
2．根據權利要求1所述的電解電池，其中液態電解質為熔融電解質。
3．根據權利要求2所述的電解電池，其中熔融電解質為熔融的NaOH、NaNH2或二者的混合物，或者為熔融的KOH、KNH2或二者的混合物。
4．根據權利要求1所述的電解電池，其中固體電解質是從含有鈉β-鋁氧化物、鈉β″-鋁氧化物和鈉β／β″-鋁氧化物的一組氧化物中或從含有鉀β″-鋁氧化物、鉀β-鋁氧化物和鉀β／β″-鋁氧化物一組氧化物中選取的。
5．根據權利要求1所述的電解電池，其中固體電解質為一側封閉的管狀，安裝在同心合金鋼管中，以產生寬度范圍在1到10mm之間的環形間隙。
6．根據權利要求1所述的電解電池，其中陰極是鋼制的。
7．根據權利要求6所述的電解電池，其中鋼制陰極是安裝在權利要求5中所述的固體電解質里的鋼制柱狀陰極中，安裝的方式是能夠在固體電解質的內壁和柱體之間產生間隙，間隙的寬度在1到6mm之間。
8．一種生產堿金屬的方法，其中應用根據權利要求1到7中任何一個所述的電解電池。
9．根據權利要求8所述的方法，其中是在電流密度超過250 A／m2的情況下進行的。
10．根據權利要求8所述的方法，其中是在260到400℃的溫度范圍內進行的。
11．根據根據權利要求8所述的方法，固體電解質經過了調整。
12．如根據權利要求11所述的方法，固體電解質是用NaOH、NaNH2、NaOR或其中兩個或多個的混合物，或者用KOH、KNH2、KOR或其中兩個或多個的混合物進行調整的，其中R表示碳元素從1到5的直鏈或支鏈烷基。
13．如根據權利要求12所述的方法，其中采用NaOH、NaNH2、NaOR或其中兩個或多個的混合物，或者KOH、KNH2、KOR或其中兩個或多個的混合物的一種熔融物或／和一種酒精溶液或／和一種水溶液。
14．一種從堿金屬的氯化物開始綜合生產氯氣和堿金屬的方法，包括以下的(ⅰ)和(ⅱ)兩個步驟(ⅰ)進行氯堿電解作用以獲得元素氯和堿金屬汞齊；(ⅱ)進行如權利要求8所述的方法來獲得堿金屬。
全文摘要
電解電池,是由一個攪動式的含汞堿金屬陽極、一個離子傳導的堿金屬固體電解質和一個陰極構成的,其中固體電解質和陰極是用液體電解質分隔開的。
文檔編號C25C7/00GK1279304SQ0012226
公開日2001年1月10日 申請日期2000年6月11日 優先權日1999年6月11日
發明者G·胡貝爾, H·皮特爾, K·施爾勒－安德特, D·施萊菲爾, J·古斯 申請人:Basf公司