RU2302482C2 - Method for minimizing carbon transfer in electrolytic cell - Google Patents
Method for minimizing carbon transfer in electrolytic cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302482C2 RU2302482C2 RU2004130453/02A RU2004130453A RU2302482C2 RU 2302482 C2 RU2302482 C2 RU 2302482C2 RU 2004130453/02 A RU2004130453/02 A RU 2004130453/02A RU 2004130453 A RU2004130453 A RU 2004130453A RU 2302482 C2 RU2302482 C2 RU 2302482C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- potential
- carbon
- cell
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title description 9
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 7
- -1 oxygen anions Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical group O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 28
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 16
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical group O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 11
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 3
- 238000012443 analytical study Methods 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- LLSDKQJKOVVTOJ-UHFFFAOYSA-L calcium chloride dihydrate Chemical compound O.O.[Cl-].[Cl-].[Ca+2] LLSDKQJKOVVTOJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229940052299 calcium chloride dihydrate Drugs 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000953 kanthal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/005—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/129—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds by dissociation, e.g. thermic dissociation of titanium tetraiodide, or by electrolysis or with the use of an electric arc
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к восстановлению оксидов металлов в твердом состоянии в электролизере.The present invention relates to the reduction of solid metal oxides in an electrolytic cell.
Настоящее изобретение сделано в ходе выполняемого в настоящее время заявителем научно-исследовательского проекта по восстановлению в твердом состоянии диоксида титана (TiO2).The present invention has been made in the course of the ongoing research project of the solid state reduction of titanium dioxide (TiO 2 ).
В ходе этого научно-исследовательского проекта заявителем была выполнена экспериментальная работа по восстановлению диоксида титана с использованием электролизера, который включает в себя графитовый тигель, который образует анод электролизера, ванну расплавленного электролита на основе CaCl2, расположенную в этом тигле, и ряд катодов, которые содержат твердый диоксид титана.During this research project, the applicant performed experimental work on the reduction of titanium dioxide using an electrolyzer, which includes a graphite crucible that forms the anode of the electrolyzer, a bath of molten CaCl 2 based electrolyte located in this crucible, and a number of cathodes that contain solid titanium dioxide.
Электролит на основе CaCl2 представлял собой коммерчески доступный источник CaCl2, а именно дигидрат хлорида кальция, который частично разлагается при нагревании и дает СаО.The CaCl 2 -based electrolyte was a commercially available source of CaCl 2 , namely calcium chloride dihydrate, which partially decomposes upon heating and produces CaO.
Заявитель осуществлял работу электролизера при потенциале выше потенциала разложения СаО и ниже потенциала разложения CaCl2.The applicant operated the cell at a potential above the decomposition potential of CaO and below the decomposition potential of CaCl 2 .
Заявитель установил, что электролизер может электрохимически восстанавливать диоксид титана до титана с очень низкими концентрациями кислорода.The applicant has found that the electrolyzer can electrochemically reduce titanium dioxide to titanium with very low oxygen concentrations.
Заявитель на данной стадии не имеет ясного понимания механизма действия электролизера. Тем не менее, без желания быть связанным комментариями, приведенными в этом и следующих параграфах, заявитель предлагает следующие комментарии путем указания основных положений возможного механизма действия электролизера.The applicant at this stage does not have a clear understanding of the mechanism of action of the cell. However, without wanting to be bound by the comments given in this and the following paragraphs, the applicant offers the following comments by indicating the main points of the possible mechanism of action of the cell.
В результате экспериментальной работы, выполненной заявителем, получено подтверждение того, что металлический Са растворялся в электролите. Заявитель считает, что, по меньшей мере в ходе ранних стадий работы электролизера, металлический Са представлял собой результат электроосаждения катионов Са++ в виде металлического Са на электропроводящих частях катода.As a result of the experimental work carried out by the applicant, confirmation was obtained that metallic Ca was dissolved in the electrolyte. The applicant believes that, at least during the early stages of the operation of the electrolyzer, metallic Ca was the result of electrodeposition of Ca ++ cations in the form of metallic Ca on the electrically conductive parts of the cathode.
Экспериментальная работа была выполнена с использованием электролита на основе CaCl2 при потенциале электролизера ниже потенциала разложения CaCl2. Заявитель предполагает, что начальное осаждение металлического Са на катоде обусловлено присутствием катионов Са++ и анионов О--, полученных из СаО в электролите. Потенциал разложения СаО меньше потенциала разложения CaCl2. При данном механизме действия электролизера работа электролизера зависит, по меньшей мере на ранних стадиях работы электролизера, от разложения СаО, при этом катионы Са++ мигрируют к катоду и осаждаются в виде металлического Са, а анионы О-- мигрируют к аноду и образуют СО и/или СО2 (в том случае, когда анод представляет собой графитовый анод).The experimental work was carried out using a CaCl 2 based electrolyte with an electrolyzer potential lower than the CaCl 2 decomposition potential. The Applicant suggests that the initial deposition of metallic Ca at the cathode is due to the presence of Ca ++ cations and O - anions obtained from CaO in the electrolyte. The decomposition potential of CaO is less than the decomposition potential of CaCl 2 . When this mechanism of action of the cell operation the cell depends, at least in the early stages of cell operation, on decomposition of CaO, with Ca ++ cations migrating to the cathode and are deposited as Ca metal and anions A - migrates to the anode and forming CO and / or CO 2 (in the case where the anode is a graphite anode).
Заявитель считает, что на ранних стадиях работы электролизера осаждавшийся на электропроводящих частях катода металлический Са осаждался преимущественно в виде отдельной фазы, а затем растворялся в электролите и мигрировал к окрестностям диоксида титана в катоде и принимал участие в химическом восстановлении диоксида титана.The applicant believes that in the early stages of the operation of the electrolyzer, metal Ca deposited on the electrically conductive parts of the cathode predominantly precipitated as a separate phase, then dissolved in the electrolyte and migrated to the vicinity of titanium dioxide in the cathode and participated in the chemical reduction of titanium dioxide.
Заявитель также считает, что на более поздних стадиях работы электролизера часть осаждавшегося на катоде металлического Са осаждалась непосредственно на частично деоксидированный (раскисленный) титан и после этого принимала участие в химическом восстановлении титана.The applicant also believes that at later stages of the operation of the electrolyzer, part of the metal Ca deposited on the cathode was deposited directly on partially deoxidized (deoxidized) titanium and after that participated in the chemical reduction of titanium.
Заявитель также считает, что анионы О--, будучи извлеченными (удаленными) из диоксида титана, мигрировали к аноду, взаимодействовали с анодным углеродом и давали СО и/или СО2 (а в некоторых случаях - СаО), и высвобождали электроны, которые способствовали электролитическому осаждению металлического Са на катоде.The applicant also believes that the O - anions, being extracted (removed) from titanium dioxide, migrated to the anode, interacted with the anode carbon and gave CO and / or CO 2 (and in some cases CaO), and released electrons, which contributed electrolytic deposition of metallic Ca at the cathode.
Однако, несмотря на то, что электролизер может электрохимически восстанавливать диоксид титана до титана с очень низкими концентрациями кислорода, заявитель также установил, что имелись относительно значительные количества углерода, перенесенного с анода в электролит и к титану, полученному на катоде в широком диапазоне условий работы электролизера.However, in spite of the fact that the electrolyzer can electrochemically reduce titanium dioxide to titanium with very low oxygen concentrations, the applicant also found that there were relatively significant amounts of carbon transferred from the anode to the electrolyte and to titanium obtained on the cathode in a wide range of operating conditions of the electrolyzer .
Углерод в титане является нежелательной примесью. Кроме того, перенос углерода являлся частично ответственным за низкий энергетический коэффициент полезного действия (выход по току) электролизера. Обе проблемы представляют собой значительные препятствия для коммерциализации данной технологии электролитического восстановления.Carbon in titanium is an undesirable impurity. In addition, carbon transfer was partially responsible for the low energy efficiency (current efficiency) of the cell. Both problems are significant obstacles to the commercialization of this electrolytic reduction technology.
Заявителем была выполнена экспериментальная работа по идентификации механизма переноса углерода и по определению того, как минимизировать перенос углерода и/или минимизировать вредные воздействия переноса углерода.The applicant has carried out experimental work to identify the mechanism of carbon transfer and to determine how to minimize carbon transfer and / or minimize the harmful effects of carbon transfer.
Эта экспериментальная работа показала, что механизм переноса углерода является скорее электрохимическим, чем эрозионным, и что одним из путей минимизации переноса углерода и, следовательно, загрязнения титана, получаемого на катоде при электрохимическом восстановлении диоксида титана на катоде, является расположение мембраны, которая является проницаемой для анионов кислорода и непроницаемой для углерода в ионной и неионной формах, между катодом и анодом и тем самым предотвращение миграции углерода к катоду.This experimental work showed that the carbon transfer mechanism is rather electrochemical than erosive, and that one of the ways to minimize the carbon transfer and, consequently, the titanium contamination obtained at the cathode during electrochemical reduction of titanium dioxide at the cathode is the location of the membrane, which is permeable to oxygen anions and impervious to carbon in ionic and nonionic forms, between the cathode and the anode and thereby preventing carbon migration to the cathode.
Соответственно, настоящее изобретение предусматривает электролизер для восстановления оксида металла в твердом состоянии, включающий в себя анод, образованный из углерода, катод, образованный, по меньшей мере частично, из указанного оксида металла, и мембрану, которая является проницаемой для анионов кислорода и непроницаемой для углерода в ионной и неионной формах, расположенную между катодом и анодом для предотвращения тем самым миграции углерода к катоду.Accordingly, the present invention provides an electrolyzer for reducing a metal oxide in a solid state, including an anode formed from carbon, a cathode formed at least partially from said metal oxide, and a membrane that is permeable to oxygen anions and impermeable to carbon in ionic and non-ionic forms, located between the cathode and anode to prevent carbon migration to the cathode.
Предпочтительно, анод образован из графита.Preferably, the anode is formed of graphite.
Мембрана может быть образована из любого подходящего материала.The membrane may be formed from any suitable material.
Предпочтительно, мембрана образована из твердого электролита.Preferably, the membrane is formed of a solid electrolyte.
Одним подходящим твердым электролитом, испытанным заявителем, является диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия.One suitable solid electrolyte tested by the applicant is yttria stabilized zirconia.
Предпочтительно, катод также включает в себя электрический проводник.Preferably, the cathode also includes an electrical conductor.
Настоящее изобретение также предусматривает способ восстановления оксида металла в твердом состоянии с использованием вышеописанного электролизера.The present invention also provides a method for reducing a solid metal oxide using the electrolyzer described above.
Предпочтительно, способ включает в себя стадию работы электролизера при потенциале, который превышает потенциал разложения по меньшей мере одного из компонентов электролита, так что в электролите имеются катионы иного металла, чем катионы металла из указанного оксида металла.Preferably, the method includes the step of operating the electrolyzer at a potential that exceeds the decomposition potential of at least one of the electrolyte components, so that there are cations of a metal other than metal cations of said metal oxide in the electrolyte.
В случае, когда оксид металла представляет собой оксид титана, такой как диоксид титана, является предпочтительным, чтобы электролитом был электролит на основе CaCl2, который в качестве одного из компонентов содержит СаО.In the case where the metal oxide is titanium oxide, such as titanium dioxide, it is preferable that the electrolyte is a CaCl 2 based electrolyte, which contains CaO as one of the components.
В таком случае является предпочтительным, чтобы потенциал электролизера был выше потенциала разложения СаО.In this case, it is preferable that the potential of the cell is higher than the decomposition potential of CaO.
Также предпочтительно, чтобы потенциал электролизера был ниже потенциала разложения CaCl2.It is also preferred that the potential of the cell is lower than the decomposition potential of CaCl 2 .
Предпочтительно, чтобы потенциал электролизера был меньше или равен 3,0 В.Preferably, the cell potential is less than or equal to 3.0 V.
Особенно предпочтительно, чтобы потенциал электролизера был ниже 2,5 В.It is particularly preferred that the potential of the cell is below 2.5 V.
В частности, наиболее предпочтительно, чтобы потенциал электролизера был ниже 2,0 В.In particular, it is most preferred that the potential of the electrolyzer be lower than 2.0 V.
Наиболее предпочтительно, чтобы потенциал электролизера был выше 1,5 В.Most preferably, the cell potential is above 1.5 V.
Электролит на основе CaCl2 может представлять собой коммерчески доступный источник CaCl2, такой как дигидрат хлорида кальция, который частично разлагается при нагревании и дает СаО или иным образом содержит СаО.The CaCl 2 -based electrolyte may be a commercially available source of CaCl 2 , such as calcium chloride dihydrate, which partially decomposes upon heating and gives CaO or otherwise contains CaO.
Альтернативно или в дополнение, электролит на основе CaCl2 может содержать CaCl2 и СаО, которые вводят по отдельности или предварительно смешивают с образованием электролита.Alternatively or in addition, the CaCl 2 based electrolyte may contain CaCl 2 and CaO, which are individually introduced or pre-mixed to form the electrolyte.
Настоящее изобретение далее описывается с помощью следующего примера, который относится к экспериментальной работе на вышеописанном электролизере.The present invention is further described using the following example, which relates to experimental work on the above-described electrolyzer.
Как указано выше, электролизер включает в себя тигель из графита высокой плотности, который образует анод электролизера, расположенную в этом тигле ванну расплавленного CaCl2-электролита и катод, который содержит твердый диоксид титана. В исходной экспериментальной установке твердый диоксид титана находится в форме таблеток из диоксида титана, соединенных с нижним концом электропроводящей проволоки из канталя (Kanthal) или нержавеющей стали.As indicated above, the electrolyzer includes a crucible of high density graphite, which forms the anode of the electrolyzer, a bath of molten CaCl 2 electrolyte located in this crucible, and a cathode that contains solid titanium dioxide. In the original experimental setup, solid titanium dioxide is in the form of titanium dioxide pellets connected to the lower end of a Kanthal or stainless steel conductive wire.
Как указано выше, экспериментальная работа на таком электролизере показала, что перенос углерода является значительной проблемой в плане загрязнения катодного титана и обуславливает низкий энергетический коэффициент полезного действия (выход по току) электролизера. Кроме того, как указано выше, в результате экспериментальной работы установлено, что перенос углерода был обусловлен электрохимической реакцией на аноде.As indicated above, the experimental work on such an electrolytic cell showed that carbon transfer is a significant problem in terms of contamination of the cathode titanium and causes a low energy efficiency (current efficiency) of the electrolyzer. In addition, as indicated above, as a result of experimental work, it was found that the transfer of carbon was due to an electrochemical reaction at the anode.
После этого заявителем была проведена экспериментальная работа по исследованию того, можно ли предотвратить миграцию углерода от анода к катоду.After that, the applicant conducted experimental work to study whether carbon migration from the anode to the cathode could be prevented.
В одном из экспериментов исследовали воздействие твердого ионного барьера на миграцию углерода.In one experiment, the effect of the solid ion barrier on carbon migration was investigated.
Ионный барьер находился в виде мембраны из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, расположенной между анодом и катодом, с разделением в результате электролизера на наружную анодную камеру и внутреннюю катодную камеру.The ion barrier was in the form of a membrane of zirconia stabilized with yttrium oxide, located between the anode and cathode, with the result of separation of the electrolyzer into the outer anode chamber and the inner cathode chamber.
На фиг.1 представлена схема электролизной установки для данного эксперимента. Обращаясь к фиг.1, электролизер включает в себя графитовый тигель 3, который образует анод, расположенную в этом тигле ванну 19 расплавленного CaCl2-электролита, таблетки 5 диоксида титана и электропроводящую проволоку 7, которые образуют погруженный в электролит катод, и мембрану 9 из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, погруженную в электролит между анодом и катодом. Электролизер был расположен в печи 11 сопротивления, нагретой до температуры, необходимой для поддержания электролита в расплавленном состоянии. Экспериментальная установка также включала в себя газовое контрольное, очищающее и аналитическое оборудование. Электролизер работал при приложенном потенциале, составляющем 3 В, в течение периода времени 35 часов, в течение которого проводился непрерывный контроль выходящего из печи газа. После завершения эксперимента печь охлаждали и анализировали затвердевший электролит, мембрану, анод и катод.Figure 1 presents a diagram of an electrolysis installation for this experiment. Referring to FIG. 1, the electrolyzer includes a
На фиг.2 обобщены результаты данного эксперимента.Figure 2 summarizes the results of this experiment.
На фиг.2 показаны измеренные в ходе эксперимента напряжение, ток, состав выходящего газа по CO и СО2.Figure 2 shows the voltage, current, and the composition of the outgoing gas in CO and CO 2 measured during the experiment.
Визуальное и аналитическое исследование катодной и анодной камер показало, что на катоде и в катодной камере углерод отсутствовал.Visual and analytical studies of the cathode and anode chambers showed that carbon was absent on the cathode and in the cathode chamber.
Кроме того, визуальное и аналитическое исследование катода показало, что диоксид титана был восстановлен до титана. Из этого факта следует, что мембрана из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, не ограничивала (не затрудняла) миграцию анионов О-- от катода к аноду.In addition, a visual and analytical study of the cathode showed that titanium dioxide was reduced to titanium. From this fact it follows that the membrane of zirconia stabilized with yttrium oxide did not restrict (did not impede) the migration of O anions - from the cathode to the anode.
В описанном выше настоящем изобретении может быть сделано множество модификаций без отступления от сути и объема изобретения.In the above invention, many modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
Например, хотя приведенное выше описание изобретения сфокусировано на восстановлении диоксида титана, изобретение этим не ограничивается и охватывает электролитическое восстановление других оксидов титана и оксидов других металлов и сплавов.For example, although the above description of the invention is focused on the reduction of titanium dioxide, the invention is not limited to this and encompasses the electrolytic reduction of other titanium oxides and oxides of other metals and alloys.
Примерами других потенциально важных металлов являются алюминий, кремний, германий, гафний, магний и молибден.Examples of other potentially important metals are aluminum, silicon, germanium, hafnium, magnesium and molybdenum.
Кроме того, хотя приведенное выше описание сфокусировано на электролите на основе CaCl2, настоящее изобретение не ограничивается этим и охватывает любые другие подходящие электролиты.In addition, although the above description is focused on a CaCl 2 based electrolyte, the present invention is not limited thereto and covers any other suitable electrolytes.
Вообще говоря, подходящими электролитами являются соли и оксиды, которые являются растворимыми в солях. Одним из примеров потенциально подходящего электролита является BaCl2.In general, salts and oxides that are soluble in salts are suitable electrolytes. One example of a potentially suitable electrolyte is BaCl 2 .
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AUPS1170 | 2002-03-13 | ||
| AUPS1170A AUPS117002A0 (en) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Minimising carbon transfer in an electrolytic cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004130453A RU2004130453A (en) | 2005-06-10 |
| RU2302482C2 true RU2302482C2 (en) | 2007-07-10 |
Family
ID=3834768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004130453/02A RU2302482C2 (en) | 2002-03-13 | 2003-03-13 | Method for minimizing carbon transfer in electrolytic cell |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050092129A1 (en) |
| EP (1) | EP1483431B1 (en) |
| JP (1) | JP2005520046A (en) |
| CN (1) | CN1650052A (en) |
| AT (1) | ATE367461T1 (en) |
| AU (1) | AUPS117002A0 (en) |
| CA (1) | CA2479050A1 (en) |
| DE (1) | DE60314999D1 (en) |
| MX (1) | MXPA04008886A (en) |
| RU (1) | RU2302482C2 (en) |
| WO (1) | WO2003076692A1 (en) |
| ZA (1) | ZA200407433B (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002951962A0 (en) * | 2002-10-09 | 2002-10-24 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Electrolytic reduction of metal oxides |
| AU2002952083A0 (en) * | 2002-10-16 | 2002-10-31 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Minimising carbon transfer in an electrolytic cell |
| JP2008504438A (en) * | 2004-06-28 | 2008-02-14 | ビーエイチピー ビリトン イノベーション プロプライアタリー リミテッド | Titanium production |
| WO2007014422A1 (en) * | 2005-08-01 | 2007-02-08 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Electrochemical reduction of metal oxides |
| WO2007092398A2 (en) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for electrolytic production of titanium and other metal powders |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4521281A (en) * | 1983-10-03 | 1985-06-04 | Olin Corporation | Process and apparatus for continuously producing multivalent metals |
| SU1416060A3 (en) * | 1980-05-07 | 1988-08-07 | Металз Технолоджи Энд Инструментейшн Инк (Фирма) | Method of producing metals |
| WO1999064638A1 (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-16 | Cambridge University Technical Services Limited | Removal of oxygen from metal oxides and solid solutions by electrolysis in a fused salt |
| GB2359564A (en) * | 2000-02-22 | 2001-08-29 | Secr Defence | Electrolytic reduction of metal oxides |
| WO2001062994A1 (en) * | 2000-02-22 | 2001-08-30 | Qinetiq Limited | Method of manufacture for ferro-titanium and other metal alloys electrolytic reduction |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07113158B2 (en) * | 1984-04-14 | 1995-12-06 | 新日本製鐵株式会社 | Method of cleaning molten steel |
| JPH03115592A (en) * | 1989-09-28 | 1991-05-16 | Osaka Titanium Co Ltd | Molten salt electrolyzer |
| US5670270A (en) * | 1995-11-16 | 1997-09-23 | The Dow Chemical Company | Electrode structure for solid state electrochemical devices |
| US6187168B1 (en) * | 1998-10-06 | 2001-02-13 | Aluminum Company Of America | Electrolysis in a cell having a solid oxide ion conductor |
| US6540902B1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-04-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Direct electrochemical reduction of metal-oxides |
| JP4089944B2 (en) * | 2001-11-30 | 2008-05-28 | 財団法人電力中央研究所 | Electrolytic reduction apparatus and method |
| JP4658479B2 (en) * | 2002-03-13 | 2011-03-23 | メタリシス リミテッド | Reduction of metal oxides in electrolytic cells |
| JP4252531B2 (en) * | 2004-12-15 | 2009-04-08 | 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ | Metal manufacturing method |
-
2002
- 2002-03-13 AU AUPS1170A patent/AUPS117002A0/en not_active Abandoned
-
2003
- 2003-03-13 CA CA002479050A patent/CA2479050A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-13 MX MXPA04008886A patent/MXPA04008886A/en not_active Application Discontinuation
- 2003-03-13 EP EP03743766A patent/EP1483431B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-13 JP JP2003574884A patent/JP2005520046A/en active Pending
- 2003-03-13 AT AT03743766T patent/ATE367461T1/en not_active IP Right Cessation
- 2003-03-13 DE DE60314999T patent/DE60314999D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-13 RU RU2004130453/02A patent/RU2302482C2/en not_active IP Right Cessation
- 2003-03-13 WO PCT/AU2003/000305 patent/WO2003076692A1/en not_active Ceased
- 2003-03-13 CN CNA038092743A patent/CN1650052A/en active Pending
-
2004
- 2004-09-10 US US10/939,001 patent/US20050092129A1/en not_active Abandoned
- 2004-09-16 ZA ZA200407433A patent/ZA200407433B/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1416060A3 (en) * | 1980-05-07 | 1988-08-07 | Металз Технолоджи Энд Инструментейшн Инк (Фирма) | Method of producing metals |
| US4521281A (en) * | 1983-10-03 | 1985-06-04 | Olin Corporation | Process and apparatus for continuously producing multivalent metals |
| WO1999064638A1 (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-16 | Cambridge University Technical Services Limited | Removal of oxygen from metal oxides and solid solutions by electrolysis in a fused salt |
| GB2359564A (en) * | 2000-02-22 | 2001-08-29 | Secr Defence | Electrolytic reduction of metal oxides |
| WO2001062994A1 (en) * | 2000-02-22 | 2001-08-30 | Qinetiq Limited | Method of manufacture for ferro-titanium and other metal alloys electrolytic reduction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2479050A1 (en) | 2003-09-18 |
| WO2003076692A1 (en) | 2003-09-18 |
| ATE367461T1 (en) | 2007-08-15 |
| AUPS117002A0 (en) | 2002-04-18 |
| CN1650052A (en) | 2005-08-03 |
| EP1483431A4 (en) | 2006-06-28 |
| MXPA04008886A (en) | 2004-11-26 |
| DE60314999D1 (en) | 2007-08-30 |
| RU2004130453A (en) | 2005-06-10 |
| JP2005520046A (en) | 2005-07-07 |
| EP1483431B1 (en) | 2007-07-18 |
| EP1483431A1 (en) | 2004-12-08 |
| ZA200407433B (en) | 2005-10-10 |
| US20050092129A1 (en) | 2005-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4658479B2 (en) | Reduction of metal oxides in electrolytic cells | |
| JP4689773B2 (en) | Metal extraction method and metal extraction apparatus | |
| US20060191799A1 (en) | Electrochemical reduction of metal oxides | |
| US6663763B2 (en) | Reduction of metal oxides in an electrolytic cell | |
| US7628904B2 (en) | Minimising carbon transfer in an electrolytic cell | |
| CN1285771C (en) | metal extraction | |
| US20050121333A1 (en) | Electrolytic reduction of metal oxides | |
| US20050139474A1 (en) | Electrochemical cell for metal production | |
| Ferro et al. | Application of ceramic membrane in molten salt electrolysis of CaO-CaCl2 | |
| RU2302482C2 (en) | Method for minimizing carbon transfer in electrolytic cell | |
| US20040237710A1 (en) | Electrolytic reducion of metal oxides | |
| AU2003209825A1 (en) | Minimising carbon transfer in an electrolytic cell | |
| AU2003269600A1 (en) | Minimising carbon transfer in an electrolytic cell | |
| AU2003209826B2 (en) | Reduction of metal oxides in an electrolytic cell | |
| AU2003266842A1 (en) | Electrochemical reduction of metal oxides | |
| AU2002244540B2 (en) | Electrolytic reduction of metal oxides | |
| WO2004018735A1 (en) | Electrochemical method and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090314 |