CN103857832A - 锰电解池的具有排气口的内箱及相关的电解池和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种箱，所述箱包括多个阳极框架（66）、多个设置在所述阳极框架（66）之间的阴极框架（64）、和多个设置在每个所述阴极框架（64）和每个所述阳极框架（66）之间的隔板（68）。每个所述阴极框架（64）限定容纳阴极的内部隔室（90）、和至少一个用于将含有锰离子的原料液供应给所述内部隔室（90）的横向供应口（96）。每个所述阴极框架（64）限定用于排放阴极气体的上横向口（98），所述上排放口（98）被设置在所述或每个用于原料液的横向供应口（96）的上方，使得所述排放口至少部分地在所述原料液上方打开。

Description

锰电解池的具有排气口的内箱及相关的电解池和方法

技术领域

本发明涉及一种用于锰电解的电解池内箱，所述内箱用于放置在含有原料液的槽中，所述内箱包括：

-多个阳极框架；

-多个放置在所述阳极框架之间的阴极框架；

-多个插入在每个所述阴极框架和每个所述阳极框架之间的隔板；

-能够维持所述阴极框架、所述阳极框架和所述隔板彼此紧靠而应用的夹持组件，

每个所述阴极框架限定容纳阴极的内部隔室、在所述内部隔室中的上阴极引入孔、和至少一个用于将含有锰离子的原料液供给到所述内部隔室中的侧孔。

这种箱子用来被可拆卸地插入到锰电解池的槽中。

背景技术

教科书《Operation of Electrolytic Manganese Pilot Plant》（内华达州的博尔德市，USBM（美国矿业局）第463号公告，第64页和第65页），在图35中描述了一种上述类型的具有“压滤器”型的结构的箱子。

这种箱子包括通过隔板彼此分离的交替的阴极框架和阳极框架。纵向杆和端螺母保持彼此紧靠而应用的框架和隔板，以便保证在由每个框架所限定的隔室之间的良好的密封。

在阴极框架中侧向地形成用于供给含有锰离子的原料液的侧孔，以便使每个阴极隔室被供给有存在于槽中的溶液。

在每个阴极框架中和在每个阳极框架中还设置向上开启的上孔，以便分别允许阴极和阳极的插入。

这种箱子具有紧凑的可操作的结构。然而，这种箱子不是完全令人满意的。

的确，锰的电解反应在阴极产生一定数量的必须被排放的气体。

尤其，尽管由原料液形成锰金属主要发生在阴极，但存在于阴极溶液中的水合氢离子（H⁺）的还原产生氢气，而与沉积在阴极上的锰金属竞争。

另外，在某些情况下，根据阴极溶液的pH，原料液中铵离子（NH₄ ⁺）的存在产生氨气（NH₃）的或多或少明显的寄生演变。

在由USBM所描述的电解池中，这些阴极气体直接通过用于插入阴极的上孔而排放，然后分散在电解槽的大气中。

然而，今后对于工业厂房的环境、卫生和安全的存在的约束对潜在的有毒的或有危险的气体排放产生了控制和限制。

发明内容

因此，本发明的目的是获得锰电解池的内箱，该内箱满足环境和安全约束，同时，保持简单的处理和操作。

为此，本发明的主题是一种上述类型的内箱，其特征在于每个阴极框架限定用于排放阴极气体的上侧孔，该上排气孔被设置在所述用于供给原料液的侧孔或每个用于供给原料液的侧孔的上方，以便至少部分地在所述原料液上方打开，且特征在于，所述上排气孔打开通向内部隔室，且向所述箱子外面开口。

根据本发明的内箱包括一个或多个下列特征，这些特征被单独地或根据所有可能的技术组合而采用：

-所述上排气孔的截面大于所述用于供给电解液的侧孔或每个用于供给电解液的侧孔的截面，有利地，所述上排气孔具有椭圆形的截面，尤其是沿着竖向轴线伸长的椭圆形的截面。

-每个所述阴极框架在所述上排气孔的上方限定用于容纳电解槽的遮盖封闭件的凹口。

-每个所述阴极框架包括两个侧支柱和连接所述侧支柱的中间横杆，所述侧支柱和所述中间横杆限定容纳阴极的内部隔室，每个所述上侧排气孔穿过所述侧支柱而形成。

-每个所述阴极框架在所述中间横杆的下方限定连接所述两个侧支柱的下横杆，所述中间横杆和所述下横杆与所述侧支柱一起限定用于阳极溶液的循环的下窗口，所述下窗口密封地与所述内部隔室隔离。

-每个所述阴极框架包括至少一个横向突出的凸缘，所述上排气孔穿过所述凸缘而形成。

-所述内箱包括通过上插入孔而被插入到每个所述阴极框架中的阴极，当所述阴极被容纳在容纳阴极的内部隔室中时，密封构件可密封地封闭阴极的上引入孔。

-每个阳极框架具有下部由底部横杆所限定的容纳阳极的内隔室，

所述阳极框架具有多个从所述底部横杆向上伸出的分离的支撑指状物，与所述阳极框架相邻的所述隔板侧向地应用在所述支撑指状物上。

-每个隔板包括支撑格栅的支撑框架和应用在所述格栅上的网，所述支撑框架包括中间横杆，所述支撑指状物将所述阴极框架的中间横杆应用到相邻的阳极框架的支撑框架的中间横杆上。

本发明的主题也是一种用于锰电解的电解池，所述类型的电解池包括：

-限定用于容纳原料液的内空间的槽，

-根据上文所限定的被放置在所述内空间中的箱，

-封闭组件，所述封闭组件在所述上排气孔的上方，围绕所述箱密封地封闭所述槽的内空间；

所述电解池包括至少一个用于通过每个所述上排气孔清除所排放的气体、以便将气体从所述槽中排出的管道。

根据本发明的电解池可以包括一个或多个下列特征，这些特征被单独地或根据所有技术上可能的组合而采用：

-所述槽含有原料液，所述箱浸在所述原料液中，每个所述侧排气孔至少部分地在所述原料液上方打开。

-所述槽包括面向每个所述上排气孔延伸的侧壁，所述箱和所述侧壁限定中间侧空间，所述上排气孔通向所述中间侧空间，所述封闭组件包括至少一个封闭件，所述封闭件在每个所述侧排气孔上方，从上面封闭所述中间空间。

-所述槽包括相对于所述侧壁大体上横向地延伸的端部壁，所述端部壁与所述内箱限定轴向中间空间，所述封闭组件包括从上部封闭所述轴向中间空间的端盖。

本发明的主题也是一种用于锰电解的方法，所述类型的方法包括：

-提供根据上文所限定的电解池；

-向每个所述阴极框架的内部隔室提供含有锰离子的原料液；

-在每个容纳在每个所述阴极框架中的阴极上形成锰金属；

-在每个所述阴极框架的内部隔室中生成阴极气体，尤其是氨气和氢气；

-将阴极气体通过所述上排气孔从所述内箱中排出；

-将在所述内箱外的由每个所述阴极所产生的阴极气体收集在所述槽、所述箱和所述封闭组件之间所限定的中间空间的顶部中；

-通过所述清除管道，排放在所述中间空间的顶部中所收集的阴极气体。

附图说明

基于阅读下面的仅作为示例给出的描述以及根据附图，将更好地理解本发明，其中：

图1为根据本发明的用于锰电解的第一电解池的示意性侧视图；

图2为图1的电解池的局部的顶部透视图；

图3为沿着图2的横向平面III的透视的和局部的剖视图；

图4为图1的电解池的内箱的分解透视图；

图5为图4的内箱的阴极框架的分解透视图；

图6为在图5中被标记为VI的局部的放大图；

图7为类似于图5的阳极框架的视图；

图8为类似于图5的隔板支架的视图；

图9为一旦被组装时沿着图4的内箱的水平面的分段的顶视图；和

图10为沿着图9的箭头X所获得的局部视图。

具体实施方式

图1至图10示出根据本发明的用于进行锰金属电解或“MME”的第一电解池10。

与含有锰离子Mn²⁺的原料液接触的情况下，可选择地在硫酸铵的存在下，通过提供电流在多个阴极上形成锰金属。

从而，所形成的锰金属作为固体沉积在每个阴极上。

电解池10放置在一装置中，该装置包括数个串联的电解池10，例如大约100个电解池10。

如图1所示，电解池10包括限定内空间14的槽12和放置在槽12的内空间14中的“压滤器”型的内箱16。

根据本发明，电解池10还包括组件18，该组件18用于封闭用来捕获和密封地运送在电解期间在阴极排放的气体的内空间。

电解池10还包括在图2和图3中部分可见的供电部件19和在图3中部分可见的用于冷却的热交换器19A。

根据图1至图3，槽12呈现具有纵向轴线A-A’的大体上平行六面体的形状。槽12包括通过两个纵向壁22而彼此连接的两个端部横向壁20A、20B，只有一个纵向壁22在图1和图2中是可见的。

槽12还包括向下封闭内空间14的底壁24。

有利地，横向壁20A、20B的高度大于侧壁22的高度。因此，每个横向壁20限定了超出侧壁22的上平缘26。

每个侧壁22限定了平面的上支撑边缘28。

边缘28支承上支撑带30。

上支撑带30支承用来将供电部件19分别与阳极和阴极连接的纵向电触头32A、32B。

槽12还包括至少一个用于将原料液供给到内空间14中的管道34、至少一个用于将阳极电解液排出内箱16和槽12的管道36、和至少一个用于清除在阴极产生的气体以便使气体排出内空间14的管道38。

根据图1，供给管道34与用于将原料液供给到槽12中的泵送部件或重力部件40连接。在这个示例中，供给管道34在平缘26穿过横向壁20A。

在图2所示的示例中，排放管道36延伸通过横向壁20A。排放管道36在上游通过柔性软管（未示出）与内箱16连接。排放管道36在下游与放置在槽12外部的收集和处理部件42连接。

根据图1，用于清除阴极气体的管道38与用于收集和处理这些气体的装置44连接。这点避免了阴极气体散布到位于槽12周围的大气中。

在这个示例中，清除管道38在上平缘26穿过横向壁20A。清除管道38通过收集孔46打开，该收集孔46位于侧壁22的上边缘28的上方，以便无论包含在内空间14中的阴极溶液的水平高度如何，都永久地保持不接触液体。

在这个示例中，收集孔46位于横向壁20A的两侧上，在这个横向壁20A的上隅角附近，面向在箱16和槽的侧壁22之间的中间侧空间60。

内箱16位于内空间14中。内箱16沿着轴线B-B’延伸，该轴线B-B’与槽12的轴线A-A’平行或重合。在内空间14中，内箱16限定了在图3中可见的中间侧空间60和存在于端部壁20A、20B和箱16之间的中间轴向空间62。

中间空间60、62用来容纳原料液。中间空间60、62被封闭组件18覆盖，以便限制和排放阴极气体，这点将在下文中看到。

热交换器19A位于中间空间60、62中。

箱16可拆卸地位于槽12的内空间14中。因此，通过在壁20A、壁20B和壁22之间所限定的上通道，在内空间14外的取出位置和用于应用电解方法的倚靠内空间14中的底壁24的位置之间，内箱16是可移动的和可运输的。这使得容易从槽12中取出内箱16，以便继续进行维修和/或清洗操作。

正如上文所指定的，内箱16具有“压滤器”类型。因此，参照图4，内箱16包括多个阴极框架64、多个阳极框架66、和多个放置在每个阳极框架66和每个阴极框架64之间的隔板组件68。

有利地，内箱16还包括两个用来横向地封闭箱16的轴向端的端部框架70A、70B和内箱16的可拆卸的夹持组件72。

内箱16包括容纳在每个阴极框架64中的阴极74和容纳在每个阳极框架66中的阳极76。在图2中可见阴极74和阳极76。

如图5所示，每个阴极框架64包括两个侧支柱80A、80B、中间横杆82、和将支柱80A和支柱80B连接在一起的下横杆84。

因此，阴极框架64限定了用于容纳阴极的内部隔室90、和用于阳极电解液的循环的下窗口92，下窗口92与内部隔室90密封地隔离。

阴极框架64还限定了用于将阴极74引入到内部隔室90中的上孔94、用于向内部隔室90中供应阴极溶液的横向孔96、和根据本发明的用于将阴极气体排出箱16外的上侧孔98。

在这个示例中，阴极框架64的高度大体上等于内空间14的深度，该深度在侧壁22的上边缘28和底壁24之间量取。

支柱80A、支柱80B沿着竖向方向彼此平行地延伸。每个支柱80A、支柱80B在其上端具有侧凸缘100，该侧凸缘100相对于在图4中可见的箱16的纵向轴线B-B’而横向突出。

每个凸缘100限定了用于容纳封闭组件18的封闭部的横向凹口101。当内箱16放置在槽12的内空间14中时，凹口101横向地打开，面向侧壁22。凹口101位于阴极气体排放孔98上方。

下横杆84水平地将支柱80A、支柱80B的下端彼此连接。下横杆84限定了用于阳极溶液循环的窗口92的下部。在这个示例中，下横杆84附接到支柱80A、支柱80B上。有利地，三角形状的加固隔离块102在由支柱80A、支柱80B和下横杆84所限定的内角处与下横杆84和支柱80A、支柱80B连接。

中间横杆82与下横杆84平行放置。中间横杆82限定了窗口92的上部。中间横杆82限定了容纳阴极的内部隔室90的下部。中间横杆82被加在支柱80A和支柱80B之间。

高于中间横杆82的每个支柱80A和支柱80B限定了竖向导向槽104，该竖向导向槽104侧向地通向内部隔室90且向上地打开通向上孔94。当阴极74被引入到内部隔室90中时，导向槽104被用来引导阴极74。

内部隔室90的下部由中间横杆82限定、且侧部由支柱80A和支柱80B限定。内部隔室90向上打开通向引入孔94。

在这个示例中，每个支柱80A、支柱80B限定了用于将阴极溶液供给到内部隔室90中的多个通孔96。每个通孔96横向地延伸通过支柱80A和支柱80B。在箱16的外部，通孔96打开深入到支柱80A、支柱80B的厚度，面向在箱16和侧壁22之间的中间空间60。在内部，通孔96通向内部隔室90。

在这个示例中，每个支柱80A、支柱80B包括位于中间横杆82附近的通孔96和位于凸缘100附近的通孔96。

在这个示例中，通孔96的截面小于沿着轴线B-B’量取的支柱80A或支柱80B的最大厚度。有利地，该截面是圆形的。

如图6所示，每个支柱80A、支柱80B限定了在凸缘100中的位于每个用于供给原料液的通孔96的上方的用于排放气体的上侧孔98。

有利地，上侧孔98的截面大于用于供给原料液的每个通孔96的最大截面。

有利地，每个上侧孔98的截面是椭圆形的。因此，上侧孔98的高度大于沿着轴线B-B’量取的阴极框架64的最大厚度。平行于轴线B-B’量取的上侧孔98的宽度小于框架64的厚度。

在这个示例中，上侧孔98具有恒定的截面。上侧孔98沿着垂直于轴线B-B’的水平轴线延伸。上侧孔98使内部隔室90的上部区域与箱16的外部连接。上侧孔98用于面向侧壁22设置，同时至多部分地被存在于槽12和箱16之间的内空间14中的原料液所浸入。

在示例中，侧排气孔98的最小截面与每个用于供给溶液的通孔96的最大截面的比例大于1。

因此，上侧孔98的存在能够从内部隔室90中清除其所含的气体，即使这个内部隔室90部分地被原料液浸没。

考虑到每个上侧孔98的截面，阴极气体容易地从每个阴极框架64排放到内箱16的外部。所排放的气体不穿过另一个阴极框架64或不穿过另一个阳极框架66，而是直接地流出到上侧孔98所通向的中间侧空间60中。因此，阴极气体被集中在槽12和封闭组件18之间，这点将在下文中看到。

用于供给溶液的通孔96和用于排放气体的上侧孔98仅仅通向内部隔室90，且在内箱16外面打开，而不沿着箱16的轴线B-B’轴向地打开。

尤其，通孔96和上侧孔98不通向阴极框架64的横向面，且不与形成在其他的阴极框架64中的其他的排气孔连通。

如图4和图8所示，每个隔板组件68包括支撑框架110和加到支撑框架110上的网状物112。

如这些附图所示，支撑框架110包括侧支柱114A和侧支柱114B。自下而上，通过下横杆116、中间横杆118和上横杆120，侧支柱114A和侧支柱114B彼此连接。

支撑框架110还包括用于支撑网状物112的格栅122。

支柱114A、支柱114B的高度大体上等于阴极框架64的支柱80A、支柱80B的高度。支撑框架110的横杆的长度略微小于阴极框架64的横杆82、横杆84的长度。

每个支柱114A、支柱114B在其上端附近具有侧凸缘121，该侧凸缘121相对于内箱16的纵向轴线B-B’而横向伸出。每个凸缘121限定了用于容纳封闭组件18的封闭部的侧凹口121A。

下横杆116安装在支柱114A和支柱114B之间，且有利地通过隔离块124加固。

下横杆116限定了用于允许阳极电解液通过的下窗口126的下部，该下窗口126用于设置成面向在每个阴极框架64中所限定的下窗口92。

中间横杆118限定了窗口126的上部。中间横杆118大体上位于与每个阴极框架64的中间横杆82相同的高度处。因此，当隔板68紧靠着相邻的阴极框架64而应用时，下横杆84和下横杆116彼此接触，且中间横杆82和中间横杆118也彼此接触。

在这个示例中，格栅122包括多个在中间横杆118和上横杆120之间竖向延伸的竖向杆128。

格栅122的竖向杆128限定了处于它们之间的用于允许通过溶液的孔129。格栅122的竖向杆128与用于面向相邻的阳极框架66设置的支撑框架110的第一横向面130齐平。

密封垫132（图9）由支撑框架110的第二面134支承，该第二面134定位成面向相邻的阴极框架64且与该相邻的阴极框架64接触。

优选地，密封垫132在格栅122的外围，沿着支柱114A和支柱114B以及中间横杆118延伸。

如图4和图9所示，沿着支柱114A、支柱114B、中间横杆118和上横杆120，网状物112被加到支撑框架110的第一面130上。网状物112紧靠着格栅122而被应用，且有利地，被附接到竖向杆128上。

有利地，以数个离散点，网状物112附接在竖向杆128上。在替选方式中，在每个竖向杆128的整个长度上，附接网状物112。

这种附接防止了网状物112朝向阳极框架移动。这点防止了由于网状物112引起的排放阳极泥的空间的收缩。另外，这种网状物112的附接防止了在网状物112和阳极76之间的接触，这避免在内部隔室90中直接形成水合氢离子，其对于阴极的电流产生是不利的。

网状物112是可渗透的。网状物112允许在用于容纳阴极的内部隔室90中存在的阴极电解液朝向阳极框架66通过由竖向杆128所限定的通道孔129。

例如，网状物112由合成的编织材料制成，有利地，由具有与其在电解池中的使用兼容的耐机械性和耐化学性的编织物制成。为了建立阴极溶液和阳极溶液之间的高度差，限定网状物112的通透性。这种根据网的结垢程度可变的高度差产生溶液从阴极通过网状物112到阳极的流动。这种溶液的流动减缓了在阳极生成的水合氢离子朝向阴极的反向扩散，使得保持阴极电解液的pH值。

如图7所示，每个阳极框架66包括两个平行的支柱140A和支柱140B、和连接支柱140A的下端和支柱140B的下端的下横杆142。下横杆142与支柱140A、支柱140B限定了容纳阳极的内部隔室144。

根据本发明，每个阳极框架66还包括多个从下横杆142向上伸出的分离的支撑指状物146。

支柱140A、支柱140B的高度大体上等于隔板68的支柱114和阴极框架64的支柱80A、支柱80B的高度。

每个支柱140A、支柱140B用来被应用在相邻的隔板68的对应的支柱114A、支柱114B上。

支柱140A、支柱140B在其上端具有相对于轴线B-B’横向伸出的侧凸缘148。每个侧凸缘148限定了用于容纳封闭组件18的封闭部的横向凹口150。

下横杆142安装在两个支柱140A和支柱140B之间。下横杆142的宽度大体上等于阴极框架64的下横杆84的宽度。

有利地，在内隔室144的右下角和左下角处，隔离块151使支柱140A、支柱140B与下横杆142连接。

根据本发明，每个阳极框架66包括至少两个支撑指状物146，有利地，包括至少三个单独的支撑指状物146。

每个支撑指状物146在附接在下横杆142上的下端152和用于伸出到内隔室144中的上自由端154之间竖向地延伸。

当存在支撑指状物146时，它们远离彼此且远离隔离块151而设置。因此，位于两个相邻的支撑指状物146之间的、在下端152和自由端154之间所获得的中间空间156在框架66的整个高度上和整个宽度上是完全显而易见的。

因此，支撑指状物146仅通过下横杆142彼此连接，且不与其他元件连接。

每个上指端154的高度高于分别形成在阴极框架64和隔板的框架110中的循环窗口92、循环窗口126的高度。

每个支撑指状物146沿着轴线B-B’所获取的厚度，大体上等于框架66的厚度，特别是等于支柱140A、支柱140B和下横杆142的厚度。

支撑指状物146具有在其自由端154处向上减小的竖向剖面。例如，支撑指状物146具有在垂直于轴线B-B’的平面内所得到圆形的竖向剖面。

在这个示例中，支撑指状物146平行于支柱140A、支柱140B竖向延伸。

垂直于轴线B-B’，沿着水平轴线获取的每个支撑指状物146的宽度小于支柱的宽度。

如图9所示，当邻近阳极框架66的隔板68紧靠着阳极框架66而应用时，在阳极框架66沿着轴线B-B’的任一侧，阳极框架66的下横杆142紧靠着相邻的支撑框架110的下横杆116而被应用。

另外，参照图9，位于阳极框架66的任一侧的相邻隔板68的框架110的中间横杆118，有利地在位于支撑指状物146的自由端154附近的支撑指状物146的中间区域158处，维持分别应用在每个支撑指状物的两个相对的横向面156A和横向面156B上的网状物112。

当箱16被组装时，这种支撑保证了隔板68的框架110的精确定位。另外，通过将每个隔板的框架110的中间横杆118限制在相邻的阳极框架66的支撑指状物146和相邻的阴极框架64的中间横杆82之间，确保网状物112的格栅122的竖向定向。

另外，支撑指状物146使每个支撑框架110的中间横杆118紧靠相邻的阴极框架64的中间横杆82。尤其通过夹紧在横杆82和横杆118之间的密封垫132，这种支撑保证了阴极框架64的内部隔室90的充分密封。

参照图4，端部框架70A、端部框架70B各自包括用于面向容纳来自相邻的阳极框架66的阳极的内隔室144设置的立体封闭板170。立体封闭板170各自包括用于面向用于阳极电解液的循环的窗口92、窗口126设置的可拆卸的下板172。可拆卸的下板172通过维持部件174保持（该维持部件174可被拆卸），且可变成敞开的构造，以便允许分别进入窗口92、窗口126和隔室144的底部。

对于每个箱16，端部框架70A或端部框架70B包括用于排放阳极电解液的配件176，该配件用来与阳极电解液排放管道36连接。

夹持组件72包括多个穿过箱16的纵向杆180和安装在纵向杆180上的紧固螺丝182。

纵向杆180设置在箱16的侧面附近。纵向杆180平行于轴线B-B’延伸。纵向杆180穿过阴极框架64的侧支柱80A、侧支柱80B和阳极框架66的侧支柱140A、侧支柱140B。纵向杆180在每个框架64、框架66的高度范围内分布。

在这个示例中，纵向杆180还设置在支撑框架110的侧支柱114A、侧支柱114B的每一侧，而不穿过这些侧支柱114A、侧支柱114B。

因此，在夹持组件72的无效配置中，当纵向杆180被接合通过阴极框架64和通过阳极框架66时，且在阳极框架66和阴极框架64之间存在间隙时，每个隔板68相对于阴极框架64和阳极框架66是可拆卸的。这能够有效地且快速地清洗隔板68，而不必拆开整个箱16。

当箱16被组装且夹持组件72起作用时，纵向杆180和螺母182稳固地且密封地维持着紧靠彼此而应用的阴极框架64、阳极框架66和隔板68。

因此，如图9所示，箱16包括一连串的包括阴极框架64、隔板68、阳极框架66和另一个隔板68的单元组件。

在这个配置中，在第二面134处，阴极框架64的支柱80A、支柱80B、中间横杆82和下横杆被分别应用到隔板68的框架110的支柱114A、支柱114B、中间横杆118和下横杆116上，其中插入密封垫132，以提供良好的密封。

在隔板68的第一面130处，隔板68的框架110的侧支柱114A、侧支柱114B、下横杆116和中间横杆118被分别应用到阳极框架66的侧支柱140A、侧支柱140B、下横杆142和支撑指状物146上。

网状物112插入在隔板框架110和阳极框架66之间，且通过支撑指状物146和格栅128（网状物112可被有利地附接在格栅128上），网状物112被保持在竖向位置中。

这种组件是牢固的。这种组件保证了在容纳阳极的内隔室144和容纳阴极的内部隔室90之间的良好密封，以便保证在这些隔室之间的通道仅通过网状物112而实现。另外，这种组件保证了网状物112在距阳极和阴极的一定距离处的准确的定位。

然而，当这种组件必须被清洗时，其可被容易地拆卸，这点减少了对于将电解池10重新投入至生产中所需要的时间。

当夹持组件72起作用时，窗口92、窗口126面向彼此定位。在箱16的下部分中，窗口92、窗口126限定了用于阳极电解液的循环和用于排放阳极泥的连续的管道190。

管道190与每个阳极框架66的内隔室144连通，同时，在面134上，管道190密封地与每个阴极框架64的内部隔室90和每个上隔板框架空间100隔离。

因为支撑指状物146是分离的，故中间通道156完全畅通以朝着管道190向下移动阳极泥并且通过该管道190循环阳极电解液和排放阳极泥。

由通过上孔94插入在阴极框架64的内部隔室90中的金属板构成阴极74。每个阴极74沿着其上边缘设置有在图2中可见的抓钩160。

阳极通过上孔147插入到阳极框架66的内隔室144中。阳极也具有抓钩162。

抓钩160、抓钩162使得可以将阴极74和阳极76引入箱16中、以及将它们从箱16中取出。阴极74和阳极76分别通过路径32B、路径32A与供电部件连接，阴极74和阳极76分别设置在该路径32B、路径32A上。

根据本发明，封闭组件18封闭面向由箱16所限定的中间空间60、中间空间62的内空间14的上部。

例如，封闭组件18包括：用于在上部封闭中间侧空间60的侧封闭件200；用于封闭每个轴向中间空间62的端盖202；和用于封闭每个上孔94的构件204，从而在上部封闭每个阴极74和阴极框架64之间的空隙。

每个侧封闭件200安装在侧壁22和框架64、66、68之间。有利地，侧封闭件200分别容纳在形成在框架64中的凹口101、框架110中的凹口121A、框架66中的凹口150中。

特别地，每个封闭件200由密封的封闭板构成。有利地，封闭件200被应用到与上支撑带30稳固附接的框边202A上，然后被容纳到凹口101、凹口150中。

有利地，端盖202面向上平缘26延伸。

如图2所示，端盖202是中空的。端盖202具有有利地与侧边缘22以及每个侧封闭件200接触设置的底壁205、自底壁205伸出的竖向外围壁206、和将外围壁206与平缘26的上边缘连接的上壁208。

因此，端盖202覆盖轴向中间空间62，且使侧边缘22与面向用于收集气体的孔46的平缘26连接。

封闭构件204由围绕阴极74的上部分设置的密封垫构成，以便在引入孔94处从上部封闭内部隔室90。

例如，封闭构件204被附接在阴极74的外围上。可替选地，封闭构件204包括两个分别地与每个阴极74邻近的阳极76稳固附接的部分。每个部分从阳极76朝向阴极74突出，同时，被应用在阴极框架和阴极74上。

因此，端盖202和侧封闭件200限定了用于收集阴极气体的路径，该路径包括两个在面向每个上侧孔98的侧封闭件200下延伸的轴向通道210、和位于端盖202下方以便打开面向孔46的公共的收集空间212。

无论所生成阴极气体的阴极框架的位置如何，通道210和公共的收集空间212的存在都确保阴极气体的有效回收，具有最小的压力损失。

特别地，堵塞阴极气体排放孔98的风险被很好地限制，这点确保了阴极气体直到排放管道38的安全输送。

另外，由于上孔94的上部部分地通过阴极74以及部分地通过封闭构件204而被封闭，故所有的阴极气体被收集。包括当这些阴极气体包括氨气或氢气的时候，情况就是这样。因此，加强了电解池10的安全性，这点使电解池10特别适合于敏感的工业环境。

尤其，出现在电解池10附近的人员不受到阴极气体散发物的影响。另外，电解池10收集阴极气体，以对阴极气体进行处理，而不会将阴极气体排放到大气中。

现将描述根据本发明的电解池的操作。

首先，组装内箱16。为此，阴极框架64、阳极框架66被安装在夹持组件的纵向杆180上。隔板68插入在每个阳极框架66和每个阴极框架64之间。

然后，端部框架70A和端部框架70B被安装在箱16的端部，螺母182被安装在纵向杆180上，用于拧紧组件，形成“压滤器”型的结构。

组装内箱16完成之后，将内箱16放到槽12的内空间14中。内箱16紧靠着槽12的底部壁24放置。清除阳极电解液的管道36与在框架70A、框架70B上的端部配件176连接。

将阳极76插入到内隔室144中，将阴极74插入到内部隔室90中。

因此，阴极74和阳极76分别与路径32B、路径32A电连接。

接下来，借助泵送部件40，通过供给管道34，含有锰离子的原料液被泵送直到槽12的内空间14。

这种原料液包括大于30g/L、尤其是在30g/L和40g/L之间的锰离子质量浓度。原料液包括在100g/L和200g/L之间、有利地大约为125g/L的硫酸铵质量浓度。

调节原料液的pH以致接近于7，尤其是在6和7之间。有利地，原料液含有亚硫酸根离子或硒离子。

原料液部分地填充槽12的内空间14。调整水平高度，以便完全淹没侧供给孔96，而没有完全地浸没上排气孔98。

通过形成在每个阴极框架64中的侧孔96，将原料液引入到内部隔室90中，以便于阴极74接触，从而形成阴极溶液。

在阴极74和阳极76之间提供供应电流DC（直流电）。根据下面的反应，在阴极74提供的电子与锰离子反应，以致在阴极上形成锰金属：

Mn²⁺+2e^-→Mn

在这个反应期间，存在于阴极的电子部分地与存在于阴极溶液中的水合氢离子反应，以致形成氢气。

另外，在某些情况下，尤其当pH达到强碱性值时，在阴极74也形成少量的氨气。

在阴极形成的氢气搅动内部隔室90中的阴极溶液，使得溶液很好的分布在阴极74周围。

所形成的气体，尤其是氢气和氨气，于是聚集在内部隔室90的上部分中，且通过被插入在阴极74和阴极框架64之间以便封闭上阴极引入孔94的封闭构件204，气体被限制在隔室90中。

因此，所形成的气体只通过上排气孔98朝向内箱16的外部排放。

正如在上文中看到的，无论存在于内隔室90中的原料液的水平高度如何，上排气孔98的存在保证了阴极气体的有效排放。

另外，气体排放是高度均匀的，且不依赖于内箱16中的阴极框架64的位置。

于是，排放的气体通过被限制在原料液的表面和侧封闭件200之间，而被收集在轴向通道210中。

由此所收集的气体形成的它们的路线为：在内箱16的外部沿着内箱16，沿着槽12的侧壁22在轴向通道210中，朝向端部横向壁20A、端部横向壁20B。

于是气体被收集在端盖202下方的公共的收集空间212中，通过收集孔46、然后通过清除管道38而被排放。

为了使由此所收集的阴极气体回收利用、或在处理后将它们排放到大气中，于是可以将阴极气体引向收集和处理装置44。

因此，通过电解过程会生成的有毒的或危险的气体极好地被根据本发明的电解池10的封闭组件18所限制。

以简单的廉价的方式进行这种收集，而没有扰乱电解过程。

同时，在已经由格栅122所限定的孔129之间穿过之后，一部分存在于阴极74的阴极溶液在由阴极电解液和阳极电解液之间的高度差所产生的液体静压的作用下，通过隔板68的多孔网状物112，流入到内隔室144中。

这个溶液从而渗透到阳极框架66的内隔室144中，构成了阳极溶液。

根据下面的反应，当接触阳极76时，存在于阳极溶液中的水进行反应以形成氧气、水合氢离子和电子：

因此，存在于阳极76的溶液的pH比存在于阴极74的溶液的pH小得多。然而，网状物112阻止水合氢离子从容纳阳极76的内隔室144通向容纳阴极74的内部隔室90。这点将存在于内部隔室90中的溶液的pH维持在所期望的范围内，以便形成锰金属。

于是，阳极溶液在支撑指状物146之间向下流入到内隔室144的下部分中，然后通过由窗口92、窗口126所限定的管道190，排向内箱16的端部。

通过“压滤器”结构，内箱16获得了极佳的密封性，在阳极溶液从内箱16中排出期间，阳极电解液完全地与阳极溶液分离。

接下来，阳极溶液向上流入邻近每个端部框架70A、端部框架70B的最后的阳极框架66，通过端部配件176、然后通过管道36而被排放。

在容纳阳极的内隔室144中，锰离子的存在可导致与存在于溶液中的水的寄生反应，以致形成氧化锰、水合氢离子和电子。此外，石膏的形成也可能出现在阳极隔室中。

由此所形成的固体构成了固体泥，该固体泥在它们的重量的作用下向下排出，且部分地存储在隔室190中。

考虑到通过格栅122有效地固定住网状物112，网状物112具有显著地限制固体、尤其是在网状物112上的阳极泥的累积的平面。另外，由于支撑指状物146是分离的，故从上到下，且在阳极框架66的整个长度上，支撑指状物146在它们之间提供了显而易见的中间空间156使得将阳极泥非常有效地排向排放和存储泥的管道190。

因此，在根据本发明的内箱16中，延迟弄脏阳极76和网状物112。这有助于增加电解方法的生产率，且有助于限制对于每个内箱16必须进行的清洗操作的次数。

在整个电解方法期间，水连续不断地在设置在槽12和内箱16之间的冷却交换器19A中流动。

当网状物112太脏时，或当隔室190填满了阴极泥时，内箱16被从槽12的内空间14中举起来。然后，部分地松开夹持组件72，以便使隔板68取出，清洗，而不必须拆卸整个内箱16。

同样，当排放管道190被堵塞时，可以通过从槽12中取出内箱16，然后通过打开位于端部框架70A、端部框架70B处的移动的封闭面板172，而简单地清洗管道190。因此，根据本发明的内箱16具有非常有利的设计，该设计限制了被阳极泥弄脏，且一旦污垢已变得太明显时，该设计允许简单地清洗内箱16。

通过拆卸阴极74，通过从上孔94中取出阴极74，简单地回收形成在两个电极上的锰金属。

考虑到对与阴极74接触的和与阳极76接触的溶液的性质的高度特定的控制，锰的电解反应的产量被最大化，且在所形成的锰中的杂质的存在量是非常低的。

Claims (14)

1.一种用于锰电解的电解池的内箱（16），所述内箱（16）用于设置在含有原料液的槽（12）中，所述内箱（16）包括：

-多个阳极框架（66）；

-多个阴极框架（64），所述阴极框架（64）设置在所述阳极框架（66）之间；

-多个隔板（68），所述隔板（68）插入在每个所述阴极框架（64）和每个所述阳极框架（66）之间；

-夹持组件（72），所述夹持组件（72）能够维持所述阴极框架（64）、所述阳极框架（66）和所述隔板（68）紧靠彼此而应用，

每个阴极框架（64）限定用于容纳阴极的内部隔室（90）、用于将阴极引入到所述内部隔室（90）中的上孔（94）、和至少一个用于将含有锰离子的原料液供给到所述内部隔室（90）中的侧孔（96）；

其特征在于，每个阴极框架（64）限定用于排放阴极气体的上侧孔（98），所述上排放孔（98）被定位在所述用于供给原料液的侧孔（96）或每个用于供给原料液的侧孔（96）的上方，以便至少部分地在所述原料液上方开口，

且特征在于，所述上排气孔打开通向所述内部隔室（90），且向所述内箱（16）外面打开。

2.根据权利要求1所述的内箱（16），其特征在于，所述上排气孔（98）的截面大于所述用于供给电解液的侧孔（96）或每个用于供给电解液的侧孔（96）的截面，有利地，所述上排气孔（98）具有椭圆形的截面、尤其是沿着竖向轴线伸长的椭圆形的截面。

3.根据权利要求1或2所述的内箱（16），其特征在于，每个阴极框架（64）在所述上排气孔（98）的上方限定用于容纳电解槽的遮盖封闭件的凹口。

4.根据前述权利要求中任一项所述的内箱（16），其特征在于，每个阴极框架（64）包括两个侧支柱（80A，80B）和连接所述侧支柱（80A，80B）的中间横杆（82），所述侧支柱（80A，80B）和所述中间横杆（82）限定容纳阴极的内部隔室，每个上侧排气孔（98）穿过侧支柱（80A，80B）而形成。

5.根据权利要求4所述的内箱（16），其特征在于，每个阴极框架（64）限定在所述中间横杆（82）下方的连接两个侧支柱（80A，80B）的下横杆（84），所述中间横杆（82）和所述下横杆（84）与所述侧支柱（80A，80B）一起限定用于阳极溶液的循环的下窗口（92），所述下窗口（92）密封地与所述内部隔室（90）隔离。

6.根据前述权利要求中任一项所述的内箱（16），其特征在于，每个阴极框架（64）包括至少一个横向伸出的侧凸缘（100），所述上排气孔（98）穿过所述侧凸缘（100）而形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的内箱（16），其特征在于，所述内箱（16）包括通过上插入孔（94）而插入到每个阴极框架（64）中的阴极（74），当所述阴极（74）被容纳在容纳阴极的所述内部隔室（90）中时，密封构件（204）封闭用于密封地插入阴极的上孔。

8.根据前述权利要求中任一项所述的内箱（16），其特征在于，每个阳极框架（66）具有用于容纳阳极、下部由底部横杆（142）所限定的内隔室（144），

所述阳极框架（66）具有多个从所述底部横杆（142）向上伸出的分离的支撑指状物（146），与所述阳极框架（66）相邻的所述隔板（68）侧向地应用在所述支撑指状物（146）上。

9.根据权利要求8所述的内箱（16），其特征在于，每个隔板（68）包括支承格栅（122）的支撑框架（110）和应用在所述格栅（122）上的网状物（112），所述支撑框架（110）包括中间横杆（118），所述支撑指状物（146）将所述阴极框架（64）的中间横杆（82）应用到相邻的阳极框架（66）的所述支撑框架（110）的中间横杆（118）上。

10.一种用于锰电解的电解池（10），所述类型的电解池（10）包括：

-限定用于容纳原料液的内空间（14）的槽（12），

-根据前述权利要求中任一项所述的被设置在所述内空间（14）中的内箱（16），

-封闭组件（18），所述封闭组件（18）在所述上排气孔（98）的上方，围绕所述内箱（16）密封地封闭所述槽的内空间（14）；

所述电解池（10）包括至少一个用于通过每个上排气孔（98）清除所排放的气体、以便将所述气体从所述槽（12）中排出的管道（36）。

11.根据权利要求10所述的电解池（10），其特征在于，所述槽（12）含有原料液，所述内箱（16）浸在所述原料液中，每个侧排气孔（98）至少部分地在所述原料液上方打开。

12.根据权利要求10或11所述的电解池（10），其特征在于，所述槽包括面向每个上排气孔（98）延伸的侧壁（22），所述内箱（16）和所述侧壁（22）限定中间侧空间（60），所述上排气孔（98）通向所述中间侧空间（60），所述封闭组件（18）包括至少一个封闭件（200），所述封闭件（200）在每个侧排气孔（98）上方，在上部封闭所述中间空间（60）。

13.根据权利要求12所述的电解池（10），其特征在于，所述电解池包括相对于所述侧壁（22）大体上横向地延伸的端部壁（20A，20B），所述端部壁（20A，20B）与所述内箱（16）一起限定轴向中间空间（62），所述封闭组件（18）包括在上部封闭所述轴向中间空间（202）的端盖（202）。

14.一种用于锰电解的方法，所述类型的方法包括：

-提供根据权利要求10至13中任一项所述的电解池（10）；

-向每个阴极框架（64）的内部隔室（90）提供含有锰离子的原料液；

-在容纳在每个阴极框架（64）中的每个阴极（74）上形成锰金属；

-在每个阴极框架（64）的内部隔室（90）中生成阴极气体，尤其是氨气和氢气；

-将阴极气体通过所述上排气孔（98）从所述内箱（16）中排出；

-将在所述内箱（16）外的由每个阴极（74）所产生的阴极气体收集在所述槽（12）、所述内箱（16）和所述封闭组件（18）之间所限定的中间空间（60）的顶部中；

-通过所述清除管道（36），排放在所述中间空间（60）的顶部中所收集的阴极气体。

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