專利名稱：ZnCl₂熔鹽電解制鋅的電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解裝置，特別涉及一種ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件。
背景技術(shù)：
目前，用Si還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅正逐漸成為熱點，日本等發(fā)達國家近年來已開 始重視“Si還原SiCl4”這種環(huán)保方法來生產(chǎn)太陽能電池原材料多晶硅，并已計劃將其產(chǎn)業(yè) 化。Zn還原SiCl4的原理反應(yīng)式為SiCl4 (g) +2Zn (g) — Si (s) +2ZnCl2 (g)Si還原法使用的原料為SiCl4，與傳統(tǒng)的“西門子法”所用材料不同，具有生產(chǎn)工藝 簡短、反應(yīng)速度快、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可實現(xiàn)成本控制等優(yōu)點。據(jù)2008年9月17日《日刊新 聞》報道，新日本太陽硅公司已計劃2010年4月開始用“Si還原法”生產(chǎn)太陽能電池原材 料多晶硅?？梢娢磥矶嗑Ч璧纳a(chǎn)必然是向低成本、低污染、副產(chǎn)物可循環(huán)利用、生產(chǎn)工藝 簡短的方向發(fā)展。然而這種以Si來還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅的方法，按照反應(yīng)式 SiCl4 (g) +2Zn (g) — Si (S) +2ZnCl2 (g)計算，每生產(chǎn)一倍量的硅，就會產(chǎn)生十倍量的SiCl2副 產(chǎn)物，如何經(jīng)濟地有效回收利用ZnCl2成為一個大問題。采用熔鹽電解法可將上述副產(chǎn)物SiCl2電解后生成金屬Si和Cl2，其中金屬Si可 提純后重新作為反應(yīng)原料進行循環(huán)利用，這樣就可實現(xiàn)ai還原Sici4生產(chǎn)多晶硅整個工藝 的閉環(huán)操作。由于ZnCl2熔鹽腐蝕性較強，為了在電解中得到較高的電流效率和較低的槽電壓， 并降低電極裝置在ZnCl2熔鹽電解質(zhì)中的腐蝕消耗，電極選擇與設(shè)計成為該裝置要解決的 首要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，設(shè)置在ZnCl2熔鹽電 解制鋅裝置的SiCl2熔鹽電解質(zhì)中，并與外部直流電源相連，其包括電極，包括至少三塊石墨電極板，各石墨電極板平行間隔設(shè)置，放置于^iCl2熔鹽 電解質(zhì)中；兩根導(dǎo)電棒，其下端分別與位于兩側(cè)的兩塊石墨電極相連，上端分別與直流電源 的正負極相連；陶瓷包覆板，覆蓋在各石墨電極的上端面和下端面，并從四周將各石墨電極整體 包覆在內(nèi)；兩個陶瓷套管，分別套在兩根導(dǎo)電棒上，其下端分別與相應(yīng)的石墨電極固定相連。所述的各石墨電極板的間隔距離為4_8mm，兩側(cè)的石墨電極板中間分別設(shè)有內(nèi)螺紋孔，該內(nèi)螺紋孔分為兩段，上段孔徑較大，用于與陶瓷套管固定相連；下段孔徑較小，用于 與導(dǎo)電棒固定相連。所述的導(dǎo)電棒由鐵基耐熱合金制作而成，下部設(shè)有用于與石墨電極板及陶瓷包覆 板連接的外螺紋。所述的陶瓷包覆板由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，其中覆蓋在各石墨電極板下端面 的陶瓷包覆板的下沿設(shè)有圓角，覆蓋在兩側(cè)石墨電極板上端面的陶瓷包覆板設(shè)有讓陶瓷套 管通過的內(nèi)螺紋孔。所述的陶瓷套管由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，陶瓷套管下部設(shè)有用于與陶瓷包覆 板及石墨電極板螺紋連接的外螺紋。所述的耐高溫腐蝕陶瓷選自^O2陶瓷、Al2O3陶瓷和Si3N4陶瓷中的一種。所述的耐高溫腐蝕陶瓷為^O2陶瓷。本發(fā)明ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果1、采用豎直復(fù)極式電極，允許較大的電解電流，有利于熔鹽的擴散，產(chǎn)物的沉積和 排放。2、采用包覆式電極，可減少漏電損失，提高電流效率；同時減少熔鹽對石墨電極的 滲透和腐蝕。3、采用鐵基包套結(jié)構(gòu)導(dǎo)電棒，解決了熔鹽對導(dǎo)電棒材料的腐蝕問題；同時，因鐵基 材料良好的導(dǎo)電性能，進一步降低了槽電壓。


圖1為本發(fā)明ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式附圖給出了本發(fā)明的一個較佳實施例，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1，配合參見圖2、圖3，本發(fā)明的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，包括石墨 電極板1、導(dǎo)電棒2、陶瓷包覆板3和陶瓷套管4。石墨電極板1共三塊，三塊石墨電極板11、12、13平行間隔設(shè)置，各石墨電極板的 間隔距離為4-8mm，豎直放置于ZnCl2熔鹽電解槽內(nèi)的ZnCl2熔鹽電解質(zhì)中。其中兩側(cè)石墨 電極板的中間分別設(shè)內(nèi)螺紋孔，孔分為兩段，上段長孔徑較大，用于與陶瓷套管4相連；下 段孔徑較小，用于與導(dǎo)電棒2相連。各電極板相對的各面直接與電解液接觸，通電之后發(fā)生 電解反應(yīng)。導(dǎo)電棒2共兩根，都由鐵基耐熱合金制作而成，分別與位于兩側(cè)的兩塊石墨電極 11、12相連，上端分別與直流電源的正負極相連，下端分別貫穿相應(yīng)的石墨電極塊與底部陶 瓷包覆板相連。導(dǎo)電棒下部設(shè)有用于與石墨電極板及陶瓷包覆板連接的外螺紋。上端延伸 至套管之外，并固定，從而實現(xiàn)整個電極裝置的固定。電流經(jīng)由電極棒，石墨電極板，電解質(zhì) 熔鹽形成回路，實現(xiàn)ZnCl2熔鹽的電解。陶瓷包覆板3由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，覆蓋各石墨電極的上端面和下端面，并從四周將各石墨電極整體包覆在內(nèi)；其中覆蓋在各石墨電極板下端面的陶瓷包覆板31、 32、33的下沿設(shè)有圓角，以免Si熔體在最下端附著過多，發(fā)生短路。覆蓋在兩側(cè)石墨電極板 上端面的陶瓷包覆板；34、35設(shè)有讓陶瓷套管通過的內(nèi)螺紋孔。各陶瓷包覆板3通過固定螺 栓21 (也由陶瓷材料制成)與各石墨電極板11、12、13相連或相互連接，以避免漏電損失。 而上下兩面則沒有完全包覆，以允許電解質(zhì)熔鹽及電解產(chǎn)物的通過。陶瓷套管4共兩根，分別套在兩根導(dǎo)電棒上，其下端分別與相應(yīng)的石墨電極固定 相連。陶瓷套管4由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，下部設(shè)有外螺紋，通過陶瓷包覆板上的螺紋 孔穿過陶瓷包覆板與石墨電極板連接。上端通過電解槽上蓋，從而保證其內(nèi)部包套的導(dǎo)電 棒2與電解質(zhì)熔鹽不接觸，避免合金材料的腐蝕。上述用于制作陶瓷套管和陶瓷包覆板的耐高溫腐蝕陶瓷選自^O2陶瓷、Al2O3陶 瓷和Si3N4陶瓷中的一種，優(yōu)選^O2陶瓷。
權(quán)利要求
1.一種SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，設(shè)置在SiCl2熔鹽電解制鋅裝置的SiCl2熔鹽 電解質(zhì)中，并與外部直流電源相連，其特征在于包括電極，包括至少三塊石墨電極板，各石墨電極板平行間隔設(shè)置，放置于SiCl2熔鹽電解 質(zhì)中；兩根導(dǎo)電棒，其下端分別與位于兩側(cè)的兩塊石墨電極相連，上端分別與直流電源的正 負極相連；陶瓷包覆板，覆蓋在各石墨電極的上端面和下端面，并從四周將各石墨電極整體包覆 在內(nèi)；兩個陶瓷套管，分別套在兩根導(dǎo)電棒上，其下端分別與相應(yīng)的石墨電極固定相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnC12熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的各石 墨電極板的間隔距離為4-8mm，兩側(cè)的石墨電極板中間分別設(shè)有內(nèi)螺紋孔，該內(nèi)螺紋孔分為 兩段，上段孔徑較大，用于與陶瓷套管固定相連；下段孔徑較小，用于與導(dǎo)電棒固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的導(dǎo)電棒 由鐵基耐熱合金制作而成，下部設(shè)有用于與石墨電極板及陶瓷包覆板連接的外螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的陶瓷包 覆板由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，其中覆蓋在各石墨電極板下端面的陶瓷包覆板的下沿設(shè) 有圓角，覆蓋在兩側(cè)石墨電極板上端面的陶瓷包覆板設(shè)有讓陶瓷套管通過的內(nèi)螺紋孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的陶瓷套 管由耐高溫腐蝕陶瓷制作而成，陶瓷套管下部設(shè)有用于與陶瓷包覆板及石墨電極板螺紋連 接的外螺紋。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的耐 高溫腐蝕陶瓷選自^O2陶瓷、Al2O3陶瓷和Si3N4陶瓷中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的SiCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，其特征在于所述的耐 高溫腐蝕陶瓷為^O2陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件，它包括至少三塊石墨電極板、兩根導(dǎo)電棒、多塊陶瓷包覆板和兩個陶瓷套管。多塊陶瓷包覆板分別覆蓋在各石墨電極的上端面和下端面，并從四周將各石墨電極整體包覆在內(nèi)。本發(fā)明ZnCl2熔鹽電解制鋅的電極組件與現(xiàn)有技術(shù)相比，能允許較大的電解電流，有利于熔鹽的擴散、產(chǎn)物的沉積和排放；可減少漏電損失，提高電流效率；同時減少熔鹽對石墨電極的滲透和腐蝕，并解決了熔鹽對導(dǎo)電棒材料的腐蝕問題。
文檔編號C25C7/02GK102094219SQ200910250538
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉清波, 張愿成, 張瀅清, 張玉霞, 趙欣侃, 郭飛, 韓曉龍, 黃碧龍 申請人:上海太陽能工程技術(shù)研究中心有限公司