[发明专利]阳极-阴极功率分配系统和使用其用于电化学还原的方法

说明书

政府支持

本发明根据美国能源署授予的合同号DE-AC02-06CH11357在美国政府的支持下进行。美国政府在本发明中享有一定权利。

背景技术

单步骤和多步骤电化学过程可用来将金属氧化物还原为其对应的金属(未氧化)状态。这样的过程通常用来回收高纯度金属、从不纯进料回收金属、和/或从金属的金属氧化物矿石提取金属。

多步骤过程通常将金属或矿石溶解为电解质，然后是用来回收未氧化金属的电解分解或选择性电迁移步骤。例如，在从用过的核氧化物燃料提取铀的过程中，氧化铀的化学还原在650℃下使用诸如溶于熔融LiCl中的Li的还原剂进行，以便产生铀和Li₂O。溶液然后经受电解沉积，其中熔融LiCl中溶解的Li₂O被电解分解以再生Li。铀金属被制备以供进一步使用，例如在商业核反应堆中的核燃料。

单步骤过程通常将金属氧化物与阴极和阳极一起浸入选择为与金属氧化物相容的熔融电解质中。阴极电接触金属氧化物，并且通过对阳极和阴极(以及经由阴极对金属氧化物)充电，金属氧化物通过在熔融电解质中的电解转换和离子交换而被还原。

单步骤过程通常在处理和转移熔融盐和金属的过程中使用很少的构件和/或步骤，限制自由漂浮的或过量的还原剂金属的量，具有改善的过程控制，并且与处于各种起始状态的各种金属氧化物/混合物相容，且相比多步骤过程具有更高纯度的结果。

发明内容

示例性实施例包括可在电解还原系统中使用的功率分配系统。示例性实施例可包括若干阴极和阳极组件电触点，其通过使用标准化连接配置而允许灵活的模块化组件数量和放置。阴极和阳极组件电触点可连续地或交替地布置。示例性阳极和阴极组件电触点可具有绝缘叉形形状以在机械上接纳来自模块化组件的刀口电触点(knife edge electrical contact)。阳极和阴极组件触点可包括将触点在期望位置处固定到较大还原系统中的座置组件，其中电功率经由附连到组件的电力电缆提供。

阴极和阳极组件电触点在示例性系统中可以任何期望水平提供电功率，包括提供相等且相反的电功率的成对的阳极和阴极组件电触点。类似地，不同阴极组件电触点可提供不同水平的电功率，即使连接到相同的模块化阴极组件。示例性系统可包括向阳极或阴极组件触点提供公共电功率的汇流条(bus bar)。示例性方法可包括通过阴极和阳极组件电触点提供任何期望水平的电功率以便向电解还原系统提供功率。

示例性实施例电气系统可结合保持电解质的电解质容器使用，模块化阴极和阳极组件延伸进入电解质中且支撑在其上方，其中模块化阴极和阳极组件机械地和电气地连接到示例性电气系统的相应触点。模块化阳极组件可包括：阳极块，阳极棒座置在其中；母线(bus)，其电连接到阳极组件电触点；以及滑动接头，其将阳极块电联接到母线。滑动接头包括多个侧向部件，其可在高温下膨胀同时维持与阳极块和母线的电接触。

附图说明

图1是示例性实施例电解氧化物还原系统的图示。

图2是备选配置的图1的示例性实施例电解氧化物还原系统的另一图示。

图3是示例性实施例电功率分配系统的图示。

图4是图3的示例性实施例电功率分配系统的另一视图的图示。

图5是示例性实施例阴极组件触点和阳极组件触点的细节的图示。

图6是示例性实施例阳极组件的图示。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述示例性实施例。然而，本文所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，以用于描述示例性实施例的目的。示例性实施例可体现为许多备选形式且不应理解为仅限于本文所阐述的示例性实施例。

将会理解，虽然术语“第一”、“第二”等可在本文中用来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用来区别一个元件与另一元件。例如，在不脱离示例性实施例的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

将会理解，当元件被称为“连接”、“联接”、“配合”、“附连”或“固定”到另一元件时，它可以直接连接或联接到其它元件，或者可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，不存在中间元件。应以类似方式来解释用来描述元件之间的关系的其它词语（例如，“在...之间”对比“直接在...之间”、“邻近于”对比“直接邻近于”等）。