CN101845641B - 沉浸式稀土电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉浸式稀土电解槽，属于稀土电解设备。本发明包括阴极、阳极、石墨坩埚、绝缘层、坩埚收集器、碳粉、耐火材料层、保温层、铁皮，石墨坩埚中部位置设有阳极支座，阳极悬挂在阳极支座上并沉浸在电解质熔液里。本发明通过阳极支座将阳极沉浸在电解质里面，改进电解槽阴极和阳极的配置及布置方式，这样的阳极布置方式改变了传统的上挂式阳极布置方式，更有利于电解电流的有效利用，这种新型的阳极和阴极的布置方式在增加电解电流密度时比传统电极布置方式的槽电压低，同时由于阴极阳极采用不同的进电方式，大大简化了电解槽扩容时布线结构复杂的限制，实现电解过程的工业化和大型化，简化布电结构。

Description

沉浸式稀土电解槽
技术领域
本发明涉及一种沉浸式稀土电解槽，属于稀土电解设备。
背景技术
大型稀土氧化物氟盐体系电解槽是改变我国目前稀土氧化物电解制备稀土金属的小、散、乱的落后局面，提高了稀土金属产品质量的均一性和稳定性的有效发展方向，但由于现有大槽型在电极配置方式上仍然沿用20世纪80年代设计的上插阴阳极模式，如专利：CN98104785.8，CN02240881.9及CN200820138112.3都采用了这种结构，但这种结构在放大的同时暴露出很多问题：
1、炉口阳极石墨和槽体石墨氧化严重，造成阳极有效利用率偏低以及槽体中修过于频繁；
2、由于槽体温度高无合适绝缘材料进行槽体绝缘，槽体漏电损失严重；
3、目前稀土电解槽大型化过程中布线结构复杂的问题上部敞口较大，槽体无保温措施，热量损失严重，生产过程明显受环境温度和换热条件变化的影响。就现有槽型结构而言，直接应用于电解的电能不足整流设备二次输出电能的40％；
4、目前敞开式和上挂阴、阳极的布置方式不合理，在电解过程中，温度场不稳定，流场不均匀的问题，造成结瘤现象，严重时影响电解的正常进行；
5、阴极产生的金属液滴流入底部接受器的行程较大，且该部位电解质流动较强，使稀土金属在熔盐中的溶解损失增加，造成电解电流效率偏低，同时由于底部钼坩埚接收器在槽底形成一个突出的台阶，生产过程发现该处容易结瘤，严重时影响生产；
6、目前稀土电解槽大型化过程中布线结构复杂，复杂的布线结构阻碍了稀土电解槽进一步大型化的发展空间，该结构在获取电解金属液时需使电解槽停产或半停产状态才能进行，严重影响电解电流效率的提高。
7、现有大型氟盐体系稀土电解槽电流效率约80％，铝电解槽同样是氟盐体系电解槽，由于其阴极放置在槽底部且原料溶解度较大、密度差较小，其电流效率在92％以上，因此稀土电解槽还有很大的发展空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用侧进电沉浸方式布置阳极，结构简单，能量消耗少，电流效率高，环保效益好，布线结构合理，维护容易的沉浸式稀土电解槽。
技术解决方案：本发明包括阴极、阳极、石墨坩埚、绝缘层、坩埚收集器、碳粉、耐火材料层、保温层、铁皮，石墨坩埚中部位置设有阳极支座，阳极悬挂在阳极支座上并沉浸在电解质熔液里。
阳极外环壁面与轴线呈5~8°倾斜角。
阳极支座在内环壁面与轴线呈5~8°倾斜角，倾斜角的方向与阳极的倾斜角方向相反。
阳极支座上设置有一个阳极或并排设置至少两个阳极。
石墨坩埚槽采用整体成型或分块砌筑，四周为圆角、圆形或椭圆结构。
本发明通过阳极支座将阳极沉浸在电解质里面，改进电解槽阴极和阳极的配置及布置方式，这样的阳极布置方式改变了传统的上挂式阳极布置方式，更有利于电解电流的有效利用，这种新型的阳极和阴极的布置方式在增加电解电流密度时比传统电极布置方式的槽电压低，同时由于阴极阳极采用不同的进电方式，大大简化了电解槽扩容时布线结构复杂的限制。
本发明通过改变阳极和阴极的个数的配置及布置方式，可实现稀土金属电解时需要的工作电流要求，阳极采用侧进电方式悬挂沉浸式，阴极采用上进电挂式结构，在车间通过纵向布置方式，实现电解过程的工业化和大型化，简化布电结构。
本发明由于采用在电解槽外围结构增设保温层和绝缘层，把绝缘层设在耐火层及保温层之间既可起到绝缘的效果同时也可降低绝缘层对温度的要求，解决了传统电解槽由于高温无法绝缘的现象，并在石墨坩埚与耐火层之间填充碳粉的方法以防止石墨坩埚因热胀冷缩而损坏，石墨坩埚底部采用斜底钼坩埚收集器，这结构解决了传统电解槽台阶结瘤的现象，在金属的收集时，直接在四个阳极中间取金属就可以，不用停产，有利于金属收集方便金属的收取，提高金属的收得率。
本发明电场流场分布更加合理，电流效率明显提高而且减少环境污染，达到了节能，高产，有效的解决目前稀土熔盐电解槽温度场不稳定、流场不均匀的问题，同时也解决了目前稀土电解槽大型化过程中布线结构复杂的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明220KA电解槽电极布置剖面图；
图3为本发明40KA电解槽电极布置剖面图；
图4为阳极与阳极支座装配放大图。
具体实施方式：
本发明电解槽为多阳极侧进电方式，在石墨坩埚3侧壁上采用预设阳极支座5的方式，将阳极支座5两端分别设置石墨坩埚3侧壁中部，阳极2放置在阳极支座5上的孔内，阳极支座5的设置位置必须能够保证将阳极2沉浸在电解质熔液11里，阳极2为圆环状，阳极2外环壁设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极的外环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5内环壁面设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极支座5的内环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5的倾斜方向与阳极2的倾斜方向相反，这样可方便阳极2的安装和更换，装配时阳极支座5与阳极2可紧密配合减少阳极2进电时的接触电阻。
阳极支座5可根据阳极的布置情况组合设计，阳极支座5上可设置有一个阳极，也可并排设置至少两个阳极，通过阳极2中心采用上进电挂式结构放置阴极1，这样阴极1和阳极2进电装置可分空间布置，使复杂的布线结构简化；阴极1下面放置钼坩埚接收器6收集金属钕；外围槽体为复合型槽型结构由石墨坩埚3、绝缘层4、碳粉7、耐火材料层8、保温层9和铁皮10组成，在石墨坩埚3外围添加中间碳粉7，在耐火材料层8和保温层9之间添加一层绝缘层4，这样可以保证电解槽在不漏电的情况下进行，提高电能利用率，减少能量消耗。石墨坩埚3底部设有向中间聚集斜底钼坩埚收集器6，以方便金属的收集，提高金属的收得率。
实施例1
本发明为20KA新型沉浸式稀土电解槽：该新型沉浸式稀土电解槽槽体为石墨坩埚3，阳极支座5两端分别设置石墨坩埚3侧壁中部，阳极支座5的设置位置必须能够保证将阳极2沉浸在电解质熔液11里，阳极支座5采用钼合金阳极支座，阳极支座5在槽中心均匀固定4根阳极2(如附图2所示)，阳极2为圆环状，阳极2外环壁设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极的外环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5内环壁面设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极支座5的内环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5的倾斜方向与阳极2的倾斜方向相反，四阳极2所围中心可作为均匀布料中心和取金属口，通过4根阳极2中心放置4根阴极1，阴极1下面放置斜底钼坩埚收集器6收集金属钕，石墨坩埚3的外围槽体为方形槽型结构。石墨坩埚3外围添加中间碳粉7，在中间碳粉层7和耐火材料8之间添加一层绝缘层4，这样可以保证电解在不漏电的情况下进行，提高电能利用率，减少能量消耗。石墨坩埚3底部采用斜底钼坩埚收集器6，这结构斜底钼坩埚收集器6在金属的收集时，金属就会聚在石墨坩埚3中心底部，不用断电停产，直接在四个阳极2所围槽中心取金属就可以或采用虹吸装置从该处取金属。
实施例2
本发明为40KA新型沉浸式稀土电解槽：该新型沉浸式稀土电解槽槽体为石墨坩埚3，在石墨坩埚3侧壁用钼合金阳极支座5在槽中心均匀固定8根阳极2(如附图3所示)，四阳极2所围槽中心可作为多点均匀布料中心和出金属出，阳极支座5的设置位置必须能够保证将阳极2沉浸在电解质熔液11里，该阳极2为圆环状，阳极2外环壁设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极的外环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5内环壁面设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极支座5的内环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5的倾斜方向与阳极2的倾斜方向相反，通过8根阳极2中心放置8根阴极1，阴极1下面放置斜底钼坩埚收集器6收集金属钕，石墨坩埚1外围槽体为方形槽型结构。石墨坩埚3外围添加中间碳粉7，在中间碳粉层7和耐火材料8之间添加一层绝缘层4，这样可以保证电解在不漏电的情况下进行，提高电能利用率，减少能量消耗。石墨坩埚3底部采用斜底钼坩埚收集器6，这结构斜底钼坩埚收集器6在金属的收集时，金属就会聚在石墨坩埚3中心底部，不用断电停产，直接在四阳极2所围槽中心取金属就可以或采用虹吸装置从该处取金属。
实施例3
本发明为大型新型沉浸式稀土电解槽：该新型沉浸式稀土电解槽槽体为石墨坩埚3，根据生产电流需要在石墨坩埚3侧壁用钼合金阳极支座5在槽中心均匀固定多根阳极2(如附图2、图3所示)，阳极2所围槽中心可作为多点均匀布料中心和出金属出，阳极支座5的设置位置必须能够保证将阳极2沉浸在电解质熔液11里，该阳极2为圆环状，阳极2外环壁设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极的外环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5内环壁面设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极支座5的内环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座5的倾斜方向与阳极2的倾斜方向相反，通过4根阳极2中心放置4根阴极1，阴极1下面放置接收器6收集金属钕，石墨坩埚3的外围槽体为方形槽型结构。石墨坩埚3外围添加中间碳粉7，在中间碳粉层7和耐火材料8之间添加一层绝缘层4，这样可以保证电解在不漏电的情况下进行，提高电能利用率，减少能量消耗。石墨坩埚3底部采用斜底钼坩埚收集器6，这结构斜底钼坩埚收集器6在金属的收集时，金属就会聚在石墨坩埚3中心底部，不用断电停产，直接在阳极2所围槽中心取金属就可以或采用虹吸装置从该处取金属。
由于该石墨坩埚3槽型结构每组阴极1、阳极2电解时电场互不影响，因此可以无限扩展，提高单槽生产量。

Claims (3)

1.沉浸式稀土电解槽，包括阴极(1)、阳极(2)、石墨坩埚(3)、绝缘层(4)、坩埚收集器(6)、碳粉(7)、耐火材料层(8)、保温层(9)、铁皮(10)，其特征在于：在石墨坩埚(3)侧壁上采用预设阳极支座(5)的方式，将阳极支座(5)两端分别设置在石墨坩埚(3)侧壁中部，阳极(2)放置在阳极支座(5)上的孔内，阳极支座(5)的设置位置必须能够保证将阳极(2)沉浸在电解质熔液(11)里，阳极(2)为圆环状，阳极(2)外环壁设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极(2)的外环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座(5)内环壁面设置为具有一定的倾斜度，倾斜度为阳极支座(5)的内环壁面与轴线呈5-8°，阳极支座(5)的倾斜方向与阳极(2)的倾斜方向相反。
2.根据权利要求1所述的沉浸式稀土电解槽，其特征在于：阳极支座(5)上设置有一个阳极或并排设置至少两个阳极。
3.根据权利要求1所述的沉浸式稀土电解槽，其特征在于：石墨坩埚(3)采用整体成型或分块砌筑，四周为圆角、圆形或椭圆结构。
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