CN103540961A - 一种电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法，该电解槽的槽壁由氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液8的结壳保护层2构成，起始阴极5安装在电解槽底部，若干组石墨阳极1安装在起始阴极正上方，每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极B与下面正在电解的石墨阳极A组成，石墨阳极A与石墨阳极B之间通过螺纹15连接。使用该电解槽电解生产稀土金属或合金中的铁、碳含量低；电解过程的废石墨阳极产生量极小，甚至不产生废石墨阳极。本发明提供的电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法，用于电解生产轻稀土金属或合金如钕、镨、镧、铈及其合金等，属于稀土电解技术领域。
背景技术
目前轻稀土金属主要以氧化物为原料，在以氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液中电解制取。
轻稀土电解槽主要为敞开式上插阴阳极槽型，电解槽的槽膛由石墨材料构成，阴极和石墨阳极从电解槽上方插入熔盐中，石墨阳极用铁质螺栓固定在阳极架上，由于电解质全处于石墨材料包围中，电解出的稀土金属中的碳含量通常高于0.015％。由于受到电解质溶液的冲刷，阳极架腐蚀严重，造成电解出的稀土金属中的铁含量较高，电解出的稀土金属中的铁含量通常高于0.040％。同时石墨阳极利用率低，一般低于80％，废石墨阳极的产生量较大。由于电解过程中的槽电压较高，一般为8～12V，因此，能量消耗较高。
大部分敞开式上插阴阳极槽型运行电流强度为5000A，通常以一根50～70mm的钨棒作为阴极。敞开式上插阴阳极槽型的大型化主要依靠同时增加阴极和阳极数量来实现，若用两根50～70mm的钨棒作为阴极，运行的电流强度可达10000A。
在诸多的稀土电解专利中，如中国专利200620149620.2、85100748、01212927.5、02240881.9、98211093.6、201020189389.6、200820138112.3等，电解槽的槽壁或槽体大都用石墨材料制，不利于控制电解出的稀土金属的碳含量。
在200710120258.5的稀土电解槽专利中，电解槽的槽壁用渗碳氮化硅材料制成，在电解过程中，槽壁的渗氮碳化硅受到电解质溶液的冲刷浸蚀，容易引起电解的稀土金属硅超标。
在现行的稀土生产过程中，石墨阳极的形状有圆筒形、平板形或扇形。由于石墨阳极用螺栓固定在阳极架上，电解过程阳极逐渐变小，使固定螺栓对石墨阳极的固定失效，此时需要更换新阳极，造成占新阳极重量约20％的残余石墨不能被消耗，从而产生废石墨阳极。废石墨阳极中残存着含氟电解质，属于危险废物，不利于环保。
在现行的稀土生产过程中，石墨阳极用螺栓固定在阳极架上，阳极架一般用铸铁或钢板制成，由于受到电解质的冲刷浸蚀，使阳极架中的铁进入电解质溶液中，铁沉积在稀土金属中，使产出的稀土金属中的铁含量较高。固定石墨阳极的螺栓有时会因过热熔化而进入电解质溶液中，会造成产出的稀土金属中的铁含量超标。目前，大部分敞开式上插阴阳极槽型电解出的稀土金属中的铁含量一般高于0.040％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解轻稀土金属或合金的电解槽，该电解槽的主要特点在于电解槽的槽壁由电解质结壳保护层构成，每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极B与下面正在电解的石墨阳极A组成，石墨阳极A与石墨阳极B之间通过阳极螺纹连接。
本发明的另一目的在于提供一种用上述电解槽电解轻稀土金属或合金的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电解轻稀土金属或合金的电解槽，电解槽的槽壁由氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液凝固形成的结壳保护层构成，起始阴极安装在电解槽底部，若干组石墨阳极安装在起始阴极的正上方，每组石墨阳极由上下两块通过螺纹连接的石墨阳极组成。
所述电解槽内壁内的热交换装置，通过强制热交换，使电解质在内壁的表面凝固形成电解质结壳保护层，该电解质结壳保护层即为电解槽的槽壁。该热交换装置的作用是使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低10～100℃，以使电解质溶液在内壁的表面凝固成稳定的结壳保护层，结壳保护层的厚度为10～100mm，电解质结壳保护层即为电解槽的槽壁。电解质结壳保护层隔断了电解质溶液与其它物质的接触，可避免电解质溶液受到污染，有利于提高电解出金属的质量。
所述的石墨阳极由若干组构成，每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极B与下面正在电解的石墨阳极A组成，每个石墨阳极块上有内螺纹和外螺纹，石墨阳极A的内螺纹与石墨阳极B的外螺纹连接构成一组石墨阳极。用阳极夹紧螺栓将每组石墨阳极夹紧固定在阳极夹具上。随着电解的进行，石墨阳极A因电解消耗而逐渐变短，松开阳极夹紧螺栓，向上调整阳极被夹位置，保持阳极夹具在电解质液面上的高度为30～240mm。由于阳极是连续消耗，故废石墨阳极的产生量极小，甚至不产生废石墨阳极。阳极夹具上设置有水冷装置，通过冷却水将阳极夹具和被夹处的以上的石墨阳极进行冷却降温，以减慢裸露在电解质液面以上的石墨阳极的氧化，延长阳极夹具及石墨阳极的使用寿命。
所述电解槽的内壁与水平线的夹角α为45°～90°。
所述起始阴极为板状，材质为钨、钼或钨钼合金。起始阴极的中央位置有一个碗状的积液槽，积液槽的深度10～100mm，直径50～160mm，以方便舀出或虹吸出电解出的金属。
一种电解轻稀土金属或合金的方法，包括以下步骤：
(1)向预热烘干后的电解槽内注入由氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液；
(2)启动阳极升降装置，使预热后的石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中，石墨阳极在电解质溶液中的浸没深度为10mm～240mm；
(3)开启电解电源，通入2000A～5000A的电流为电解质溶液加热，以使电解质溶液保持熔融状态；
(4)电解质溶液中通入电流后，电解即开始，向电解质溶液中添加稀土氧化物，以保证电解的顺利进行；
(5)启动内壁内的热交换装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低10～100℃，电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层；在电解质结壳保护层形成的过程中，同时向电解槽内补充电解质和稀土氧化物，以维持电解质液面高度的稳定；
(6)当结壳保护层厚度为10～100mm时，调大电流进行正常电解操作；电解过程的极间距，即石墨阳极下表面到起始电极或电解阴极之间的间距为15mm～400mm，刚开始时，稀土金属或合金在起始阴极表面析出并汇聚成液体，当液体的稀土金属或合金积累到一定量后，将起始阴极淹没后，液体金属或合金的表面作为电解阴极，稀土金属或合金就在液体金属表面析出。
在电解过程中，电解温度为600℃～1400℃。
在电解过程中，起始阴极或液体金属表面的电流密度为0.3A/cm2～18A/cm2。
电解质中稀土氟化物与氟化锂的质量比为(3～20)/1。
本发明的优点在于：
本发明的电解槽槽壁以氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液凝固形成的结壳保护层构成，电解质结壳保护层隔断了电解质溶液与其它物质的接触，可避免电解质溶液受到污染，有利于提高电解出金属的质量。
每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极B与下面正在电解的石墨阳极A组成，石墨阳极A与石墨阳极B之间通过阳极螺纹连接，电解过程中，石墨阳极被连续消耗掉，因此，废石墨阳极的产生量极小，甚至不产生废石墨阳极。
使用本发明的电解槽电解生产稀土金属或合金中的铁、碳含量较低；本发明提供了一种电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法简单易行。
附图说明
图1为本发明电解槽的结构示意图；
图2为本发明电解槽的石墨阳极的结构示意图；
图3为本发明圆柱形石墨阳极与阳极架组装后的结构示意图；
图4为本发明方柱形石墨阳极与阳极架组装后的结构示意图；
图5为本发明电解槽内圆柱形石墨阳极排列示意图；
图6为本发明电解槽内方柱形石墨阳极排列示意图。
附图标记
1 石墨阳极 2 电解质结壳保护层 3内壁 4 保温层 5 起始阴极
6 液体金属 7 积液槽 8电解质溶液 9导电板 10 阴极母线 11 电源
12 阳极母线 13 阳极升降装置 14阳极夹具 15螺纹
16 阳极夹紧螺栓
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受这些实施例的限制。
如图1所示，一种电解轻稀土金属或合金的电解槽，该电解槽包括保温层4，该电解槽的内壁3内有热交换装置，通过强制热交换，使电解质在内壁3的表面凝固形成电解质结壳保护层2，形成的电解质结壳保护层2即为电解槽的槽壁。起始阴极5安装在电解槽底部，电解质结壳保护层2与起始阴极5构成电解槽的槽膛。若干组石墨阳极1安装在起始阴极5的正上方，每组石墨阳极之间通过螺纹15连接，石墨阳极组用阳极夹紧螺栓夹紧在阳极夹具14上，阳极夹具14固定在阳极升降装置13上。阳极夹具14通过阳极母线12与电源11的正极相连。起始阴极通过导电板9，再由阴极母线10连接到电源11的负极。
为了保证电解质结壳保护层形成并稳定地附在内壁3上，内壁内设有热交换器和温控装置，热交换器和温控装置的作用是使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低10～100℃，以使电解质溶液在内壁的表面凝固成稳定的结壳保护层，温控装置的作为是保证电解质结壳保护层能稳定地形成，并控制好电解质结壳保护层的厚度，结壳保护层的厚度为10～100mm，形成的电解质结壳保护层成为电解槽的槽壁。电解质结壳保护层依附内壁的表面凝固而成，同时对起始阴极5起固定作用，并对内壁3与起始阴极5之间的缝隙起到密封作用。电解质结壳保护层2与起始阴极5构成电解槽的槽膛。电解质结壳保护层隔断电解质溶液与其它物质的接触，可避免电解质溶液受到污染，有利于提高电解出金属的质量。
如图2所示，石墨阳极1由若干组构成，每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极B与下面正在电解的石墨阳极A组成，每个石墨阳极块上有内螺纹和外螺纹，石墨阳极A的内螺纹与石墨阳极B的外螺纹连接构成一组石墨阳极。如图3、4所示，用阳极夹紧螺栓16将每组石墨阳极1夹紧固定在阳极夹具14上。石墨阳极1浸没在电解质溶液8中。随着电解的进行，石墨阳极A因电解消耗而逐渐变短，松开阳极夹紧螺栓，向上调整阳极被夹位置，保证阳极夹具在电解质液面上的高度为10～240mm。随着电解的进行，在石墨块A逐步被消耗而变短的同时，生成的液体金属逐渐增多而金属液面增高，使极间距发生变化，利用阳极升降装置13将阴、阳两极之间的距离控制在15mm～400mm，这样稀土金属离子直接在液体金属表面被电解还原成原子进入液体金属中，有效地减少了还原生成金属的二次氧化，有利于提高电流效率。
与传统的棒状阴极不同，本发明的起始阴极5为板状，材质为钨、钼或钨钼合金。起始阴极5的中央有一个碗状的积液槽7，当电解产出的液体金属达到一定重量后，通过人工舀出或虹吸将液体金属6取出，然后进行铸造成型。
如图3-6所示，石墨阳极的形状可为圆柱、正方柱、长方柱或多边形柱，电解槽槽膛可为长方体、正方体、圆柱体或多边柱体。
本发明中的阴极电流密度为0.3A/cm2～18A/cm2。在轻稀土金属及合金的电解生产过程中，阴极电流密度通常不小于阳极电流密度，为了使阴极电流密度不小于阳极电流密度，本发明中的电解槽的内壁与水平线夹角α的角度为45°～90°。
电解质组成为稀土氟化物与氟化锂组成的熔盐液体，稀土氟化物与氟化锂质量比为(3～20)/1，电解的温度为600℃～1400℃。
本发明中的石墨阳极插入电解质内的深度为10mm～240mm，电解过程的极间距，即石墨阳极下表面到正对的起始阴极或液体金属的上表面的距离为15mm～400mm。
实施例1
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为LaF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为3/1。启动阳极升降装置，使6组圆柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中240mm，控制阴阳极之间的距离为50mm。开启电源，通入2000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镧，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低10℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为10mm时，将电流强度调为12000A，添加氧化镧进行正常电解生产。电解每间隔2小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为80ppm；铁含量为310ppm，阳极残存率为3％。
实施例2
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为LaF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为8/1。启动阳极升降装置，使8组正方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中10mm，控制阴阳极之间的距离为400mm。开启电源，通入5000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镧，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低100℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为100mm时，将电流强度调为16000A，添加氧化镧进行正常电解生产。电解每间隔2小时，用虹吸方法吸出金属一次，金属中C含量为50ppm；铁含量为230ppm，阳极残存率为1％。
实施例3
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为LaF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为6/1。启动阳极升降装置，使8组圆柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中120mm，控制阴阳极之间的距离为100mm。开启电源，通入4000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镧，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低20℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为50mm时，将电流强度调为24000A，添加氧化镧进行正常电解生产。电解每间隔2小时，用虹吸方法吸出金属一次，金属中C含量为40ppm；铁含量为210ppm，阳极残存率为0.5％。
实施例4
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为NdF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为4/1。启动阳极升降装置，使6组正六方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中200mm，控制阴阳极之间的距离为80mm。开启电源，通入3000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低50℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为80mm时，将电流强度调为18000A，添加氧化钕进行正常电解生产。电解每间隔1小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为60ppm；铁含量为180ppm，阳极残存率为0.8％。
实施例5
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为NdF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为12/1。启动阳极升降装置，使8组长方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中150mm，控制阴阳极之间的距离为150mm。开启电源，通入3000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低20℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为40mm时，将电流强度调为16000A，添加氧化钕进行正常电解生产。电解每间隔1小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为80ppm；铁含量为240ppm，阳极残存率为0.4％。
实施例6
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为NdF3与LiF组成的熔融溶液，其中LaF3与LiF的比例为8/1。启动阳极升降装置，使8组圆柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中80mm，控制阴阳极之间的距离为240mm。开启电源，通入5000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低40℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为60mm时，将电流强度调为20000A，添加氧化钕进行正常电解生产。电解每间隔2小时，用虹吸方法吸出金属一次，金属中C含量为60ppm；铁含量为180ppm，阳极残存率为0.2％。
实施例7
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为(PrNd)F3与LiF组成的熔融溶液，其中(PrNd)F3与LiF的比例为6/1。启动阳极升降装置，使4组圆柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中100mm，控制阴阳极之间的距离为340mm。开启电源，通入3000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镨钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低80℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为80mm时，将电流强度调为10000A，添加氧化镨钕进行正常电解生产。电解每间隔1小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为180ppm；铁含量为410ppm，阳极残存率0.6％。
实施例8
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为(PrNd)F3与LiF组成的熔融溶液，其中(PrNd)F3与LiF的比例为11/1。启动阳极升降装置，使2组正六边形柱石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中180mm，控制阴阳极之间的距离为160mm。开启电源，通入2000A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镨钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低30℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为30mm时，将电流强度调为8000A，添加氧化镨钕进行正常电解生产。电解每间隔1小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为110ppm；铁含量为430ppm，阳极残存率0.4％。
实施例9
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为(PrNd)F3与LiF组成的熔融溶液，其中(PrNd)F3与LiF的比例为8/1。启动阳极升降装置，使6组正方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中180mm，控制阴阳极之间的距离为80mm。开启电源，通入4500A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化镨钕，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低40℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为60mm时，将电流强度调为15000A，添加氧化镨钕进行正常电解生产。电解每间隔2小时，用虹吸吸出金属一次，金属中C含量为140ppm；铁含量为360ppm，阳极残存率0.2％。
实施例10
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为CeF4与LiF组成的熔融溶液，其中CeF4与LiF的比例为4/1。启动阳极升降装置，使6组长方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中40mm，控制阴阳极之间的距离为280mm。开启电源，通入3500A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化铈，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低60℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为40mm时，将电流强度调为15000A，添加氧化铈进行正常电解生产。电解每间隔2小时，用虹吸吸出金属一次，金属中C含量为90ppm；铁含量为160ppm，无石墨阳极残存。
实施例11
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为CeF4与LiF组成的熔融溶液，其中CeF4与LiF的比例为20/1。启动阳极升降装置，使8组六方柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中60mm，控制阴阳极之间的距离为120mm。开启电源，通入2500A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化铈，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低10℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为30mm时，将电流强度调为20000A，添加氧化铈进行正常电解生产。电解每间隔1小时，人工舀出金属一次，金属中C含量为81ppm；铁含量为230ppm，无石墨阳极残存。
实施例12
启炉时，先向电解槽和石墨阳极预热烘干，向电解槽内注入已经熔化好的电解质，电解质为CeF4与LiF组成的熔融溶液，其中CeF4与LiF的比例为6/1。启动阳极升降装置，使4组圆柱形石墨阳极下降并浸没在电解质溶液中200mm，控制阴阳极之间的距离为80mm。开启电源，通入2600A的电流，使电解质保持熔融状态，加入氧化铈，进行电解。开启内壁内的冷却和温控装置，使内壁的表面温度比电解质溶液的凝固温度低15℃，使电解质溶液依附在内壁表面逐渐凝固成稳定的结壳保护层，同时添加电解质维持电解质液面高度稳定。当结壳保护层的厚度为20mm时，将电流强度调为12000A，添加氧化铈进行正常电解生产。电解每间隔4小时，用虹吸吸出金属一次，金属中C含量为72ppm；铁含量为180ppm，阳极残存率0.8％。
Claims (9)
1.一种电解轻稀土金属或合金的电解槽，其特征在于，电解槽的槽壁由氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液(8)凝固形成的结壳保护层(2)构成，起始阴极(5)安装在电解槽底部，若干组石墨阳极(1)安装在起始阴极(5)的正上方，每组石墨阳极(1)由上下两块通过螺纹(15)连接的石墨阳极组成。
2.根据权利要求1所述的电解轻稀土金属或合金的电解槽，其特征在于，所述电解槽的内壁(3)内设有热交换装置，热交换装置控制内壁(3)的表面温度比氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液(8)的凝固温度低10～100℃，以使电解质溶液(8)在内壁(3)的表面凝固成厚度为10～100mm稳定结壳保护层(2)。
3.根据权利要求1所述的电解轻稀土金属或合金的电解槽，其特征在于，所述石墨阳极(1)由若干组构成，每组石墨阳极由上面待电解的石墨阳极(B)与下面正在电解的石墨阳极(A)组成，石墨阳极(A)与石墨阳极(B)之间通过螺纹(15)连接。
4.根据权利要求1所述的电解轻稀土金属或合金的电解槽，其特征在于，所述电解槽的内壁(3)与水平线的夹角α为45～90°。
5.根据权利要求1所述的电解轻稀土金属或合金的电解槽，其特征在于，所述起始阴极(5)为板状，其中央位置具有一个碗状的积液槽(7)，该积液槽的深度为10～100mm，直径为50～160mm，起始阴极(5)的材质为钨、钼或钨钼合金。
6.一种电解轻稀土金属或合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)向预热烘干后的电解槽内注入由氟化稀土-氟化锂组成的电解质溶液(8)；
2)启动阳极升降装置(13)，使预热后的石墨阳极(1)下降并浸没在电解质溶液(8)中，石墨阳极在电解质溶液(8)中的浸没深度为10mm～240mm；
3)开启电解电源(11)，通入2000A～5000A的电流为电解质溶液(8)加热，以使电解质溶液(8)保持熔融状态；
4)向电解质溶液(8)中添加稀土氧化物，以保证通入2000A～5000A电流后的电触顺利进行；
5)启动内壁(3)内的热交换装置，使电解质溶液(8)依附在内壁(3)的表面上缓慢凝固形成结壳保护层(2)，同时向电解槽内补充电解质和稀土氧化物，以维持电解质液面高度稳定；
6)当结壳保护层(2)厚度为10～100mm时，调大电流进行正常电解操作；电解过程的极间距，即石墨阳极下表面到起始电极或电解阴极之间的间距为15mm～400mm，当电解产生的液态金属覆盖起始阴极表面后，稀土金属便在液态金属表面上电解析出，此时，液态金属表面即为电解阴极。
7.根据权利要求6所述的电解轻稀土金属或合金的方法，其特征在于，电解温度为600℃～1400℃。
8.根据权利要求6所述的电解轻稀土金属或合金的方法，其特征在于，在电解过程中起始阴极及电解阴极的电流密度为0.3A/cm2～18A/cm2。
9.根据权利要求6所述的电解轻稀土金属或合金的方法，其特征在于，所述电解质中稀土氟化物与氟化锂质量比为(3～20)/1。
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