CN105624736A - 一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阳极底部呈倒“V”形或单斜坡状，每组阳极的下方对应设有一组阴极，阴极埋入凸起的高温耐蚀材料中，阴极顶部为三棱柱体并突出在高温耐蚀材料外，每两个阴极之间均有高温耐蚀材料下凹而形成的金属沟，阴极钢棒位于阴极的底部并与阴极相连接，下料器设置于槽体顶部。本发明阳极形状有利于阳极气泡排放，阴极及金属沟设计使电解槽的高温区域上移，抑制稀土金属的二次反应，提高了电流效率。

Description

一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽

技术领域

本发明属于稀土熔盐电解领域，具体涉及一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽。

背景技术

当前工业生产稀土金属的电解槽上口为敞开式，阴极和阳极为柱面平行垂直布置。这种结构导致现行稀土金属电解生产效率低下、环境污染严重、工艺参数波动大、且难以实现大型化和自动化，严重阻碍稀土电解技术的进一步发展。研究表明现行结构稀土熔盐电解槽槽体敞口辐射散热占总热支出的44.5％，从而导致电解槽不得不通过高电压来维持电解槽的热平衡。而电压过高时，会在电解质中氧化物浓度不足时，使稀土氟化物分解严重，产生含氟气体直接排放而污染环境。因此，开发大型节能环保的新型结构稀土熔盐电解槽是实现稀土电解工业及其技术发展的关键。

因此，研究者提出了采用电解过程的液态金属作为阴极结构，如专利CN101368282A和CN200952043Y，采用底部阴极的布线方式，解决了上插式结构的布线问题，但是由于该结构的电解金属一直处于电解区域内，容易造成电解后稀土金属极易被二次氧化，因此电流效率低。为此，专利CN201510783550.X提出了一种新型稀土电解槽，采用突起阴极，使得电解槽的高温发热区域上移，减小高温对电解槽底部内衬的腐蚀，有利于延长电解槽寿命和减少金属的二次反应，提高了电流效率。同时，采用底部为圆弧形凹面的阳极和顶部为凸面的阴极相对应，以达到低阳极电流密度和高阴极电流密度的目的。但是，由于圆弧形表面的阳极设计使得电极的物理结构不稳定，且不利于工业加工。经仿真实验得知，中间分开的圆弧形的阳极结构使得电解槽内电热场分布不均匀，且边缘处的尖角容易使局部电流密度过大，从而使得电极局部发热过大，影响了电解槽内电热场的均匀分布，从而不利于电解生产过程的稳定和电极使用寿命。

发明内容

为了解决目前电解槽内电热场分布不均，导致电解生产过程不稳定的技术问题，本发明提供一种能够延长电极使用寿命，便于电极加工，且电解槽内电热场分布更为均匀的新型电极结构的稀土熔盐电解槽。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，包括中空的槽体，所述的槽体内设有至少一行、每行至少包括两个的阳极、与阳极数量相同的阴极、阴极钢棒、金属沟、下料器和石墨块，所述的阳极悬挂于电解槽上部，每个阳极底面呈倒“V”字型的凹面，每行阳极的下方对应设有一行阴极，所述的阴极埋入凸起的高温耐蚀材料中，阴极的顶部为三棱柱体并突出在高温绝缘材料外，高温耐蚀材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有高温耐蚀材料组成的金属沟，所述的阴极钢棒位于阴极底部并与阴极相连接，阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，所述的下料器设置于槽体顶部。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每个阳极由两块阳极块组成，两块阳极块围成一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每行阳极均由至少三个阳极块组成，每行的阳极块中间部分的阳极块为倒梯形，在首尾两处分别为与相邻接的中间部分相匹配的斜面块，，每行所有的阳极块围成总数为阳极块数量减一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每个阴极的顶部呈三棱柱状，每个阴极的顶部处于两块阳极围成倒“V”字型中间位置的正下方。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阳极底部所有拐角部位进行倒角处理，倒角半径为20-150mm。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阴极下方埋入高温耐蚀材料部分为长方体状，且阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为10-100mm。

所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阴极与凸起的高温耐蚀材料之间采用斜面相连接，倾斜角度范围为0°-60°。

本发明的技术效果在于，可实现阴极电流密度显著高于阳极电流密度，且电场分布均匀，有利于提高电流效率，每组阳极分为单独的两个阳极块，且中央留有较大缝隙，以利于气泡排放。阳极和阴极各部分结构均采用直棱柱体，或由直棱柱体拼接的设计。其电极内部的应力分布更为均匀、物理结构更为稳定，可更好的抵抗电解槽内的各种机械冲刷，有利于延长电极的使用寿命。阳极下表面和阴极上表面为斜面，易于工业加工，且阴阳极采用平行平面相对的设计，使得电解槽内的电场呈平行于阴阳极两平面的均匀阶梯状分布，有利于电解槽的稳定生产和电流效率的提高。阳极和阴极各边缘处进行了倒角处理，减小了电极各边缘处的尖端应力，使得电极结构更为稳固，且倒角的设计减小了各边缘的局部电流密度，使电解槽内电热场分布更为均匀，有利于提高电解电流效率和延长电极使用寿命。

附图说明

图1为本发明稀土熔盐电解槽结构及电极布置俯视图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2中相应部位放大图；

图4为图1的B-B剖面图；

图5为实施例2的剖面图。

其中1为阳极、2为阴极、3为阴极钢棒、4为耐高温材料、5为耐火层、6为保温层、7为防渗层、8为防护盖、9为金属沟、10为下料器、11为石墨块。

具体实施方式

实施例1

参见图1、图2、图3、图4，本实施例设有两行阳极和两行阴极，阳极底面呈“V”形，每个阳极由两块阳极块组成，两块阳极底面围成一个倒“V”字型斜面，且两块阳极之间间距为10mm，阳极底部所有尖角部位进行倒角处理，倒角半径为30mm。阴极的顶部呈三棱柱状，每个阴极的上方对应着两块阳极围成倒“V”字型的中间，整个阴极由顶部的三棱柱体及其下方的长方体组成，阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为10mm。本实施例的一个阳极由两个阳极块拼成，两个阳极块之间留出一条缝隙，使阳极底部气泡迅速排出。本实施例在电解槽内共设有6组阳极和对应的6组阴极，为别由12个阳极块和6个阴极块构成。阴极下端埋入在凸起的高温绝缘材料中，阴极三棱柱斜面与金属沟平面倾斜度为15°。稀土熔盐电解槽外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽外连接烟气抽吸装置，以吸附电解过程中产生的有害气体。点式下料器安装于两排阳极中间的金属沟上方。

实施例2

参见图5，本实施例的每行阳极由四个阳极块组成，每行的阳极块中间部分的两个阳极块为倒梯形，在首尾两处分别为与相邻接的中间部分相匹配的斜面块状的阳极块，所有的阳极块围成三个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极之间间距为20mm，阳极底部所有尖角部位进行倒角处理，倒角半径为50mm。阴极的顶部呈三棱柱状，每个阴极的上方对应着两块阳极围成倒“V”字型的中间，整个阴极由顶部的三棱柱体及其下方的长方体组成，阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为20mm。两个阳极块之间的缝隙能使阳极底部气泡迅速排出。本实施例在电解槽内共设有6个阳极和对应的6个阴极，为别由8个阳极块和6个阴极块构成。阴极下端埋入在凸起的高温绝缘材料中，阴极三棱柱斜面与金属沟平面倾斜度为30°。稀土熔盐电解槽外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽外连接烟气抽吸装置，以吸附电解过程中产生的有害气体。点式下料器安装于两排阳极中间的金属沟上方。

实施例3

本实施例的阳极下方放置阴极，阳极底面呈“V”形，每组阳极由两块阳极块组成，两块阳极底面围成一个倒“V”字型斜面，且两块阳极之间间距为30mm，阳极底部所有尖角部位进行倒角处理，倒角半径为80mm。阴极的顶部呈三棱柱状，每个阴极的上方对应着两块阳极围成倒“V”字型的中间，整个阴极由顶部的三棱柱体及其下方的长方体组成，阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为30mm。本实施例的一个阳极由两个阳极块拼成，两个阳极块之间留出一条缝隙，使阳极底部气泡迅速排出。本实施例在电解槽内共设有6组阳极和对应的6组阴极，为别由12个阳极块和6个阴极块构成。阴极下端埋入在凸起的高温绝缘材料中，阴极三棱柱斜面与金属沟平面倾斜度为45°。稀土熔盐电解槽外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽外连接烟气抽吸装置，以吸附电解过程中产生的有害气体。点式下料器安装于两排阳极中间的金属沟上方。

Claims (7)

1.一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，包括中空的槽体，所述的槽体内设有至少一行、每行至少包括两个的阳极(1)、与阳极数量相同的阴极(2)、阴极钢棒(3)、金属沟(9)、下料器(10)和石墨块(11)，所述的阳极悬挂于电解槽上部，每个阳极底面呈倒“V”字型的凹面，每行阳极的下方对应设有一行阴极，所述的阴极(2)埋入凸起的高温耐蚀材料(4)中，阴极的顶部为三棱柱体并突出在高温绝缘材料外，高温耐蚀材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有高温耐蚀材料组成的金属沟(9)，所述的阴极钢棒(3)位于阴极底部并与阴极(2)相连接，阴极钢棒(3)之间填充石墨块(11)，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，所述的下料器设置于槽体顶部。

2.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，每个阳极(1)由两块阳极块组成，两块阳极块围成一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。

3.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述的每行阳极(1)均由至少三个阳极块组成，每行的阳极块中间部分的阳极块为倒梯形，在首尾两处分别为与相邻接的中间部分相匹配的斜面块，，每行所有的阳极块围成总数为阳极块数量减一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。

4.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，每个阴极(2)的顶部呈三棱柱状，每个阴极的顶部处于两块阳极围成倒“V”字型中间位置的正下方。

5.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，阳极(1)底部所有拐角部位进行倒角处理，倒角半径为20-150mm。

6.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，阴极(2)下方埋入高温耐蚀材料部分为长方体状，且阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为10-100mm。

7.根据权利要求1所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，其特征在于，阴极(2)与凸起的高温耐蚀材料之间采用斜面相连接，倾斜角度范围为0°-60°。