CN106702434B

CN106702434B - 电解装置及电解方法

Info

Publication number: CN106702434B
Application number: CN201510409524.0A
Authority: CN
Inventors: 吴道高; 陈德宏; 王志强; 周林; 张小伟; 张虎; 杨宏博; 苗睿瑛; 刘钊; 颜世宏; 李宗安
Original assignee: Grirem Advanced Materials Co Ltd
Current assignee: LESHAN GRIREM ADVANCED MATERIALS Co.,Ltd.
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN106702434A

Abstract

本发明提供了一种电解装置及电解方法。该电解装置包括：电解槽，包括槽体以及由槽体围成的槽腔；至少一个阴极，设置于电解槽内部；多个阳极，间隔设置于阴极的四周；多个气液流动管道，设置于槽体的内部，各管道的内出口与槽腔连通。本发明通过在电解槽的槽体的内部设置气液流动管道，并通过间歇性地向管道上端通入气流造成管道内部与槽体内的电解质产生压力差，实现管道内电解质循环出入，使电解槽底部区域电解质都能够循环流动，同时增强电解槽内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽底部的结瘤，进而解决了现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。

Description

电解装置及电解方法

技术领域

本发明涉及电解领域，具体而言，涉及一种电解装置及电解方法。

背景技术

现有稀土金属电解槽的阴阳极一般都是采用垂直平行悬挂式排布，电解反应主要发生在阴阳两极之间，阳极产生的CO、CO₂气体向上逸出，并推动电解质在阴阳极之间形成涡流，从而维持正常电解的传热传质过程。但阴阳极的底端距槽底还有一段距离，且由于阴阳极的底端水平方向基本是涡流运动边缘，在其以下区域的电解质流动性非常差，因而未溶解和未来得及参加电化学反应的稀土氧化物因重力作用沉积于电解槽底部形成渣泥。目前，一般采用人工搅拌或用工具捞出渣泥，若清理不及时，经长时间积累后渣泥会在电解槽底部边缘形成结瘤，并不断长大，从而对电解过程造成以下不利行为：1）阳极安装不能到位；2）人工搅拌或清理过程易引入杂质，导致产品质量下降；3）清理过程往往需要提高电解温度造成炉况和产品品质量波动较大；4)人工处理过程易对电解槽和坩埚造成损害；5）底部抬高造成槽体容积减小，电解产量下降；6）清理过程操作环境恶劣，劳动强度大。因而，改善电解槽底部电解质的循环状态，防止底部渣泥的形成是当前稀土电解行业迫切需要解决的问题。

目前，为了解决上述问题国内外的技术人员进行了大量实验和研究。例如，公布号为CN1338524、CN86105342和CN1710366的中国专利涉及到钢铁冶金行业，通过透气塞（透气砖）向钢包内底通惰性气体，该方法一方面加快了钢包内钢液的流动性，加快了钢液内部的反应速率；另一方面，采用压缩气体的方法可以是钢液内部的夹杂物上浮，达到净化钢水的目的。但对于当前的稀土电解行业，绝大部分为氧化物-氟化物熔盐电解的体系，该电解质体系具有很强的腐蚀性。若采用透气塞（透气砖）向电解槽底部通入惰性气体，这对材料的要求比较苛刻，而且不容易更换，实现起来比较困难。

中国专利CN103952727设计了一种应用于稀土电解槽的机械搅拌装置，在阴阳极之间设计了一根能够沿着预设轨道绕着中心旋转的石墨棒，从而通过机械搅拌的方式对电解槽内部阴阳极之间电解质进行搅拌。该方法能够一定程度上增强电解槽内部阴阳极之间的运动，但是，从稀土电解的本身特点出发，也存在以下两点缺陷：（1）由于稀土电解过程中槽体上端是敞开的，而且电解液表面附近的温度比较高，这样就会使得石墨搅拌棒液面以上部分氧化比较严重，这样就需要经常更换搅拌棒；（2）稀土电解过程电解质的运动主要受电解过程中阳极表面产生的气体的推动作用，而阳极气体主要集中在阴阳极之间区域，在电解槽底部基本无阳极气体存在，这样就使得在电解槽底部电解质的循环状态比较差，存在一定的流动死区，而直接在阴阳极之间采用石墨棒进行机械搅拌，其搅拌作用对阴阳极之间区域作用比较明显，不一定对电解槽底部电解质的流动性有所改善；（3）若采用石墨棒体搅拌，可能引起电解沉积的稀土金属碳含量增高，产品质量下降。

中国专利CN204008241公开了一种具有通气搅拌功能的夹杂物大样电解装置，主要对大块钢试样进行电解分离，获取钢中比较大的非金属夹杂，该电解的特点是，电解过程中电解液基本没有流动，所以随着电解的不断进行，电解液的浓度和温度局部不均匀，通过通气搅拌来增强电解液的流动。而稀土电解的特点是，电解质在电解槽底部的流动性差，所以需要增加电解槽底部的流场。

美国专利US8273230中是将低压电泳沉积应用到薄膜燃料电池的研究中，为了使电解池内部悬浮物的浓度均匀，采取了通气搅拌的方式。而目前稀土电解过程中的特点是，在稀土电解槽底部边缘，由于未反应的稀土氧化物的沉积造渣，使得在该区域发生结瘤现象，从而影响产品质量和生产效率，所以必须采取措施改善电解槽底部边缘电解质的流动性，以加强该区域电解质的循环。

还有文献中提到在铝电解工业，采用氢气还原氧化铝的思路电解生产金属铝。整个氢气还原的思路是通过氢气扩散阳极实现。氢气扩散阳极实际上是一个三相界面，氢气、电解质、催化剂在此接触。电流由平板基底层通入，经整个阳极从特殊膜流入电解质，从阴极流出。特殊膜的作用是保护电极、并且传导电解质中的反应物。氢气由送气栅格通入，扩散进入气体扩散层，在催化剂的催化作用下与电解质中的O₂-反应生成水，产物水与没有反应完的氢气一起从气体出口排出；产物铝则在阴极生成。该方法虽然能防止阳极的电解消耗，但是，在稀土电解行业，由于电解质体系是氟化物，如果采用类似的氢气扩散阳极，会产生大量的HF，对环境污染比较严重，而且氟化物体系本身的腐蚀性会对氢气扩散阳极表面的催化剂层造成较强的腐蚀，在稀土电解领域很难实现，于此同时，气体阳极的思路是直接将气体通过阳极材料表面，该方法并不能解决本专利中解决电解槽底部流动死区的现象。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电解装置及电解方法，以解决现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电解装置，该电解装置包括：电解槽，包括槽体以及由槽体围成的槽腔；至少一个阴极，设置于电解槽内部；多个阳极，间隔设置于阴极的四周；多个气液流动管道，设置于槽体的内部，各气液流动管道的内出口与槽腔连通。

进一步地，各气液流动管道的上端沿竖直方向设置于槽体的内部，且气液流动管道的底端沿水平方向延伸至槽腔。

进一步地，各气液流动管道的外出口与脉冲空气压缩机接口相连。

进一步地，电解装置包括n个气液流动管道，n≥4，且n为偶数，n个气液流动管道对称设置于所述槽体的内部。

进一步地，各个气液流动管道的底端的出气口的方向相对于电解槽内壁法向呈一定的夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。

本发明还提供了一种电解方法，该电解方法包括以下步骤：向上述电解装置的电解槽中加入电解质；待电解质加热熔融后向电解槽中加入待电解的稀土氧化物；对稀土氧化物进行电解得到稀土金属或合金，并在电解的过程中间歇地向电解装置的气液流动管道中通入压缩气体。

进一步地，通入压缩气体的步骤包括：步骤S1、向气液流动管道中通入压缩气体，至气液流动管道中的电解液流入电解槽中；步骤S2、停止通入压缩气体，管道口阀自动与大气连通，至电解液流回气液流动管道中，与电解槽液面平行；重复执行步骤S1和步骤S2。

进一步地，每隔0.5~30min时间重复执行步骤S1和步骤S2。

进一步地，压缩气体为空气、氩气、二氧化碳和氮气中的任一种。

应用本发明的技术方案，本发明通过在电解槽的槽体的内部设置电解质流动管道，并通过间歇地向管道中通入压缩气体，从而实现利用压缩气体带动管内液体流动，达到对电解槽中底部电解质进行循环流动，增强电解槽内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽底部的结瘤，进而解决了现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的剖面结构图；

图2示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图；

图3示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图；

图4示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的主视图；

图5示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的左视图；

图6示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的俯视图；

图7示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图；

图8示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图；

图9示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的主视图；

图10示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的左视图；

图11示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的俯视图；

图12示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图；

图13示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图；

图14（a）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，开始向气液流动管道中通入压缩气体时的示意图；

图14（b）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，停止向气液流动管道中通入压缩气体、管道口与大气连通时的示意图；

图14（c）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，停止向气液流动管道中通入压缩气体一段时间后的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

由背景技术可知，现有技术中电解槽的底部存在流动死区。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种电解装置。如图1至13所示，该电解装置包括：电解槽，包括槽体以及由槽体围成的槽腔；至少一个阴极，设置于电解槽内部；多个阳极，间隔设置于阴极的四周；多个气液流动管道，设置于槽体的内部，各气液流动管道的内出口与槽腔连通。

本发明通过在电解槽的槽体的内部设置气液流动管道，并通过间歇地向管道中通通入压缩气体，从而实现利用压缩气体带动管内液体流动，达到对电解槽中底部电解质进行循环流动，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽底部的结瘤，进而解决了现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。在电解过程中无需人工用工具搅拌和升温消渣，减少了杂质的引入，炉况更加稳定，提高产品质量和产品的一致性，电流效率也将提高。

本发明的气液流动管道可以通过对槽体的内部进行打孔形成。同时，本发明设计的气液流动管道引入方式是从电解槽10顶部并沿竖直方向设置于槽体的内部，且气液流动管道的底端沿水平方向延伸至槽腔。优选地，各气液流动管道的底端与槽体的内壁垂直。当然，气液流动管道可以以其他方式设置于槽体的内部，例如气液流动管道可以为弯曲的管道等。另外，各气液流动管道的底端与槽体的内壁也可以不垂直。

各气液流动管道的外出口可以与脉冲空气压缩机接口相连。脉冲空气压缩机能够实现不间断地向管内通入一定压力的气体，造成管内部与电解槽中电解质产生压力差，管道内的电解质不断来回在电解槽内和管道内循环流动。

优选地，电解装置包括n个气液流动管道40，n≥4，且n为偶数，n个气液流动管道40对称设置于电解槽的槽体内部。当然，多个气液流动管道40也可以随机设置在电解槽10的槽体内部。优选地，多个阳极30对称设置于阴极20的四周。当然，阳极30也可以随机的形式设置于阴极20的四周。电解槽10可以呈圆柱型、长方体型或者中间长方体，两边弧形。

上述电解装置中，优选地，电解装置包括m个阳极，m≥4，且m为偶数，m个阳极对称设置于阴极的四周。电解装置包括r个阴极，r≥1，若r=1，r个阴极设置于电解槽的中心；若r>1，r个阴极沿着电解槽的中心等间距竖直设置。

优选地，各个气液流动管道的底端的出气口的方向相对于电解槽内壁法向呈一定的夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此时，底部电解质50在水平方向上产生一定的涡流，进一步使电解槽10内部各个区域电解质50都能够循环流动，增强电解槽10内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽10底部的结瘤。

上述电解装置可以用于电解稀土化合物。此时，电解槽10的材料可以为电解槽常规使用的石墨质材料，阳极30的材料为石墨，阴极20的材料为电解槽常规使用的难熔金属钨、钼，或用于形成合金成份的金属材料，如生产镝铁或钆铁时的铁棒。

下面将更加详细地阐述本发明提供的电解装置的实施方式。

在本发明提供的第一示例性实施方式中，电解装置包括：圆柱型的电解槽10；一个位于电解槽10内部的正中心的阴极20；m个对称设置于阴极20的四周的阳极30，m≥4，且m为偶数；n个对称设置于所述槽体的内部的气液流动管道40，n≥4，且n为偶数。优选地，气液流动管道40的上端沿竖直方向设置于槽体的内部，且气液流动管道40的底端沿水平方向延伸至槽腔，以使沉入该处的氧化物始终随电解质50流动而不沉底。

具体地，图1示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的剖面结构图，图2示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图。如图1和图2所示，该电解装置包括：圆柱型的电解槽10；位于阴极20正下方的坩埚，坩埚的开口表面为电解槽10的部分底面；一个位于电解槽10内部的正中心的阴极20；4个对称设置于阴极20的四周的阳极30；4个对称设置于所述槽体的内部的气液流动管道40，每个气液流动管道40对应设置于与该气液流动管道40相邻的阳极30的中轴位置。各阴极20和各阳极30均与电解槽10的底面间隔设置。

图3示出了第一示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图。如图3所示，各个气液流动管道的底端的出气口的方向相对于电解槽内壁法向呈一定的夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此时，底部电解质50在水平方向上产生一定的涡流，进一步使电解槽10内部各个区域电解质50都能够循环流动，增强电解槽10内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽10底部的结瘤。

在本发明提供的第二示例性实施方式中，电解装置包括：长方体型的电解槽10； r个阴极20，r≥3，且r为奇数，r个阴极20沿电解槽10的长轴方向上等间距分布，且其中一个阴极20位于电解槽10内部的正中心；t个阳极30，t≥6，且t为偶数，t个阳极30对称设置于阴极20的四周；s个气液流动管道40，s≥6，且s为偶数，s个气液流动管道40对称设置于槽体的内部，且电解装置中气液流动管道40的个数与阳极30的个数相等。优选地，各阴极20和各阳极30均与电解槽10的底面间隔设置；气液流动管道40的上端沿竖直方向设置于槽体的内部，且气液流动管道40的底端沿水平方向延伸至槽腔，以使沉入该处的氧化物始终随电解质50流动而不沉。

具体地，图4、图5和图6示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的剖面结构图，图7示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图，其中，图4示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的主视图，图5示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的左视图，图6示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的俯视图。如图4至7所示，该电解装置包括：长方体型的电解槽10；位于阴极20正下方的坩埚，坩埚的开口表面为电解槽10的部分底面；3个沿电解槽10的长轴方向上等间距分布的阴极20，其中一个阴极20位于电解槽10内部的正中心；6个对称设置于阴极20的四周的阳极30；6个对称设置于槽体的内部的气液流动管道40，各气液流动管道40的底端伸至电解槽10的底部，且电解装置中气液流动管道40的个数与阳极30的个数相等，每个气液流动管道40对应设置于与该气液流动管道40相邻的阳极30的中轴位置；各阴极20和各阳极30均与电解槽10的底面间隔设置。

图8示出了第二示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图。如图8所示，各个气液流动管道的底端的出气口的方向相对于电解槽内壁法向呈一定的夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此时，底部电解质50在水平方向上产生一定的涡流，进一步使电解槽10内部各个区域电解质50都能够循环流动，增强电解槽10内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽10底部的结瘤。

在本发明提供的第三示例性实施方式中，电解装置包括：中间长方体型，两边弧形的电解槽10； r个阴极20，r≥2，r个阴极20沿电解槽10的长轴方向和中轴线等间距对称分布； t个阳极30，t≥6，且t为偶数，t个阳极30对称设置于阴极20的四周，其中长方体型区域的阳极为长方体，t₁≥2，且t₁为偶数，其中弧形区域的阳极为块状弧形，t₂≥4，且t₂为偶数；s个气液流动管道40，s≥6，且s为偶数，s个气液流动管道40对称设置于槽体的内部，每个阳极30和电解槽10的周壁之间可以设置多个气液流动管道40。优选地，各阴极20和各阳极30均与电解槽10的底面间隔设置；侧通气体出口位置设置在容易出现结瘤的电解槽槽壁底部，使沉入该处的氧化物始终随电解质50流动而不沉。

具体地，图9、图10和图11示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的剖面结构图。图12示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的立体结构图，其中，图9示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的主视图，图10示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的左视图，图11示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的俯视图。如图9至12所示，该电解装置包括：中间长方体型和两边弧形的电解槽10；位于阴极20正下方的坩埚；3个沿电解槽10的长轴方向和中轴线等间距对称分布的阴极20，其中一个阴极20位于电解槽10内部的正中心；6个对称设置于阴极20的四周的阳极30；6个对称设置于槽体的内部的气液流动管道40，各气液流动管道40的底端伸至电解槽10的底部，各气液流动管道40的底端的出气口均相对于电解槽10的周壁倾斜设置，且倾斜方向一致；各阴极20和各阳极30均与电解槽10的底面间隔设置。

图13示出了第三示例性实施方式提供的电解装置的电解槽底部吹气方向的示意图。如图13所示，各个气液流动管道的底端的出气口的方向相对于电解槽内壁法向呈一定的夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此时，底部电解质50在水平方向上产生一定的涡流，进一步使电解槽10内部各个区域电解质50都能够循环流动，增强电解槽10内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽10底部的结瘤。

其中，通入压缩气体的步骤包括：步骤S1、向气液流动管道中通入压缩气体，至气液流动管道中的电解液流入电解槽中；步骤S2、停止通入压缩气体，管道口阀自动与大气连通，至电解液流回气液流动管道中，与电解槽液面平行；重复执行步骤S1和步骤S2。优选地，隔0.5~30min时间重复执行步骤S1和步骤S2。压缩气体为空气、氩气、二氧化碳和氮气中的任一种。

通入压缩气体的过程如图14（a）、图14（b）和图14（c）所述。其中，图14（a）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，开始向气液流动管道中通入压缩气体时的示意图；图14（b）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，停止向气液流动管道中通入压缩气体时的示意图；图14（c）示出了本发明实施方式所提供的电解方法中，停止向气液流动管道中通入压缩气体一段时间后的示意图。图中，箭头的方向即标示为电解液的移动方向。

具体过程可为：当脉冲式空气压缩机向管内鼓入压缩气体，因压力差导致管道中的电解液快速流入至电解槽中，带动底部电解质流动效果；当脉冲式空气压缩机停止向管内通入气体时，此时压力差消失，电解质重新流回管道内。如此不间断循环通过空气压缩机向管内通入气体，实现电解质来回循环流动以解决现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。其中，压缩气体可以为空气、氩气、二氧化碳和氮气中的任一种

下面将结合实施例进一步说明本发明提供的电解方法，且作为示例，以下实施例采用图1和图2所给出的电解装置。需要注意的是，采用图5和图6所给出的电解装置，以及图7至图10所给出的电解装置进行电解时，也能实现本发明“减缓电解槽底部的结瘤”的技术效果。

实施例1

以NdF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中NdF₃和LiF的质量比为7:1，以石墨为阳极，钼棒为阴极，在1050℃下电解，电解电压为8.5V，每隔0.5min向气液流动管道内通入空气，气体的流量控制为4.0×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在阴极表面析出。形成金属液滴，落入电解槽底部的钼坩埚中，电解2h后将金属液滴舀出浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作72h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率88.0%，碳含量200 ppm，铁含量500 ppm，单块阳极的使用周期为80~88h。

实施例2

以NdF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中NdF₃和LiF的质量比为7:1，以石墨为阳极，钼棒为阴极，在1050℃下电解，电解电压为8.5V，每隔30min向气液流动管道内通入空气，气液流动管道内气体的流量控制为7.0×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在阴极表面析出。形成金属液滴，落入电解槽底部的钼坩埚中，电解2h后将金属液滴舀出浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作100h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率90.0%，碳含量190 ppm，铁含量450 ppm，单块阳极的使用周期为96~104h。

对比例1

以NdF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中NdF₃和LiF的质量比为7:1，以石墨为阳极，钼棒为阴极，在1050℃下电解，电解电压为8.8V，在直流电作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在阴极表面析出。形成金属液滴，落入电解槽底部的钼坩埚中，电解2h后将金属液滴舀出浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作24小时左右出现结瘤，需要进行人工搅拌。

主要技术指标：电流效率72.7%，碳含量330 ppm，铁含量1250 ppm，单块阳极的使用周期为48~56 h。

对比例2

以NdF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中NdF₃和LiF的质量比为7:1，以石墨为阳极，钼棒为阴极，在1050℃下电解，电解电压为8.5V，在直流电作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在阴极表面析出。形成金属液滴，落入电解槽底部的钼坩埚中，电解2h后将金属液滴舀出浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作24小时左右出现结瘤，需要进行人工搅拌。

主要技术指标：电流效率70.6%，碳含量315 ppm，铁含量1020 ppm，单块阳极的使用周期为48~56 h。

实施例3

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为6:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1080℃下电解，电解电压为10.0V，每隔10min向气液流动管道内通入空气，气液流动管道内气体的流量控制为5.0×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作80h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率87%，DyFe合金中碳含量180ppm，合金中Fe的质量百分含量为19.8%，单块阳极的使用寿命为80~100h。

实施例4

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为5:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1100℃下电解，电解电压为10.5V，每隔隔5min向气液流动管道内通入空气，气液流动管道内气体的流量控制为6.5×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作90h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率90%，DyFe合金中碳含量150ppm，合金中Fe的质量百分含量为19.3%，单块阳极的使用寿命为95~120h。

对比例3

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为6:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1080℃下电解，电解电压为10.0V，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³ ⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作20小时作用出现结料，需要用铁棒进行人工搅拌。

主要技术指标：电流效率70%，DyFe合金中碳含量325ppm，合金中Fe的质量百分含量为19.4%，单块阳极的使用寿命为48~56h。

对比例4

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为5:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1100℃下电解，电解电压为10.5V，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³ ⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作20小时作用出现结料，需要用铁棒进行人工搅拌。

主要技术指标：电流效率74.5%，DyFe合金中碳含量312ppm，合金中Fe的质量百分含量为20.3%，单块阳极的使用寿命为48~56h。

实施例5

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为5:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1100℃下电解，电解电压为10.5V，每隔隔32min向气液流动管道内通入氩气，气液流动管道内气体的流量控制为6.5×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作90h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率84%，DyFe合金中碳含量260ppm，合金中Fe的质量百分含量为640ppm，单块阳极的使用寿命为70~95h。

实施例6

以DyF₃和LiF混合物作为熔盐电解质，其中DyF₃和LiF的质量比为5:1，以石墨为阳极，铁棒为阴极，在1100℃下电解，电解电压为10.5V，每隔隔10min向气液流动管道内通入二氧化碳和氮气的混合气体（二氧化碳和氮气的体积比为1:1），气液流动管道内气体的流量控制为6.5×10^-5m³/s，在直流电作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在阴极表面析出，并与铁阴极作用形成DyFe合金液滴，落入到电解槽底部的铁坩埚中，电解2h后将铁坩埚拎出，将电解得到的合金液滴浇注到模具中。炉体侧壁底部在工作90h未见有结瘤现象发生。

主要技术指标：电流效率87%，DyFe合金中碳含量160ppm，合金中Fe的质量百分含量为19.5%，单块阳极的使用寿命为90~110h。

从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明通过在电解槽的槽体的内部设置电解质流动管道，并通过间歇地向管道中通入压缩气体，从而实现利用压缩气体带动管内液体流动，达到对电解槽中底部电解质进行循环流动，增强电解槽内部的传热与传质，使其内部的温度和成分均匀化，更好的减缓了电解槽底部的结瘤，进而解决了现有技术中电解槽的底部存在流动死区的问题。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电解装置，其特征在于，所述电解装置包括：

电解槽（10），包括槽体以及由所述槽体围成的槽腔；

至少一个阴极（20），设置于所述电解槽（10）内部；

多个阳极（30），间隔设置于所述阴极（20）的四周；

多个气液流动管道（40），设置于所述槽体的内部，各所述气液流动管道（40）的内出口与所述槽腔连通，各所述气液流动管道（40）的上端沿竖直方向设置于所述槽体的内部，且所述气液流动管道（40）的底端沿水平方向延伸至槽腔，且所述内出口位于所述阴极底端和所述阳极底端所在平面的下方。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，各所述气液流动管道（40）的外出口与脉冲空气压缩机接口相连。

3.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置包括n个所述气液流动管道（40），n≥4，且n为偶数，n个所述气液流动管道（40）对称设置于所述槽体的内部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解装置，其特征在于，各个所述气液流动管道（40）的底端的出气口的方向相对于所述电解槽（10）内壁法向呈夹角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。

5.一种电解方法，其特征在于，所述电解方法包括以下步骤：

向权利要求1至4中任一项所述的电解装置的电解槽（10）中加入电解质（50）；

待所述电解质加热熔融后向所述电解槽（10）中加入待电解的稀土氧化物；

对所述稀土氧化物进行电解得到稀土金属或合金，并在所述电解的过程中间歇地向所述电解装置的气液流动管道（40）中通入压缩气体。

6.根据权利要求5所述电解方法，其特征在于，通入所述压缩气体的步骤包括：

步骤S1：向所述气液流动管道（40）中通入所述压缩气体，至所述气液流动管道（40）中的电解质流入所述电解槽（10）中；

步骤S2：停止通入所述压缩气体，管道口阀自动与大气连通，至所述电解质流回所述气液流动管道（40）中，与电解槽液面平行；

重复执行所述步骤S1和所述步骤S2。

7.根据权利要求6所述电解方法，其特征在于，每隔0.5~30min时间重复执行所述步骤S1和所述步骤S2。

8.根据权利要求5所述的电解方法，其特征在于，所述压缩气体为空气、氩气、二氧化碳和氮气中的任一种。