CN108203835A - 吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置，该吹气保护装置包括第一气瓶、第二气瓶、以及存储机构，第一气瓶用于存储第一惰性气体；第一吹气管道与第一气瓶连通以输送第一惰性气体；第二气瓶用于存储第二惰性气体；存储机构用于存储氟化稀土；第二吹气管道同时与第二气瓶和存储机构连通以输送第二惰性气体和氟化稀土的混合物；第一吹气管道的吹气方向和第二吹气管道的吹气方向呈预设夹角。本发明提供的用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置，电解过程中向石墨阳极吹送电解液和氟化稀土以形成持续稳定的保护层，实现使用周期内全程保护，以延长石墨阳极使用寿命。因无需对石墨阳极预处理，成本增加小。

Description

吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置

技术领域

本发明涉及稀土制备技术，具体涉及一种吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置。

背景技术

目前95％以上的稀土金属及合金采用熔盐电解的方法制备，而氟盐电解是主流的熔盐电解制备方法。在稀土氟盐电解中，石墨因其优异的耐高温性、耐腐蚀性、高导电性以及良好的加工性能，成为氟盐电解阳极和电解槽的必选材料。但是石墨存在易氧化消耗的特点，尤其是在高温条件下，氧化消耗速率快，使用寿命短，只有2～3天，导致电解加工成本显著增加。因电解稀土种类和电解规模不同，石墨阳极消耗占加工成本的5％～15％，是制约稀土电解成本的关键因素。

为了有效降低稀土电解成本，现有技术中采用了各种延长阳极石墨使用寿命的办法，其一，如公告号为[CN1037015C]、[CN1045998A]、[CN101985764A]、[CN102560531B]、[CN1020765C]以及[CN1077758A]等中国专利，这些专利均通过对石墨阳极进行浸渍处理方法来延长石墨阳极的使用寿命，所使用浸渍溶液为可以转化为MnO₂、Co₃O₄的硝酸锰和硝酸钴溶液，或者聚磷酸盐、硼酸钠、硅酸钠、碳酸钠、偏磷酸钠及上述混合液，或者金属氧化物和聚氨酯或者乙烯基共聚物；所使用浸渍方法为常压浸渍、加压浸渍、常温浸渍或者加热浸渍，最终在石墨阳极表面形成一种保护层。该方法主要是针对氯盐体系电解石墨阳极，而氟盐稀土具有强腐蚀性，在氟盐体系中，金属氧化物、磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、聚氨酯以及乙烯基共聚物均能够与氟盐发生反应，所形成的保护层会快速消失，起不到保护石墨阳极的作用。

其二，如公告号为[CN102677100B]的中国专利，其提出了适用于氟盐体系的石墨阳极浸渍方法，所使用浸渍液为稀土与碱金属及碱土金属混合溶液，浸渍后将石墨阳极放入氢氟酸进行沉淀反应，将石墨中的盐转化为氟化物，起到减少阳极氧化消耗的目的。中国专利[CN103132104B]用铝电解的废电解质作为浸渍原料制成0.1～50mm的涂层，涂在石墨阳极表面，达到减少阳极消耗的目的。中国专利[CN102230195A]针对石墨阳极熔体上部和熔体下部分别采用不同的浸渍溶液，熔体上部浸渍液为多聚偏磷酸钠液体，熔体下部浸渍液为多羟基氟化物饱和溶液。上述各方法虽能够在一定程度上延长石墨阳极使用寿命，但是增加了浸渍处理工序，并且不同的电解产品需要配置不同的浸渍液，使得石墨阳极制备成本增加，削弱了因延长石墨阳极使用寿命降低电解加工成本的效果。此外，随着电解不断进行，石墨阳极的浸渍层不断被消耗掉，浸渍层的保护作用逐渐失效。考虑到成本和工艺稳定性，不能对石墨阳极进行二次浸渍，实现不了在整个使用周期内进行全程保护。

其三，如公告号为[CN205347595U]的中国专利，在石墨阳极外侧设计了铝制冷却水槽，通过降低石墨阳极温度，减缓氧化速率，增加其寿命。该方法不适用于氟盐体系，因为由于氟盐体系的强腐蚀性，冷却水槽外壳很快就会被侵蚀掉，易引起安全事故。

其四，如公告号为[CN202808964U]的中国专利，在石墨阳极上端设置凹槽，凹槽内浇注巴氏合金液，改善阳极板夹与石墨阳极的接触，通过减少接触电压来降低石墨阳极发热量。但是在氟盐体系中，由于电解温度高达1000℃以上，对于石墨阳极来说，阳极板夹和石墨阳极之间接触电压发热量所占比重很小，并不能有效减缓石墨阳极氧化消耗。

综上所述，目前在氟盐体系中，延长石墨阳极使用寿命的可行方法只有中国专利[CN102677100B]、中国专利[CN103132104B]和[CN102230195A]提出的对石墨阳极浸渍处理法，但是上述方法均不能在整个使用周期内对石墨阳极进行全程保护，并且额外增加了石墨阳极的加工程序和制造成本，某种程度上偏离了降低生产成本的初衷。

发明内容

本发明的目的是提供一种吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置，以解决现有技术的上述不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置，包括：

第一气瓶，其用于存储第一惰性气体；

第一吹气管道，其与所述第一气瓶连通以输送所述第一惰性气体；

第二气瓶，其用于存储第二惰性气体；

存储机构，其用于存储氟化稀土；

第二吹气管道，其同时与所述第二气瓶和存储机构连通以输送所述第二惰性气体和氟化稀土的混合物；

所述第一吹气管道的吹气方向和第二吹气管道的吹气方向呈预设夹角。

上述的吹气保护装置，所述第一气瓶和第二气瓶为同一气瓶，所述第一惰性气体和第二惰性气体为同一种气体。

上述的吹气保护装置，还包括螺旋送料器，所述螺旋送料器的一端连通所述存储机构，另一端连通所述第二吹气管道。

上述的吹气保护装置，所述氟化稀土中的稀土元素为所述稀土氟盐中的稀土元素中的至少一种。

一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护方法，包括以下步骤：

电解过程中，向所述石墨阳极周边的电解液吹送第一惰性气体以使得所述电解液溅上所述石墨阳极，同时向所述石墨阳极吹送第二惰性气体和氟化稀土的混合物。

一种稀土氟盐电解装置，包括石墨阳极，还包括上述的用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置，所述第二吹气管道的吹气方向指向所述石墨阳极，所述第一吹气管道的吹气方向指向所述石墨阳极的周边以使得其周边的电解液可以溅上所述石墨阳极。

上述的稀土氟盐电解装置，所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面与电解液的水平面的夹角为钝角。

上述的稀土氟盐电解装置，当所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面为平板面时，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的长度与宽度的比例大于4；

当所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面为曲面时，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的长度与宽度的比例小于3。

上述的稀土氟盐电解装置，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的外形为长方形或者弧形。

上述的稀土氟盐电解装置，还包括角度调节装置，所述第一吹气管道的喷气口和所述第二吹气管道的喷气口各通过一所述角度调节装置固定于所述稀土氟盐电解装置的电解池上。

在上述技术方案中，本发明提供的用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置，分别通过惰性气体可多次向裸露的石墨阳极吹送电解液和氟化稀土，如此保证石墨阳极上持续稳定的存在有保护层，实现使用周期内的全程保护，以延长石墨阳极的使用寿命。上述保护装置无需对石墨阳极额外增加加工程序，而且使用的氟化稀土可以直接选用电解相关的稀土，额外成本仅为惰性气体，增加的成本也较小。

由于上述吹气保护装置具有上述技术效果，实现该吹气保护装置的稀土吹气保护方法也应具有相应的技术效果。

由于上述吹气保护装置具有上述技术效果，包含该吹气保护装置的稀土氟盐电解装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的稀土氟盐电解装置的部分结构示意图；

图2a-2d为本发明实施例提供的一种实施方式的喷头的结构示意图；

图3a-3d为本发明实施例提供的另一种实施方式的喷头的结构示意图；

图4a-4d为本发明实施例提供的再一种实施方式的喷头的结构示意图；

图5a-5d为本发明实施例提供的再一种实施方式的喷头的结构示意图。

附图标记说明：

1、第一气瓶；2、第一吹气管道；3、第二气瓶；4、存储机构；5、第二吹气管道；6、石墨阳极；61、斜面；7、喷头；71、喷气口；8、角度调节装置；9、螺旋送料器；10、电解池；11、电解液。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例提供的一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置，包括第一气瓶1、第一吹气管道2、第二气瓶3、存储机构4以及第二吹气管道5，第一气瓶1用于存储第一惰性气体；第一吹气管道2与第一气瓶1连通以输送第一惰性气体；第二气瓶3用于存储第二惰性气体；存储机构4用于存储氟化稀土；第二吹气管道5同时与第二气瓶3和存储机构4连通以输送第二惰性气体和氟化稀土的混合物；第一吹气管道2的吹气方向和第二吹气管道5的吹气方向呈预设夹角。

具体的，本实施例提供的吹气保护装置为一套辅助装置，可以无需对现有的稀土氟盐电解装置做出结构改变，通过加装该辅助装置以实现对稀土氟盐电解装置的石墨阳极6的保护，从而延长石墨阳极6的使用寿命。本实施例中，第一气瓶1用于存储第一惰性气体以向第一吹气管道2供气，第二气瓶3用于存储第二惰性气体以向第二吹气管道5供气，第一惰性气体和第二惰性气体可以为不同种类的惰性气体也可以是同一种惰性气体，第一气瓶1和第二气瓶3可以为两个气瓶，但优选的为同一个气瓶，即第一吹气管道2和第二吹气管道5此时同时连接于同一个气瓶上。另外，在第二吹气管道5上还连通有存储机构4，存储机构4内存储有氟化稀土，优选的，氟化稀土为粉末状或者颗粒状，如此在第二吹气管道5在输送第二惰性气体的过程中会掺杂有氟化稀土，第一吹气管道2的吹气方向和第二吹气管道5的吹气方向呈预设夹角，该预设夹角根据石墨阳极6的具体尺寸和其在电解池10中的裸露尺寸确定，更为具体的，第二吹气管道5直接吹向石墨阳极6裸露于电解液11上方的部分，而第一吹气管道2吹向电解池10中的电解液11，并且由第一吹气管道2吹起的电解液11会溅上石墨阳极6裸露的部分，如石墨阳极6竖立于电解液11中，第一吹气管道2位于石墨阳极6待吹面的正前方，其吹气方向与电解液11呈15-45度，从而吹气将电解液11溅上石墨阳极6。即裸露部分的石墨阳极6会同时接收第二吹气管道5吹来的氟化稀土和由第一吹气管道2吹气后溅上的电解液11，两者由于电解液11的液体特性会粘附于石墨阳极6的表面以形成一保护层，多次吹气可以持续的为石墨阳极6提供保护层，从而在石墨阳极6的全使用周期中提供保护。而且，上述保护不涉及石墨阳极6本身加工程序的改变，如浸渍等等。同时，增加的主要消耗成本为惰性气体和氟化稀土，氟化稀土可以由电解本身提供，而且最终也落入电解池10，而惰性气体的成本较低，如此使得上述保护装置的额外成本较低。

本实施例中，第一吹气管道2、第二吹气管道5、存储机构4还涉及启闭控制、流量控制等等，但气体、液体及固体的输送及控制均为相应领域的公知常识和惯用技术手段，本实施例不再一一赘述。

本发明实施例提供的用于稀土氟盐电解中石墨阳极6的吹气保护装置，分别通过惰性气体可多次向裸露的石墨阳极6吹送电解液11和氟化稀土，如此保证石墨阳极6上持续稳定的存在有保护层，实现使用周期内的全程保护，以延长石墨阳极6的使用寿命。上述保护装置无需对石墨阳极6额外增加加工程序，而且使用的氟化稀土可以直接选用电解相关的稀土，额外成本仅为惰性气体，增加的成本也较小。

本实施例中，进一步的，还包括螺旋送料器9，螺旋送料器9的一端连通存储机构4，另一端连通第二吹气管道5，螺旋送料器9用于将存储机构4内的氟化稀土均匀、稳定、可调速的输送给第二吹气管道5。

本实施例中，进一步的，氟化稀土中的稀土元素为稀土氟盐中的稀土元素中的至少一种，即氟化稀土为稀土氟盐组成中的一种氟化稀土或者多种氟化稀土的混合物，例如稀土氟盐组成为氟化镝和氟化锂，那么氟化稀土为氟化镝、氟化锂或者氟化镝和氟化锂的混合物；又或者稀土氟盐组成为氟化镨、氟化钕和氟化锂，那么氟化稀土可以为氟化镨、氟化钕或者氟化锂，或者三者中任意组成的混合物。如此设置有两个好处，其一原材料可以直接获取，不会直接增加生产成本；二是不可避免的有部分氟化稀土会落入电解液11中，落入的氟化稀土不会污染电解液11。

本发明实施例还提供一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极6的吹气保护方法，包括以下步骤：

101、电解过程中，向石墨阳极6周边的电解液11吹送第一惰性气体以使得电解液11溅上石墨阳极6，同时向石墨阳极6吹送第二惰性气体和氟化稀土的混合物。

具体的，本实施例的电解过程应当做广义理解，即其包括电解的开机余热过程、电解生产过程以及生产结束后的冷却过程，在电解过程中，通过向石墨阳极6输送氟化稀土和电解液11以使得其外表面形成保护层。

由于上述吹气保护装置具有上述技术效果，实现该吹气保护装置的稀土吹气保护方法也应具有相应的技术效果。

如图1所示，本发明实施例还提供一种稀土氟盐电解装置，包括石墨阳极6，还包括权利要求上述吹气保护装置，第二吹气管道5的吹气方向指向石墨阳极6，第一吹气管道2的吹气方向指向石墨阳极6的周边以使得其周边的电解液11可以溅上石墨阳极6。

具体的，将上述吹气保护装置的第一吹气管道2和第二吹气管道5分别固定到相应的固定基准如电解池10的池体上，以使得第二吹气管道5喷出的混合物能够直接吹向石墨阳极6，第一吹气管道2能够吹向电解液11并使得电解液11溅上石墨阳极6，如此让石墨阳极6获取使用寿命过程中的全周期保护。

由于上述吹气保护装置具有上述技术效果，包含该吹气保护装置的稀土氟盐电解装置也应具有相应的技术效果。

本实施例中，进一步的，石墨阳极6上与第一吹气管道2的喷气口71相对的一面与电解液11的水平面的夹角为钝角，该面即是第一吹气管道2和第二吹气管道5的氟化稀土和电解液11需要溅上的表面，即石墨阳极6裸露于电解液11上方的为一斜面61，即该面不与电解液11的水平面垂直设置，如石墨阳极6裸露于电解液11的一端为楔形，设置为斜面61的优点在于延缓电解液11和氟化稀土的滑落速度，从而提升电解液11和氟化稀土粘附于石墨阳极6的机率和时间。

本实施例中，进一步的，如图2-3所示，当石墨阳极6上与第一吹气管道2的喷气口71相对的一面为平板面时，第一吹气管道2的喷气口71和/或第二吹气管道5的喷气口71的长度与宽度的比例大于4，图2提供的为一水平的喷气口71，图3提供的为一弧形的喷气口71，喷气口71从俯视图上看均为长方形，但是长宽比大于4，即喷气口71呈一扁平的近似于细缝的外形，如此能够集中的施加气流，从而提供较为有力的气流。

本实施例中，进一步的，如图4-5所示，当石墨阳极6上与第一吹气管道2的喷气口71相对的一面为曲面时，如圆筒面，第一吹气管道2的喷气口71和/或第二吹气管道5的喷气口71的长度与宽度的比例小于3，图4提供的为一水平的喷气口71，图5提供的为一弧形的喷气口71，喷气口71从俯视图上看均为长方形，但是长宽比小于3，即喷气口71呈一粗宽的外形，如此能够吹出较宽幅度的气流，从而让曲面的各个部分均能溅上足够的氟化稀土和电解液11。

本实施例中，为保证石墨阳极6获得充分的溅射，喷气口71可以进行相应外形的设计。

本实施例中，进一步的，还包括角度调节装置8，第一吹气管道2的喷气口71和第二吹气管道5的喷气口71各通过一角度调节装置8固定于稀土氟盐电解装置的电解池10上，角度调节装置8用于调节第一吹气管道2和第二吹气管道5的固定角度，以适应不同的加工工况。角度调节装置8为机械领域的公知常识和惯用技术手段，本实施例不赘述其具体结构。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置，其特征在于，包括：

第一气瓶，其用于存储第一惰性气体；

第一吹气管道，其与所述第一气瓶连通以输送所述第一惰性气体；

第二气瓶，其用于存储第二惰性气体；

存储机构，其用于存储氟化稀土；

第二吹气管道，其同时与所述第二气瓶和存储机构连通以输送所述第二惰性气体和氟化稀土的混合物；

所述第一吹气管道的吹气方向和第二吹气管道的吹气方向呈预设夹角。

2.根据权利要求1所述的吹气保护装置，其特征在于，所述第一气瓶和第二气瓶为同一气瓶，所述第一惰性气体和第二惰性气体为同一种气体。

3.根据权利要求1所述的吹气保护装置，其特征在于，还包括螺旋送料器，所述螺旋送料器的一端连通所述存储机构，另一端连通所述第二吹气管道。

4.根据权利要求1所述的吹气保护装置，其特征在于，所述氟化稀土中的稀土元素为所述稀土氟盐中的稀土元素中的至少一种。

5.一种用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

电解过程中，向所述石墨阳极周边的电解液吹送第一惰性气体以使得所述电解液溅上所述石墨阳极，同时向所述石墨阳极吹送第二惰性气体和氟化稀土的混合物。

6.一种稀土氟盐电解装置，包括石墨阳极，其特征在于，还包括权利要求1-4任一项所述吹气保护装置，所述第二吹气管道的吹气方向指向所述石墨阳极，所述第一吹气管道的吹气方向指向所述石墨阳极的周边以使得其周边的电解液可以溅上所述石墨阳极。

7.根据权利要求6所述的稀土氟盐电解装置，其特征在于，所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面与电解液的水平面的夹角为钝角。

8.根据权利要求6所述的稀土氟盐电解装置，其特征在于，当所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面为平板面时，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的长度与宽度的比例大于4；

当所述石墨阳极上与所述第一吹气管道的喷气口相对的一面为曲面时，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的长度与宽度的比例小于3。

9.根据权利要求6所述的稀土氟盐电解装置，其特征在于，所述第一吹气管道的喷气口和/或所述第二吹气管道的喷气口的外形为长方形或者弧形。

10.根据权利要求6所述的稀土氟盐电解装置，其特征在于，还包括角度调节装置，所述第一吹气管道的喷气口和所述第二吹气管道的喷气口各通过一所述角度调节装置固定于所述稀土氟盐电解装置的电解池上。