CN1090247C - 生产稀土金属及合金的熔盐电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，电解槽内衬用带有凸凹槽石墨块砌筑，外部为碳质料或碳质混合料打结层，耐火保温材料，金属结构层，保温层，每一个阴极与围绕其周围的一个或若干个阳极均可构成一个阴、阳极组合单元。通电后电解产物金属钕沿阴极进入接收器，电解在大气中进行，阴阳极配置合理，槽体根据生产规模砌筑，结构为非密闭型。价格低廉，使用寿命长，安全可靠。

Description

生产稀土金属及合金的熔盐电解槽
本发明涉及一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，属于熔盐电解技术领域。
目前，用熔盐电解法生产稀土金属及合金，主要有两种方法。(1)在氯化物熔盐系中以稀土氯化物为原料的氯化物电解法；(2)在氟化物熔盐体系中，以稀土氧化物为原料的氧化物电解法。氯化物熔盐电解采用的电解槽槽体结构有两类。(1)是小型电解槽，采用石墨电极加工制成的整体石墨材料为电解槽内衬，并兼作阳极，外部有铸铁外壳及保温层。(2)是大型电解槽，由陶瓷材料为内衬砌筑。
氧化物电解已采用的电解槽主要有以下几种结构。(1)中国专利CN85100748A，由石墨电极加工制成的整体石墨为电解槽内衬，在石墨内衬外部有石墨粉层、铁质外套和保温层，阳极为上插筒状石墨阳极，该电解槽内衬和阳极是由整体石墨材料加工制成，因此电解槽容量的扩大受到石墨材料尺寸的限制。槽体规模小，产品质量稳定性差。(2)日本专利昭61-253391，电解槽内衬用钨、钼等价格昂贵的金属材料制成，导致电解槽成本高，由于钨钼等难熔材料极易氧化，此电解槽为充隋性气体的密闭电解槽。(3)日本专利昭62-146291，该电解槽内衬用铁质材料或不锈钢材料制成，对于生产单一稀土金属而言，生产的金属产品将受到污染。
本发明的目的是克服上述不足，提供一种生产稀土金属及合金的熔盐非密闭型电解槽，在槽体上部采用含电解该种金属的氧化物、氟化物，以及氟化锂等混合物进行打结，以取代暴露在空气中的石墨，克服了石墨的氧化缺点，增加了槽体使用寿命。槽体下部采用石墨砌筑，以及碳质材料或碳质混合料进行整体打结，解决了电解槽渗漏问题，槽体可根据生产规模进行砌筑，阴阳极配置设计合理，槽体寿命长，使用安全可靠。
本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，是由石墨内衬[1]、碳结打结层[2]、耐火保温层[3]、金属结构层[4]、金属[5]、阴极[6]、阳极[7]、抗氧化层[8]、盖板[9]、熔盐[10]、接收器[11]、保温层[12]组成。
下面结合本发明的附图进一步描述：
图1为本发明电解槽结构图；
图2为本发明阴阳极配置图。
石墨内衬[1]用带凸凹槽石墨块或普通石墨块砌筑，石墨内衬[1]与耐火保温层[3]之间为碳质打结层[2]，耐火保温层[3]外部为金属结构层[4]，在石墨块上部为打结的抗氧化层[8]，用耐热铸铁盖板或耐热钢盖板[9]覆盖在抗氧化层[8]上，阴极[6]、阳极[7]均采用上插式置于电解槽熔盐[10]中，阴极[6]下部装有接收器[11]，接收器[11]用来接收金属[5]，在金属结构层[4]外部用保温层[12]。阴极[6]、阳极[7]极距在20～400mm范围内任意调整，阴阳极插入熔盐深度在10～1000mm范围内可连续调整，阴极和阳极均为圆形、长方形、正方形、椭圆形及各种多边形。在阴阳极配置中，每一个阴极与围绕其周围的一个或若干个阳极均可构成一个阴极和阳极组合单元。这种组合可使两个阴极共用一个阳极，达到充分利用有效阳极面积扩大电解槽规模。电解槽结构可以是圆形、长方形、正方形、椭圆形及各种多边形，槽形为非密闭型结构，接收器可以是圆形、长方形、正方形、椭圆形、梯形及各种多边形。
碳质或混合打结层[2]可由下列成份组成：
石墨粉为1～95％      石油焦为1～95％
焦碳为  1～95％      无烟煤为0～95％
石油沥清为1～70％    煤沥清为1～70％
氧化镁为0～50％      氧化铝为0～70％
氧化钙为0～50％      稀土氧化物为0～100％
稀土氟化物为0～100％ 稀土氟氧化物为0～100％
碱及碱土族金属氧化物、氟化物为0～70％
过渡族金属氧化物为0～70％。
抗氧化层[8]由下列成份组成：
稀土氧化物为0～100％      稀土氟化物为0～100％
稀土氟氧化物为0～100％    氟化锂为0～55％
氟化钡为0～70％           氟化钙为0～70％
碱及碱土族金属氧化物为、氟化物0～70％
过渡族金属氧化物、氟化物为0～70％。
本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，适用于不同规模的大、中、小型槽体的砌筑，阴阳极采用上插式布置，阴阳极浸入熔盐的深度可连续调，阴阳极的极距连续可调，保证在电解过程中随着阳极的消耗，极距保持不变，保证了电解槽长期运行的稳定性，提高了产品的质量。阴阳极更换方便，该电解槽适应用1000安以上任何规模氟化物熔盐体系氧化物电解制备稀土金属及合金及氯化物熔盐电解制备稀土金属及合金。用该电解槽无论上述哪种电解方法进行稀土金属及合金的生产均可在阴极电流密度为3～20A/cm，阳极电流密度为0.1～2A/cm。电解槽在750℃～1300℃的范围内工作，槽体使用寿命长，效果好，安全可靠，产品质量高，所生产的稀土金属及合金碳含量小于0.05％。
本发明实施例：
电解槽采用凸凹石墨块砌筑，阴阳极配置均采用上插式置于电解槽熔盐中，阴极用钨、钼难熔金属材料制成，阴阳极和槽体及接收器均选择长方形结构，接收器用钼，配置两根钨阴极，阴极和多组石墨阳极通电后，电解产物金属钕沿阴极进入接收器内，电解在大气中进行，在750℃～1300℃的范围内的工作，结果见表1：
  规模 气氛 生产能力     Fe(％)     c(％)
  5.5KA 大气 8.0Kg/h     0.05     -0.035
  9.5KA 大气 13Kg/h     0.05     -0.035
碳质或混合打结层由下列成份组成：
无烟煤为80％、石油沥清为3％、煤沥清为12％、石焦油5％。
抗氧化层由下列成份组成：
稀土氧化物为3％、稀土氟氧化物为90％、稀土氟化钙为1.0％、氟化钡为0.5％、氧化锂为5.5％。
该电解槽其电解工艺参数选择范围：
REF 40～95％(Mt％)   LiF(5～20％)
BaF  (0～10％)       CaF(0～5％)
阴极电流密度3～20A/cm、阳极电流密度0.1～2A/cm 极距20～400mm。
阴、阳极插入深度为10～1000mm。

Claims (9)

1、一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，电解槽内衬用石墨材料加工制成，其特征在于：该电解槽由石墨内衬[1]、碳结打结层[2]、耐火保温层[3]、金属结构层[4]、金属[5]、阴极[6]、阳极[7]、抗氧化层[8]、盖板[9]、熔盐[10]、接收器[11]、保温层[12]组成，石墨内衬[1]由带有凸凹槽石墨块或普通石墨块砌筑，石墨内衬[1]与耐火保温层[3]之间用碳质料或碳质混合料进行捣制，形成碳质或混合打结层[2]，在耐火保温层[3]外部为金属结构层[4]，整体打结完成后，在石墨块上部用含有生产该金属的化合物进行打结，构成抗氧化层[8]，用耐热铸铁盖板或耐热钢盖板[9]覆盖在抗氧化层[8]上，阴极[6]和阳极[7]均采用上插式置于电解槽熔盐[10]中，阴极[6]下部装有接收器[11]，在金属结构层外部为保温层[12]。
2、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：碳质或混合打结层[2]由下列成份组成：
石墨粉为1～95％      石油焦为1～95％
焦碳为1～95％        无烟煤为0～95％
石油沥清为1～70％    煤沥清为1～70％
氧化镁为0～70％      氧化铝为0～70％
氧化钙为0～70％      稀土氧化物为0～100％
稀土氟化物为0～100％ 稀土氟氧化物为0～100％
碱及碱土族金属氧化物、氟化物为0～70％
过渡族金属氧化物、氟化物为0～70％。
3、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：抗氧化层[8]由下列成份组成：
稀土氧化物为0～100％      稀土氟化物为0～100％
稀土氟氧化物为0～100％    氟化锂为0～55％
氟化钡为0～70％           氟化钙为0～70％
碱及土碱族金属氧化物、氟化物为0～70％
过渡族金属氧化物、氟化物为0～70％。
4、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：阴极[6]和阳极[7]极距为20～400mm，插入熔盐深度为10～1000mm。
5、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：阴阳极截面为圆形、长方形、正方形、椭圆形及各种多边形。
6、根据权利要求1或5所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：在阴极[6]、阳极[7]配置中，每一个阴极与围绕其周围的一个或若干个阳极均可构成一个阴、阳极组合单元，这种组合可两个阴极共用一个阳极，同一电解槽可有多个组合单元，实现电解还原过程。
7、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：电解槽结构可以是圆形、长方形、正方形、椭圆形及各种多边形。
8、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：接收器[11]为圆形、长方形、正方形、椭圆形、梯形及各种多边形。
9、根据权利要求1所述的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于：电解槽为非密闭型电解槽。
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