CN109706483A - 大容量稀土电解槽装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大容量稀土电解槽装置，其包括中空的电解槽槽体、设置在槽体内阴极和阳极以及用于收集电解产品的产品收集槽，所述阴极与电源负极电连接，所述阳极与电源正极电连接，所述阳极内部具有中空腔体，所述中空腔体与阳极上开设的中空腔体产品导出口连通，所述阴极的至少部分区域设置在所述中空腔体内，所述产品导出口与所述产品收集槽连接。本发明提供的一种多阴阳极配置的大容量电解槽，提高了单槽电解容量，同时该电解槽装置可以实现连续生产，出料无需中断电解操作，降低了电解能耗。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种大容量稀土电解槽装置，属于稀土生产设备技术领域。
背景技术
现有以氯化物为原料熔盐电解制备稀土金属及稀土镁合金的方法主要为氯化物熔盐体系氯化物电解法，其已实际工厂生产采用的电解槽主要以ZL971032696中公开的电解槽为主，其公开的电解槽内衬为整体圆筒形石墨(作为阳极)，中间以钨或者钼棒为阴极。所以该电解槽的规模受到石墨尺寸及极距的限制，单槽容量小(1000-3000A为主)。由于槽型限制，所以电解槽为敞开式，热量易损失。电解槽为间歇式出料，造成一定能耗。因此设计开发节能环保的大容量氯化物为原料电解制备稀土或稀土镁合金电解槽成为现在氯化物为原料电解制备稀土或稀土镁合金，特别是氯化镁电解制备镁稀土合金行业的技术发展关键。
现有技术中公开的新型稀土电解槽主要以氧化物原料电解为主，如CN201310144926.3中一种多阴阳极配置的电解槽，虽然其针对容量等问题进行了改进，该槽方便提升单槽容量，且极距可在一定范围内调节，但是由于阴阳极均为上插式，所以电解槽也一般为敞口操作，热量具有一定损失。CN201510783550.X中提供的一种稀土电解槽，阳极采用上插式，设计利于阳极气泡排出，单阴阳极接触面积较小。上述两种电解槽应用于含水氯化物为原料电解制备稀土或稀土镁合金时，对于其含水原料电解过程易产生的渣的消除不利，含水氯化物电解消渣需要石墨阳极的参与，电解过程渣的密度一般大于电解质，所以一般氯化物电解采用的均为ZL971032696中提供的电解槽或其变形。
综上，现有稀土熔盐电解槽主要存在以下几个问题：实际生产用氯化物为原料电解槽主要问题单槽容量小，氧化物为原料生产稀土电解槽应用于氯化物电解不利于含水氯化物电解过程消渣。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种适合以氯化物为原料电解制备稀土或稀土镁合金的大容量节能环保型可连续操作式的电解槽装置，进而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种大容量稀土电解槽装置，其包括中空的电解槽槽体、设置在槽体内的阴极和阳极以及用于收集电解产品的产品收集槽，所述阴极与电源负极电连接，所述阳极与电源正极电连接，所述阳极内部具有中空腔体，所述中空腔体与阳极上开设的中空腔体产品导出口连通，所述阴极的至少部分区域设置在所述中空腔体内，所述产品导出口与所述产品收集槽连接。
进一步的，所述阴极的上部经阴极导电机构与电源负极电连接。
进一步的，所述阳极的下部经阳极导电机构与电源正极电连接。
进一步的，所述阴极的至少部分区域由设置在阳极中空腔体顶部的开口进入所述中空腔体。
进一步的，所述阳极与阴极平行设置。
进一步的，在所述中空腔体的底部还设置有向阳极顶部突起的凸起部。
优选的，所述凸起部为锥形凸起部。
进一步的，所述产品导出口设置在所述凸起部的周缘外侧。
优选的，所述产品导出口包括环绕所述凸起部设置的圆形或方形通孔。
所述大容量稀土电解槽装置包括复数个阳极和复数个阴极，每一阳极与一阴极相对应。
进一步的，复数个阳极排列设置在所述阳极导电机构上，电解形成的产品能够沿所述阳极导电机构进入所述产品收集槽。
优选的，所述阳极导电机构的至少一侧边缘处还具有倾斜设置的倾斜部。
进一步的，所述阳极呈圆筒状。
优选的，所述阳极的材质包括石墨。
进一步的，所述阳极导电机构包括石墨板。
进一步的，所述阴极呈柱状。
优选的，所述阴极的材质为耐高温、耐氯气腐蚀的金属。
优选的，所述阴极的材质包括钨和钼中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述产品收集槽设置在电解槽槽体的底部，所述的产品收集槽由耐火材料制作形成，或者，所述产品收集槽的表面设置有耐火层。
进一步的，所述产品收集槽与电解槽槽体一体设置。
优选的，电解槽槽体包括由内向外依次设置的耐火层、防渗层和保温层。
优选的，所述耐火层、防渗层和保温层均为绝缘材质。
进一步的，所述的大容量稀土电解槽装置还包括：阴极提升机构，所述阴极提升机构与所述阴极连接，并至少能够调节阴极与阳极重叠区域的面积。
进一步的，复数个所述阴极并联设置在阴极导电机构上，所述阴极导电机构设置在阴极提升机构的运动部件上。
进一步的，在所述电解槽槽体的开口处还设置有防护罩，在所述防护罩上设置有取样口、加料口和监测口，其中所述取样口的位置与产品收集槽相对应。
进一步的，所述防护罩还与排气机构连接，所述排气机构至少用于将电解槽槽体内的尾气排出并在所述电解槽槽体内形成负压环境。
优选的，所述排气机构包括烟气抽吸装置。
进一步的，所述产品包括以氯化物为原料电解制备形成的稀土镁合金。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明提供的一种大容量稀土电解槽装置，包括多组阴、阳极，每组阴阳极自成一体，电解槽槽体易于分部维护，阳极底部开孔，利于电解质流动，电解槽槽体整体升温快、流场均匀；
2)本发明提供的一种大容量稀土电解槽装置，在电解槽槽体开口部设有保温罩，能够降低能量损失，且有利于电解尾气的排出、车间环境维护，更加环保；
3)本发明提供的一种大容量稀土电解槽装置的保温罩设有取样口、加料口及远程监控观测口，更利于电解槽的连续化生产；
4)本发明提供的一种大容量稀土电解槽装置，电解槽槽体底部设有产品收集槽，减少了金属的二次反应，使电解槽可以连续化生产。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中一种大容量稀土电解槽装置的俯视图；
图2是图1中一种大容量稀土电解槽装置A-A剖面示意图；
图3是图1中一种大容量稀土电解槽装置B-B剖面示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了
本发明实施例提供了一种大容量稀土电解槽装置，其包括中空的电解槽槽体、设置在槽体内的复数个阴极和复数个阳极以及用于收集电解产品的产品收集槽，所述阴极与电源负极电连接，所述阳极与电源正极电连接，所述阳极内部具有中空腔体，所述中空腔体与阳极上开设的中空腔体产品导出口连通，所述阴极的至少部分区域设置在所述中空腔体内，所述产品导出口与所述产品收集槽连接。
进一步的，所述阴极的上部经阴极导电机构与电源负极电连接。
进一步的，所述阳极的下部经阳极导电机构与电源正极电连接。
进一步的，所述阴极的至少部分区域由设置在阳极中空腔体顶部的开口进入所述中空腔体。
进一步的，所述阳极与阴极平行设置。
进一步的，在所述中空腔体的底部还设置有向阳极顶部突起的凸起部。
进一步的，所述产品导出口设置在所述凸起部的周缘外侧。
优选的，所述产品导出口包括环绕所述凸起部设置的圆形或方形通孔。
进一步的，复数个阳极排列设置在所述阳极导电机构上，电解形成的产品能够沿所述阳极导电机构进入所述产品收集槽。
进一步的，所述阳极导电机构的至少一侧边缘处还具有倾斜设置的倾斜部。
进一步的，所述阳极呈圆筒状。
优选的，所述阳极的材质包括石墨。
进一步的，所述阳极导电机构包括石墨板。
进一步的，所述阴极呈柱状。
优选的，所述阴极的材质为耐高温、耐氯气腐蚀的金属。
优选的，所述阴极的材质包括钨和钼中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述产品收集槽设置在电解槽槽体的底部，所述的产品收集槽由耐火材料制作形成，或者，所述产品收集槽的表面设置有耐火层。
进一步的，所述产品收集槽与电解槽槽体一体设置。
优选的，电解槽槽体包括由内向外依次设置的耐火层、防渗层和保温层。
优选的，所述耐火层、防渗层和保温层均为绝缘材质。
进一步的，所述的大容量稀土电解槽装置还包括：阴极提升机构，所述阴极提升机构与所述阴极连接，并至少能够调节阴极与阳极重叠区域的面积。
进一步的，复数个所述阴极并联设置在阴极导电机构上，所述阴极导电机构设置在阴极提升机构的运动部件上。
进一步的，在所述电解槽槽体的开口处还设置有防护罩，在所述防护罩上设置有取样口、加料口和监测口，其中所述取样口的位置与产品收集槽相对应。
进一步的，所述防护罩还与排气机构连接，所述排气机构至少用于将电解槽槽体内的尾气排出并在所述电解槽槽体内形成负压环境。
优选的，所述排气机构包括烟气抽吸装置。
进一步的，所述产品包括以氯化物为原料电解制备形成的稀土镁合金。
如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1-图3，一种大容量稀土电解槽装置，其包括中空的电解槽槽体1、设置在槽体内的复数个阴极22和复数个阳极32、与电源负极电连接的阴极导电机构21、与电源正极电连接的阳极导电机构31、用于收集电解产品的产品收集槽4、盖合设置在电解槽槽体1开口处的防护罩(本发明中的防护罩还可以称之为防护盖或保温罩)，在所述防护罩上设置有取样口、加料口和监测口，其中所述取样口的位置与产品收集槽相对应；产品收集槽4设置在电解槽槽体1槽底部的一侧，每一阴极与一阳极对应配合，阴极32的上部与阴极导电机构21电连接，复数个阴极并联设置，阳极32的下部与阳极导电机构31电连接，复数个阴极并排设置，阳极32为筒状的石墨，其顶部开口，阴极22为钨棒或者钼棒，至少阴极22的下部设置在阳极32内部的中空腔体内，阳极32内部中空腔体的底部具有凸向顶部开口的锥形凸起部33，在锥形凸起部的周围设置有复数个圆形或方形通孔，电解形成的产品能够由所述圆形或方形通孔导出并沿阳极导电机构31进入产品收集槽4。
具体的，组成电解槽槽体1的槽壁和槽底均主要包括由内向外依次设置的耐火层11、防渗层12和保温层13，或者，耐火层11和防渗层12还可以是由耐火防渗材料形成的一体结构；耐火层11、防渗层12和保温层13的材质均为绝缘材质(耐火层11、防渗层12和保温层13的材质可以现有已知的能够实现其相应功能的材料，可以通过市购获得)；产品收集槽4的由防火材料筑砌形成，或者，产品收集槽4的表层设置有防火层，或者，产品收集槽4于电解槽槽体1一体设置，产品收集槽4形成于产品收集槽4的槽底。
具体的，阳极导电机构31可以是石墨板，石墨板位于产品收集槽4的两侧边缘处还具有倾斜面301、302，由阳极内的中空腔体导出的产品能够沿倾斜面301、302流向产品收集槽。
具体的，一种大容量稀土电解槽装置还包括阴极提升机构，复数个阴极22并联设置在阴极导电机构21上，阴极导电机构(例如导电排)设置在阴极提升机构的运动部件上，例如阴极提升机构可以是驱动电机等驱动机构，阴极22能够随阴极提升机构的运动部件沿其自身的轴向运动，进而改变阴极与阳极重叠或接触区域的面积。
具体的，防护罩还与排气机构连接，排气机构至少用于将电解槽槽体内的尾气排出并在所述电解槽槽体内形成负压环境，例如，排气机构可以是烟气抽吸装置。
实施例1
本实施例中的一种大容量稀土电解槽装置包括两组阴阳极，每组阴阳极(每组阴阳极包括一个阳极和一个阴极，下同)之间并联设置，电解槽容量为3000-6000A，阳极为石墨桶，阴极为钨棒，两个阴极并联连接在阴极升降装置的导电排上，阳极底部有锥形凸起部，阳极下部分别开有6个圆孔，两个阳极并列堆放在导电石墨板上，电解槽槽体底部一端砌筑有深15cm、宽15cm的产品收集槽，电解槽槽体最内侧砌筑有防渗层(高密度耐火砖，此时耐火层和防渗层一体设置，其由耐火防渗的材料形成)，防渗层下方砌筑保温砖，电解槽槽体外侧砌筑长方形的保温砖，内侧砌筑长方形的耐火砖，电解槽槽体上方采用304不锈钢板制作的防护盖进行覆盖，防止热量散失，且防护盖尾气出口直接与尾气吸收系统连接，以处理电解过程中产生的有害气体；该装置采用点式下料的方法进行下料，下料点位于电解槽防护盖，取样口开口位于样品收集槽上方，下料口的数量为2个，下料点位于两个阳极侧部上方。
实施例2
本实施例中的一种大容量稀土电解槽装置包括四组阴阳极，每组阴阳极之间并联设置，电解槽容量为6000-12000A；其中，阳极为石墨，阴极为钼棒，四个阴极并联连接在阴极升降装置的导电排上，阳极底部有锥形凸起部，阳极下部分别开有6个圆孔，四个阳极并列堆放与导电石墨板上；电解槽槽体底部一端砌筑有深20cm、宽15cm的产品收集槽，槽体最内侧砌筑有防渗层(高密度耐火砖，此时耐火层和防渗层一体设置，其由耐火防渗的材料形成)，防渗层下方砌筑保温砖；稀土电解槽外侧砌筑长方形的保温砖，内侧砌筑长方形的耐火砖，电解槽上方采用304不锈钢板制作的防护盖进行覆盖，防止热量散失，且防护盖尾气出口直接与尾气吸收系统连接，以处理电解过程中产生的有害气体；该装置采用点式下料的方法进行下料，下料点位于电解槽防护盖，取样口开口位于样品收集槽上方，下料口的数量为4个，下料点位于两个阳极侧部上方。
实施例3
本实施例中的一种大容量稀土电解槽装置包括四组阴阳极，每组阴阳极之间并联设置，电解槽槽体容量为9000-18000A；阳极为石墨，阴极为钼棒，四个阴极并联连接在阴极升降装置的导电排上，阳极底部有锥形凸起部，阳极下部分别开有8个圆孔，四个阳极并列堆放与导电石墨板上；电解槽槽体底部一端砌筑有深20cm、宽20cm的产品收集槽，槽体最内侧砌筑有防渗层(高密度耐火砖，此时耐火层和防渗层一体设置，其由耐火防渗的材料形成)，防渗层下方砌筑保温砖；稀土电解槽外侧砌筑长方形的保温砖，内侧砌筑长方形的耐火砖。电解槽上方采用304不锈钢板制作的防护盖进行覆盖，防止热量散失，且防护盖尾气出口直接与尾气吸收系统连接，以处理电解过程中产生的有害气体；该装置采用点式下料的方法进行下料，下料点位于电解槽防护盖，取样口开口位于样品收集槽上方，下料口的数量为6个，下料点位于两个阳极侧部上方。
本发明实施例提供的一种大容量稀土电解槽装置采用多阴阳极方式，阴阳极之间平行排布，阳极为圆筒形(石墨材质)，阴极为棒状(金属钨或钼材质)，满足了稀土电解过程中所需要的低阳极电流密度，高阴极电流密度的要求，有利于阳极气泡排放；阴极采用上接线，阳极采用下接线，电解槽边收集合金方式，利于电解槽口封闭和连续式操作；其中，每个阴极或阳极均可独立更换，降低电解槽维护成本；阳极采用底部凸起部方式，有利于合金从阳极底部进入产品收集槽，减少金属的二次反应，提高了电流效率；该装置还实现了封闭结构，有效解决了尾气收集和敞口电解槽热量损失的问题。该装置阴极集中在一个阴极提升机构上，可以很方便地通过阴极高度调整阴阳极接触面积大小而控制槽电压和槽温，电解生产中电流可以保持恒定，也有利于电解槽的大容量化，提高了单槽的产能和劳动生产率。
本发明提供的一种多阴阳极配置的大容量电解槽，主要用于以氯化物为原料电解制备稀土镁合金，当然也可以用于电解制备其他合金；其提高了单槽电解容量，同时该电解槽装置可以实现连续生产，出料无需中断电解操作，降低了电解能耗。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大容量稀土电解槽装置，其特征在于包括中空的电解槽槽体、设置在槽体内的阴极和阳极以及用于收集电解产品的产品收集槽，所述阴极与电源负极电连接，所述阳极与电源正极电连接，所述阳极内部具有中空腔体，所述中空腔体与阳极上开设的中空腔体产品导出口连通，所述阴极的至少部分区域设置在所述中空腔体内，所述产品导出口与所述产品收集槽连接。
2.根据权利要求1所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述阴极的上部经阴极导电机构与电源负极电连接，和/或，所述阳极的下部经阳极导电机构与电源正极电连接，和/或，所述阴极的至少部分区域由设置在阳极中空腔体顶部的开口进入所述中空腔体；和/或，所述阳极与阴极平行设置。
3.根据权利要求1或2所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：在所述中空腔体的底部还设置有向阳极顶部突起的凸起部；优选的，所述凸起部为锥形凸起部。
4.根据权利要求3所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述产品导出口设置在所述凸起部的周缘外侧；优选的，所述产品导出口包括环绕所述凸起部设置的圆形或方形通孔。
5.根据权利要求2所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述大容量稀土电解槽装置包括复数个阳极和复数个阴极，每一阳极与一阴极相对应；和/或，复数个阳极排列设置在所述阳极导电机构上，电解形成的产品能够沿所述阳极导电机构进入所述产品收集槽；优选的，所述阳极导电机构的至少一侧边缘处还具有倾斜设置的倾斜部。
6.根据权利要求5所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述阳极呈圆筒状；优选的，所述阳极的材质包括石墨；和/或，所述阳极导电机构包括石墨板；和/或，所述阴极呈柱状，优选的，所述阴极的材质为耐高温、耐氯气腐蚀的金属；优选的，所述阴极的材质包括钨和钼中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述产品收集槽设置在电解槽槽体的底部，所述的产品收集槽由耐火材料制作形成，或者，所述产品收集槽的表面设置有耐火层；和/或，所述产品收集槽与电解槽槽体一体设置；优选的，电解槽槽体包括由内向外依次设置的耐火层、防渗层和保温层；优选的，所述耐火层、防渗层和保温层均为绝缘材质。
8.根据权利要求2所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于还包括：阴极提升机构，所述阴极提升机构与所述阴极连接，并至少能够调节阴极与阳极重叠区域的面积；和/或，复数个所述阴极并联设置在阴极导电机构上，所述阴极导电机构设置在阴极提升机构的运动部件上。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：在所述电解槽槽体的开口处还设置有防护罩，在所述防护罩上设置有取样口、加料口和监测口，所述取样口的位置与产品收集槽相对应；和/或，所述防护罩还与排气机构连接，所述排气机构至少用于将电解槽槽体内的尾气排出并在所述电解槽槽体内形成负压环境。
10.根据权利要求1所述的大容量稀土电解槽装置，其特征在于：所述产品包括以氯化物为原料电解制备形成的稀土镁合金。
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