CN200952043Y - 电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，应用于在氯化物体系或氟化物体系中电解生产各类稀土金属及其合金，属于熔盐电解技术领域。特点是：石墨内衬之间设有绝缘材料，阴极从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内，与设置在电解槽底部的接收器连接，接收器内装有液态金属，电解槽上部设有至少一块石墨阳级与升降装置连接。本实用新型槽体在运行过程中熔盐体系温度的均匀性、流动性及降低原辅材料的消耗上更具有优越性，更为突出的是槽体电压会有明显的降低，能满足降低能耗，提高电流效率的目的，也适应稀土电解槽大型化发展的需求。

Description

电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽

一、技术领域

本实用新型涉及一种电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，属于熔盐电解技术领域。

二、背景技术

稀土金属及其合金由于其独特的物理、化学性质被广泛应用于电子、制导、航空、磁材等高新技术领域。作为我国的重要战略资源，其需求量越来越大。随着生产规模的扩大，槽型结构的改进也越来越受到业内的关注。

稀土金属生产工艺——熔盐电解法适用于生产混合的及单一的轻稀土金属和中、重稀土的合金。目前不论是氯化物体系电解槽，还是氟化物体系电解槽主要有以下几种结构：

A.中国专利CN85100748A，由石墨电极加工成的整体石墨坩埚为电解槽内衬，阳极为上插筒状石墨体，阴极为上插的钨、钼或铁棒。由于受到石墨材料尺寸的限制该槽体的单槽容量比较小，基本在2000A左右，并且产品质量的稳定性差，技术经济指标低；

B.中国专利CN2372329Y，其石墨内衬为石墨块砌筑，外部有碳质打结层和耐火保温层，阴、阳极采也用上插式置于电解槽熔盐中。此结构由于槽体砌筑不受石墨材料的限制，单槽容量可达10000A规模，同时由于阳极改进为分体的片装石墨置于阴极的周围，改善了槽体内熔盐的流动性，使金属产品中碳含量明显降低；

C.中国专利CN2464744Y，一种多阴极多阳极电解槽，砌筑槽体内壁连续环绕多个阳极板，多个阴极间隔排列于石墨槽的纵向轴线上。该结构同样属于上插阴、阳极结构，单槽容量在10000A左右；

D.中国专利CN2632099Y，一种圆形万安培电解槽。它的阴极为多个上插于两层阳极之间。尽管此槽型的电解槽的有效容积增加了，但是由于多组阴、阳极同时配置于炉口上部，使槽体上部的空间非常紧张，在实际操作中电极的调整、更换和出炉难度非常大。

现有的稀土金属电解槽，不论氯化物体系还是氟化物体系，电极不论是单体的还是组合的，都是采用上插阴极的方式，即将阴极从槽体外部竖向垂直插入到炉膛内。这种槽型结构是80年代在我国应用于工业化生产，经过人们多年的实践和探索，其槽体的工艺尺寸以及相应的工艺技术参数已经逐步成熟和稳定，经济技术指标也有了较大提高。但随着用户对产品质量、批量以及生产成本的要求越来越苛刻，这种槽型结构的弊病和局限性也越来越明显，主要表现在以下几个方面：

1.炉膛内熔盐的上下温度不均匀。为了保证炉膛下部接收器内金属产品所需的温度，上部熔盐的温度必然过高，导致熔盐液面上部电极和炉体氧化严重，电解质挥发较增大；

2.炉膛内电解质循环不均匀，造成下部容易积料和造渣，使电流效率降低；

3.阴极电流密度较大使槽体电压较大，炉口热量散失严重，造成电解过程电能利用率较低。

4.槽体上部使用空间紧张，工人操作难度和强度较大，同时也不利于槽体规模的扩大。

综合以上因素，现有槽型结构产品的综合成本较高，电流效率和电能的利用率较低，原辅材料单耗较高，远不能满足电解生产大规模发展的需求。本发明的液态阴极电解槽可以解决以上不足和缺陷。

三、发明内容

本实用新型解决的技术问题是：金属产品可以直接在液态阴极上被电解析出，反应区整个电解质体系的温度更趋均匀、熔盐的流动性更好，提高槽体的电能利用率和电流效率，提高了产品质量，降低了劳动强度及原、辅材料消耗，便于大规模生产。

技术解决方案：

本实用新型在石墨内衬之间设有及绝缘材料，阴极从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内，与设置在电解槽底部的接收器连接，接收器内装有液态金属，电解槽上部设有至少一块石墨阳级与升降装置连接。

阴极可与石墨内衬砌成一体。

电解槽内膛形状圆形、方形、椭圆形、多边形。

电解槽内阳极与底部液态阴极距离为20-200mm范围内连续可调。

石墨阳极在电解质中的插入深度为10-300mm范围内连续可调。

电解质可为氯化物电解质或氟化物电解质。

本实用新型直接将底部金属接收器与阴极连接，使接收器内的液态金属产品直接成为槽体的阴极。金属产品可以直接在液态阴极上被电解析出。这种阴、阳极的配置方式可以使电解的析出电位明显降低；炉膛熔盐深度大幅度降低，从而反应区整个电解质体系的温度更趋均匀、熔盐的流动性更好，提高槽体的电能利用率和电流效率。液态阴极电解槽的特征有以下几方面：

1.电能消耗低

由于底部的液态金属作为阴极，阴极电流密度在保证正常电解的提前下大幅度降低，使熔体的压降减小；同时由于液态阴极的去极化作用使金属的析出电位降低。这样可以使整个槽电压大幅度降低，通过计算机数值模拟计算，槽体电压可以在现有槽型10V的基础上降低2-4V，电解能耗可降低20％以上。

2.电流效率高

由于金属产品直接在液态阴极表面析出，减少了金属在熔盐中的二次反应和溶解损失；另外原料在电解质中的溶解度低以及加料的不均匀，由于沉积于底部液态阴极的部分原料，液态阴极反应区有充足金属离子的浓度，均使电解过程的电流效率在现有槽型不足80％的前提下会有明显提高。

3.原料消耗小

由于反应区域从现有槽型的上部转移到炉膛底部，使整个槽体的高温区也由炉口转移到炉底。这样阴极正对的阳极下部面积成为电解反应的有效面积。炉膛内熔盐的深度在可能的情况下尽量减小，从而使电解质体系在温度、溶料及流动等方面更加均匀。有利于体系的稳定和效率的提高。另一方面炉口温度将会明显降低。通过计算，炉口熔盐表面的温度会在现有槽型1050℃-1080℃的基础上降低100-200℃。这样槽体的热量散失会减小，同时炉口的石墨材料及钢板的高温氧化会明显降低，使槽体的运行寿命将大幅度提高，原辅材料特别是电解质的消耗将明显减小。电解质挥发的减少不但有利于生产成本的降低，而且有利于环境保护。

4.产品质量佳

由于金属产品聚集在阴极接收器中，这样大大抑制了碳等非金属杂质与金属产品的合金化趋势，再加上槽体运行稳定，从而有利于提高金属产品的纯度。

5.操作条件好

由于本发明中的电极配置方式，炉膛上部可以配置齐整的、大体积的阳极石墨块，代替现有的板状石墨阳极，阳极的更换频率将降低，阳极的有效利用率会大大提高，从而减小了电解操作的劳动强度。

6.便于大规模生产

由于本发明中的电极配置方式，克服现在电解槽炉口上部空间紧张的现状，使此槽型结构和尺寸可以根据生产的需求扩大单槽的容量，象铝电解行业一样，形成大规模的稳定的电解生产线。

四、附图说明

附图为本实用新型结构示意图；

五、具体实施方式

本实用新型在电解槽槽膛形状为长方形，槽膛内衬有石墨内衬3，石墨内衬3之间设有绝缘材料6，阴极7从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内与石墨内衬3砌成一体，并与设置在电解槽底部的接收器4连接，使接收器4内的液态金属5直接成为槽体的阴极，金属产品可以直接在液态阴极上被电解析出。电解槽上部设有两块石墨阳极1与升降装置连接，

电解槽内阳极1与底部液态阴极7距离为20-200mm范围内连续可调，石墨阳极1在电解质2中的插入深度为10-300mm范围内连续可调，电解质2可为氯化物电解质或氟化物电解质。

Claims (6)

1、电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，由电解槽、阴极(7)、阳极(1)，电解槽内附有石墨(3)内衬，其特征在于：石墨(3)内衬之间设有绝缘材料(6)，阴极(7)从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内，与设置在电解槽底部的接收器(4)连接，接收器(4)内装有液态金属(5)，电解槽上部设有至少一块石墨阳级(1)与升降装置连接。

2、根据权利要求1所述的电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其特征在于：阴极(7)可与石墨(3)内衬砌成一体。

3、根据权利要求1或2所述的电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其特征在于：电解槽内膛形状圆形、方形、椭圆形或多边形。

4、根据权利要求1所述的电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其特征在于：电解槽内阳极与底部液态阴极距离为20-200mm范围内连续可调。

5、根据权利要求3所述的电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其特征在于：石墨阳极(1)在电解质(2)中的插入深度为10-300mm范围内连续可调。

6、根据权利要求5所述的电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其特征在于：电解质(2)可为氯化物电解质或氟化物电解质。

Images