CN205241811U - 一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，主要包括电解槽槽体、阳极及液态阴极，所述阳极、阴极具有相互平行、相互面对的水平面，所述阳极垂直插在电解槽槽体内，所述液态阴极为底部电解出的液态金属，所述电解槽槽体的内底部镶嵌钨板，钼板或铌板既可作为阴极底板又可作为电解产物在阴极上析出的稀土金属承接器。本实用新型的电解槽电流效率高、辐射热损失小、阳极利用率高、电解槽使用寿命长、电解槽本体投资少，单台设备容量可以达到100KA以上、大幅降低单位产品能耗且生产的产品质量稳定、生产成本低、相对密闭。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，具体是一种由槽体、长方体状阳极、液态阴极组成的组合体，尤其是30KA以上的稀土熔盐电解槽。
背景技术
现阶段，关于生产稀土金属及合金的方法，主要为氟化物熔盐体系氧化稀土电解法，其采用的电解槽主要有以下几种结构：
日本专利昭61-253391，电解槽内衬压钨、钼等金属材料制成，由于钨、钼等材料在高温环境下易氧化，该电解槽为充惰性气体保护的密闭电解槽；
日本专利昭62-146291，电解槽内衬为铁制或不锈钢材料，在生产单一稀土金属时，金属产品易受到污染；
中国专利CN85100748A，电解槽内衬为整体石墨，内衬外部由石墨层、铁质外套和保温层构成，由于内衬为整体石墨制成，所以该电解槽的规模受到石墨尺寸的限制；
中国专利申请No.98194785.8，电解槽内衬由带有凸凹槽的石墨块砌筑，外部为碳质或碳质混合料打结层、耐火保温材料、金属结构层和保温层。该电解槽可根据规模砌筑，价格比较低廉，但电解槽电力线分别不够均匀，使得原料易沉淀于槽体的边角处，且开炉电解质用量大，进而影响电流效率和石墨阳极的单耗。
中国专利CN103290434A，电解槽内衬由带有凸凹槽的石墨块砌筑，外部为碳质或碳质混合料打结层、耐火保温材料、金属结构层和保温层。电解槽体的侧壁是由两段或两段以上的圆弧面相互衔接围成闭合状，且电解槽体为非密闭型，该电解槽可根据规模砌筑，但大于20KA电解槽砌筑困难，使用寿命短。
中国专利ZL201420648564.1，电解槽内衬由带有石墨块砌筑，外部为碳质或碳质混合料打结层、耐火保温材料、金属结构层和保温层。电解槽体为非密闭型，该电解槽可根据规模砌筑，适用于30KA以上电解槽，但砌筑有一定困难，使用寿命有待提高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种液态阴极生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其电流效率高、槽电压低、辐射热损小、阳极利用率高、开炉电解质用量小、电解槽敞口可实现半封闭，石墨单耗低、使用寿命长、能扩大单台设备容量、大幅降低单位产品能耗，生产的产品质量稳定、生产成本低。
本实用新型的另外一个目的是提供一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其可解决稀土熔盐电解槽大型化、节能的结构局限问题。
为实现上述目的本实用新型通过以下技术方案来实现：
一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，主要包括电解槽槽体、阳极及液态阴极，所述阳极、阴极具有相互平行、相互面对的水平面，所述阳极垂直插在电解槽槽体内，所述液态阴极为底部电解出的液态金属，所述电解槽槽体的内底部镶嵌钨板，钼板或铌板既可作为阴极底板又可作为电解产物在阴极上析出的稀土金属承接器。
优选地，还包括电解槽体的盖板，所述电解槽槽体由内胆、水冷系统、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑而成，所述内胆为耐高温钢材如310s或314号钢，所述内胆外部焊接水冷系统，水冷系统可使熔融的稀土熔盐在内胆表面结壳形成结壳保护层，以防止熔盐腐蚀内胆。水冷系统中的冷却水加热后可用于别的生产工序或洗浴。所述阴极底板设置在内胆底部，所述电解槽槽体侧部、底部密封，上部为敞开型。
优选地，所述水冷系统由冷却水箱或蛇形冷却水管外接高压水泵、开关阀、流量表、压力表组成。
优选地，所述冷却水箱为钢材或铜材水箱，所述蛇形冷却水管为无缝钢管。
优选地，所述阳极与的电解槽内胆上的结壳保护层间的间隔为3-5cm，所述阳极成两列或多列排列，阳极间隔3-5cm平行布置。
优选地，所述阳极由石墨阳极、导电板及导电杆组成，安装在可升降的阳极升降装置上
优选地，所述阳极在电解槽的插入深度为20-600mm，阴极、阳极之间的极距为20-200mm。
优选地，所述的液态阴极通过底部铺设铌板、钨板或钼板的耐高温钢内胆与阴极导电铜排连接；阴极导电铜排与整流装置的负极相连。
优选地，置于电解槽中非接触槽体的长方体阳极，通过导电板与可升降的专用阳极导电架连接整流设备的正极。
根据本实用新型的熔盐电解槽，电流效率高、阴阳极间距稳定、开炉电解质用量小、石墨单耗低、电解槽使用寿命长、且能扩大单台设备容量、单台设备容量可以达到100KA以上、大幅降低辐射热损失及单位产品能耗，生产的产品质量稳定、生产成本低、槽体半封闭。
根据本实用新型的熔盐电解槽，可解决稀土熔盐电解槽大型化、节能的结构局限问题。
附图说明
图1为本实用新型的液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽的俯视图；
图2为本实用新型的液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽的主视图。
具体实施方式
根据本实用新型的液态阴极生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，包括电解槽槽体、阴极底板8、阳极组件6、水冷系统3、耐火保温层2、外钢套1、盖板等。电解槽体由结壳保护层5、耐高温钢套4、水冷系统3、耐火保温层2、金属外套1从内到外组装而成，电解槽内胆由耐高温钢套4及结壳层5形成5面闭合状，且电解槽内胆上表面为开口；液态阴极9和阴极底板8外接整流设备负极，即为阴极又为金属盛装容器。阳极6为长方体，阳极6与阴极9水平面平行，垂直平面布置。阳极极6为两排或两排以上，阴极为一整体。氟化物熔盐体系成分选择范围为：75-98%REF3，2-25%LiF。通入直流电，电解温度为700-1300℃，阴极7电流密度为0.5-1.5A/cm2，阳极6电流密度为0.3-2A/cm2，插入深度在20-200mm，极距为20-200mm。电解产物稀土金属在阴极9上析出。
根据本实用新型的稀土熔盐电解槽，采用阴极、阳极水平面平行，阳极垂直上插式结构，可以降低阴极过电压及熔盐电阻，减小敞口面积，从而实现在降低能量输入的情况下保持电解槽能量平衡，满足电解所需的温度条件。
根据本实用新型的稀土熔盐电解槽，包括电解槽槽体、阴极、阳极组件、盖板，电解槽槽体由耐高温钢、水冷系统、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑而成，其特征是：电解槽内胆由耐高温钢与结壳熔盐组成，底板铺设铌板、钨板或钼板，且电解槽体侧部、底部密封，上部为敞开型；阴极与阳极为水平面平行，垂直平面布置，阴极为液态金属产物，阳极为两列或多列。
所述电解槽内胆由耐高温钢板焊接围成的5面密封上表面敞开的空腔及附着在空腔内表面的熔盐结壳层组成。
所述水冷系统由冷却水箱或冷却水管外接高压水泵、开关阀、流量表、压力表组成。
所述阳极组件由石墨阳极、导电板及导电杆组成，其安装在可以上下升降的阳极升降装置上，阳极升降装置与整流设备的正极相连接。阴极、阳极采用水平面平行阳极垂直下插式布置，其插入深度在20-600mm范围内连续可调，阴、阳极之间的极距在20-200mm范围内变动.
所述生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其工作的阴极电流密度为0.5-1.5A/cm2，阳极电流密度为0.3-2A/cm2，电解温度为700-1300℃。
本实用新型可用于在30KA以上容量氟化物体系稀土熔盐生产中。
Claims (8)
1.一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，主要包括电解槽槽体、阳极及液态阴极，所述阳极、阴极具有相互平行、相互面对的水平面，所述阳极垂直插在电解槽槽体内，所述液态阴极为底部电解出的液态金属，所述电解槽槽体的内底部镶嵌钨板，钼板或铌板既可作为阴极底板又可作为电解产物在阴极上析出的稀土金属承接器。
2.根据权利要求1所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，还包括电解槽体的盖板，所述电解槽槽体由内胆、水冷系统、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑而成，所述内胆为耐高温钢材如310s或314号钢，所述内胆外部焊接水冷系统，水冷系统可使熔融的稀土熔盐在内胆表面结壳，所述阴极底板设置在内胆底部，所述电解槽槽体侧部、底部密封，上部为敞开型。
3.根据权利要求2所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述水冷系统由冷却水箱或蛇形冷却水管外接高压水泵、开关阀、流量表、压力表组成。
4.根据权利要求3所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述冷却水箱为钢材或铜材水箱，所述蛇形冷却水管为无缝钢管。
5.根据权利要求2所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述阳极与的结壳后的电解槽内胆的间隔为3-5cm，所述阳极成两列或多列排列，阳极间隔3-5cm平行布置。
6.根据权利要求1或2所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述阳极在电解槽的插入深度为20-600mm，阴极、阳极之间的极距为20-200mm。
7.根据权利要求2所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，所述的液态阴极通过底部铺设铌板、钨板或钼板的耐高温钢内胆与阴极导电铜排连接；所述阴极导电铜排与电解槽整流装置的负极相连。
8.根据权利要求1或2所述的一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，其特征在于，置于电解槽中的阳极，通过导电板与可升降的专用阳极导电架连接整流装置的正极。
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