KR102023751B1 - Electrolytic cell for production of rare earth metals - Google Patents

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Abstract

희토류 금속 생산용 전해셀이 기술된다. 상기 전해셀은 셀 하우징으로서, 상기 셀 하우징의 바닥에 배치된 하나 이상의 경사진 채널이 제공되어 있으며, 상기 채널(들)을 따라서 상기 전해셀 내에서 생성된 용융 희토류 금속이 배출될 수 있는 상기 셀 하우징을 포함한다. 하나 이상의 캐소드는 상기 하나 이상의 채널과 실질적으로 수직으로 배열되어 상기 셀 하우징 내에 매달려 있다. 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 표면들이 하향 및 외향으로 수직으로부터 각도를 갖고 경사진다. 하나 이상의 쌍의 애노드가 상기 셀 하우징 내에 매달려 있다; 상기 하나 이상의 쌍 내의 각각의 애노드는 수직으로부터 경사지고 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 경사진 표면들과 평행한 배열로 서로 이격되어 마주보는 표면을 가져서 이들 사이에 실질적으로 일정한 애노드 캐소드 거리를 한정하는 마주보는 표면을 갖는다. 상기 전해셀은 또한 상기 채널로부터 용융 희토류 금속을 수용하기 위한 배출조(sump)를 포함하며, 상기 배출조는 상기 하나 이상의 캐소드와 상기 하나 이상의 애노드로부터 서로 이격되어 격리되어 있다. 상기 용융 희토류 금속의 상기 캐소드(들)과 상기 애노드(들)로부터의 분리는 상기 애노드(들)로부터 발생하는 비산하는 탄소와의 반응 및/또는 오염 또는 방출되는 가스와의 역반응을 방지한다. Electrolytic cells for the production of rare earth metals are described. The electrolytic cell is a cell housing, provided with at least one inclined channel disposed at the bottom of the cell housing, wherein the molten rare earth metal produced in the electrolytic cell along the channel (s) can be discharged. And a housing. One or more cathodes are arranged substantially perpendicular to the one or more channels and are suspended in the cell housing. Each opposing surface of the one or more cathodes is angled at an angle from perpendicular to downward and outward. At least one pair of anodes is suspended within the cell housing; Each anode in the one or more pairs has opposite surfaces spaced apart from each other in an array parallel to the respective inclined surfaces of the one or more cathodes to define a substantially constant anode cathode distance therebetween. Has opposite surfaces. The electrolytic cell also includes a sump for receiving molten rare earth metal from the channel, wherein the sump is isolated from one or more cathodes and one or more anodes. Separation of the molten rare earth metal from the cathode (s) and the anode (s) prevents reaction with scattering carbon generated from the anode (s) and / or reverse reaction with contaminated or released gases.

Description

희토류 금속 생산용 전해셀{Electrolytic cell for production of rare earth metals}Electrolytic cell for production of rare earth metals

본 개시는 대체적으로 전해셀, 특히 네오디뮴, 프라세오디뮴, 세륨, 란탄, 및 이들의 혼합물과 같은 희토류 금속을 용융 불화물 또는 염화물 전해질 욕조에서 전해 공정에 의하여 생산하도록 적합화된 전해셀에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to electrolytic cells, particularly electrolytic cells adapted to produce rare earth metals such as neodymium, praseodymium, cerium, lanthanum, and mixtures thereof by electrolytic processes in molten fluoride or chloride electrolyte baths.

용융 불화물 또는 염화물염 욕조(bath) 내에서 알루미늄을 생산하기 위한 전해셀이 잘 알려져 있고, 이들의 디자인 특징의 많은 부분이 중요한 고려사항과 연관되어 있다. 특히, 높은 에너지 집약적인 공정에서 에너지 절약 수단으로서 안정되고 낮은 애노드 캐소드 거리(ACD, anode-cathode distance)를 유지하는 것이 중요하다. 캐소드 표면 위에 용융 알루미늄이 모이고 강한 자기장에 의하여 부과되는 유체역학적 힘을 받는 곳에서 일정한 ACD를 유지하는 것은 어려운 것으로 판명될 수 있다. 따라서 일부 셀 구성에서, 캐소드는 용융 알루미늄이 모이는 셀 바닥 위에 매달려(suspended) 있을 수 있다. 다른 구성들에서, 캐소드는 용융 알루미늄이 그 안으로 수집될 수 있는 채널이 제공될 수 있는데, 그에 의하여 일정한 ACD를 유지하기 위하여 용융 알루미늄이 형성되자 마자 캐소드로부터 용융 알루미늄을 배출할 수 있다. Electrolytic cells for producing aluminum in molten fluoride or chloride salt baths are well known and many of their design features are associated with important considerations. In particular, it is important to maintain a stable and low anode-cathode distance (ACD) as a means of energy saving in high energy intensive processes. It can prove difficult to maintain a constant ACD where molten aluminum collects on the cathode surface and is subjected to hydrodynamic forces imposed by strong magnetic fields. Thus, in some cell configurations, the cathode may be suspended above the cell bottom where molten aluminum is collected. In other configurations, the cathode may be provided with a channel through which molten aluminum can be collected, thereby allowing molten aluminum to be ejected from the cathode as soon as molten aluminum is formed to maintain a constant ACD.

전해셀이 전기분해 중에 애노드 표면에서 발생되는 이산화탄소 가스를 전극 사이의 공간으로부터 방출하도록 구성되는 것이 또한 중요한데, 이는 전기 분해 공정의 효율을 감소시킬 수 있는, 알루미늄 금속이 캐소드 표면 위에 형성될 때 알루미늄 금속과의 "역반응(back reaction)"을 실질적으로 방지하기 위함이다. It is also important for the electrolysis cell to be configured to release carbon dioxide gas generated at the anode surface from the space between the electrodes during electrolysis, which can reduce the efficiency of the electrolysis process when aluminum metal is formed on the cathode surface. To substantially prevent "back reaction" with the product.

네오디뮴 및 프라세오디뮴, 이들의 혼합물, 및 다른 희토류 금속이 또한 용융 혼합 불화염(fluoride salt) 욕조 내의 전해 공정에 의하여 현재 상업적으로 제조된다. 알루미늄의 전해 생산과 대조적으로, 애노드들과 캐소드들이 수직 방향으로 배치되고, 용융 금속이 셀 바닥 위의 수용 용기 안으로 수집된다. 전극 사이의 공간은 용융 금속의 축적에 의하여 영향을 받지 않지만, 그럼에도 불구하고 탄소 애노드 표면들의 연속적인 전해 소모에 의한 변화를 받는다. 캐소드들은 전형적으로 몰리브덴 또는 텅스텐과 같은 불활성 금속으로 이루어진다. Neodymium and praseodymium, mixtures thereof, and other rare earth metals are also currently commercially produced by electrolytic processes in melt mixed fluoride salt baths. In contrast to the electrolytic production of aluminum, the anodes and cathodes are arranged in a vertical direction and molten metal is collected into the receiving vessel above the cell bottom. The space between the electrodes is not affected by the accumulation of molten metal, but nevertheless is changed by the continuous electrolytic consumption of the carbon anode surfaces. The cathodes typically consist of an inert metal such as molybdenum or tungsten.

애노드들이 소모되기 때문에 애노드 캐소드 분리 거리를 균일하게 유지할 수 있는 효과적인 수단이 없다. 공정 열(process heat)의 많은 부분이 전극 간격의 오믹 저항에 의하여 운반되므로, 공정 온도가 매우 가변적이며, 일반적으로 셀로 공급되는 전류의 감소에 의하여 제어된다. 이것은 다수의 셀이 전기적인 직렬로 연결되는 더 대규모 운전에서 비실용적이다. 더욱이, 전해 공정 전체을 통하여 전류의 저감은 또한 바람직하지 않은데, 이는 셀의 생산 용량을 감소시키기 때문이다. 가장 중요하게는, 공정 온도의 엄밀한 제어의 실패는 공정 수율, 또는 패러데이 효율(Faraday efficiency)을 감소시키고, 셀의 바닥 위에 쌓이게 되는 불용성의 슬러지(sludge)를 형성시키는 결과를 가져온다. 결과적으로, 셀로부터 슬러지를 제거하기 위하여 전해가 주기적으로 중단되고, 그에 의하여 연속적인 전해를 방해한다. Since the anodes are consumed, there is no effective means to keep the anode cathode separation distance uniform. Since much of the process heat is carried by the ohmic resistance of the electrode gap, the process temperature is very variable and is generally controlled by the reduction of the current supplied to the cell. This is impractical in larger scale operations where multiple cells are connected in electrical series. Moreover, reduction of current throughout the electrolytic process is also undesirable because it reduces the production capacity of the cell. Most importantly, failure to strictly control the process temperature results in reduced process yield, or Faraday efficiency, and formation of insoluble sludge that builds up on the bottom of the cell. As a result, electrolysis is interrupted periodically to remove sludge from the cell, thereby preventing continuous electrolysis.

공정 온도의 부족한 제어는 또한 셀로부터의 증기 방출을 증가시키는데, 이것은 이들이 억제되지 않으면 작업 분위기와 환경에 해롭다. Insufficient control of process temperature also increases vapor release from the cell, which is detrimental to the working atmosphere and environment if they are not suppressed.

부가적으로, 애노드들이 소모됨에 따라서, 전해질 내에서 이들이 대체한 부피(displaced volume)가 감소하고, 셀 내의 전해질 레벨이 하락한다. 이것은 전해질 내에 침지된 애노드의 작업 영역(working area)을 감소시켜서 전력 소모를 포함하는 공정 효율을 손상시키고, 높은 오염 가스를 생성시키는 '애노드 효과'의 가능성을 증가시킨다. In addition, as the anodes are consumed, the volume replaced by them in the electrolyte decreases, and the electrolyte level in the cell decreases. This reduces the working area of the anode immersed in the electrolyte, impairing process efficiency, including power consumption, and increasing the likelihood of the 'anode effect' of generating high pollutant gases.

더욱이, 생성물 희토류 금속이 공정 온도에서 탄소와 반응성이다. 탄소는 특정 희토류 금속 생산 응용에서는 매우 바람직하지 않은 불순물이다. 셀 내에서 비산하는(fugitive) 탄소와 금속 사이의 접촉 가능성 및/또는 셀 내의 생성물 금속의 체류 시간을 감소시키는 것은 현재의 상업적인 셀 디자인에서는 분명하지 않으나, 바람직한 디자인 속성이다. 이 특별한 문제는 알루미늄 생산용 전해셀의 디자인에서는 고려 요인이 아닌데, 이는 알루미늄은 이러한 조건 하에서 탄소와 반응하지 않기 때문이다. Moreover, the product rare earth metal is reactive with carbon at the process temperature. Carbon is a very undesirable impurity in certain rare earth metal production applications. Reducing the possibility of contact between fugitive carbon and metal in the cell and / or the residence time of the product metal in the cell is not a clear design of current commercial cell designs, but is a desirable design attribute. This particular problem is not a factor in the design of electrolytic cells for aluminum production, since aluminum does not react with carbon under these conditions.

부가적으로, 희토류 금속을 위한 현재의 전해셀 디자인에서, 생성물 희토류 금속을 용융 상태로 유지하는 것이 어려운데, 이는 대체로 작동 온도가 생성물 희토류 금속의 어는점보다 단지 10-30℃ 위이기 때문이다. 이 문제는 알루미늄의 전해 생산을 위한 전해셀에서는 쟁점이 아니고 언급되지 않는데, 이는 공정 온도가 알루미늄의 어는점보다 약 300℃ 위이기 때문이다. In addition, in current electrolytic cell designs for rare earth metals, it is difficult to keep the product rare earth metal in the molten state, since the operating temperature is usually only 10-30 ° C. above the freezing point of the product rare earth metal. This problem is not an issue and is not mentioned in the electrolytic cell for electrolytic production of aluminum because the process temperature is about 300 ° C. above the freezing point of aluminum.

현재 희토류 금속의 전해 생산을 위한 상업적인 활동은 작은 규모이고, 노동 집약적이고, 반회분식(semi-batch) 방식으로 작동된다. 몇가지 결함이 도달해야할 더 높은 생산성, 연속적인 전해, 환경 개선의 높은 기준, 직업 건강 및 안전을 허용하기 위하여 공정의 규모를 크게 하는 것을 방해한다. At present, commercial activities for the electrolytic production of rare earth metals are small, labor intensive and run in a semi-batch manner. Some deficiencies hinder the scaling of the process to allow higher productivity to be reached, continuous delivery, high standards of environmental improvement, occupational health and safety.

먼저, 전해셀은 일반적으로 5-10 킬로암페어의 제한된 전류 범위에서 작동하는데, 이는 낮은 생산 용량에 대응된다. First, electrolytic cells typically operate in a limited current range of 5-10 kiloamps, which corresponds to low production capacity.

셀에 대한 희토류 산화물 공급 물질의 제어가 열악한데, 이는 불용성의 슬러지를 축적시킴으로써 잦은 셀의 청소(clean-out)를 필요하게 하여 연속적인 전해를 막는다. 부가적으로, 셀 내의 현재 산화물 농도에 대한 알려진 기준 없이 공급 물질이 셀로 수동적으로 공급된다. The control of the rare earth oxide feed material to the cell is poor, which accumulates insoluble sludge, requiring frequent clean-out of the cell, thus preventing subsequent electrolysis. In addition, the feed material is manually supplied to the cell without a known criterion for the current oxide concentration in the cell.

기존의 기술은 수직 전극 배열을 사용한다. 이러한 배열은 높은 패러데이 효율을 달성하는데 맞지 않는다. 예를 들어, 애노드 표면에서 생겨서 올라가는 기포들은 전해질 흐름 내에 연행되어 캐소드 플레이트 위에서 형성되는 생성물 금속과 접촉하고, 그에 의하여 생성물 금속을 역산화(back-oxidation)시켜서 공정 수율을 감소시킨다. Existing techniques use vertical electrode arrays. This arrangement is not suitable for achieving high Faraday efficiency. For example, bubbles that rise and rise at the anode surface are entrained in the electrolyte flow and come into contact with the product metal formed on the cathode plate, thereby back-oxidating the product metal to reduce process yield.

미국 특허 번호 5,810,933 에서 켈러는 애노드 효과의 발생 없이 작동하도록, 따라서 오염도가 높은 과불소화탄소(perfluorinated carbon, PFC) 가스의 생성 및 방출을 방지하도록 디자인된 전해셀 내의 네오디뮴 생산 방법을 기술한다. 이 발명에서, 첫째 애노드 전류 밀도가 애노드 효과가 일어날 수 있는 것보다 훨씬 밑에 머무르도록 다중 애노드 플레이트를 제공하고, 둘째 네오디뮴 이온에 대하여 다공성으로 남아있는 불활성 장벽 물질을 사용하여 수직 애노드로부터 수직 캐소드를 물리적으로 분리하고, 그에 의하여 캐소드 영역보다 애노드 영역에서 더 높은 농도의 용해된 네오디뮴 산화물이 유지될 수 있도록 함으로써 이 목적이 달성된다. 그러나 이 개시된 발명은 몇가지 결함과 비실용성을 갖는다. 연속적인 전해 공정을 위하여 요구되는 바와 같이 장벽 물질(보론 질화물)이 실제로 네오디뮴 이온에 투과성이 있는지에 대한 실증이 인용된 실시예들에 없다. 나아가, 제안된 애노드 디자인이 복잡하고, 애노드 플레이트의 마모율이 매우 비균일하고 낭비적임이 예상될 수 있다. 애노드 영역과 캐소드 영역의 구획적인 분리가 나아가 큰 전극간 분리 거리 및 결과적으로 비효율적인 에너지 소모를 가져온다. 또한, 상기 발명은 불활성 캐소드 물질로서 탄소의 사용을 제안하는데, 탄소는 생성물 금속과 반응하고 오염시키는 것이 잘 알려져 있다. In US Pat. No. 5,810,933 Keller describes a process for producing neodymium in an electrolytic cell designed to operate without the occurrence of an anode effect and thus to prevent the generation and release of highly contaminated perfluorinated carbon (PFC) gases. In this invention, the first anode provides a multiple anode plate such that the current density stays far below what an anode effect can occur, and the second cathode is removed from the vertical anode using an inert barrier material that remains porous to neodymium ions. This object is achieved by physically separating and thereby allowing a higher concentration of dissolved neodymium oxide to be maintained in the anode region than in the cathode region. However, this disclosed invention has several drawbacks and impracticalities. There is no demonstration in the cited embodiments that the barrier material (boron nitride) is actually permeable to neodymium ions as required for the continuous electrolytic process. Furthermore, it can be expected that the proposed anode design is complex and the wear rate of the anode plate is very non-uniform and wasteful. The compartmental separation of the anode region and the cathode region further leads to a large separation distance between electrodes and consequently inefficient energy consumption. The invention also proposes the use of carbon as an inert cathode material, which is well known to react with and contaminate product metals.

그러므로 희토류 금속의 생산을 위한 대안의 또는 향상된 전해셀 및 공정이 요구된다. Therefore, there is a need for an alternative or improved electrolytic cell and process for the production of rare earth metals.

상기의 배경 기술에 대한 참조는 그 기술이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 공통의 일반적인 지식의 일부를 형성한다고 인정하는 것이 아니다. 상기 참조는 또한 본 명세서에 개시된 전해셀을 한정하는 의도가 아니다. Reference to the background art above is not an admission that the technology forms part of the common general knowledge of those of ordinary skill in the art. The above reference is also not intended to limit the electrolytic cells disclosed herein.

제1 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀이 개시된다: In a first aspect an electrolytic cell for the production of rare earth metals is disclosed, comprising:

셀 하우징으로서, 상기 셀 하우징의 바닥에 배치된 하나 이상의 경사진 채널이 제공되어 있으며, 상기 채널(들)을 따라서 상기 전해셀 내에서 생성된 용융 희토류 금속이 배출될 수 있는 상기 셀 하우징;A cell housing, comprising: at least one inclined channel disposed at the bottom of the cell housing, wherein the cell housing is capable of draining molten rare earth metal produced in the electrolytic cell along the channel (s);

상기 셀 하우징 내에서 매달려 있고(suspended), 상기 하나 이상의 채널과 실질적으로 수직으로 배열된 하나 이상의 캐소드로서, 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 표면들(opposing surfaces)이 수직으로부터 각도를 갖고 하향 및 외향으로 경사진 상기 하나 이상의 캐소드;One or more cathodes suspended in the cell housing and arranged substantially perpendicular to the one or more channels, wherein each opposing surfaces of the one or more cathodes are angled downwardly and vertically; The at least one cathode inclined outwardly;

상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 쌍의 애노드로서, 상기 하나 이상의 쌍의 각각의 애노드는 수직으로부터 경사지고 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 경사진 표면들과 평행한 배열로 서로 이격되어 이들 사이에 실질적으로 일정한 애노드 캐소드 거리를 한정하는 마주보는 표면(facing surface)을 갖는 상기 하나 이상의 쌍의 애노드; 및 At least one pair of anodes suspended within the cell housing, wherein each of the at least one pair of anodes is inclined from vertical and spaced apart from each other in an array in parallel with respective opposing sloping surfaces of the at least one cathode; Said at least one pair of anodes having facing surfaces defining a substantially constant anode cathode distance; And

상기 하나 이상의 캐소드와 상기 하나 이상의 애노드로부터 서로 이격되어 격리되어 있고, 상기 채널로부터의 용융 희토류 금속을 수용하기 위한 배출조(sump).A sump separate from the at least one cathode and the at least one anode and spaced apart from each other and for receiving molten rare earth metal from the channel.

제2 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀이 개시된다: In a second aspect an electrolytic cell for the production of rare earth metals is disclosed, comprising:

전해질 욕조를 포함하기 위한 셀 하우징;A cell housing for containing an electrolyte bath;

상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 캐소드;One or more cathodes suspended within the cell housing;

상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 쌍의 소모성 애노드로서, 상기 하나 이상의 쌍의 각각의 애노드는 상기 캐소드의 각각의 대향하는 면들로부터 서로 이격되어 있는 상기 하나 이상의 쌍의 소모성 애노드; 및 One or more pairs of consumable anodes suspended within the cell housing, each anode of the one or more pairs of the one or more pairs of consumable anodes spaced apart from each other opposing sides of the cathode; And

상기 셀 하우징 내에 포함된 상기 전해질 욕조의 높이를 제어하기 위한 변위 장치(displacement device).Displacement device for controlling the height of the electrolyte bath contained in the cell housing.

일 구현예에서 상기 변위 장치는 애노드 소모 및 상기 셀 하우징 내에 포함된 희토류 금속 생성물의 부피에 대응하여 상기 셀 하우징 내에 포함된 상기 전해셀의 높이를 조절한다. In one embodiment, the displacement device adjusts the height of the electrolytic cell included in the cell housing in response to anode consumption and the volume of the rare earth metal product contained in the cell housing.

제3 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀이 개시된다: In a third aspect an electrolytic cell for the production of rare earth metals is disclosed, comprising:

셀 하우징;Cell housing;

상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 캐소드;One or more cathodes suspended within the cell housing;

상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 쌍의 소모성 애노드로서, 상기 하나 이상의 쌍의 각각의 애노드는 상기 캐소드의 각각의 대향하는 면들로부터 이격되어 있는 상기 하나 이상의 쌍의 소모성 애노드; 및 One or more pairs of consumable anodes suspended within the cell housing, each anode of the one or more pairs of the one or more pairs of consumable anodes spaced from respective opposing faces of the cathode; And

애노드 소모에 대응하여 상기 애노드와 상기 캐소드의 상기 대향하는 면들의 거리를 제어하기 위하여 상기 하나 이상의 쌍의 소모성 애노드와 작동적으로 연결된(operatively associated) 장치.And operatively associated with the at least one pair of consumable anodes to control the distance between the anode and the opposing faces of the cathode in response to anode consumption.

또 다른 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속의 전해 생산을 위한 시스템이 개시된다: In another aspect, a system for the electrolytic production of rare earth metals is disclosed that includes:

위에서 정의된 바와 같이 제1, 제2 또는 제3 측면 중 어느 하나와 일치하는 전해셀;An electrolysis cell consistent with any one of the first, second or third aspects as defined above;

전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질;A feed material comprising at least one rare earth metal compound capable of being electrolyzed to produce a rare earth metal;

상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질; 및 A molten electrolyte in which the feed material can be dissolved; And

상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 전해셀 내에서 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 상기 전해셀 내의 애노드와 캐소드 사이에 전류를 통과시키도록 구성된 직류 전원.A direct current power source configured to pass a current between an anode and a cathode in the electrolysis cell to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product in the electrolysis cell.

또 다른 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속의 전해 생성을 위한 공정이 개시된다: In another aspect, a process for the electrolytic production of rare earth metals is disclosed, including:

제2 측면과 일치하는 전해셀을 제공하는 단계; Providing an electrolytic cell consistent with the second aspect;

전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질 및 상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질을 포함하는 전해질 욕조로 상기 전해셀을 충전하는 단계;Filling said electrolytic cell with an electrolyte bath comprising a feed material comprising at least one rare earth metal compound that can be electrolyzed to produce a rare earth metal and a molten electrolyte in which the feed material can be dissolved;

상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 캐소드 위에 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 상기 전해셀 내의 적어도 하나의 소모성 애노드 및 캐소드 사이에 직류를 통과시키는 단계; 및Passing a direct current between at least one consumable anode and cathode in the electrolysis cell to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product over the cathode; And

상기 전해셀 내의 상기 용융 전해질을 변위(displace)하여 상기 전해셀 내의 상기 전해질 욕조의 높이를 유지하는 단계.Displacing the molten electrolyte in the electrolytic cell to maintain the height of the electrolyte bath in the electrolytic cell.

일 구현예에서, 변위하는 단계는 애노드의 소모 속도 및/또는 상기 전해셀 내에 포함된 희토류 금속 생성물의 부피의 변화에 대응하여 수행된다. In one embodiment, the step of displacing is performed in response to a change in the consumption rate of the anode and / or the volume of the rare earth metal product contained in the electrolysis cell.

또 다른 측면에서 다음을 포함하는 희토류 금속의 전해 생산을 위한 공정이 개시된다: In another aspect, a process for the electrolytic production of rare earth metals is disclosed that includes:

제3 측면과 일치하는 전해셀을 제공하는 단계;Providing an electrolytic cell consistent with the third aspect;

전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질 및 상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질로 상기 전해셀을 충전하는 단계;Filling said electrolytic cell with a feed material comprising at least one rare earth metal compound that can be electrolyzed to produce a rare earth metal and a molten electrolyte in which the feed material can be dissolved;

상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 캐소드 위에 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 적어도 하나의 소모성 애노드 및 캐소드 사이에 직류를 통과시키는 단계; 및 Passing a direct current between at least one consumable anode and cathode to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product over the cathode; And

상기 전해셀 내에서 일정한 캐소드 애노드 거리를 유지하기 위하여 애노드 소모 속도에 대응하여 상기 또는 각각의 소모성 애노드를 상기 캐소드를 향하여 이동(translation)시키는 단계. Translating the or each consumable anode toward the cathode in response to an anode consumption rate to maintain a constant cathode anode distance in the electrolysis cell.

상기 개시된 구현예들은 애노드 캐소드 거리(ACD) 및 결과적으로 공정 온도의 향상된 제어 능력, 전해셀 내의 전해질 욕조 높이 및 애노드 침지의 향상된 제어, 공급 물질의 용해를 향상시키기 위한 전해질의 더 나은 혼합, 및 애노드 가스와 생성된 금속의 역반응 기회의 제한에 의한 더 높은 패러데이 효율을 허용한다. The disclosed embodiments provide improved control of the anode cathode distance (ACD) and consequently the process temperature, improved control of the electrolyte bath height and anode immersion in the electrolysis cell, better mixing of the electrolyte to improve dissolution of the feed material, and anode It allows for a higher Faraday efficiency by limiting the chance of back reaction of the gas and the metal produced.

과제의 해결 수단에 제시된 바와 같은 개시의 범위 내에 속할 수 있는 다른 형태에도 불구하고, 특정한 구현예들이 첨부된 도면과 관련하여 단지 예로서 기술될 것이다.
도 1은 특정한 일 구현예에 따른 전해셀의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전해셀의 단면도이다.
Notwithstanding other forms that may fall within the scope of the disclosure as set forth in the solution to the subject matter, specific embodiments will be described by way of example only with reference to the accompanying drawings.
1 is a side view of an electrolysis cell according to one specific embodiment.
2 is a cross-sectional view of the electrolytic cell shown in FIG. 1.

본 기술은 넓게는 용융 전해질 염 욕조(electrolytic salt bath) 내에서 전해 공정에 의하여 희토류 금속을 생산하도록 배열된 전해셀에 관한 것이다. The present technology broadly relates to electrolytic cells arranged to produce rare earth metals by an electrolytic process in an electrolytic salt bath.

본 명세서에 개시된 전해셀 내에서 생성되는 희토류 금속은 1100℃ 보다 낮은 녹는점을 갖는 희토류 금속을 포함한다. 예시적인 희토류 금속은 Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, 및 디디뮴(didymium), 미시메탈(Mischmetal)과 같은 이들의 합금을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 개시된 전해셀은 또한 희토류 금속과 철의 합금의 생산에 적합하다. Rare earth metals produced in the electrolytic cells disclosed herein include rare earth metals having a melting point lower than 1100 ° C. Exemplary rare earth metals include, but are not limited to, Ce, La, Nd, Pr, Sm, Eu, and their alloys such as didymium, Mischmetal. The electrolytic cells disclosed herein are also suitable for the production of alloys of rare earth metals and iron.

용융 전해질염 욕조는 공급 물질에 대한 용매로서 작용한다. 용융 전해질염 욕조 내에서 사용하기 위한 전해질은 할로겐화염, 특히 불화염을 포함할 수 있다. '불화염'의 예는 LaF3, CeF3, NdF3, 및 PrF3 과 같은 희토류 금속 불화물, LiF, KF와 같은 알칼리 금속 불화물, 및 CaF2, BaF2 와 같은 알칼리 토금속 불화물을 포함하는 금속 불화물 염을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. The molten electrolyte salt bath acts as a solvent for the feed material. The electrolyte for use in the molten electrolyte salt bath may comprise a halogen salt, in particular a fluorine salt. Examples of 'fluoride salts' include metal fluorides including rare earth metal fluorides such as LaF 3 , CeF 3 , NdF 3 , and PrF 3 , alkali metal fluorides such as LiF, KF, and alkaline earth metal fluorides such as CaF 2 , BaF 2 Salts, including but not limited to.

전해 공정(electrolysis process)을 위한 공급 물질의 선택은 원하는 희토류 금속 생산물과 전해질의 조성에 의존할 것이다. 전해질이 불화염(fluoride salt)을 포함하는 경우, 전해 공정을 거치게 될 공급 물질은 희토류 금속의 산화물을 포함할 수 있다. The choice of feed material for the electrolysis process will depend on the desired rare earth metal product and the composition of the electrolyte. If the electrolyte contains a fluoride salt, the feed material to be subjected to the electrolytic process may comprise an oxide of a rare earth metal.

'희토류 금속 산화물'이라는 용어는 희토류 금속의 수산화물, 탄산염 또는 옥살산염(oxalate)을 포함하여, 희토류 금속의 모든 산화물 또는 희토류 금속의 그러한 산화물의 모든 전구체를 넓게 일컫는다. 희토류 금속은 주기율표 내의 17개의 원소의 세트, 특히 15개의 란탄족 원소(lanthanide)과 스칸듐(scandium) 및 이트륨(yttrium)이다. 스칸듐과 이트륨은 란탄족 원소와 같은 광상(ore deposits)에서 생기는 경향이 있고, 비슷한 화학적 특성을 갖기 때문에 희토류 금속으로 간주된다. 란탄족 원소는 란탄(lanthanum), 세륨(cerium), 프라세오디뮴(praseodymium), 네오디뮴(neodymium), 프로메튬(promethium), 사마륨(samarium), 유로퓸(europium), 가돌리늄(gadolinium), 테르븀(terbium), 디스프로슘(dysprosium), 홀뮴(holmium), 에르븀(erbium), 툴륨(thulium), 이터븀(ytterbium), 및 루테튬(lutetium)을 포함한다.The term 'rare earth metal oxide' broadly refers to all oxides of rare earth metals or all precursors of such oxides of rare earth metals, including hydroxides, carbonates or oxalates of rare earth metals. Rare earth metals are a set of seventeen elements in the periodic table, in particular fifteen lanthanides, scandium and yttrium. Scandium and yttrium tend to occur in ore deposits such as lanthanides and are considered rare earth metals because they have similar chemical properties. Lanthanum elements include lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, euroopium, gadolinium, terbium, and dysprosium dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.

네오디뮴 또는 프라세오디뮴의 전해 생산(electrolytic production)을 위한 공급 물질의 적절한 예들은 네오디뮴 산화물(Nd2O3) 또는 프라세오디뮴 산화물(Pr6O11)을 포함한다. 디디뮴(didymium)과 같은 합금이 원하는 생산물인 경우, 공급 물질은 원하는 합금의 원하는 화학량론적 비율로 둘 이상의 희토류 금속의 산화물(예를 들면, Nd2O3 Pr6O11)을 포함할 수 있다. 미시메탈(Mischmetal)은 Ce, La, Nd, Pr와 같은 몇가지 희토류 금속의 산화물로부터 제조될 수 있는데, 미시메탈 내의 희토류 금속의 비율은 공급 물질에서 희토류 금속 산화물의 비율에 대응된다. Suitable examples of feed materials for electrolytic production of neodymium or praseodymium include neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) or praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ). If an alloy, such as didymium, is the desired product, the feed material is an oxide of two or more rare earth metals (eg, Nd 2 O 3) at the desired stoichiometric ratio of the desired alloy. And Pr 6 O 11 ). Mischmetal can be prepared from oxides of several rare earth metals such as Ce, La, Nd, Pr, with the proportion of rare earth metals in the micrometal corresponding to the ratio of rare earth metal oxides in the feed material.

대안적으로, 전해질이 염화염(chloride salt)으로 이루어진 경우, 공급 물질은 희토류 금속의 염화염을 포함할 수 있다.Alternatively, if the electrolyte consists of chloride salts, the feed material may comprise chlorides of rare earth metals.

일 구현예에서 전해질은 하나 이상의 희토류 금속 불화물 및 불화 리튬을 포함한다. 하나 이상의 희토류 금속 불화물은 전해질 내에 약 70-95 중량%의 범위에서 불화 리튬의 나머지와 함께 존재할 수 있다. 선택적으로, 전해질은 20 중량% 이하의 불화 칼슘 및/또는 불화 바륨을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the electrolyte comprises one or more rare earth metal fluorides and lithium fluoride. One or more rare earth metal fluorides may be present in the electrolyte with the remainder of lithium fluoride in the range of about 70-95 weight percent. Optionally, the electrolyte may further comprise up to 20% by weight calcium fluoride and / or barium fluoride.

전해셀의 작동 온도는 타겟 희토류 금속 생산물 또는 희토류 금속 합금, 전해질의 조성, 결과적으로 희토류 금속, 합금 및 전해질의 각각의 어는점에 의존할 것임이 기술분야에서 숙련된 이들에게 이해될 것이다. 일 구현예에서 전해셀의 작동 온도는 전해질의 어는점보다 5-50℃ 높은 범위, 바람직하게 전해질의 녹는점보다 10-20℃ 높은 범위일 수 있다. 전해질의 조성은 전해질의 액상선(liquidus)이 그 금속의 어는점보다 5-50℃ 높은 범위에 있을 수 있도록 선택된다. It will be understood by those skilled in the art that the operating temperature of the electrolytic cell will depend on the target rare earth metal product or the rare earth metal alloy, the composition of the electrolyte and consequently the freezing point of each of the rare earth metal, alloy and electrolyte. In one embodiment, the operating temperature of the electrolytic cell may be in the range of 5-50 ° C. higher than the freezing point of the electrolyte, preferably in the range of 10-20 ° C. higher than the melting point of the electrolyte. The composition of the electrolyte is chosen such that the liquidus of the electrolyte can be in the range of 5-50 ° C. above the freezing point of the metal.

일부 구현예들에서, 타겟 희토류 금속 생산물이 미시메탈(세륨, 란탄, 네오디뮴 및 프라세오디뮴의 혼합물)인 경우, 어는점은 미시메탈의 조성 및 그 안의 희토류 금속의 상대적인 비율에 따라 변할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 800℃ 근처이다. 이 구현예들에서, 미시메탈의 어는점보다 5-50℃ 높은 범위의 전해질 액상선을 얻기 위하여, 전해질은 위에서 기술된 바와 같이 불화 바륨 또는 불화 칼슘을 포함할 수 있다. In some embodiments, if the target rare earth metal product is a micrometal (a mixture of cerium, lanthanum, neodymium and praseodymium), the freezing point may vary depending on the composition of the micrometal and the relative proportion of the rare earth metal therein, nevertheless Around 800 ° C. In these embodiments, the electrolyte may comprise barium fluoride or calcium fluoride, as described above, to obtain an electrolyte liquidus range of 5-50 ° C. above the freezing point of the micrometal.

다른 구현예들에서, 희토류 금속 합금 또는 혼합물의 어는점이 800℃ 이하인 경우, 전해질은 선택적으로 하나 이상의 희토류 금속 염화물 및 리튬 염화물 염을 포함할 수 있다. In other embodiments, when the freezing point of the rare earth metal alloy or mixture is 800 ° C. or less, the electrolyte can optionally include one or more rare earth metal chlorides and lithium chloride salts.

도 1 및 도 2를 참조하면, 동일한 참조번호는 일관되게 동일한 부재를 참조하며, 희토류 금속 생산용 전해셀(10)의 일 구현예를 도시한다. 셀(10)는 바닥(14), 배출조(sump)(16), 하나 이상의 캐소드(18) 및 하나 이상의 쌍의 애노드(20)를 갖는 하우징(12)을 포함한다. 1 and 2, the same reference numerals consistently refer to the same member, and shows an embodiment of the electrolytic cell 10 for rare earth metal production. The cell 10 includes a housing 12 having a bottom 14, a sump 16, one or more cathodes 18 and one or more pairs of anodes 20.

하우징(12)은 본 명세서의 앞에서 기술된 바와 같이 전해질 조성 및 작동 조건의 견지에서 불활성인 방식성(anti-corrosive) 물질로부터 형성된다. 특히, 하우징(12)의 내부를 덧대는데(lining) 사용되는 방식성 물질은 그 안에서 생성되는 희토류 금속과 합금을 형성하는데 저항성이 있어야 한다. 일 구현예에서 하우징(12)은 내화 물질(refractory meterial)으로 내부를 덧댈 수 있다. 적절한 내화 물질은 탄소, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 보론 질화물 또는 기술 분야의 숙련된 이들에게 잘 알려진 바와 같은 특정한 스테인리스 스틸을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The housing 12 is formed from an anti-corrosive material that is inert in terms of electrolyte composition and operating conditions as described previously herein. In particular, the anticorrosive material used to lining the interior of the housing 12 should be resistant to forming alloys with the rare earth metals produced therein. In one embodiment, the housing 12 may be padded with a refractory meterial. Suitable refractory materials may include, but are not limited to, carbon, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride or certain stainless steels as is well known to those skilled in the art.

경사진 바닥(14)은 그 안에 배치되고 전해셀(10) 내에서 생성된 용융 희토류 금속이 그를 따라서 배출될 수 있는 하나 이상의 경사진 채널(22)을 갖는다. 일 구현예에서, 하나 이상의 경사진 채널(22)은 약 10° 이하의 각도 α로 수평으로부터 경사져 있다. The inclined bottom 14 has one or more inclined channels 22 disposed therein and through which molten rare earth metals produced in the electrolytic cell 10 can be discharged along. In one embodiment, the one or more sloped channels 22 are inclined from horizontal at an angle α of about 10 degrees or less.

도 2에 도시된 구현예에서, 채널(22)은 직사각형의 단면을 갖는다. 그러나 대안적인 다른 구현예들에서, 채널(22)의 단면은 V형 또는 U형과 같은 다른 형태를 가질 수 있음이 이해될 것이다. In the embodiment shown in FIG. 2, the channel 22 has a rectangular cross section. However, it will be appreciated that in alternative alternative implementations, the cross section of the channel 22 may have other shapes, such as V-shaped or U-shaped.

본 발명의 일부 형태들에서, 도 2에 도시된 바와 같이 바닥(14)은 하나 이상의 경사진 채널(22)을 구비할 수 있다. 이 특정 형태들에서 채널(22)은 서로 인접한 측면 평행 배열로 구성될 수 있다. 일반적으로, 채널들(22)은 하우징(12) 내의 바닥(14)의 중심의 세로축을 따라 또는 그로부터 동일한 거리만큼 이격되어 배열될 수 있다. 이 배열에서, 바닥(14) 내의 채널(들)(22)은 하나 이상의 캐소드(18) 위에 생성된 용융 희토류 금속을 수용하기 위하여 하나 이상의 캐소드(18)의 하부면(24)에 근위로(proximal) 위치할 수 있다. In some forms of the invention, the floor 14 may have one or more sloped channels 22 as shown in FIG. 2. In these particular forms the channels 22 may be configured in side-by-side parallel arrangement adjacent to each other. In general, the channels 22 may be arranged along the longitudinal axis of the center of the bottom 14 in the housing 12 or spaced apart by an equal distance therefrom. In this arrangement, the channel (s) 22 in the bottom 14 proximal to the bottom face 24 of the one or more cathodes 18 to receive the molten rare earth metal produced on the one or more cathodes 18. ) Can be located.

바닥(14) 또는 바닥(14)의 상부 표면은 셀 하우징(12)의 라이닝을 위하여 선택된 물질과 유사하거나 동일한 방식성 물질로부터 형성될 수 있다. 채널(들)(22) 및 배출조(16)를 포함하여 희토류 금속 생성물과 직접 접촉하는 모든 표면들은 전해셀 내에서 생성되는 희토류 금속과 합금을 형성하는데 저항성이 있어야 한다. 채널(들)(22) 및 배출조(16)를 위한 적절한 라이닝 물질은 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈륨과 같은 금속이지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The bottom 14 or top surface of the bottom 14 may be formed from a corrosive material similar or identical to the material selected for lining the cell housing 12. All surfaces in direct contact with the rare earth metal product, including channel (s) 22 and outlet 16, should be resistant to forming alloys with the rare earth metals produced in the electrolysis cell. Suitable lining materials for channel (s) 22 and outlet 16 are, but are not limited to, metals such as tungsten, molybdenum or tantalum.

배출조(sump)(16)는 사용 중 하나 이상의 캐소드(18) 위에서 생성되고 채널(22) 내에 수집되고 채널(22)의 하단부(26)를 향하여 배출되는 용융 희토류 금속을 수용할 수 있도록 구성된다. 배출조(16)는 하나 이상의 캐소드(18) 및 하나 이상의 애노드(20)로부터 서로 이격되어 격리되어 있다. A sump 16 is configured to receive molten rare earth metal that is generated over one or more cathodes 18 in use and collected in the channel 22 and discharged toward the lower end 26 of the channel 22. . The discharge vessel 16 is isolated from one or more cathodes 18 and one or more anodes 20 apart from one another.

배출조(16)는 용융 희토류 금속의 액상선(liquidus) 위로 온도를 유지하도록 히터를 구비할 수 있다. 배출조(16)는 또한 필요한 경우 용융 희토류 금속을 그로부터 따라낼(tap) 수 있도록 포트(미도시)를 구비할 수 있다. 배출조(16)는 하우징(12)에 사용된 것과 유사한 불활성 금속으로부터 형성될 수 있다. Discharge tank 16 may be provided with a heater to maintain the temperature above the liquidus of molten rare earth metal. Discharge tank 16 may also be provided with a port (not shown) to tap molten rare earth metal therefrom, if necessary. The discharge vessel 16 may be formed from an inert metal similar to that used for the housing 12.

상기 배열은 셀(10)의 바닥(14)으로부터 용융 희토류 금속 생성물을 연속적으로 제거할 수 있도록 하며, 이것은 용융 희토류 금속 생성물이 모이는 것을 방지하여 결과적으로 몇가지 이점을 제공한다. 용융 희토류 금속 생성물이 특히 셀의 바닥 또는 캐소드 표면에 모이는 것을 허용하는 종래의 전해셀에서는, 용융 희토류 금속 생성물이 미용해 및 부분적으로 용융된 희토류 금속 공급 물질, 반응 중간 생성물 및 부산물을 포함하는 '슬러지'로 오염되는 것이 일반적이다. 본 명세서에서 개시된 전해셀(10)에서는 용융 희토류 금속 생성물의 부재하에서, 슬러지가 용융 전해질과 접촉하도록 유지되고 그에 의하여 용융 전해질 내에서 재용해(re-dissolution)를 위한 기회가 제공된다.This arrangement allows for continuous removal of the molten rare earth metal product from the bottom 14 of the cell 10, which prevents the molten rare earth metal product from collecting and consequently provides several advantages. In conventional electrolytic cells that allow the molten rare earth metal product to gather at the bottom or cathode surface of the cell, in particular, the 'sludge' includes the molten rare earth metal product containing undissolved and partially molten rare earth metal feed materials, reaction intermediates and by-products. It is common to be contaminated with '. In the electrolytic cell 10 disclosed herein, in the absence of molten rare earth metal products, the sludge is maintained in contact with the molten electrolyte, thereby providing an opportunity for re-dissolution in the molten electrolyte.

배출조(16) 내에 수집된 용융 희토류 금속 생성물은 하나 이상의 캐소드(18) 및 하나 이상의 애노드(20)로부터 서로 이격되어 격리된다. 결과적으로, 용융 희토류 금속이 하나 이상의 애노드(20)로부터 발생하는 비산(fugitive) 탄소와의 반응 및/또는 그로부터의 오염 및 하나 이상의 애노드(20)로부터 방출되는 가스와의 역반응(back reaction)으로부터 보호될 수 있다.The molten rare earth metal product collected in the discharge vessel 16 is isolated from one or more cathodes 18 and one or more anodes 20 apart from one another. As a result, the molten rare earth metal is protected from reaction with and / or contamination with fugitive carbon generated from one or more anodes 20 and back reaction with gases released from one or more anodes 20. Can be.

하나 이상의 캐소드(18)가 셀 하우징(12) 내에 포함된 전해질 욕조(electrolyte bath)(11) 내에서 채널(22) 위로 실질적으로 상기 채널과 수직인 배열로 매달려(suspended) 있다. 도시된 바와 같은 형태에서, 캐소드(18)는 상부 표면(28) 및 대향하는 연장된 표면들(30)을 채널(22) 위로 배치된 하부면(24)과 함께 갖는 캐소드 물질의 플레이트를 포함하여, 대향하는 표면(30) 위에서 생성된 용융 희토류 금속이 중력에 의하여 하부의 채널(22)로 직접 떨어질 수 있다. 캐소드들(18)의 대향하는 표면들(30)은 셀(10) 내의 비활성 전해질 영역의 형성을 한층 더 방지하는 불활성의 내화성 충전재 물질(32)에 의하여 지지된다.One or more cathodes 18 are suspended in an array substantially perpendicular to the channel 22 in an electrolyte bath 11 contained within the cell housing 12. In the form as shown, the cathode 18 comprises a plate of cathode material having an upper surface 28 and opposing extended surfaces 30 together with a lower surface 24 disposed over the channel 22. The molten rare earth metal produced on the opposing surface 30 can then fall directly into the lower channel 22 by gravity. Opposing surfaces 30 of the cathodes 18 are supported by an inert, refractory filler material 32 that further prevents the formation of an inert electrolyte region in the cell 10.

캐소드들(18)은 서로 인접한 배열로 구성되어, 이에 의해 인접한 캐소드들(18)의 대향하는 연장된 표면들(30)이 각각 서로 세로로 배열되고, 인접한 캐소드들(18)의 각각의 대향하는 단부 표면들이 서로 마주본다. 인접한 캐소드들(18)의 마주보는 대향하는 단부 표면 사이의 간격이 가능한 좁은 것으로 본 기술 분야의 숙련된 이들에게 이해될 것이다.The cathodes 18 are arranged in an arrangement adjacent to each other, whereby the opposing elongated surfaces 30 of the adjacent cathodes 18 are each arranged longitudinally with each other and each opposing of the adjacent cathodes 18 The end surfaces face each other. It will be understood by those skilled in the art that the spacing between opposing opposite end surfaces of adjacent cathodes 18 is as narrow as possible.

캐소드 물질의 플레이트들은, 위에서 기술된 바와 같은 배열에서, 인접하게 배치된 캐소드(18)의 유효 길이가 채널(22)의 길이와 실질적으로 동일하거나 조금 더 짧도록 크기가 이와 상응하여 조절된다. The plates of cathode material are correspondingly sized such that in an arrangement as described above, the effective length of the adjacently disposed cathodes 18 is substantially equal to or slightly shorter than the length of the channel 22.

대안적으로, 채널(22)과 유사한 길이를 갖는 단일 캐소드(18)가 본 명세서에 개시된 바와 같은 전해셀(10) 내에 채용될 수 있다. Alternatively, a single cathode 18 having a length similar to the channel 22 can be employed within the electrolytic cell 10 as disclosed herein.

캐소드들(18)의 대향하는 연장된 표면들(30)이 수직으로부터 각도를 갖고 하향 및 외향으로 경사져 있어서, 캐소드(18)의 단면 형태는 실질적으로 삼각형이다. 대향하는 연장된 표면들(30)은 수직으로부터 약 45° 이하, 바람직하게는 2° 내지 10°의 각도 β로 경사질 수 있다. The opposing elongated surfaces 30 of the cathodes 18 are angled from the vertical and inclined downward and outward so that the cross-sectional shape of the cathode 18 is substantially triangular. Opposing elongated surfaces 30 may be inclined at an angle β of about 45 ° or less, preferably 2 ° to 10 °, from the vertical.

경사 각도는 공급 물질과의 양호한 혼합을 얻을 수 있도록 최적화된 기포에 의하여 구동되는(bubble-driven) 전해질의 흐름 및 높은 패러데이 수율의 유지에 기초하여 선택된다. 바람직한 각도 β는 특정한 셀 기하 구조에 대한 컴퓨터 모델링에 의하여 결정될 수 있다. The angle of inclination is selected based on the flow of the bubble-driven electrolyte and the maintenance of high Faraday yields optimized to achieve good mixing with the feed material. Preferred angle β can be determined by computer modeling for a particular cell geometry.

단일 희토류 금속 또는 희토류 금속의 합금이 원하는 전해 생산물인 구현예들에서, 캐소드(18)는 용융 희토류 금속이 그 녹는점보다 좀더 높은 온도에서 자유롭게 흐르는 것을 보장하기 위하여, 충분한 저항열(resistive heat) 특성을 갖는 전기 전도성 물질로부터 형성될 수 있다. 그러한 물질들은 전해셀 내에서 생성되는 희토류 금속과 합금을 형성하는데 저항성이 있어야 한다. 적절한 물질은 텅스텐, 몰리브덴, 또는 탄탈륨과 같은 금속을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In embodiments where a single rare earth metal or alloy of rare earth metals is the desired electrolytic product, the cathode 18 has sufficient resistive heat properties to ensure that the molten rare earth metal flows freely at a temperature higher than its melting point. It can be formed from an electrically conductive material having. Such materials must be resistant to forming alloys with rare earth metals produced in the electrolytic cell. Suitable materials include, but are not limited to, metals such as tungsten, molybdenum, or tantalum.

철과 하나 이상의 희토류 금속의 합금이 원해지는 대안적인 구현예들에서, 캐소드(18)는 철로부터 형성될 수 있다. 이 특정한 구현예들에서 캐소드(18)는 철 희토류 금속 합금의 생산을 위한 전해 과정 중 소비될 것임이 본 기술분야의 숙련된 이들에게 이해될 것이다. In alternative embodiments where an alloy of iron and one or more rare earth metals is desired, cathode 18 may be formed from iron. It will be understood by those skilled in the art that in this particular embodiment the cathode 18 will be consumed during the electrolytic process for the production of the iron rare earth metal alloy.

도 1 및 도 2에 도시된 구현예에서, 복수의 쌍의 애노드(20)가 셀 하우징(12) 내에서 매달려 있다. 쌍 내의 각각의 애노드(20)는 캐소드(18)의 각각의 대향하는 연장된 표면들(30)과 이격되어 있다. 도시된 바와 같은 형태에서, 애노드(20)는 상부 표면(32), 하부 표면(34), 대향하는 원위(distal) 및 근위(proximal)의 연장된 표면들(36a, 36b) 및 대향하는 단부들(ends)(38)을 갖는 소모가능한 애노드 물질의 플레이트들을 포함한다. 각각의 애노드(20)의 원위의 연장된 표면(36a)은 실질적으로 수직이거나 수직으로부터 경사질 수 있다. 근위의 연장된 표면(36b)은 수직으로부터 경사진다. 근위의 대향하는 연장된 면(36b)은 수직으로부터 약 45° 이하, 바람직하게는 2° 내지 10°의 각도 β'로, 애노드(20)의 하부 표면(34)을 향하여 테이퍼되면서, 경사질 수 있다. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of pairs of anodes 20 are suspended within cell housing 12. Each anode 20 in the pair is spaced apart from each opposing elongated surfaces 30 of the cathode 18. In the form as shown, the anode 20 has an upper surface 32, a lower surface 34, opposing distal and proximal elongated surfaces 36a, 36b and opposing ends. (ends) 38 and plates of consumable anode material. The distal extended surface 36a of each anode 20 may be substantially vertical or inclined from vertical. The proximal elongated surface 36b is inclined from vertical. The proximal opposing elongated face 36b can be tilted towards the lower surface 34 of the anode 20 at an angle β 'of about 45 ° or less, preferably 2 ° to 10 °, from vertical. have.

애노드들(20)의 근위의 연장된 표면들(36b)은 캐소드들(18)의 각각의 대향하는 연장된 표면들(30)과 마주한다. 양 표면들(36b, 30) 모두는 서로 평행한 배열로 서로 이격되어 그들 사이에 실질적으로 일정한 애노드-캐소드 거리를 한정하도록 수직으로부터 해당되는 각도 β'로 경사져 있다. Proximal extended surfaces 36b of the anodes 20 face each opposing extended surfaces 30 of the cathodes 18. Both surfaces 36b and 30 are inclined at a corresponding angle β 'from vertical to be spaced apart from each other in an array parallel to each other to define a substantially constant anode-cathode distance therebetween.

애노드들(20)은 서로 인접한 배열로서 구성되어 인접한 애노드들(20)의 대향하는 연장된 표면들(36a, 36b)이 각각 서로 세로로 배열되고, 인접한 애노드들(20)의 각각의 대향하는 단부들(38)이 서로 마주본다. 인접한 애노드들(20)의 마주보는 대향하는 단부들(38) 사이의 간격이 가능한 좁다는 것은 본 기술 분야의 숙련된 이들에게 이해될 것이다.The anodes 20 are configured in an arrangement adjacent to each other such that the opposing elongated surfaces 36a, 36b of the adjacent anodes 20 are each arranged longitudinally with each other, and each opposing end of the adjacent anodes 20. The fields 38 face each other. It will be understood by those skilled in the art that the spacing between opposite opposing ends 38 of adjacent anodes 20 is as narrow as possible.

애노드 물질의 플레이트들은, 위에서 기술된 바와 같은 배열에서, 인접하게 배치된 애노드들(20)의 유효 길이가 채널(22)의 길이와 실질적으로 동일하거나 좀더 짧도록 크기가 대응되어 조절된다. The plates of anode material are sized correspondingly so that, in the arrangement as described above, the effective length of the adjacently disposed anodes 20 is substantially equal to or shorter than the length of the channel 22.

대안적으로, 채널(22)과 유사한 길이를 갖는 단일 쌍의 애노드(20)가 본 명세서에 개시된 바와 같은 전해셀(10) 내에 채용될 수 있다. Alternatively, a single pair of anodes 20 having a length similar to the channel 22 can be employed within the electrolytic cell 10 as disclosed herein.

소모가능한 애노드 물질의 적절한 예는, 탄소계 물질, 특히 고순도 탄소, 전극 등급의 그래파이트, 소성 석유 코크-콜타르 피치 배합물(calcined petroleum coke-coal tar pitch formulation)를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 배합물들은 희토류 금속 및 알루미늄과 같은 다른 금속의 전해 생산 분야의 숙련된 이들에게 잘 알려져 있다. Suitable examples of consumable anode materials include, but are not limited to, carbon-based materials, especially high purity carbon, electrode grade graphite, calcined petroleum coke-coal tar pitch formulations. Such formulations are well known to those skilled in the art of electrolytic production of rare earth metals and other metals such as aluminum.

애노드는 전해 공정이 진행됨에 따라서 소모되며, 근위의 연장된 면(36b)의 경사각도 β는 실질적으로 일정하게 남는다. 애노드(20)로부터 방출되는 기포는 그러므로 도 2에 도시된 바와 같이 근위의 연장된 표면(36b)의 경사진 윤곽(profile)에 의하여 기포가 전해질 표면으로 올라옴에 따라서 근위의 연장된 표면(36b)에 가깝게 유지된다. 이롭게도, 이것은 발생한 가스가 캐소드(18) 위에서 형성되는 금속과 접촉할 기회를 줄이고, 따라서 패러데이 효율을 향상시키고, 그와의 역반응(back reaction)에 의한 불용성의 슬러지의 형성을 방지한다. The anode is consumed as the electrolytic process progresses, and the tilt angle β of the proximal extended face 36b remains substantially constant. The bubbles emitted from the anode 20 are therefore proximal extended surface 36b as the bubbles rise to the electrolyte surface by an inclined profile of the proximal extended surface 36b as shown in FIG. 2. Stay close to. Advantageously, this reduces the chance of the gas generated in contact with the metal formed above the cathode 18, thus improving Faraday efficiency and preventing the formation of insoluble sludge by back reaction therewith.

대부분의 작동 조건에서 전해셀 내의 ACD는 비록 약 50mm 내지 약 100mm가 바람직하지만, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 약 30mm 내지 약 200mm 일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련된 이들은 전해질 영역 내의 바람직한 열 생성, 공급 물질의 최적 용해도를 위한 전해질 흐름, 및 공정 수율(패러데이 효율)의 최적화에 따라서 적절한 ACD를 용이하게 결정할 수 있을 것이다. Under most operating conditions, the ACD in the electrolytic cell may be from about 30 mm to about 200 mm, although disclosed herein is about 50 mm to about 100 mm. Those skilled in the art will readily be able to determine the appropriate ACD depending on the desired heat generation in the electrolyte region, electrolyte flow for optimal solubility of the feed material, and optimization of process yield (Faraday efficiency).

애노드가 전기분해 중에 소모되고, 결과적으로 ACD는 전해가 진행됨에 따라서 증가할 수 있다. 본 명세서에서 기술된 전해 셀(10)은 ACD를 제어하도록, 특히 실질적으로 일정한 ACD를 유지하도록, 하나 이상의 애노드(20)과 작동면에서 연결된 장치(40)가 제공된다. 상기 장치(40)는 하나 이상의 애노드(20)와 작동적으로 연통하는 수평 위치결정 장치를 포함한다. 사용 중, 수평 위치결정 장치는 ACD가 실질적으로 일정하도록 애노드(20)가 소모되는 속도에 대응하여 하나 이상의 애노드(20)을 캐소드(18) 방향으로 측면으로 이동시킬 수 있다. 애노드 소모 속도는 전류 흐름을 참조하여 결정될 수 있다. 대안적으로, 수평 위치결정 장치는 하나 이상의 애노드(20)를 셀 저항의 미리 정해진 값으로부터의 변화에 대응하여 이동시킬 수 있다.The anode is consumed during electrolysis and consequently the ACD can increase as the electrolysis proceeds. The electrolytic cell 10 described herein is provided with an apparatus 40 operatively connected with one or more anodes 20 to control the ACD, in particular to maintain a substantially constant ACD. The device 40 includes a horizontal positioning device in operative communication with one or more anodes 20. In use, the horizontal positioning device may laterally move one or more anodes 20 in the direction of the cathodes 18 corresponding to the speed at which the anodes 20 are consumed such that the ACD is substantially constant. The anode consumption rate can be determined with reference to the current flow. Alternatively, the horizontal positioning device may move one or more anodes 20 in response to a change from a predetermined value of the cell resistance.

애노드가 소모됨에 따라 전해셀(10) 내의 애노드들(20)에 의하여 차지된 부피가 감소하고, 그에 의하여 하우징(12) 내의 전해질 욕조의 높이를 낮춘다. 유사하게, 사용된 애노드의 새로운 애노드로의 교체, 희토류 금속 생성물의 셀로부터의 제거와 같은 간헐적인 셀 작동은 전해질 욕조의 높이와 전극 침지 깊이에서 상당하고 바람직하지 않은 변동을 가져올 것이다. 본 명세서에서 개시된 전해셀(10)은 하우징(12) 내의 전해셀의 높이를 제어하기 위하여, 특히 하우징(12) 내의 전해질 욕조의 실질적으로 일정한 높이를 유지하기 위하여 변위(displacement) 장치(42)가 제공될 수 있다. 변위 장치(42)는 하우징(12) 내에 매달려 있고 수직 방향으로 위치할 수 있는 불활성 몸체를 포함할 수 있다. 사용 중, 불활성 몸체는 전해질 욕조의 높이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 특정 셀 작동에 대응하여 하향 또는 상향으로 이동할 수 있다. 불활성 몸체는 모든 적절한 형태, 예를 들면 도면들에 도시된 바와 같은 막대 형태를 가질 수 있다. As the anode is consumed, the volume occupied by the anodes 20 in the electrolytic cell 10 decreases, thereby lowering the height of the electrolyte bath in the housing 12. Similarly, intermittent cell operation such as replacement of the used anode with a new anode, removal of the rare earth metal product from the cell will result in significant and undesirable variations in the height of the electrolyte bath and the electrode immersion depth. The electrolytic cell 10 disclosed herein includes a displacement device 42 to control the height of the electrolytic cell in the housing 12, in particular to maintain a substantially constant height of the electrolyte bath in the housing 12. Can be provided. Displacement device 42 may include an inert body suspended within housing 12 and capable of being positioned in a vertical direction. In use, the inert body can move downward or upward in response to certain cell operations such that the height of the electrolyte bath remains substantially constant. The inert body can have any suitable form, for example a rod form as shown in the figures.

변위 장치(42)는 앞에서 기술된 바와 같이 하우징(12)의 내부 라이닝과 유사한 내화성 물질로부터 형성될 수 있다. The displacement device 42 may be formed from a refractory material similar to the inner lining of the housing 12 as described above.

사용 중, 전해 공정은 본 명세서에서 기술된 바와 같이 전해셀(10)에 용융 전해질을 충전함에 의하여 수행될 수 있다. 교류가 캐소드(18)과 애노드(20) 사이에 공급될 수 있고, 전극들(18, 20)의 저항이 전해셀(10)의 작동 온도를 미리 정해진 온도로 상승시킨다. 공급 물질이 그후 전해셀(10)에 충전되고, 용융 전해질 내에 용해된다. 5-100 킬로암페어의 범위의 직류가 애노드(20)에 공급되고, 그에 의하여 용해된 공급물질의 전기분해가 시작된다. 전기분해 반응에서 공급 물질이 캐소드(18)의 대향하는 연장된 표면들(30) 위에서 용융 희토류 금속(들)로 환원된다. 용융 희토류 금속(들)은 이어서 채널(22)로 떨어지고 채널(22)을 따라서 배출조(16)으로 배출되며, 필요한 경우 따라내어진다(tap). 공급 물질은 규칙적으로 전해셀(10)에 높은 전해질 흐름의 영역으로, 대략 소모 속도에 해당하는 속도로 충전될 수 있다. 본 기술분야에 숙달된 이들은 전해질 내의 원하는 공급물 농도에 해당하는 목표 셀 저항을 얻기 위하여 공급 속도가 미세하게 제어될 수 있음을 이해할 것이다. In use, the electrolytic process may be performed by charging the molten electrolyte into electrolytic cell 10 as described herein. Alternating current can be supplied between the cathode 18 and the anode 20, and the resistance of the electrodes 18, 20 raises the operating temperature of the electrolytic cell 10 to a predetermined temperature. The feed material is then charged into the electrolysis cell 10 and dissolved in the molten electrolyte. Direct current in the range of 5-100 kiloamps is supplied to the anode 20, whereby electrolysis of the dissolved feedstock begins. In the electrolysis reaction the feed material is reduced to molten rare earth metal (s) on the opposing elongated surfaces 30 of the cathode 18. The molten rare earth metal (s) then falls into the channel 22 and is discharged along the channel 22 to the discharge vessel 16 and tap if necessary. The feed material may be regularly charged into the electrolytic cell 10 in a region of high electrolyte flow, at a rate approximately corresponding to the rate of consumption. Those skilled in the art will understand that the feed rate can be finely controlled to achieve the target cell resistance corresponding to the desired feed concentration in the electrolyte.

전해 공정은 전해셀(10) 내의 불활성 또는 낮은 산소 분위기 아래 수행될 수 있다. 불활성 가스 또는 가스 혼합물을 전해셀(10)에 공급하여 그로부터 공기를 배제함에 의하여 불활성 분위기가 확립되고 유지될 수 있고, 그에 의하여 용융 전해질 및/또는 전극들(18, 20)과의 바람직하지 않은 반응을 방지할 수 있다. 불활성 가스의 적절한 예들은 헬륨, 아르곤 및 질소를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The electrolysis process may be performed under an inert or low oxygen atmosphere in the electrolysis cell 10. An inert atmosphere can be established and maintained by supplying an inert gas or gas mixture to the electrolytic cell 10 to exclude air therefrom, thereby undesirable reaction with the molten electrolyte and / or the electrodes 18, 20. Can be prevented. Suitable examples of inert gases include, but are not limited to, helium, argon, and nitrogen.

다수의 변형과 변경들이, 이미 기술된 것에 더하여, 기본적인 발명의 개념을 벗어나지 않고 관련 기술 분야에 숙달된 이들에게 제안될 것이다. 모든 그러한 변형과 변경들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되고, 본 발명의 성질이 본 명세서의 앞선 기술로부터 결정될 것이다. Numerous variations and modifications, in addition to those already described, will be suggested to those skilled in the art without departing from the basic inventive concepts. All such modifications and variations are considered to be within the scope of this invention, and the nature of the invention will be determined from the foregoing description of this specification.

뒤따르는 청구항들 및 앞의 기술에서, 명시적인 언어 또는 필수적인 의미에 기인하여 다르게 해석될 것을 필요로 하는 경우 이외에는, "포함한다(comprise)"의 용어 및 "포함하는"과 같은 변형은 포괄적인 의미로 사용되는데, 즉, 진술된 특징의 존재를 특정하지만 본 명세서에서 기술된 바와 같은 장치와 방법의 다양한 구현예들에서 부가적인 특징의 존재 또는 부가를 배제하지 않는 것으로 사용된다. In the claims that follow and in the foregoing description, the terms "comprise" and variations such as "comprising" are inclusive meanings unless required to be interpreted otherwise due to an explicit language or essential meaning. That is, it is used to specify the presence of the stated features but not to exclude the presence or addition of additional features in various embodiments of the apparatus and method as described herein.

Claims (17)

희토류 금속 생산용 전해셀로서,
셀 하우징으로서, 상기 셀 하우징의 바닥에 배치된 하나 이상의 경사진 채널이 제공되어 있으며, 상기 채널(들)을 따라서 상기 전해셀 내에서 생성된 용융 희토류 금속이 배출될 수 있는 상기 셀 하우징;
상기 셀 하우징 내에서 매달려 있고(suspended), 상기 하나 이상의 채널과 실질적으로 수직으로 배열된, 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 하나 이상의 캐소드로서, 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 표면들(opposing surfaces)이 수직으로부터 각도를 갖고 하향 및 외향으로 경사진 상기 하나 이상의 캐소드;
상기 셀 하우징 내에 매달려 있는 하나 이상의 쌍의 소모성 탄소 애노드로서, 상기 하나 이상의 쌍의 각각의 애노드는 수직으로부터 경사지고 상기 하나 이상의 캐소드의 각각의 대향하는 경사진 표면들과 평행한 배열로 서로 이격되어 이들 사이에 실질적으로 일정한 애노드 캐소드 거리를 한정하는 마주보는 표면(facing surface)을 갖는 상기 하나 이상의 쌍의 소모성 탄소 애노드; 및
상기 채널로부터의 용융 희토류 금속을 수용하기 위한 배출조(sump)로서, 상기 배출조는 상기 하나 이상의 캐소드와 상기 하나 이상의 쌍의 소모성 탄소 애노드로부터 서로 이격되어 격리되어 있고, 이에 의해 상기 용융 희토류 금속이 상기 애노드로부터 발생하는 비산(fugitive) 탄소와의 반응 및/또는 그로부터의 오염 및 상기 애노드로부터 방출되는 가스와의 역반응(back reaction)으로부터 보호되는 배출조;를 포함하고,
애노드 소모에 대응하여 상기 애노드와 상기 캐소드의 상기 대향하는 면들의 거리를 제어하기 위하여 상기 하나 이상의 쌍의 애노드와 작동적으로 연결된 장치를 더 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀.
As an electrolytic cell for rare earth metal production,
A cell housing, comprising: at least one inclined channel disposed at the bottom of the cell housing, wherein the cell housing is capable of draining molten rare earth metal produced in the electrolytic cell along the channel (s);
At least one cathode comprising molybdenum or tungsten, suspended in the cell housing and arranged substantially perpendicular to the at least one channel, each opposing surfaces of the at least one cathode being The at least one cathode angled from vertical and inclined downward and outward;
At least one pair of consumable carbon anodes suspended within the cell housing, wherein each anode of the at least one pair is inclined from vertical and spaced apart from each other in an array in parallel with respective opposing sloping surfaces of the at least one cathode. The at least one pair of consumable carbon anodes having facing surfaces defining a substantially constant anode cathode distance therebetween; And
A sump for receiving molten rare earth metal from the channel, the sump being spaced apart from each other from the at least one cathode and the at least one pair of consumable carbon anodes, whereby the molten rare earth metal is separated from the channel. A discharge tank protected from reaction with and / or contamination with fugitive carbon arising from the anode and back reaction with gases emitted from the anode;
And an apparatus operatively connected with the at least one pair of anodes to control a distance between the anode and the opposing faces of the cathode in response to anode consumption.
제1 항에 있어서,
상기 셀 하우징 내에 포함된 전해질 욕조의 높이를 제어하기 위한 변위 장치를 더 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀.
According to claim 1,
Electrolytic cell for rare earth metal production further comprises a displacement device for controlling the height of the electrolyte bath contained in the cell housing.
삭제delete 제2 항에 있어서,
상기 변위 장치는 상기 하우징 내에서 매달려 있고, 수직 방향으로 위치할 수 있는 불활성 몸체(inert body)를 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀.
The method of claim 2,
And the displacement device is suspended in the housing and comprises an inert body which can be positioned in a vertical direction.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 애노드와 작동적으로 연결된 상기 장치는 수평 위치결정 장치(horizontal positioning apparatus)를 포함하는 희토류 금속 생산용 전해셀.
According to claim 1,
And said device operatively connected with said at least one anode comprises a horizontal positioning apparatus.
제5 항에 있어서,
상기 수평 위치결정 장치는 사용 중 상기 애노드가 소모되는 속도에 대응하여 상기 캐소드를 향하여 상기 하나 이상의 애노드를 측면으로 이동시키도록 (lateral translation) 구성된 희토류 금속 생산용 전해셀.
The method of claim 5,
And the horizontal positioning device is configured to move the at least one anode laterally toward the cathode in response to a rate at which the anode is consumed during use.
제1 항에 있어서,
그 안의 상기 하나 이상의 채널이 수평으로부터 10° 이하의 각도로 경사진 희토류 금속 생산용 전해셀.
According to claim 1,
Electrolytic cell for the production of rare earth metal in which the one or more channels therein are inclined at an angle of 10 degrees or less from the horizontal.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 채널이 직사각형, V형 또는 U형의 단면 형태를 갖는 희토류 금속 생산용 전해셀.
According to claim 1,
Electrolytic cell for rare earth metal production wherein the at least one channel has a rectangular, V-shaped or U-shaped cross-sectional shape.
제1 항에 있어서,
상기 캐소드의 대향하는 면들 및 상기 애노드의 마주보는 면들이 수직으로부터 10° 이하로 경사진 희토류 금속 생산용 전해셀.
According to claim 1,
Electrolytic cell for the production of rare earth metal in which the opposite faces of the cathode and the opposite faces of the anode are inclined at less than 10 ° from vertical.
제9 항에 있어서,
상기 캐소드의 대향하는 면들 및 상기 애노드의 마주보는 면들이 수직으로부터 2° 내지 10° 경사진 희토류 금속 생산용 전해셀.
The method of claim 9,
Electrolytic cell for the production of rare earth metal in which the opposite sides of the cathode and the opposite sides of the anode are inclined from 2 ° to 10 ° from the vertical.
제1 항에서 정의된 바와 같은 전해셀;
전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질;
상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질; 및
상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 전해셀 내에서 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 상기 전해셀 내의 애노드와 캐소드 사이에 전류를 통과시키도록 구성된 직류 전원;을 포함하는 희토류 금속의 전해 생산용 시스템.
An electrolysis cell as defined in claim 1;
A feed material comprising at least one rare earth metal compound capable of being electrolyzed to produce a rare earth metal;
A molten electrolyte in which the feed material can be dissolved; And
And a direct current power source configured to pass a current between an anode and a cathode in the electrolysis cell to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product in the electrolysis cell.
제1 항에서 정의된 바와 같은 전해셀을 제공하는 단계;
전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질 및 상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질을 포함하는 전해질 욕조로 상기 전해셀을 충전하는 단계;
상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 캐소드 위에 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 상기 전해셀 내의 적어도 하나의 소모성 애노드 및 캐소드 사이에 직류를 통과시키는 단계; 및
상기 전해셀 내의 상기 용융 전해질을 변위(displace)하여 상기 전해셀 내의 상기 전해질 욕조의 높이를 유지하는 단계;를 포함하는 희토류 금속의 전해 생산 방법.
Providing an electrolytic cell as defined in claim 1;
Filling said electrolytic cell with an electrolyte bath comprising a feed material comprising at least one rare earth metal compound that can be electrolyzed to produce a rare earth metal and a molten electrolyte in which the feed material can be dissolved;
Passing a direct current between at least one consumable anode and cathode in the electrolysis cell to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product over the cathode; And
Disposing the molten electrolyte in the electrolytic cell to maintain the height of the electrolyte bath in the electrolytic cell.
제1 항에 따른 전해셀을 제공하는 단계;
전기분해되어 희토류 금속을 생성할 수 있는 하나 이상의 희토류 금속 화합물을 포함하는 공급 물질 및 상기 공급 물질이 용해될 수 있는 용융 전해질로 상기 전해셀을 충전하는 단계;
상기 공급 물질을 전기분해하여 상기 캐소드 위에 용융 희토류 금속 생성물을 생성하도록 적어도 하나의 소모성 애노드 및 캐소드 사이에 직류를 통과시키는 단계; 및
상기 전해셀 내에서 일정한 캐소드 애노드 거리를 유지하기 위하여 애노드 소모 속도에 대응하여 상기 또는 각각의 소모성 애노드를 상기 캐소드를 향하여 이동(translation)시키는 단계;를 포함하는 희토류 금속의 전해 생산 방법.
Providing an electrolytic cell according to claim 1;
Filling said electrolytic cell with a feed material comprising at least one rare earth metal compound that can be electrolyzed to produce a rare earth metal and a molten electrolyte in which the feed material can be dissolved;
Passing a direct current between at least one consumable anode and cathode to electrolyze the feed material to produce a molten rare earth metal product over the cathode; And
And translating the or each consumable anode toward the cathode in response to an anode consumption rate in order to maintain a constant cathode anode distance in the electrolysis cell.
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