專利名稱：生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，屬于熔鹽電解技術(shù)領(lǐng)域。
目前，用熔鹽電解法生產(chǎn)稀土金屬及合金，主要有兩種方法。(1)在氯化物熔鹽體系中以稀土氧化物為原料的氧化物電解法；(2)在氟化物熔鹽體系中，以稀土氧化物為原料的氧化物電解法。氯化物熔鹽電解采用的電解槽槽體結(jié)構(gòu)有兩類。(1)是小型電解槽，采用石墨電極加工制成的整體石墨材料為電解槽內(nèi)襯，并兼作陽極，外部有鑄鐵外殼及保溫層。(2)是大型電解槽，由陶瓷材料為內(nèi)襯砌筑。
氧化物電解已采用的電解槽主要有以下幾種結(jié)構(gòu)。(1)中國專利CN85100748A，由石墨電極加工制成的整體石墨為電解槽內(nèi)襯，在石墨內(nèi)襯外部有石墨粉層、鐵質(zhì)外套和保溫層，陽極為上插筒狀石墨陽極，該電解槽內(nèi)襯和陽極是由整體石墨材料加工制成，因此電解槽容量的擴(kuò)大受到石墨材料尺寸的限制。槽體規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。(2)日本專利昭61-253391，電解槽內(nèi)襯用鎢、鉬等價(jià)格昂貴的金屬材料制成，導(dǎo)致電解槽成本高，由于鎢鉬等難熔材料極易氧化，此電解槽為充隋性氣體的密閉電解槽。(3)日本專利昭62-146291，該電解槽內(nèi)襯用鐵質(zhì)材料或不銹鋼材料制成，對于生產(chǎn)單一稀土金屬而言，生產(chǎn)的金屬產(chǎn)品將受到污染。
本發(fā)明的目的是克服上述不足，提供一種生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽非密閉型電解槽，在槽體上部采用含電解該種金屬的氧化物、氟化物，以及氟化鋰等混合物進(jìn)行打結(jié)，以取代暴露在空氣中的石墨，克服了石墨的氧化缺點(diǎn)，增加了槽體使用壽命。槽體下部采用石墨砌筑，以及碳質(zhì)材料或碳質(zhì)混合料進(jìn)行整體打結(jié)，解決了電解槽滲漏問題，槽體可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行砌筑，陰陽極配置設(shè)計(jì)合理，槽體壽命長，使用安全可靠。
本發(fā)明生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，是由石墨內(nèi)襯[1]、碳結(jié)打結(jié)層[2]、耐火保溫層[3]、金屬結(jié)構(gòu)層[4]、金屬[5]、陰極[6]、陽極[7]、抗氧化層[8]、蓋板[9]、熔鹽[10]、接收器[11]、保溫層[12]組成。
下面結(jié)合本發(fā)明的附圖進(jìn)一步描述

圖1為本發(fā)明電解槽結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明陰陽極配置圖。
石墨內(nèi)襯[1]用帶凸凹槽石墨塊或普通石墨塊砌筑，石墨內(nèi)襯[1]與耐火保溫層[3]之間為碳質(zhì)打結(jié)層[2]，耐火保溫層[3]外部為金屬結(jié)構(gòu)層[4]，在石墨塊上部為打結(jié)的抗氧化層[8]，用耐熱鑄鐵蓋板或耐熱鋼蓋板[9]覆蓋在抗氧化層[8]上，陰極[6]、陽極[7]均采用上插式置于電解槽熔鹽[10]中，陰極[6]下部裝有接收器[11]，接收器[11]用來接收金屬[5]，在金屬結(jié)構(gòu)層[4]外部用保溫層[12]。陰極[6]、陽極[7]極距在20～400mm范圍內(nèi)任意調(diào)整，陰陽極插入熔鹽深度在10～1000mm范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)整，陰極和陽極均為圓形、長方形、正方形、橢圓形等幾何形狀。在陰陽極配置中，每一個陰極與圍繞其周圍的一個或若干個陽極均可構(gòu)成一個陰極和陽極組合單元。這種組合可使兩個陰極共用一個陽極，達(dá)到充分利用有效陽極面積擴(kuò)大電解槽規(guī)模。由解槽結(jié)構(gòu)可以是圓形、長方形、正方形、橢圓形等不同的幾何形狀，槽形為非密閉型結(jié)構(gòu)，接收器可以是圓形、長方形、正方形、橢圓形。
碳質(zhì)或混合打結(jié)層[2]可由下列成份組成石墨粉為1～95％ 石油焦為1～95％焦碳為1～95％蘭堿為0～95％石油瀝請為1～70％煤瀝清為1～70％氧化鎂為0～50％ 氧化鋁為0～70％氧化鈣為0～50％％稀土氧化物為0～100％稀土氟化物為0～100％ 稀土氟氧化物為0～100％堿及堿土族金屬氧化物、氟化物為0～70％過渡族金屬氧化物為0～70％抗氧化層[8]由下列成份組成稀土氧化物為0～100％稀土氟化物為0～100％稀土氟氧化物為0～100％ 氟化鋰為0～55％氟化鋇為0～70％ 氟化鈣為0～70％堿及堿土族金屬氧化物為、氟化物0～70％
過渡族金屬氧化物、氟化物為0～70％本發(fā)明生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，適用于不同規(guī)模的大、中、小型槽體的砌筑，陰陽極采用上插式布置，陰陽極浸入熔鹽的深度可連續(xù)調(diào)，陰陽極的極距連續(xù)可調(diào)，保證在電解過程中隨著陽極的消耗，極距保持不變，保證了電解槽長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。陰陽極更換方便，該電解槽適應(yīng)用1000安以上任何規(guī)模氟化物熔鹽體系氧化物電解制備稀土金屬及合金及氯化物熔鹽電解制備稀土金屬及合金。用該電解槽無論上述哪種電解方法進(jìn)行稀土金屬及合金的生產(chǎn)均可在陰極電流密度為3～20A/cm，陽極電流密度為0.1～2A/cm。電解槽在750℃～1300℃的范圍內(nèi)工作，槽體使用壽命長，效果好，安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量高，所生產(chǎn)的稀土金屬及合金碳含量小于0.05％。
本實(shí)用新型實(shí)施例電解槽采用凸凹石墨塊砌筑，陰陽極配置均采用上插式置于電解槽熔鹽中，陰極用鎢、鉬難熔金屬材料制成，陰陽極和槽體及接收器均選擇長方形結(jié)構(gòu)，接收器用鉬，配置兩根鎢陰極，陰極和多組石墨陽極通電后，電解產(chǎn)物金屬釹沿陰極進(jìn)入接收器內(nèi)，電解在大氣中進(jìn)行，在750℃～1300℃的范圍內(nèi)的工作，結(jié)果見表1
該電解槽其電解工藝參數(shù)選擇范圍REF340～95％(Mt％)LiF(5～20％)BaF2(0～10％) CaF2(0～5％)陰極電流密度3～20A/cm、陽極電流密度0.1～2A/cm極距20～400mm。
陰、陽極插入深度為10～1000mm。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，電解槽內(nèi)襯用石墨材料加工制成，其特征在于石墨內(nèi)襯[1]由帶有凸凹槽石墨塊或普通石墨塊砌筑，石墨內(nèi)襯[1]與耐火保溫層[3]之間用碳質(zhì)料或碳質(zhì)混合料進(jìn)行搗制，形成碳質(zhì)或混合打結(jié)層[2]，在耐火保溫層[3]外部為金屬結(jié)構(gòu)層[4]，整體打結(jié)完成后，在石墨塊上部用含有生產(chǎn)該金屬的化合物進(jìn)行打結(jié)，構(gòu)成抗氧化層[8]，用耐熱鑄鐵蓋板或耐熱鋼蓋板[9]覆蓋在抗氧化層[8]上，陰極[6]和陽極[7]均采用上插式置于電解槽熔鹽[10]中，陰極[6]下部裝有接收器[11]，在金屬結(jié)構(gòu)層外部為保溫層[12]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于碳質(zhì)或混合打結(jié)層[2]由下列成份組成石墨粉為1～95％ 石油焦為1～95％焦碳為1～95％蘭碳為0～95％石油瀝清為1～70％煤瀝清為1～70％氧化鎂為0～70％ 氧化鋁為0～70％氧化鈣為0～70％ 稀土氧化物為0～100％稀土氟化物為0～100％ 稀土氟氧化物為0～100％堿及堿土族金屬氧化物、氟化物為0～70％過渡族金屬氧化物、氟化物為0～70％
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于抗氧化層[8]由下列成份組成稀土氧化物為0～100％ 稀土氟化物為0～100％稀土氟氧化物為0～100％氟化鋰為0～55％氟化鋇為0～70％ 氟化鈣為0～70％堿及土堿族金屬氧化物、氟化物為0～70％過渡族金屬氧化物、氟化物為0～70％
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于陰極[6]和陽極[7]極距為20～400mm，插入熔鹽深度為10～1000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于陰陽極截面為圓形、長方形、正方形、橢圓形等不同的幾何形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于在陰極[6]、陽極[7]配置中，每一個陰極與圍繞其周圍的一個或若干個陽極均可構(gòu)成一個陰、陽極組合單元，這種組合可兩個陰極共用一個陽極，實(shí)現(xiàn)電解還原過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽結(jié)構(gòu)可以是圓形、長方形、正方形、橢圓形等不同的幾何形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于接收器[11]為圓形、長方形、正方形、橢圓形等不同的幾何形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其特征在于電解槽為非密閉型電解槽。
全文摘要
本發(fā)明的一種生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽,電解槽內(nèi)襯用帶有凸凹槽石墨塊砌筑,外部為碳質(zhì)料或碳質(zhì)混合料打結(jié)層,耐火保溫材料,金屬結(jié)構(gòu)層,保溫層,每一個陰極與圍繞其周圍的一個或若干個陽極均可構(gòu)成一個陰、陽極組合單元。通電后電解產(chǎn)物金屬釹沿陰極進(jìn)入接收器,電解在大氣中進(jìn)行,陰陽極配置合理,槽體根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模砌筑,結(jié)構(gòu)為非密閉型。價(jià)格低廉,使用壽命長,安全可靠。
文檔編號D01F6/62GK1226612SQ9810478
公開日1999年8月25日 申請日期1998年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者楊勝嶺, 張志宏, 郝占云, 任永紅, 陳國華, 張志軍, 孔向民, 賈恩澤, 張學(xué)江, 梁行方, 馮和云, 聞德連, 齊懷宇, 陳文亮, 趙景環(huán) 申請人:包頭鋼鐵公司稀土研究院