專利名稱:底部陰極導流式稀土電解槽的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及冶金領域的電解槽,特別是一種底部陰極導流式稀土電解槽,適用于稀土電解槽的改造和開發(fā)。
背景技術:
稀土金屬是稀土功能材料的主要原料之一,作為我國的戰(zhàn)略資源,其需求量越來越大。隨著生產規(guī)模的擴大,槽型結構的改正越來越受到業(yè)內的關注。目前,以氧化物為原料,以氟化物為熔鹽體系的稀土金屬電解是制取稀土金屬的重要方法,由于高溫氟化物熔鹽的腐蝕性極強,給氟化物熔鹽體系氧化物電解的研究帶來 較大的困難,電解槽槽型在大型化過程主要有兩個發(fā)展方向,一在電極配置方式上仍然沿 用20世紀80年代設計的敞開式上插陰陽極模式,如中國專利CN2372329Y、CN2632099Y、 CN2464744Y、CN02240881. 9 及 CN200820138112. 3,目前電流效率在 80 % 左右,電流強度 在20KA左右,這種結構放大過程中由于其布線結構復雜的問題上部敞口較大,槽體無保 溫措施,熱量損失嚴重,生產過程明顯受環(huán)境溫度和換熱條件變化的影響,嚴重制約了 其進一步放大可能。二是底部陰極采用電解過程的液態(tài)金屬作為陰極結構,如中國專利 CN101368282A和CN200952043Y,他們采用底部陰極的布線方式,解決了上插式結構的布線 問題,但是由于該結構的電解金屬一直處于電解區(qū)域內,這樣電解后稀土金屬極易被二次 氧化,另外該槽型結構對于稀土金屬電解過程中陰極電流密度遠大于陽極電流密度的現象 及其大型化后磁場對金屬液的流動是否象鋁電解槽一樣影響很大甚至造成電解是否能進 行下去,還有待實踐檢驗。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單,能量消耗少,電流效率高,產量大,維護容 易并適用于我國國內目前投入生產使用的稀土電解槽外圍槽體的形狀改造,該電解槽槽型 結構改變后,電場流場分布更加合理,電流效率明顯提高;同時該發(fā)明還可采用全封閉的結 構,可以有效的解決電解過程尾氣排放的收集和有效的解決敞口電解槽熱量損失嚴重的問 題,達到了節(jié)能,高產,環(huán)保的底部陰極導流式稀土電解槽。技術解決方案本發(fā)明陽極的正下方放置陰極,陽極底部為圓弧形凹面,陰極頂部 為圓弧形凸面,陽極的圓弧形凹面與陰極的圓弧形凸面相對應,陰極并列設置,相連接處形 成導流槽,陰極與石墨坩堝之間設有高溫絕緣層,陰極下面放置有陰極導電排。陽極底部及陰極頂部與水平面成8-25度,向收集器方向傾斜。石墨坩堝為方形型槽。石墨坩堝為上大下小的梯形槽。石墨坩堝外圍添加碳粉層。在碳粉層和保溫層之間添加一層絕緣層。為了使本發(fā)明能夠有效的解決電解過程尾氣排放、收集并有效的解決敞口電解槽熱量損失嚴重的問題,在石墨坩堝2上設有防護蓋的全封閉結構,可以達到了節(jié)能,高產, 環(huán)保的目的。本發(fā)明設計了新型的陰陽極結構,滿足了由于稀土金屬都比較活潑需要電解過程 陰極高電流密度,陽極低電流密度的要求;采用導流式陰極結構降低了電解金屬液滴在電 解區(qū)域停留時間,能有效的減少金屬二次氧化,提高金屬收得率;采用底部陰極布置方式能 有效的利用現在鋁電解槽成熟的布線方式和技術,有利于本發(fā)明槽型的推廣和大型化。
圖1為本發(fā)明電解槽結構及電極布置俯視圖;圖2為圖1的A-A剖面圖;圖3為圖1的B-B剖面圖。
具體實施例方式如附圖1,附圖2,附圖3所示,本發(fā)明包括陽極1、石墨坩堝2、陰極、耐火層4、絕 緣層5、保溫層6、高溫絕緣層7、導流槽8、碳粉層9、陰極導電排10、保護層11、金屬收集器 12、電解質13。稀土電解槽槽體為砌筑的方型或上大下小的梯形石墨坩堝2,采用上端開口 大下端開口小的梯形石墨坩堝2,有利于氣體的排出。在石墨坩堝2與絕緣層5之間填充碳 粉層9,這樣可以保證電解在不漏電的情況下進行,提高電能利用率,減少能量消耗。在絕 緣層5外圍砌筑耐火層4、保溫層6和保護層11構成電解槽槽體結構,耐火層4及保溫層 6有利于減少爐體的散熱損失,減少環(huán)境溫度變化對電解過程的影響,同時通過在碳粉層9 與保溫層6之間新增加絕緣層5,這可降低對絕緣層材料耐高溫的要求,同時也有利于減少 槽體漏電損耗,提高電能利用率,減少能量消耗,石墨坩堝2底部采用斜底陰極導流槽8收 集器,這種結構的收集器在金屬的收集時,電解槽的金屬就會聚集在陰極導流槽8底部中 間,這樣在收集金屬時,不用斷電,從陽極中間空隙直接取金屬就可以,不影響生產,解決了 傳統電解槽臺階結瘤的現象,同時更有利于金屬收集方便金屬的收取,提高金屬的收得率。 在石墨坩堝2上部為碳陽極1,陽極1設置6根,陽極1的正下方放置6根陰極3,通過調整 陽極1和陰極3的對數或電流密度以確定電解槽的總電流強度,陽極1底部為圓弧形凹面, 陰極3頂部為圓弧形凸面,陽極1的圓弧形凹面與陰極3的圓弧形凸面相對應,陰極3并列 設置,陰極3與相鄰的陰極3相連接形成導流槽8,陰極3與石墨坩堝2之間設有高溫絕緣 層7,陰極3下面放置有陰極導電排10 ;陰極導電排10采用鋼棒材質,避免采用鎢、鉬等貴 重金屬材料作導體,降低電解成本;陽極1和陰極3采用圓弧形的結構形狀解決了稀土電解過程陰極3高電流密度, 陽極1低電流密度的要求,更有利于電解電流的有效利用,解決了稀土金屬快速脫離反應 區(qū)域和電解氣體及時排出的要求。這種新型的陰極3和陽極1的配置方式在增加電解電流 密度時比傳統電極配置方式的槽電壓低。陽極1和陰極3上下平行布置方便稀土電解槽的大型化,陽極1和陰極3采用向 收集器12傾斜8-10度的方式,以解決電解過程的氣體排出和金屬液滴的回收;陰極3與相 鄰的陰極3形成導流槽8有利于金屬液滴快速進入金屬液收器12,在金屬液收器12收集金 屬時,無需斷電,直接在陽極1之間取金屬或采用自動裝置取金屬,同時隨著電解過程的進行陽極1的消耗,只要改變陽極1的浸入電解質13的深度,就能方便的改變極間距,改善電 解過程的電壓波動問題,提高陽極的使用時間,降低生產成本。本發(fā)明還可在石墨坩堝2上設有防護蓋。電解槽的工作過程首先稀土氧化物溶于氟化物熔鹽中,在熔鹽中呈離子態(tài)存在,除變價稀土元素外, 其他離子呈三價態(tài);在陽極1通入直流電流,經導陰極電排10流出形成整個電解電流的回 路;稀土金屬陽離子在電場力的作用下移動到陰極3得到電子還原成金屬形成金屬液滴, 金屬液滴在重力的作用下滑落到導流槽8,通過導流槽8金屬液體在斜坡的作用下流到金 屬收集器12,通過自動、半自動或人工的方式從金屬收集器12取出金屬鑄錠;同時氧離子 在電場力的作用下移動到陽極1失去電子形成氧分子與石墨碳反應形成氣體,沿傾斜的陽 極底部下上排出,這樣完成了整個電解過程。
權利要求
底部陰極導流式稀土電解槽,包括陽極(1)、石墨坩堝(2)、陰極(3)、保溫層(6)、收集器(12),其特征在于,陽極(1)的正下方放置陰極(3),陽極(1)底部為圓弧形凹面,陰極(3)頂部為圓弧形凸面,陽極(1)的圓弧形凹面與陰極(3)的圓弧形凸面相對應,陰極(3)并列設置,相連接處形成導流槽(8),陰極(3)與石墨坩堝(2)之間設有高溫絕緣層(7),陰極(3)下面放置有陰極導電排(10)。
2.根據權利要求1所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,陽極(1)底部及陰 極⑶頂部與水平面成8-25度,向收集器(12)方向傾斜。
3.根據權利要求1所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,石墨坩堝(2)為方 形型槽。
4.根據權利要求1所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,石墨坩堝(2)為上 大下小的梯形槽。
5.根據權利要求1、3或4所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,石墨坩堝 (2)外圍添加碳粉層(9)。
6.根據權利要求5所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,在碳粉層(9)和保 溫層(6)之間添加一層絕緣層(5)。
7.根據權利要求1所述的底部陰極導流式稀土電解槽,其特征在于,石墨坩堝(2)上設 有防護蓋。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金領域電解槽,特別是一種底部陰極導流式稀土電解槽,適用于稀土電解槽改造和開發(fā)。本發(fā)明陽極正下方放置陰極,陽極底部為圓弧形凹面,陰極頂部為圓弧形凸面,陽極的圓弧形凹面與陰極的圓弧形凸面相對應,陰極并列設置,相連接處形成導流槽,陰極與石墨坩堝之間設有高溫絕緣層,陰極下面放置有陰極導電排。本發(fā)明設計了新型的陰陽極結構,滿足了由于稀土金屬都比較活潑需要電解過程陰極高電流密度,陽極低電流密度的要求;采用導流式陰極結構降低了電解金屬液滴在電解區(qū)域停留時間,能有效的減少金屬二次氧化,提高金屬收得率;采用底部陰極布置方式能有效的利用現在鋁電解槽成熟的布線方式和技術,有利于本發(fā)明槽型的推廣和大型化。
文檔編號C25C3/34GK101805914SQ20101017534
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者伍永福, 馮化超, 劉中興, 李保衛(wèi), 武文斐, 趙增武 申請人:內蒙古科技大學