用于制備稀土金屬及其合金的電解槽及電解工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制備稀土金屬及其合金的電解槽。該電解槽包括電解槽槽體及設(shè)置在電解槽槽體內(nèi)的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極由兩組或兩組以上的陽(yáng)極單元組組成，陰極由兩組或兩組以上的陰極單元組組成，陽(yáng)極單元組與陰極單元組交替排列。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于陽(yáng)極單元組與陰極單元組是交替平行排列的，因此，本發(fā)明的電解槽陰、陽(yáng)極電流密度小，尤其是陰極電流密度較小，減少了電解槽的能耗。另外，本發(fā)明的槽型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電解槽電解容量易于擴(kuò)大：與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明電解槽無(wú)中心布局特征，陰陽(yáng)極交替平行排列，槽型易于大型化，本發(fā)明電解槽電解容量可擴(kuò)展至幾萬(wàn)安培甚至十幾萬(wàn)安培。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備稀土金屬及其合金的電解槽及電解工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稀土火法冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種用于制備稀土金屬及其 合金的電解槽及電解工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)稀土金屬及其合金產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的90%以上，熔鹽電解法是生產(chǎn)輕稀土金 屬和中重稀土合金的主流工藝，其中又以氟化物體系氧化物電解工藝為主，90%以上稀土金 屬產(chǎn)品是由熔鹽電解法生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)熔鹽電解法工業(yè)化生產(chǎn)主流槽型為6000-8000安 培，少數(shù)廠家單槽容量達(dá)到10000安培。25000安培電解槽型由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有待于進(jìn)一 步完善僅在個(gè)別企業(yè)運(yùn)打。
[0003] 中國(guó)專(zhuān)利CN85100748A公開(kāi)了一種連續(xù)生產(chǎn)金屬釹及釹鐵合金的槽型結(jié)構(gòu)（圖1 所示)，該槽型由石墨槽體、帶有凸緣的石墨筒陽(yáng)極和鑰棒(或鐵棒）陰極組成，電極由一根 鑰（或鐵）棒陰極和一個(gè)石墨桶組成，即一組陰陽(yáng)極構(gòu)成，鑰（或鐵）棒從石墨桶陽(yáng)極中心垂 直插入鹽浴，陰極為電解槽中心，陽(yáng)極(石墨桶)對(duì)其進(jìn)行環(huán)繞。它適用于連續(xù)電解生產(chǎn)金屬 釹、鑭、鈰、鐠及其合金，擴(kuò)大試驗(yàn)為1000?1100A規(guī)模。
[0004] 中國(guó)專(zhuān)利01212927. 5公開(kāi)了一種多陰極多陽(yáng)極電解槽（圖2所示)，多個(gè)陽(yáng)極板沿 石墨槽內(nèi)壁圍成一個(gè)矩形框，陰極依次間隔排列于陽(yáng)極板之間，電解槽內(nèi)多個(gè)陰極在其縱 向軸線上排列，陽(yáng)極圍成長(zhǎng)方形框?qū)﹃帢O環(huán)繞，形成明顯的以多陰極為中心的布局結(jié)構(gòu)。該 實(shí)用新型用于熔鹽電解制備稀土金屬，實(shí)施例顯示，其陰極電流密度6A/cm 2、陽(yáng)極電流密度 1. 6A/cm2,規(guī)模可達(dá)幾萬(wàn)或十幾萬(wàn)安培。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利02240881. 9公開(kāi)了一種熔鹽電解生產(chǎn)稀土金屬的圓形萬(wàn)安培電解槽 (圖3所示)，這種電解槽采用圓形石墨槽，陽(yáng)極為多層，陰極為多個(gè)；從電解槽中心位置向 夕卜，中心位置為圓柱狀陽(yáng)極，環(huán)繞中心圓柱狀陽(yáng)極為多根陰極，最外層為圓環(huán)型的陽(yáng)極。該 電解槽型為環(huán)形結(jié)構(gòu)，陰極為一組，陽(yáng)極為兩組，槽中心為柱狀陽(yáng)極，雙層陽(yáng)極對(duì)環(huán)形多陰 極形成環(huán)繞。
[0006] 中國(guó)專(zhuān)利200510054067. 4公開(kāi)了一種熔鹽電解法生產(chǎn)鏑鐵合金的工藝及設(shè)備 (圖4所示)，其采用的電解槽由棒狀鐵陰極和多塊弧型石墨陽(yáng)極板構(gòu)成，電解槽壓8?10V。 目前鏑鐵合金工業(yè)化生產(chǎn)即采用這種槽型結(jié)構(gòu)。
[0007] 以上現(xiàn)有技術(shù)涉及的稀土氧化物熔鹽電解槽型結(jié)構(gòu)及工藝的共同特點(diǎn)主要是：
[0008] 1、陰極均被陽(yáng)極通過(guò)各種形式進(jìn)行環(huán)繞；
[0009] 2、電解槽陰陽(yáng)極的布置中心特征明顯，或以陰極為中心，或以陽(yáng)極為中心，向四周 依次排布；
[0010] 3、陰陽(yáng)極面積均為不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，使得陰極電流密度>5A/cm2,明顯偏高于陽(yáng)極電流 密度；
[0011] 4、電解槽壓普遍較高，達(dá)8V以上。
[0012] 但是上述電解槽存在電流密度偏高，能耗較大等技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明旨在提供一種用于制備稀土金屬及其合金的電解槽及電解工藝，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中電解槽存在電流密度偏高，能耗較大的技術(shù)問(wèn)題。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制備稀土金屬及其 合金的電解槽。該電解槽包括電解槽槽體及設(shè)置在電解槽槽體內(nèi)的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極由兩 組或兩組以上的陽(yáng)極單元組組成，陰極由兩組或兩組以上的陰極單元組組成，陽(yáng)極單元組 與陰極單元組交替排列。
[0015] 進(jìn)一步地，陽(yáng)極和陰極的下緣齊平，與電解槽槽底平面的距離< 20cm。
[0016] 進(jìn)一步地，電解槽槽體包括：石墨槽體；依次設(shè)置在石墨槽體外表面的內(nèi)保護(hù)套、 保溫層和外保護(hù)套；坩堝，設(shè)置在石墨槽體的底部；絕緣板，設(shè)置在石墨槽體、保溫層和外 保護(hù)套的頂端；以及爐臺(tái)板，設(shè)置絕緣板的上表面。
[0017] 進(jìn)一步地，電解槽槽體為矩形槽體，陽(yáng)極單元組中的陽(yáng)極單元和陰極單元組中的 陰極單元平行于電解槽槽體的一個(gè)側(cè)壁平行排布。
[0018] 進(jìn)一步地，稀土金屬為選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、釓、鋱、鏑、欽、鉺、镥、鈧、釔中的一種 或多種；合金為選自鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合金、稀土鐵合金、稀土鎂合金、稀土鋁合 金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金或稀土猛合金中的一種 或多種。
[0019] 進(jìn)一步地，陽(yáng)極單元組的材料為石墨。
[0020] 進(jìn)一步地，電解槽用于制備稀土金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹 鏑合金、鋱鏑合金、稀土鎂合金和稀土鋁合金時(shí)，陰極的材料為金屬鎢或金屬鑰；在制備稀 土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金和稀土猛合金 時(shí)，陰極的材質(zhì)為待電解稀土金屬相對(duì)應(yīng)的金屬鐵、金屬銅、金屬鈷、金屬鎳、金屬鈦、金屬 鉻、金屬猛。
[0021] 進(jìn)一步地，坩堝的材質(zhì)為選自金屬鎢、金屬鑰、金屬鈦中的一種。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制備稀土金屬及其合金的電解工藝，采用上 述電解槽進(jìn)行制備稀土金屬及其合金。
[0023] 進(jìn)一步地，在氟化物熔鹽電解質(zhì)體系中，電解稀土氧化物或稀土氧化物與合金化 金屬氧化物的混合物時(shí)，陽(yáng)極單元組和陰極單元組間的距離控制在4?10cm，電解電壓小 于7V，陰極電流密度為1?5A/cm 2,陽(yáng)極電流密度為0. 5?lA/cm2,電解溫度控制在1000? 1200。。。
[0024] 進(jìn)一步地，在制備金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑 合金、稀土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金、稀土猛 合金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF 3和氟化鋰LiF組成，電解原料為稀土氧 化物RE0,并根據(jù)所制備的稀土金屬或稀土合金選擇相應(yīng)的稀土氟化物和稀土氧化物，其 中，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為（80?95) :(20?5)的REF3 :LiF。
[0025] 進(jìn)一步地，在制備稀土鎂合金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化 鋰LiF和氟化鎂MgF 2組成，電解原料為稀土氧化物RE0、氧化鎂MgO、和稀土氟化物的混合 物，其中，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為（70?90): (0?5): (5?30)的REF3 :MgF2 : LiF，電解原料包括重量比為（40?90) : (60?10)的REO :MgO。
[0026] 進(jìn)一步地，在制備稀土鋁合金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化 鋰LiF和冰晶石nNaF · A1F3組成，電解原料為稀土氧化物RE0、氧化鋁A1203和稀土氟化物 的混合物，其中，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為（60?90) : (5?20) : (5?20)的 REF3 :nNaF · A1F3 :LiF，電解原料包括重量比為（60 ?92) : (40 ?8)的 REO :A1203。
[0027] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于陽(yáng)極單元組與陰極單元組是交替平行排列的，因此， 本發(fā)明的電解槽陰、陽(yáng)極電流密度小，尤其是陰極電流密度較小，減少了電解槽的能耗。另 夕卜，本發(fā)明的槽型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電解槽電解容量易于擴(kuò)大：與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明電解槽無(wú) 中心布局特征，陰陽(yáng)極交替平行排列，槽型易于大型化，本發(fā)明電解槽電解容量可擴(kuò)展至幾 萬(wàn)安培甚至十幾萬(wàn)安培。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0029] 圖1示出了中國(guó)專(zhuān)利CN85100748A公開(kāi)的一種連續(xù)生產(chǎn)金屬釹及釹鐵合金的槽型 結(jié)構(gòu)；
[0030] 圖2示出了中國(guó)專(zhuān)利01212927. 5公開(kāi)的一種多陰極多陽(yáng)極電解槽；
[0031] 圖3示出了中國(guó)專(zhuān)利02240881. 9公開(kāi)的一種熔鹽電解生產(chǎn)稀土金屬的圓形萬(wàn)安 培電解槽；
[0032] 圖4示出了中國(guó)專(zhuān)利200510054067. 4公開(kāi)的一種熔鹽電解法生產(chǎn)鏑鐵合金的工 藝及設(shè)備；
[0033] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電解槽槽型熱場(chǎng)分布示意圖；
[0034] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電解槽的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖7示出了圖6沿A-A方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖6、7中1?10分別為：1_陽(yáng)極單元，2-陰極單元，3-石墨槽側(cè)壁，4-電解槽底， 5_坩禍，6-內(nèi)保護(hù)套，7-保溫層，8-外保護(hù)套，9-絕緣板，10-爐臺(tái)板。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0038] 由于電場(chǎng)通常為環(huán)形分布，所以現(xiàn)有技術(shù)中本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將用于制備稀土 金屬及其合金的電解槽設(shè)置成陰極被陽(yáng)極通過(guò)各種形式進(jìn)行環(huán)繞的形式。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，提供一種用于制備稀土金屬及其合金的電解 槽。該電解槽包括電解槽槽體及設(shè)置在電解槽槽體內(nèi)的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極由兩組或兩組以 上的陽(yáng)極單元組組成，陰極由兩組或兩組以上的陰極單元組組成，陽(yáng)極單元組與陰極單元 組交替排列。其中，陽(yáng)極單元組是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的陽(yáng)極單元組成，陰極單元組是由兩個(gè) 或兩個(gè)以上的陰極單元組成。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于陽(yáng)極單元組與陰極單元組是交 替平行排列的，因此，本發(fā)明的電解槽陰、陽(yáng)極電流密度小，尤其是陰極電流密度較小，減少 了電解槽的能耗。另外，本發(fā)明的槽型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電解槽電解容量易于擴(kuò)大：與現(xiàn)有技術(shù)比 較，本發(fā)明電解槽無(wú)中心布局特征，陰陽(yáng)極交替平行排列，槽型易于大型化，本發(fā)明電解槽 電解容量可擴(kuò)展至幾萬(wàn)安培甚至十幾萬(wàn)安培。優(yōu)選地，陽(yáng)極和陰極的下緣與電解槽槽體的 距離< 20cm，保證了電解槽熱場(chǎng)分布合理，其中，陽(yáng)極和陰極的下緣是指陽(yáng)極和陰極插入電 解槽后靠近電解槽底部的一端。優(yōu)選地，陽(yáng)極單元組由兩個(gè)或兩個(gè)以上的陽(yáng)極單元線性排 列組成；陰極單元組由兩個(gè)或兩個(gè)以上的陰極單元線性排列組成。
[0040] 優(yōu)選地，如圖6和7所示，電解槽槽體為矩形槽體，陽(yáng)極單元組中的陽(yáng)極單元和陰 極單元組中的陰極單元平行于電解槽槽體的一個(gè)側(cè)壁平行排布。其中，陽(yáng)極單元1和陰極 單元2由規(guī)則形狀幾何體構(gòu)成，例如可以是圓柱形、板狀，多面體形狀等，陽(yáng)極單元組的材 質(zhì)優(yōu)選為石墨。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，如圖7所示，電解槽槽體包括石墨槽體（由電解 槽側(cè)壁3和電解槽底4組成)、依次設(shè)置在石墨槽體外表面的內(nèi)保護(hù)套6、保溫層7和外保護(hù) 套8、坩堝5、絕緣板9及爐臺(tái)板10,其中，坩堝5設(shè)置在石墨槽體的底部；絕緣板9設(shè)置在 石墨槽體、內(nèi)保護(hù)套6、保溫層7和外保護(hù)套8的頂端；以及爐臺(tái)板10設(shè)置絕緣板9的上表 面。這種電解槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電解容量易于擴(kuò)大。
[0042] 本發(fā)明的電解槽適用范圍廣，稀土金屬可以為選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、釓、鋱、鏑、 欽、鉺、镥、鈧、釔中的一種或多種；合金可以為選自鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合金、稀土 鐵合金、稀土鎂合金、稀土錯(cuò)合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土 鉻合金或稀土錳合金中的一種或多種。
[0043] 優(yōu)選地，電解槽用于制備稀土金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑 合金、鋱鏑合金、稀土鎂合金和稀土鋁合金時(shí)，陰極的材料為金屬鎢或金屬鑰；在制備稀土 鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金和稀土猛合金時(shí)， 陰極的材質(zhì)為待電解稀土金屬相對(duì)應(yīng)的金屬鐵、金屬銅、金屬鈷、金屬鎳、金屬鈦、金屬鉻、 金屬猛。
[0044] 優(yōu)選地，坩堝的材質(zhì)為選自金屬鎢、金屬鑰、金屬鈦中的一種。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，提供一種制備稀土金屬及其合金的電解工藝。 該電解工藝采用上述電解槽進(jìn)行制備。
[0046] 優(yōu)選地，在氟化物熔鹽電解質(zhì)體系中，電解稀土氧化物或稀土氧化物與合金化金 屬氧化物（"合金化金屬氧化物"在此處特指：非稀土氧化物，如實(shí)施例37中的A1203)的 混合物，陽(yáng)極和陰極間的距離控制在4?10cm，電解電壓小于7V，陰極電流密度為1?5A/ cm2,陽(yáng)極電流密度為0. 5?lA/cm2,電解溫度控制在1000?1200°C。
[0047] 優(yōu)選地，在制備金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合 金、稀土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金、稀土猛合 金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF 3和氟化鋰LiF組成，電解原料為稀土氧化 物RE0,并根據(jù)所制備的稀土金屬或稀土合金選擇相應(yīng)的稀土氟化物和稀土氧化物，其中， 氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為（80?95) : (20?5)的REF3 :LiF。
[0048] 優(yōu)選地，在制備稀土鎂合金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化鋰 LiF和氟化鎂MgF2組成，電解原料為稀土氧化物RE0和氧化鎂MgO的混合物，并根據(jù)所制備 的稀土鎂合金選擇相應(yīng)的稀土氟化物、稀土氧化物，其中，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量 比為（70?90) : (0?5) : (5?30)的REF3 :MgF2 :LiF，電解原料包括重量比為（40?90): (60 ?10)的 REO :MgO。
[0049] 優(yōu)選地，在制備稀土鋁合金時(shí)，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化鋰 LiF和冰晶石nNaF · A1F3組成，電解原料為稀土氧化物RE0和氧化鋁A1203的混合物，并根 據(jù)所制備的稀土鋁合金選擇相應(yīng)的稀土氟化物、稀土氧化物，其中，氟化物熔鹽電解質(zhì)體系 包括重量比為（60?90) : (5?20) : (5?20)的REF3 :nNaF · A1F3 :LiF，電解原料包括重 量比為（60 ?92) : (40 ?8)的 REO :A1203。
[0050] 下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。
[0051] 實(shí)施例1
[0052] 以高功率石墨電極加工成長(zhǎng)方體石墨槽，石墨槽外部尺寸為390mm (長(zhǎng)）X370mm (寬）X40Ctam (高)，內(nèi)部尺寸為29Ctam (長(zhǎng)）X27Ctam (寬）X30Ctam (高)，在石墨槽底部中 心沿槽體長(zhǎng)度方向加工一 250mm (長(zhǎng)）X60mm (寬）X70mm (深）凹槽，在此凹槽內(nèi)放置一外 部尺寸為250mm (長(zhǎng)）X60mm (寬）X 100mm (高）的鶴?甘禍（厚10_)，在垂直于?甘禍中心， 距坩堝上沿4cm處放置兩塊75mm (寬）X10mm (厚）鎢板作為陰極，兩塊陰極板中心距約為 11cm，其伸出石墨槽外連接至直流電源負(fù)極，在距鎢板側(cè)面6cm的兩側(cè)分別配置一組陽(yáng)極， 陽(yáng)極單元組和陰極單元組間的距離為4cm。每組陽(yáng)極由兩塊130mm (寬）X50mm (厚）的石 墨板組成，石墨板和鎢板下端下緣距石墨槽底面20cm，石墨板上端伸出石墨槽外與爐臺(tái)板 相連。該電解槽置于內(nèi)保護(hù)鐵套內(nèi)，內(nèi)保護(hù)鐵套置于外保護(hù)鐵套內(nèi)，其間填充保溫材料，整 個(gè)槽體上部分別放置氮化硅結(jié)合的碳化硅絕緣板和貼紙爐臺(tái)板，爐臺(tái)板與直流電源正極相 連。電解時(shí)電解質(zhì)液面控制在距石墨槽上沿2cm處。
[0053] 按上述配置將電解槽安裝完成后，在石墨槽中裝入配比為L(zhǎng)aF3:LiF=85:15的電解 質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1000?ll〇〇°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電 壓控制在5. 5V，此時(shí)陰極電流密度約為1. 59A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小 時(shí)約1. 81kg勻速加入La203，電解3小時(shí)，共加入La2035. 42kg，LaF30. 23kg，產(chǎn)出金屬鑭約 4. 53kg，電解電效為88%，金屬鑭收率為94. 5%。
[0054] 實(shí)施例2
[0055] 電解槽使用的兩塊陰極鎢板尺寸為48mm (寬）X 10mm (厚)，陽(yáng)極單元組和陰極單 元組間的距離為5cm。石墨板和鎢板距石墨槽底面14cm，電解槽其他配置、參數(shù)控制與實(shí)施 例1相同。
[0056] 在石墨槽中裝入配比為L(zhǎng)aF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1060°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6V，此時(shí)陰極電流密度 約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)約1. 77kg勻速加入La203，電解3小 時(shí)，共加入La20 35. 32kg，LaF30. 24kg，產(chǎn)出金屬鑭約4. 44kg，電解電效為86%，金屬鑭收率為 94. 2%。
[0057] 實(shí)施例3
[0058] 電解槽使用的兩塊陰極鎢板尺寸為30mm (寬）X 10mm (厚)，陽(yáng)極單元組和陰極單 元組間的距離為8cm。石墨板和鎢板距石墨槽底面10cm，電解槽其他配置、參數(shù)控制與實(shí)施 例1相同。
[0059] 在石墨槽中裝入配比為L(zhǎng)aF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1080?1130°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為4A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)約1. 75kg勻速加入La203，電解3小 時(shí)，共加入La2035. 24kg，LaF30. 26kg，產(chǎn)出金屬鑭約4. 38kg，電解電效為85%，金屬鑭收率為 94%。
[0060] 實(shí)施例4
[0061] 電解槽使用的兩塊陰極鎢板尺寸為100mm (寬）X 1〇_ (厚)，陽(yáng)極單元組和陰極單 元組間的距離為l〇cm。石墨板和鎢板距石墨槽底面5cm，電解槽其他配置、參數(shù)控制與實(shí)施 例1相同。
[0062] 在石墨槽中裝入配比為CeF3:LiF=80:20的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1050°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 2V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 20A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 46kg的速度勻速加入 Ce02，電解3小時(shí)，共加入Ce024. 39kg，CeF30. 15kg，產(chǎn)出金屬鈰約3. 42kg，電解電效為87%， 金屬鈰收率為93%。
[0063] 實(shí)施例5
[0064] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例1相同。
[0065] 在石墨槽中裝入配比為PrF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1050°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 6V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 59A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 92kg的速度勻速加入 ?1'6011，電解3小時(shí)，共加入？1'60 115.771^，？沖30.161^，產(chǎn)出金屬鐠約4.651^，電解電效為 88. 5%，金屬鐠收率為95%。
[0066] 實(shí)施例6
[0067] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例2相同。
[0068] 在石墨槽中裝入配比為PrF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1050°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密 度約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 90kg的速度勻速加入 Pr60n，電解3小時(shí)，共加入Pr60n5. 71kg，PrF30. 22kg，產(chǎn)出金屬鐠約4. 62kg，電解電效為 88%，金屬鐠收率為94. 6%。
[0069] 實(shí)施例7
[0070] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例3相同。
[0071] 在石墨槽中裝入配比為PrF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1050°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 4V，此時(shí)陰極電流密度 約為4A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 87kg的速度勻速加入Pr60n， 電解3小時(shí)，共加入Pr60 n5. 60kg，PrF30. 22kg，產(chǎn)出金屬鐠約4. 53kg，電解電效為86%，金屬 鐠收率為94%。
[0072] 實(shí)施例8
[0073] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例四相同。
[0074] 在石墨槽中裝入配比為NdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 20A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 87kg的速度勻速加入 Nd203,電解3小時(shí)，共加入Nd2035. 61kg，NdF30. 16kg，產(chǎn)出金屬釹約4. 63kg，電解電效為86%， 金屬釹收率為94%。
[0075] 實(shí)施例9
[0076] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例1相同。
[0077] 在石墨槽中裝入配比為NdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 5V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 59A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 88kg的速度勻速加入 Nd203,電解3小時(shí)，共加入Nd2035. 64kg，NdF30. 19kg，產(chǎn)出金屬釹約4. 68kg，電解電效為87%， 金屬釹收率為94. 2%。
[0078] 實(shí)施例10
[0079] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例2相同。
[0080] 在石墨槽中裝入配比為NdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 8V，此時(shí)陰極電流密 度約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 89kg的速度勻速加入 Nd203,電解3小時(shí)，共加入Nd2035. 66kg，NdF30. 21kg，產(chǎn)出金屬釹約4. 74kg，電解電效為88%， 金屬釹收率為94. 7%。
[0081] 實(shí)施例11
[0082] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例2相同。
[0083] 在石墨槽中裝入配比為NdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密度 約為4A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 84kg的速度勻速加入Nd203， 電解3小時(shí)，共加入Nd20 35. 74kg，NdF30. 24kg，產(chǎn)出金屬釹約4. 63kg，電解電效為86%，金屬 釹收率為94. 1%。
[0084] 實(shí)施例12
[0085] 電解槽使用的兩塊陰極鎢板尺寸為26 (寬）X 10 (厚)，電解槽其他配置、參數(shù)控制 與實(shí)施例1相同。
[0086] 在石墨槽中裝入配比為NdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密 度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 81kg的速度勻速加入 Nd203，電解3小時(shí)，共加入Nd2035. 67kg，NdF30 . 29kg，產(chǎn)出金屬釹約4. 57kg，電解電效為85%， 金屬釹收率為94%。
[0087] 實(shí)施例13
[0088] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例1相同。
[0089] 在石墨槽中裝入配比為（PrNd)F3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解， 槽溫控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 6V，此時(shí)陰極電 流密度約為1. 59A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 87kg的速度勻 速加入氧化鐠釹，電解3小時(shí)，共加入氧化鐠釹5. 61kg，（PrNd)F30. 18kg，產(chǎn)出鐠釹金屬約 4. 60kg，電解電效為86%，鐠釹金屬收率為94%。
[0090] 實(shí)施例14
[0091] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例2相同。
[0092] 在石墨槽中裝入配比為（PrNd)F3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解， 槽溫控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 2V，此時(shí)陰極電流 密度約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 86kg的速度勻速加入 氧化鐠釹，電解3小時(shí)，共加入氧化鐠釹5. 59kg，（PrNd)F30. 25kg，產(chǎn)出鐠釹金屬約4. 65kg， 電解電效為87%，鐠釹金屬收率為94. 5%。
[0093] 實(shí)施例15
[0094] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例3相同。
[0095] 在石墨槽中裝入配比為（PrNd)F3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解， 槽溫控制在1020?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 4V，此時(shí)陰極電流 密度約為4A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 83kg的速度勻速加入氧 化鐠釹，電解3小時(shí)，共加入氧化鐠釹5. 48kg，（PrNd)F30. 27kg，產(chǎn)出鐠釹金屬約4. 55kg，電 解電效為85%，鐠釹金屬收率為93. 8%。
[0096] 實(shí)施例16
[0097] 電解槽使用的兩塊陰極為80mm (寬）X 10mm (厚）的鐵板，電解槽其他配置、參數(shù) 控制與實(shí)施例1相同。
[0098] 在石墨槽中裝入配比為DyF3:LiF=95:5的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 7V，此時(shí)陰極電流密度約 為1. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 90kg的速度勻速加入Dy203， 電解3小時(shí)，共加入Dy20 35. 71kg，DyF30. 23kg，產(chǎn)出DyFe合金約5. 77kg (Dy%=83)，電解電 效為79%，金屬鏑收率為93%。
[0099] 實(shí)施例17
[0100] 電解槽使用的兩塊陰極為48mm (寬）X 10mm (厚）的鐵板，電解槽其他配置、參數(shù) 控制與實(shí)施例1相同。
[0101] 在石墨槽中裝入配比為DyF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6V，此時(shí)陰極電流密度約 為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 91kg的速度勻速加入Dy203， 電解3小時(shí)，共加入Dy20 35. 72kg，DyF30. 27kg，產(chǎn)出DyFe合金約5. 91kg (Dy%=82)，電解電 效為80%，金屬鏑收率為93. 5%。
[0102] 實(shí)施例18
[0103] 電解槽使用的兩塊陰極為35mm (寬）X 10mm (厚）的鐵板，電解槽其他配置、參數(shù) 控制與實(shí)施例1相同。
[0104] 在石墨槽中裝入配比為DyF3:LiF=80:20的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 2V，此時(shí)陰極電流密 度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 92kg的速度勻速加入 Dy2〇3，電解 3 小時(shí)，共加入 Dy2035. 75kg，DyF30 . 34kg，產(chǎn)出 DyFe 合金約 6. 10kg (Dy%=81. 5)， 電解電效為82%，金屬鏑收率為94. 5%。
[0105] 實(shí)施例19
[0106] 電解槽使用的兩塊陰極為26mm (寬）X 10mm (厚）的鐵板，電解槽其他配置、參數(shù) 控制與實(shí)施例1相同。
[0107] 在石墨槽中裝入配比為DyF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 5V，此時(shí)陰極電流密 度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 89kg的速度勻速加入 Dy2〇3,電解 3 小時(shí)，共加入 Dy2035. 67kg，DyF30. 37kg，產(chǎn)出 DyFe 合金約 5. 99kg (Dy%=80)，電 解電效為81%，金屬鏑收率為94%。
[0108] 實(shí)施例20
[0109] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例16相同。
[0110] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 7V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 78kg的速度勻速加入 Gd203,電解 3 小時(shí)，共加入 Gd2035. 33kg，GdF30 . 28kg，產(chǎn)出 GdFe 合金約 5. 64kg (Gd%=78)，電 解電效為75%，金屬釓收率為91%。
[0111] 實(shí)施例21
[0112] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例17相同。
[0113] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密 度約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 79kg的速度勻速加入 Gd203,電解 3 小時(shí)，共加入 Gd2035. 37kg，GdF30. 31kg，產(chǎn)出 GdFe 合金約 5. 87kg (Gd%=77)，電 解電效為77%，金屬釓收率為92. 5%)。
[0114] 實(shí)施例22
[0115] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0116] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1100?1180°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 79kg的速度勻速加入 Gd203,電解 3 小時(shí)，共加入 Gd2035. 37kg，GdF30 . 36kg，產(chǎn)出 GdFe 合金約 6. 03kg (Gd%=76)，電 解電效為78%，金屬釓收率為93%。
[0117] 實(shí)施例23
[0118] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0119] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 7V，此時(shí)陰極電流密 度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 76kg的速度勻速加入 Gd203,電解 3 小時(shí)，共加入 Gd2035. 29kg，GdF30 . 39kg，產(chǎn)出 GdFe 合金約 6. 03kg (Gd%=74)，電 解電效為76%，金屬釓收率為91. 5%。
[0120] 實(shí)施例24
[0121] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例16相同。
[0122] 在石墨槽中裝入配比為YF3:LiF=92:8的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 7V，此時(shí)陰極電流密度約 為1. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 14kg的速度勻速加入Y203， 電解3小時(shí)，共加入Υ20 33· 42kg，YF30· 07kg，產(chǎn)出YFe合金約3. 27kg (Υ%=76)，電解電效為 75%，金屬釔收率為91%。
[0123] 實(shí)施例25
[0124] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例17相同。
[0125] 在石墨槽中裝入配比為YF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密度約 為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 16kg的速度勻速加入Y203， 電解3小時(shí)，共加入Y20; 49kg，YF30· 09kg，產(chǎn)出YFe合金約3. 49kg (Υ%=74)，電解電效為 78%，金屬釔收率為92. 3%。
[0126] 實(shí)施例26
[0127] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0128] 在石墨槽中裝入配比為YF3:LiF=95:5的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1120?1200°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約 為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 12kg的速度勻速加入Y203， 電解3小時(shí)，共加入Υ20 33· 35kg，YF30. 10kg，產(chǎn)出YFe合金約3. 55kg (Υ%=71)，電解電效為 76%，金屬釔收率為93. 5%。
[0129] 實(shí)施例27
[0130] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0131] 在石墨槽中裝入配比為YF3: LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1100?1080°C，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 7V，此時(shí)陰極電流密度約 為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 12kg的速度勻速加入Y203， 電解3小時(shí)，共加入Υ20 33· 36kg，YF30. 12kg，產(chǎn)出YFe合金約3. 71kg (Υ%=67)，電解電效為 75%，金屬釔收率為91. 3%。
[0132] 實(shí)施例28
[0133] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例16相同。
[0134] 在石墨槽中裝入配比為HoF3:LiF=80:20的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在5. 7V，此時(shí)陰極電流密 度約為1. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 93kg的速度勻速加入 Ho203,電解 3 小時(shí)，共加入 Ho2035. 78kg，HoF30. 13kg，產(chǎn)出 HoFe 合金約 5. 91kg (Ho%=80)，電 解電效為78%，金屬欽收率為92%。
[0135] 實(shí)施例29
[0136] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例17相同。
[0137] 在石墨槽中裝入配比為HoF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. IV，此時(shí)陰極電流密 度約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 96kg的速度勻速加入 Ho203,電解 3 小時(shí)，共加入 Ho2035. 89kg，HoF30. 16kg，產(chǎn)出 HoFe 合金約 6. 37kg (Ho%=78)，電 解電效為82%，金屬欽收率為94. 5%。
[0138] 實(shí)施例30
[0139] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0140] 在石墨槽中裝入配比為H〇F3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 93kg的速度勻速加入 Ho203,電解 3 小時(shí)，共加入 Ho2035. 79kg，HoF30. 18kg，產(chǎn)出 HoFe 合金約 6. 55kg (Ho%=74)，電 解電效為80%，金屬欽收率為93. 4%。
[0141] 實(shí)施例31
[0142] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0143] 在石墨槽中裝入配比為HoF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 7V，此時(shí)陰極電流密 度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 86kg的速度勻速加入 H〇203,電解 3 小時(shí)，共加入 Ho2035. 59kg，HoF30. 22kg，產(chǎn)出 HoFe 合金約 6. 67kg (Ho%=70)，電 解電效為77%，金屬欽收率為92. 5%。
[0144] 實(shí)施例32
[0145] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0146] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約2. 20kg的速度勻速加入 Gd203 和 MgO (Gd20 :Mg03=85 :15)，電解 3 小時(shí)，共加入氧化物原料 6. 60kg，GdF30. 23kg，產(chǎn)出 GdMg合金約5. 01kg (Gd%=89)，電解電效為81%，金屬釓收率為92. 1%。
[0147] 實(shí)施例33
[0148] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0149] 在石墨槽中裝入配比為GdF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密 度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約2. 04kg的速度勻速加入 Gd203 和 MgO (Gd203 :Mg0=90 :10)，電解 3 小時(shí)，共加入氧化物原料 6. llkg，GdF30. 27kg，產(chǎn)出 GdMg合金約4. 86kg (Gd%=93)，電解電效為83%，金屬釓收率為93. 5%。
[0150] 實(shí)施例 34(Y_Mg)
[0151] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0152] 在石墨槽中裝入配比為YF3:LiF=90:10的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度 約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 61kg的速度勻速加入Y203 和MgO (Y203 :Mg0=75 :25)，電解3小時(shí)，共加入氧化物原料4. 83kg，YF30. 15kg，產(chǎn)出YMg合 金約3. 36kg (Y%=80)，電解電效為76%，金屬釔收率為89%。
[0153] 實(shí)施例35
[0154] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0155] 在石墨槽中裝入配比為YF3:LiF=70:30的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控 制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 7V，此時(shí)陰極電流密度 約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 55kg的速度勻速加入Y203 和MgO (Y203 :Mg0=77 :23)，電解3小時(shí)，共加入氧化物原料4. 64kg，YF30. 19kg，產(chǎn)出YMg合 金約3. 32kg (Y%=83)，電解電效為77%，金屬釔收率為91%。
[0156] 實(shí)施例36
[0157] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0158] 在石墨槽中裝入配比為YF3:MgF2:LiF=90 :5:5的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解， 槽溫控制在1050?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 7V，此時(shí)陰極電流 密度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 55kg的速度勻速加入 Y203和MgO (Y203 :Mg0=77 :23)，電解3小時(shí)，共加入氧化物原料4. 2kg，YF30. 19kg，產(chǎn)出YMg 合金約3. 5kg (Y%=85)，電解電效為89. 7%，金屬釔收率為86. 8%。
[0159] 實(shí)施例 37(Υ_Α1)
[0160] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0161] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為YF3 :nNaF · A1F3 :LiF=60 :20 :20, η=2. 5,力口 入的電解原料比例為Υ2〇3 :Α1203=60 :40,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1000?1050°C，電 解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電流 密度約為〇. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 73kg的速度勻速加入電解原料，電解2. 5小時(shí)，共 加入氧化物原料5. 18kg，YF30. 19kg，產(chǎn)出YA1合金約3kg(Y%=76)，電解電效為82. 5%，金屬 釔收率為88. 9%。
[0162] 實(shí)施例38
[0163] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0164] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為YF3 :nNaF · A1F3 :LiF=90 :5 :5, n=2. 5,加入 的電解原料比例為Y2〇3 :A1203=76 :24,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1000?1050°C，電解 電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密 度約為0. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約1. 59kg的速度勻速加入電解原料，電解3小時(shí)，共加入 氧化物原料4. 76kg，YF30. 18kg，產(chǎn)出YA1合金約3. 28kg (Y%=83)，電解電效為82%，金屬釔 收率為92. 0%。
[0165] 實(shí)施例 38 (Sc-Al)
[0166] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0167] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為ScF3 :nNaF .A1F3 :LiF=70 :20 :10，η=2· 5,力口 入的電解原料比例為Sc203 :Α1203=86 :24,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1010?1050°C， 電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電 流密度約為〇. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約0. 90kg的速度勻速加入電解原料，電解3小時(shí)，共 加入氧化物原料2. 71kg，ScF30. 21kg，產(chǎn)出ScAl合金約1. 59kg(Sc%=80)，電解電效為76%， 金屬鈧收率為89%。
[0168] 實(shí)施例39
[0169] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0170] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為ScF3 :nNaF .A1F3 :LiF=70 :20 :10，η=2· 5,力口 入的電解原料比例為Sc203 :Α1203=83 :17,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1050?1100°C， 電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電 流密度約為〇. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約0. 84kg的速度勻速加入電解原料，電解3小時(shí)，共 加入氧化物原料2. 53kg，ScF30. 36kg，產(chǎn)出ScAl合金約L 54kg(Sc%=806)，電解電效為79%， 金屬鈧收率為91%。
[0171] 實(shí)施例 40 (Er-Al)
[0172] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例18相同。
[0173] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為ErF3 :nNaF .A1F3 :LiF=80 :10 :10，n=2. 5,力口 入的電解原料比例為Er203 :A1203=76 :24,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1000?1020°C， 電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為3. 5A/cm2,陽(yáng)極電 流密度約為〇. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約2. 58kg的速度勻速加入電解原料，電解3小時(shí)，共 加入氧化物原料7. 75kg，ErF30. 20kg，產(chǎn)出ErAl合金約5. 72kg (Er%=84)，電解電效為77%， 金屬鉺收率為91%。
[0174] 實(shí)施例41
[0175] 電解槽配置、參數(shù)控制與實(shí)施例19相同。
[0176] 在石墨槽中裝入的電解質(zhì)熔鹽配比為ErF3 :nNaF .A1F3 :LiF=80 :10 :10，n=2. 5,力口 入的電解原料比例為Er203 :A1203=92 :8,啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫控制在1000?1020°C，電 解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 3V，此時(shí)陰極電流密度約為4. 5A/cm2,陽(yáng)極電流 密度約為〇. 84A/cm2,按每小時(shí)加入約2. 40kg的速度勻速加入電解原料，電解3小時(shí)，共加 入氧化物原料7. 21kg，ErF30. 20kg，產(chǎn)出ErAl合金約5. 95kg (Er%=90)，電解電效為85. 8%， 金屬鉺收率為90. 0%。
[0177] 實(shí)施例42
[0178] 陽(yáng)極單元組和陰極單元組間的距離為12cm。石墨板和鎢板距石墨槽底面7cm，電 解槽其他配置、參數(shù)控制與實(shí)施例1相同。
[0179] 在石墨槽中裝入配比為L(zhǎng)aF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 9V，此時(shí)陰極電流密度 約為2. 3A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 85A/cm2,按每小時(shí)約1. 77kg勻速加入La203，電解3小 時(shí)，共加入La20 35. 32kg，LaF30. 24kg，產(chǎn)出金屬鑭約3. 57kg，電解質(zhì)循環(huán)劇烈，電解電效僅為 69%，金屬鑭收率為75. 96%。
[0180] 實(shí)施例43
[0181] 陽(yáng)極單元組和陰極單元組間的距離為7cm。石墨板和鎢板距石墨槽底面21cm，電 解槽其他配置、參數(shù)控制與實(shí)施例1相同。
[0182] 在石墨槽中裝入配比為L(zhǎng)aF3:LiF=85:15的電解質(zhì)熔鹽，啟動(dòng)電源開(kāi)始電解，槽溫 控制在1000?1KKTC，電解電流強(qiáng)度為1000A，電解槽電壓控制在6. 0V，此時(shí)陰極電流密度 約為2. 5A/cm2,陽(yáng)極電流密度約為0. 85A/cm2,按每小時(shí)約1. 77kg勻速加入La203，電解3小 時(shí)，共加入La20 35. 32kg，LaF30 . 24kg，產(chǎn)出金屬鑭約3. 16kg，底部爐溫偏低，積料現(xiàn)象明顯， 電解電效僅為61%，金屬鑭收率為67. 23%。
[0183] 綜上，本發(fā)明的電解槽及電解工藝較之現(xiàn)有技術(shù)具有以下幾方面的突出優(yōu)勢(shì)：
[0184] (1)陰、陽(yáng)極電流密度小，尤其是陰極電流密度較小，現(xiàn)有技術(shù)普遍在5A/cm2以上， 中國(guó)專(zhuān)利01212927. 5陰極電流密度一般為6A/cm2,陽(yáng)極電流密度為1. 6A/cm2,陰極電流密 度偏高是目前稀土氧化物熔鹽電解的共性。本發(fā)明認(rèn)為，現(xiàn)有技術(shù)之所以槽壓遠(yuǎn)高于理論 槽壓，陰、陽(yáng)兩極較高的過(guò)電位是主要影響因素，而過(guò)電位與電流密度關(guān)系密切，電流密度 越大，過(guò)電位越高。實(shí)踐證明，陰極電流密度<3Acm 2,陽(yáng)極電流密度〈lAcm2情況下，電解槽壓 僅為6V，電解溫度正常，電解運(yùn)行穩(wěn)定；此外，由于陽(yáng)極極電流密小，陽(yáng)極析出氣體速率較 小，電解過(guò)程產(chǎn)生的陽(yáng)極氣體對(duì)電解質(zhì)的攪動(dòng)較小，從而有效減少金屬二次氧化，利于提高 電流效率。本發(fā)明陰陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，較現(xiàn)有技術(shù)電能單耗降低20%以上，節(jié)能效果明顯。
[0185] (2)稀土熔鹽電解現(xiàn)有技術(shù)槽壓高于氧化稀土理論分解電壓3?4倍，槽型和工藝 設(shè)計(jì)的不合理造成70%以上的能量損失，這是我國(guó)氟鹽體系氧化物電解發(fā)展10多年來(lái)一直 面對(duì)卻始終未能解決的技術(shù)難題。本發(fā)明通過(guò)改變現(xiàn)有技術(shù)陰陽(yáng)極排布方式，設(shè)計(jì)陰陽(yáng)極 有效電解面積相近，降低陰極電流密度至5A/cm 2以?xún)?nèi)，使氟鹽體系氧化物電解槽壓從目前 的8?12V降低至7V以?xún)?nèi)，實(shí)施例可見(jiàn)，槽壓最低已經(jīng)降至5. 2V，能耗降低35%以上，該指 標(biāo)現(xiàn)有技術(shù)從未實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品電能單耗隨之降低預(yù)計(jì)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本發(fā) 明槽結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，槽壓應(yīng)可降至5V以?xún)?nèi)，能量利用率也可提高至40%。
[0186] (3)電解電壓低，電解過(guò)程中氟化稀土消耗減少：本發(fā)明電解電壓為4?7V，可 有效減少稀土氟化物參與電解，從而降低含氟氣體產(chǎn)生，本發(fā)明噸稀土金屬消耗氟化稀土 <50kg，較現(xiàn)有技術(shù)下降20%以上，減排效果顯著。
[0187] (4)槽型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電解槽電解容量易于擴(kuò)大：與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明電解槽無(wú) 中心布局特征，陰陽(yáng)極交替平行排列，槽型易于大型化，本發(fā)明電解槽電解容量可擴(kuò)展至幾 萬(wàn)安培甚至十幾萬(wàn)安培。
[0188] (5)適用范圍廣：本發(fā)明既適用于惰性陰極電解工藝制備金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合 稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合金、稀土鎂合金、稀土鋁合金等，又適用于自耗陰 極電解工藝制備稀土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦合金、稀土鉻合 金、稀土猛合金。
[0189] (6)使電解槽溫度場(chǎng)分布趨于合理，現(xiàn)有技術(shù)多采用陰極為電解槽中心，陽(yáng)極圍繞 陰極進(jìn)行排布，但長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種布局高溫區(qū)在陰極表面，低溫區(qū)在槽底，經(jīng)常造 成底部積料，影響底部電解質(zhì)循環(huán)，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明通過(guò)陰陽(yáng)極交替平行排列， 并與電解槽底部保持合理距離，調(diào)整高溫區(qū)至槽體中下部，使電解槽熱場(chǎng)分布均衡，有利于 電解質(zhì)循環(huán)，避免底部積料現(xiàn)象出現(xiàn)。其熱場(chǎng)分布示圖如圖5所示。
[0190] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于制備稀土金屬及其合金的電解槽，包括電解槽槽體及設(shè)置在所述電解槽槽 體內(nèi)的陽(yáng)極和陰極，其特征在于，所述陽(yáng)極由兩組或兩組以上的陽(yáng)極單元組組成，所述陰極 由兩組或兩組以上的陰極單元組組成，所述陽(yáng)極單元組與所述陰極單元組交替排列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，所述陽(yáng)極和陰極的下緣齊平，與所述電 解槽槽底平面的距離< 20cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，所述電解槽槽體包括： 石墨槽體； 依次設(shè)置在所述石墨槽體外表面的內(nèi)保護(hù)套、保溫層和外保護(hù)套； 坩堝，設(shè)置在所述石墨槽體的底部； 絕緣板，設(shè)置在所述石墨槽體、所述保溫層和所述外保護(hù)套的頂端；以及 爐臺(tái)板，設(shè)置所述絕緣板的上表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解槽，其特征在于，所述電解槽槽體為矩形槽體，所述陽(yáng)極 單元組中的所述陽(yáng)極單元和所述陰極單元組中的所述陰極單元平行于所述電解槽槽體的 一個(gè)側(cè)壁平行排布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，所述稀土金屬為選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、 釓、鋱、鏑、欽、鉺、镥、鈧、釔中的一種或多種；所述合金為選自鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑 合金、稀土鐵合金、稀土鎂合金、稀土錯(cuò)合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、稀土鈦 合金、稀土鉻合金或稀土錳合金中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，所述陽(yáng)極單元組的材料為石墨。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，所述電解槽用于制備稀土金屬鑭、鈰、 鐠、釹、混合稀土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合金、稀土鎂合金和稀土鋁合金時(shí)，所述 陰極的材料為金屬鎢或金屬鑰；在制備稀土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳合金、 稀土鈦合金、稀土鉻合金和稀土錳合金時(shí)，所述陰極的材質(zhì)為待電解稀土金屬相對(duì)應(yīng)的金 屬鐵、金屬銅、金屬鈷、金屬鎳、金屬鈦、金屬鉻、金屬猛。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解槽，其特征在于，所述坩堝的材質(zhì)為選自金屬鎢、金屬 鑰、金屬鈦中的一種。
9. 一種制備稀土金屬及其合金的電解工藝，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8中任一 項(xiàng)所述的電解槽進(jìn)行制備。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電解工藝，其特征在于，在氟化物熔鹽電解質(zhì)體系中，電解 稀土氧化物或稀土氧化物與合金化金屬氧化物的混合物時(shí)，陽(yáng)極單元組和陰極單元組間 的距離控制在4?10cm，電解電壓小于7V，陰極電流密度為1?5A/cm 2,陽(yáng)極電流密度為 0· 5?lA/cm2,電解溫度控制在1000?1200°C。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解工藝，其特征在于，在制備金屬鑭、鈰、鐠、釹、混合稀 土金屬、鐠釹合金、鐠釹鏑合金、鋱鏑合金、稀土鐵合金、稀土銅合金、稀土鈷合金、稀土鎳 合金、稀土鈦合金、稀土鉻合金、稀土錳合金時(shí)，所述氟化物熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物 REF3和氟化鋰LiF組成，電解原料為稀土氧化物REO,并根據(jù)所制備的稀土金屬或稀土合 金選擇相應(yīng)的稀土氟化物和稀土氧化物，其中，所述氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為 (80 ?95) : (20 ?5)的 REF3 :LiF。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解工藝，其特征在于，在制備稀土鎂合金時(shí)，所述氟化物 熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化鋰LiF和氟化鎂MgF2組成，電解原料為稀土氧化物 REO、氧化鎂MgO、和稀土氟化物的混合物，其中，所述氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括重量比為 (70?90) :(0?5) :(5?30)的REF3 :MgF2 :LiF，所述電解原料包括重量比為（40?90): (60 ?10)的 REO :MgO。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解工藝，其特征在于，在制備稀土鋁合金時(shí)，所述氟化物 熔鹽電解質(zhì)體系由稀土氟化物REF3、氟化鋰LiF和冰晶石nNaF · A1F3組成，電解原料為稀 土氧化物RE0、氧化鋁A1203和稀土氟化物的混合物，其中，所述氟化物熔鹽電解質(zhì)體系包括 重量比為（60?90) :(5?20) :(5?20)的REF3 :nNaF · A1F3 :LiF，所述電解原料包括重 量比為（60 ?92) : (40 ?8)的 REO :A1203。
【文檔編號(hào)】C25C3/36GK104109882SQ201310138950
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月19日
【發(fā)明者】李宗安, 龐思明, 王志強(qiáng), 陳德宏, 朱瓊, 王祥生, 徐建林, 陳博雨, 周林, 徐立海, 趙斌 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 有研稀土新材料股份有限公司