本發(fā)明涉及電解領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電解裝置及電解方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有稀土金屬電解槽的陰陽極一般都是采用垂直平行懸掛式排布，電解反應(yīng)主要發(fā)生在陰陽兩極之間，陽極產(chǎn)生的CO、CO₂氣體向上逸出，并推動電解質(zhì)在陰陽極之間形成渦流，從而維持正常電解的傳熱傳質(zhì)過程。但陰陽極的底端距槽底還有一段距離，且由于陰陽極的底端水平方向基本是渦流運(yùn)動邊緣，在其以下區(qū)域的電解質(zhì)流動性非常差，因而未溶解和未來得及參加電化學(xué)反應(yīng)的稀土氧化物因重力作用沉積于電解槽底部形成渣泥。目前，一般采用人工攪拌或用工具撈出渣泥，若清理不及時(shí)，經(jīng)長時(shí)間積累后渣泥會在電解槽底部邊緣形成結(jié)瘤，并不斷長大，從而對電解過程造成以下不利行為：1)陽極安裝不能到位；2)人工攪拌或清理過程易引入雜質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降；3)清理過程往往需要提高電解溫度造成爐況和產(chǎn)品品質(zhì)量波動較大；4)人工處理過程易對電解槽和坩堝造成損害；5)底部抬高造成槽體容積減小，電解產(chǎn)量下降；6)清理過程操作環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大。因而，改善電解槽底部電解質(zhì)的循環(huán)狀態(tài)，防止底部渣泥的形成是當(dāng)前稀土電解行業(yè)迫切需要解決的問題。

目前，為了解決上述問題國內(nèi)外的技術(shù)人員進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和研究。例如，公布號為CN1338524、CN86105342和CN1710366的中國專利涉及到鋼鐵冶金行業(yè)，通過透氣塞(透氣磚)向鋼包內(nèi)底通惰性氣體，該方法一方面加快了鋼包內(nèi)鋼液的流動性，加快了鋼液內(nèi)部的反應(yīng)速率；另一方面，采用壓縮氣體的方法可以是鋼液內(nèi)部的夾雜物上浮，達(dá)到凈化鋼水的目的。但對于當(dāng)前的稀土電解行業(yè)，絕大部分為氧化物-氟化物熔鹽電解的體系，該電解質(zhì)體系具有很強(qiáng)的腐蝕性。若采用透氣塞(透氣磚)向電解槽底部通入惰性氣體，這對材料的要求比較苛刻，而且不容易更換，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。

中國專利CN103952727設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于稀土電解槽的機(jī)械攪拌裝置，在陰陽極之間設(shè)計(jì)了一根能夠沿著預(yù)設(shè)軌道繞著中心旋轉(zhuǎn)的石墨棒，從而通過機(jī)械攪拌的方式對電解槽內(nèi)部陰陽極之間電解質(zhì)進(jìn)行攪拌。該方法能夠一定程度上增強(qiáng)電解槽內(nèi)部陰陽極之間的運(yùn)動，但是，從稀土電解的本身特點(diǎn)出發(fā)，也存在以下兩點(diǎn)缺陷：(1)由于稀土電解過程中槽體上端是敞開的，而且電解液表面附近的溫度比較高，這樣就會使得石墨攪拌棒液面以上部分氧化比較嚴(yán)重，這樣就需要經(jīng)常更換攪拌棒；(2)稀土電解過程電解質(zhì)的運(yùn)動主要受電解過程中陽極表面產(chǎn)生的氣體的推動作用，而陽極氣體主要集中在陰陽極之間區(qū)域，在電解槽底部基本無陽極氣體存在，這樣就使得在電解槽底部電解質(zhì)的循環(huán)狀態(tài)比較差，存在一定的流動死區(qū)，而直接在陰陽極之間采用石墨棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，其攪拌作用對陰陽極之間區(qū)域作用比較明顯，不一定對電解槽底部電解質(zhì)的流動性有所改善；(3)若采用石墨棒體攪拌，可能引起電解沉積的稀土金屬碳含量增高，產(chǎn)品質(zhì)量下降。

中國專利CN204008241公開了一種具有通氣攪拌功能的夾雜物大樣電解裝置，主要對大塊鋼試樣進(jìn)行電解分離，獲取鋼中比較大的非金屬夾雜，該電解的特點(diǎn)是，電解過程中電解液基本沒有流動，所以隨著電解的不斷進(jìn)行，電解液的濃度和溫度局部不均勻，通過通氣攪拌來增強(qiáng)電解液的流動。而稀土電解的特點(diǎn)是，電解質(zhì)在電解槽底部的流動性差，所以需要增加電解槽底部的流場。

美國專利US8273230中是將低壓電泳沉積應(yīng)用到薄膜燃料電池的研究中，為了使電解池內(nèi)部懸浮物的濃度均勻，采取了通氣攪拌的方式。而目前稀土電解過程中的特點(diǎn)是，在稀土電解槽底部邊緣，由于未反應(yīng)的稀土氧化物的沉積造渣，使得在該區(qū)域發(fā)生結(jié)瘤現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以必須采取措施改善電解槽底部邊緣電解質(zhì)的流動性，以加強(qiáng)該區(qū)域電解質(zhì)的循環(huán)。

還有文獻(xiàn)中提到在鋁電解工業(yè)，采用氫氣還原氧化鋁的思路電解生產(chǎn)金屬鋁。整個(gè)氫氣還原的思路是通過氫氣擴(kuò)散陽極實(shí)現(xiàn)。氫氣擴(kuò)散陽極實(shí)際上是一個(gè)三相界面，氫氣、電解質(zhì)、催化劑在此接觸。電流由平板基底層通入，經(jīng)整個(gè)陽極從特殊膜流入電解質(zhì)，從陰極流出。特殊膜的作用是保護(hù)電極、并且傳導(dǎo)電解質(zhì)中的反應(yīng)物。氫氣由送氣柵格通入，擴(kuò)散進(jìn)入氣體擴(kuò)散層，在催化劑的催化作用下與電解質(zhì)中的O₂-反應(yīng)生成水，產(chǎn)物水與沒有反應(yīng)完的氫氣一起從氣體出口排出；產(chǎn)物鋁則在陰極生成。該方法雖然能防止陽極的電解消耗，但是，在稀土電解行業(yè)，由于電解質(zhì)體系是氟化物，如果采用類似的氫氣擴(kuò)散陽極，會產(chǎn)生大量的HF，對環(huán)境污染比較嚴(yán)重，而且氟化物體系本身的腐蝕性會對氫氣擴(kuò)散陽極表面的催化劑層造成較強(qiáng)的腐蝕，在稀土電解領(lǐng)域很難實(shí)現(xiàn)，于此同時(shí)，氣體陽極的思路是直接將氣體通過陽極材料表面，該方法并不能解決本專利中解決電解槽底部流動死區(qū)的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種電解裝置及電解方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電解裝置，該電解裝置包括：電解槽，包括槽體以及由槽體圍成的槽腔；至少一個(gè)陰極，設(shè)置于電解槽內(nèi)部；多個(gè)陽極，間隔設(shè)置于陰極的四周；多個(gè)氣液流動管道，設(shè)置于槽體的內(nèi)部，各氣液流動管道的內(nèi)出口與槽腔連通。

進(jìn)一步地，各氣液流動管道的上端沿豎直方向設(shè)置于槽體的內(nèi)部，且氣液流動管道的底端沿水平方向延伸至槽腔。

進(jìn)一步地，各氣液流動管道的外出口與脈沖空氣壓縮機(jī)接口相連。

進(jìn)一步地，電解裝置包括n個(gè)氣液流動管道，n≥4，且n為偶數(shù)，n個(gè)氣液流動管道對稱設(shè)置于所述槽體的內(nèi)部。

進(jìn)一步地，各個(gè)氣液流動管道的底端的出氣口的方向相對于電解槽內(nèi)壁法向呈一定的夾角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。

本發(fā)明還提供了一種電解方法，該電解方法包括以下步驟：向權(quán)利要求上述電解裝置的電解槽中加入電解質(zhì)；待電解質(zhì)加熱熔融后向電解槽中加入待電解的稀土氧化物；對稀土氧化物進(jìn)行電解得到稀土金屬或合金，并在電解的過程中間歇地向電解裝置的氣液流動管道中通入壓縮氣體。

進(jìn)一步地，通入壓縮氣體的步驟包括：步驟S1、向氣液流動管道中通入壓縮氣體，至氣液流動管道中的電解液流入電解槽中；步驟S2、停止通入壓縮氣體，管道口閥自動與大氣連通，至電解液流回氣液流動管道中，與電解槽液面平行；重復(fù)執(zhí)行步驟S1和步驟S2。

進(jìn)一步地，每隔0.5～30min時(shí)間重復(fù)執(zhí)行步驟S1和步驟S2。

進(jìn)一步地，壓縮氣體為空氣、氬氣、二氧化碳和氮?dú)庵械娜我环N。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明通過在電解槽的槽體的內(nèi)部設(shè)置電解質(zhì)流動管道，并通過間歇地向管道中通入壓縮氣體，從而實(shí)現(xiàn)利用壓縮氣體帶動管內(nèi)液體流動，達(dá)到對電解槽中底部電解質(zhì)進(jìn)行循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽底部的結(jié)瘤，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)的問題。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖；

圖4示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的主視圖；

圖5示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的左視圖；

圖6示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的俯視圖；

圖7示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖8示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖；

圖9示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的主視圖；

圖10示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的左視圖；

圖11示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的俯視圖；

圖12示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖13示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖；

圖14(a)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，開始向氣液流動管道中通入壓縮氣體時(shí)的示意圖；

圖14(b)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，停止向氣液流動管道中通入壓縮氣體、管道口與大氣連通時(shí)的示意圖；

圖14(c)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，停止向氣液流動管道中通入壓縮氣體一段時(shí)間后的示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(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)施例來詳細(xì)說明本申請。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)。本申請的發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，提出了一種電解裝置。如圖1至13所示，該電解裝置包括：電解槽，包括槽體以及由槽體圍成的槽腔；至少一個(gè)陰極，設(shè)置于電解槽內(nèi)部；多個(gè)陽極，間隔設(shè)置于陰極的四周；多個(gè)氣液流動管道，設(shè)置于槽體的內(nèi)部，各氣液流動管道的內(nèi)出口與槽腔連通。

本發(fā)明通過在電解槽的槽體的內(nèi)部設(shè)置氣液流動管道，并通過間歇地向管道中通通入壓縮氣體，從而實(shí)現(xiàn)利用壓縮氣體帶動管內(nèi)液體流動，達(dá)到對電解槽中底部電解質(zhì)進(jìn)行循環(huán)流動，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽底部的結(jié)瘤，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)的問題。在電解過程中無需人工用工具攪拌和升溫消渣，減少了雜質(zhì)的引入，爐況更加穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的一致性，電流效率也將提高。

本發(fā)明的氣液流動管道可以通過對槽體的內(nèi)部進(jìn)行打孔形成。同時(shí)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的氣液流動管道引入方式是從電解槽10頂部并沿豎直方向設(shè)置于槽體的內(nèi)部，且氣液流動管道的底端沿水平方向延伸至槽腔。優(yōu)選地，各氣液流動管道的底端與槽體的內(nèi)壁垂直。當(dāng)然，氣液流動管道可以以其他方式設(shè)置于槽體的內(nèi)部，例如氣液流動管道可以為彎曲的管道等。另外，各氣液流動管道的底端與槽體的內(nèi)壁也可以不垂直。

各氣液流動管道的外出口可以與脈沖空氣壓縮機(jī)接口相連。脈沖空氣壓縮機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷地向管內(nèi)通入一定壓力的氣體，造成管內(nèi)部與電解槽中電解質(zhì)產(chǎn)生壓力差，管道內(nèi)的電解質(zhì)不斷來回在電解槽內(nèi)和管道內(nèi)循環(huán)流動。

優(yōu)選地，電解裝置包括n個(gè)氣液流動管道40，n≥4，且n為偶數(shù)，n個(gè)氣液流動管道40對稱設(shè)置于電解槽的槽體內(nèi)部。當(dāng)然，多個(gè)氣液流動管道40也可以隨機(jī)設(shè)置在電解槽10的槽體內(nèi)部。優(yōu)選地，多個(gè)陽極30對稱設(shè)置于陰極20的四周。當(dāng)然，陽極30也可以隨機(jī)的形式設(shè)置于陰極20的四周。電解槽10可以呈圓柱型、長方體型或者中間長方體，兩邊弧形。

上述電解裝置中，優(yōu)選地，電解裝置包括m個(gè)陽極，m≥4，且m為偶數(shù)，m個(gè)陽極對稱設(shè)置于陰極的四周。電解裝置包括r個(gè)陰極，r≥1，若r＝1，r個(gè)陰極設(shè)置于電解槽的中心；若r>1，r個(gè)陰極沿著電解槽的中心等間距豎直設(shè)置。

優(yōu)選地，各個(gè)氣液流動管道的底端的出氣口的方向相對于電解槽內(nèi)壁法向呈一定的夾角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此時(shí)，底部電解質(zhì)50在水平方向上產(chǎn)生一定的渦流，進(jìn)一步使電解槽10內(nèi)部各個(gè)區(qū)域電解質(zhì)50都能夠循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽10內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽10底部的結(jié)瘤。

上述電解裝置可以用于電解稀土化合物。此時(shí)，電解槽10的材料可以為電解槽常規(guī)使用的石墨質(zhì)材料，陽極30的材料為石墨，陰極20的材料為電解槽常規(guī)使用的難熔金屬鎢、鉬，或用于形成合金成份的金屬材料，如生產(chǎn)鏑鐵或釓鐵時(shí)的鐵棒。

下面將更加詳細(xì)地闡述本發(fā)明提供的電解裝置的實(shí)施方式。

在本發(fā)明提供的第一示例性實(shí)施方式中，電解裝置包括：圓柱型的電解槽10；一個(gè)位于電解槽10內(nèi)部的正中心的陰極20；m個(gè)對稱設(shè)置于陰極20的四周的陽極30，m≥4，且m為偶數(shù)；n個(gè)對稱設(shè)置于所述槽體的內(nèi)部的氣液流動管道40，n≥4，且n為偶數(shù)。優(yōu)選地，氣液流動管道40的上端沿豎直方向設(shè)置于槽體的內(nèi)部，且氣液流動管道40的底端沿水平方向延伸至槽腔，以使沉入該處的氧化物始終隨電解質(zhì)50流動而不沉底。

具體地，圖1示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖，圖2示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。如圖1和圖2所示，該電解裝置包括：圓柱型的電解槽10；位于陰極20正下方的坩堝，坩堝的開口表面為電解槽10的部分底面；一個(gè)位于電解槽10內(nèi)部的正中心的陰極20；4個(gè)對稱設(shè)置于陰極20的四周的陽極30；4個(gè)對稱設(shè)置于所述槽體的內(nèi)部的氣液流動管道40，每個(gè)氣液流動管道40對應(yīng)設(shè)置于與該氣液流動管道40相鄰的陽極30的中軸位置。各陰極20和各陽極30均與電解槽10的底面間隔設(shè)置。

圖3示出了第一示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖。如圖3所示，各個(gè)氣液流動管道的底端的出氣口的方向相對于電解槽內(nèi)壁法向呈一定的夾角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此時(shí)，底部電解質(zhì)50在水平方向上產(chǎn)生一定的渦流，進(jìn)一步使電解槽10內(nèi)部各個(gè)區(qū)域電解質(zhì)50都能夠循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽10內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽10底部的結(jié)瘤。

在本發(fā)明提供的第二示例性實(shí)施方式中，電解裝置包括：長方體型的電解槽10；r個(gè)陰極20，r≥3，且r為奇數(shù)，r個(gè)陰極20沿電解槽10的長軸方向上等間距分布，且其中一個(gè)陰極20位于電解槽10內(nèi)部的正中心；t個(gè)陽極30，t≥6，且t為偶數(shù)，t個(gè)陽極30對稱設(shè)置于陰極20的四周；s個(gè)氣液流動管道40，s≥6，且s為偶數(shù)，s個(gè)氣液流動管道40對稱設(shè)置于槽體的內(nèi)部，且電解裝置中氣液流動管道40的個(gè)數(shù)與陽極30的個(gè)數(shù)相等。優(yōu)選地，各陰極20和各陽極30均與電解槽10的底面間隔設(shè)置；氣液流動管道40的上端沿豎直方向設(shè)置于槽體的內(nèi)部，且氣液流動管道40的底端沿水平方向延伸至槽腔，以使沉入該處的氧化物始終隨電解質(zhì)50流動而不沉。

具體地，圖4、圖5和圖6示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖，圖7示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖，其中，圖4示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的主視圖，圖5示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的左視圖，圖6示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的俯視圖。如圖4至7所示，該電解裝置包括：長方體型的電解槽10；位于陰極20正下方的坩堝，坩堝的開口表面為電解槽10的部分底面；3個(gè)沿電解槽10的長軸方向上等間距分布的陰極20，其中一個(gè)陰極20位于電解槽10內(nèi)部的正中心；6個(gè)對稱設(shè)置于陰極20的四周的陽極30；6個(gè)對稱設(shè)置于槽體的內(nèi)部的氣液流動管道40，各氣液流動管道40的底端伸至電解槽10的底部，且電解裝置中氣液流動管道40的個(gè)數(shù)與陽極30的個(gè)數(shù)相等，每個(gè)氣液流動管道40對應(yīng)設(shè)置于與該氣液流動管道40相鄰的陽極30的中軸位置；各陰極20和各陽極30均與電解槽10的底面間隔設(shè)置。

圖8示出了第二示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖。如圖8所示，各個(gè)氣液流動管道的底端的出氣口的方向相對于電解槽內(nèi)壁法向呈一定的夾角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此時(shí)，底部電解質(zhì)50在水平方向上產(chǎn)生一定的渦流，進(jìn)一步使電解槽10內(nèi)部各個(gè)區(qū)域電解質(zhì)50都能夠循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽10內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽10底部的結(jié)瘤。

在本發(fā)明提供的第三示例性實(shí)施方式中，電解裝置包括：中間長方體型，兩邊弧形的電解槽10；r個(gè)陰極20，r≥2，r個(gè)陰極20沿電解槽10的長軸方向和中軸線等間距對稱分布；t個(gè)陽極30，t≥6，且t為偶數(shù)，t個(gè)陽極30對稱設(shè)置于陰極20的四周，其中長方體型區(qū)域的陽極為長方體，t₁≥2，且t₁為偶數(shù)，其中弧形區(qū)域的陽極為塊狀弧形，t₂≥4，且t₂為偶數(shù)；s個(gè)氣液流動管道40，s≥6，且s為偶數(shù)，s個(gè)氣液流動管道40對稱設(shè)置于槽體的內(nèi)部，每個(gè)陽極30和電解槽10的周壁之間可以設(shè)置多個(gè)氣液流動管道40。優(yōu)選地，各陰極20和各陽極30均與電解槽10的底面間隔設(shè)置；側(cè)通氣體出口位置設(shè)置在容易出現(xiàn)結(jié)瘤的電解槽槽壁底部，使沉入該處的氧化物始終隨電解質(zhì)50流動而不沉。

具體地，圖9、圖10和圖11示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖12示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的立體結(jié)構(gòu)圖，其中，圖9示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的主視圖，圖10示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的左視圖，圖11示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的俯視圖。如圖9至12所示，該電解裝置包括：中間長方體型和兩邊弧形的電解槽10；位于陰極20正下方的坩堝；3個(gè)沿電解槽10的長軸方向和中軸線等間距對稱分布的陰極20，其中一個(gè)陰極20位于電解槽10內(nèi)部的正中心；6個(gè)對稱設(shè)置于陰極20的四周的陽極30；6個(gè)對稱設(shè)置于槽體的內(nèi)部的氣液流動管道40，各氣液流動管道40的底端伸至電解槽10的底部，各氣液流動管道40的底端的出氣口均相對于電解槽10的周壁傾斜設(shè)置，且傾斜方向一致；各陰極20和各陽極30均與電解槽10的底面間隔設(shè)置。

圖13示出了第三示例性實(shí)施方式提供的電解裝置的電解槽底部吹氣方向的示意圖。如圖13所示，各個(gè)氣液流動管道的底端的出氣口的方向相對于電解槽內(nèi)壁法向呈一定的夾角θ，0°<θ＜90°，且方向具有一致性。此時(shí)，底部電解質(zhì)50在水平方向上產(chǎn)生一定的渦流，進(jìn)一步使電解槽10內(nèi)部各個(gè)區(qū)域電解質(zhì)50都能夠循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽10內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽10底部的結(jié)瘤。

本發(fā)明還提供了一種電解方法，該電解方法包括以下步驟：向權(quán)利要求上述電解裝置的電解槽中加入電解質(zhì)；待電解質(zhì)加熱熔融后向電解槽中加入待電解的稀土氧化物；對稀土氧化物進(jìn)行電解得到稀土金屬或合金，并在電解的過程中間歇地向電解裝置的氣液流動管道中通入壓縮氣體。

其中，通入壓縮氣體的步驟包括：步驟S1、向氣液流動管道中通入壓縮氣體，至氣液流動管道中的電解液流入電解槽中；步驟S2、停止通入壓縮氣體，管道口閥自動與大氣連通，至電解液流回氣液流動管道中，與電解槽液面平行；重復(fù)執(zhí)行步驟S1和步驟S2。優(yōu)選地，隔0.5～30min時(shí)間重復(fù)執(zhí)行步驟S1和步驟S2。壓縮氣體為空氣、氬氣、二氧化碳和氮?dú)庵械娜我环N。

通入壓縮氣體的過程如圖14(a)、圖14(b)和圖14(c)所述。其中，圖14(a)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，開始向氣液流動管道中通入壓縮氣體時(shí)的示意圖；圖14(b)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，停止向氣液流動管道中通入壓縮氣體時(shí)的示意圖；圖14(c)示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的電解方法中，停止向氣液流動管道中通入壓縮氣體一段時(shí)間后的示意圖。圖中，箭頭的方向即標(biāo)示為電解液的移動方向。

具體過程可為：當(dāng)脈沖式空氣壓縮機(jī)向管內(nèi)鼓入壓縮氣體，因壓力差導(dǎo)致管道中的電解液快速流入至電解槽中，帶動底部電解質(zhì)流動效果；當(dāng)脈沖式空氣壓縮機(jī)停止向管內(nèi)通入氣體時(shí)，此時(shí)壓力差消失，電解質(zhì)重新流回管道內(nèi)。如此不間斷循環(huán)通過空氣壓縮機(jī)向管內(nèi)通入氣體，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)來回循環(huán)流動以解決現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)的問題。其中，壓縮氣體可以為空氣、氬氣、二氧化碳和氮?dú)庵械娜我环N

下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的電解方法，且作為示例，以下實(shí)施例采用圖1 和圖2所給出的電解裝置。需要注意的是，采用圖5和圖6所給出的電解裝置，以及圖7至圖10所給出的電解裝置進(jìn)行電解時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明“減緩電解槽底部的結(jié)瘤”的技術(shù)效果。

實(shí)施例1

以NdF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中NdF₃和LiF的質(zhì)量比為7:1，以石墨為陽極，鉬棒為陰極，在1050℃下電解，電解電壓為8.5V，每隔0.5min向氣液流動管道內(nèi)通入空氣，氣體的流量控制為4.0×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在陰極表面析出。形成金屬液滴，落入電解槽底部的鉬坩堝中，電解2h后將金屬液滴舀出澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作72h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率88.0％，碳含量200ppm，鐵含量500ppm，單塊陽極的使用周期為80～88h。

實(shí)施例2

以NdF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中NdF₃和LiF的質(zhì)量比為7:1，以石墨為陽極，鉬棒為陰極，在1050℃下電解，電解電壓為8.5V，每隔30min向氣液流動管道內(nèi)通入空氣，氣液流動管道內(nèi)氣體的流量控制為7.0×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在陰極表面析出。形成金屬液滴，落入電解槽底部的鉬坩堝中，電解2h后將金屬液滴舀出澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作100h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率90.0％，碳含量190ppm，鐵含量450ppm，單塊陽極的使用周期為96～104h。

對比例1

以NdF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中NdF₃和LiF的質(zhì)量比為7:1，以石墨為陽極，鉬棒為陰極，在1050℃下電解，電解電壓為8.8V，在直流電作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在陰極表面析出。形成金屬液滴，落入電解槽底部的鉬坩堝中，電解2h后將金屬液滴舀出澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作24小時(shí)左右出現(xiàn)結(jié)瘤，需要進(jìn)行人工攪拌。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率72.7％，碳含量330ppm，鐵含量1250ppm，單塊陽極的使用周期為48～56h。

對比例2

以NdF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中NdF₃和LiF的質(zhì)量比為7:1，以石墨為陽極，鉬棒為陰極，在1050℃下電解，電解電壓為8.5V，在直流電作用下，加入的Nd₂O₃中的Nd³⁺在陰極表面析出。形成金屬液滴，落入電解槽底部的鉬坩堝中，電解2h后將金屬液滴舀出澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作24小時(shí)左右出現(xiàn)結(jié)瘤，需要進(jìn)行人工攪拌。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率70.6％，碳含量315ppm，鐵含量1020ppm，單塊陽極的使用周期為48～56h。

實(shí)施例3

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為6:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1080℃下電解，電解電壓為10.0V，每隔10min向氣液流動管道內(nèi)通入空氣，氣液流動管道內(nèi)氣體的流量控制為5.0×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作80h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率87％，DyFe合金中碳含量180ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含量為19.8％，單塊陽極的使用壽命為80～100h。

實(shí)施例4

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為5:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1100℃下電解，電解電壓為10.5V，每隔隔5min向氣液流動管道內(nèi)通入空氣，氣液流動管道內(nèi)氣體的流量控制為6.5×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作90h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率90％，DyFe合金中碳含量150ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含量為19.3％，單塊陽極的使用壽命為95～120h。

對比例3

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為6:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1080℃下電解，電解電壓為10.0V，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作20小時(shí)作用出現(xiàn)結(jié)料，需要用鐵棒進(jìn)行人工攪拌。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率70％，DyFe合金中碳含量325ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含量為19.4％，單塊陽極的使用壽命為48～56h。

對比例4

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為5:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1100℃下電解，電解電壓為10.5V，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作20小時(shí)作用出現(xiàn)結(jié)料，需要用鐵棒進(jìn)行人工攪拌。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率74.5％，DyFe合金中碳含量312ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含 量為20.3％，單塊陽極的使用壽命為48～56h。

實(shí)施例5

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為5:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1100℃下電解，電解電壓為10.5V，每隔隔32min向氣液流動管道內(nèi)通入氬氣，氣液流動管道內(nèi)氣體的流量控制為6.5×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作90h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率84％，DyFe合金中碳含量260ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含量為640ppm，單塊陽極的使用壽命為70～95h。

實(shí)施例6

以DyF₃和LiF混合物作為熔鹽電解質(zhì)，其中DyF₃和LiF的質(zhì)量比為5:1，以石墨為陽極，鐵棒為陰極，在1100℃下電解，電解電壓為10.5V，每隔隔10min向氣液流動管道內(nèi)通入二氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w(二氧化碳和氮?dú)獾捏w積比為1:1)，氣液流動管道內(nèi)氣體的流量控制為6.5×10^-5m³/s，在直流電作用下，加入的Dy₂O₃中的Dy³⁺在陰極表面析出，并與鐵陰極作用形成DyFe合金液滴，落入到電解槽底部的鐵坩堝中，電解2h后將鐵坩堝拎出，將電解得到的合金液滴澆注到模具中。爐體側(cè)壁底部在工作90h未見有結(jié)瘤現(xiàn)象發(fā)生。

主要技術(shù)指標(biāo)：電流效率87％，DyFe合金中碳含量160ppm，合金中Fe的質(zhì)量百分含量為19.5％，單塊陽極的使用壽命為90～110h。

從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：本發(fā)明通過在電解槽的槽體的內(nèi)部設(shè)置電解質(zhì)流動管道，并通過間歇地向管道中通入壓縮氣體，從而實(shí)現(xiàn)利用壓縮氣體帶動管內(nèi)液體流動，達(dá)到對電解槽中底部電解質(zhì)進(jìn)行循環(huán)流動，增強(qiáng)電解槽內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)，使其內(nèi)部的溫度和成分均勻化，更好的減緩了電解槽底部的結(jié)瘤，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中電解槽的底部存在流動死區(qū)的問題。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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)。