本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種電解法生產(chǎn)稀土用設(shè)備，具體涉及一種電解法生產(chǎn)稀土金屬用方形電極。

背景技術(shù)：

稀土有工業(yè)維生素的美稱。現(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57 到71 的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc） 和釔（Y）共17 種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價(jià)值將越來(lái)越大。

工業(yè)上大批量生產(chǎn)稀土金屬一般使用熔鹽電解法。該工藝是以稀土氟化物熔鹽體系為電解質(zhì)，石墨作電解槽及陽(yáng)極材料，鎢棒作陰極。在熔融的稀土氟化物（REF3、LiF）體系中，加入稀土氧化物（REO）熔解，稀土氟化物離解成稀土離子（RE3+）和（F-），稀土氧化物（REO）離解成稀土離子（RE3+）和氧離子（O2-）。在電場(chǎng)作用下，帶正電的稀土離子向陰極移動(dòng)并在陰極得到電子，析出得到稀土金屬（RE）。

傳統(tǒng)的方電解槽電解生產(chǎn)稀土金屬使用的是圓柱形實(shí)心鎢陰極，石墨電解槽、石墨陽(yáng)極、鎢陰極。其特點(diǎn)是陽(yáng)極表面到陰極表面的距離不相等，即同塊陽(yáng)極到陰極的極距不相等，陽(yáng)極表面的電力線密度稀，陰極表面的電力線密度密，陽(yáng)極表面上的反應(yīng)強(qiáng)弱不均，導(dǎo)致陽(yáng)極中心與邊緣的消耗速度不相等，則陽(yáng)極消耗殘余量大，陽(yáng)極有效利用率低，造成稀土金屬生產(chǎn)的陽(yáng)極單耗高，成本較高；另一方面，陰極參與還原反應(yīng)的有效表面積與陽(yáng)極上的氧化反應(yīng)的有效面積不對(duì)等，即陽(yáng)極反應(yīng)面積是陰極反應(yīng)面積的2.6~3.6倍，致使單臺(tái)電解爐的產(chǎn)率下降，電耗高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有方電解槽、方陽(yáng)極、實(shí)心圓陰極在稀土電解法生產(chǎn)過(guò)程中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種電解法生產(chǎn)稀土金屬用方形電極。

本發(fā)明所述電解法生產(chǎn)稀土金屬用方形電極，包括四塊環(huán)形分布的陽(yáng)極，其特征在于，還包括被陽(yáng)極包圍的陰極，所述陰極由四個(gè)面連續(xù)直角連接形成，所述陰極為尺寸小于陽(yáng)極內(nèi)腔的中空矩形，陰極各面的面積不大于對(duì)應(yīng)面的陽(yáng)極面積。

優(yōu)選的，所述陰極的矩形形狀長(zhǎng)寬比例與陽(yáng)極相同。

優(yōu)選的，所述陰極的寬度與陽(yáng)極相同。

優(yōu)選的，所述陽(yáng)極和陰極均為正方形形狀。

優(yōu)選的，所述陰極材料為鎢板。

進(jìn)一步的，所述陰極使用鎢沉頭螺釘兩兩連接鎢板而成。

進(jìn)一步的，所述中空矩形的內(nèi)部空腔長(zhǎng)寬均不小于100毫米。

采用本發(fā)明所述的電解法生產(chǎn)稀土用金屬電極，有效增大了陰極的電解表面積，降低了傳統(tǒng)的圓形棒陰極表面與陽(yáng)極表面的不對(duì)等性，可以降低陰極表面的電流密度并降低陰陽(yáng)極之間電壓在6V以下，能耗有效降低20%，陽(yáng)極消耗降低10~30%使單臺(tái)電解爐的產(chǎn)量提高50%以上，具有顯著的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，非常適用于自動(dòng)出爐的電解體系。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)稀土電解電極的一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中附圖標(biāo)記名稱為1-陽(yáng)極，2-陰極，3-電解原料填充空間，4-石墨槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所述電解法生產(chǎn)稀土用金屬電極，包括矩形中空的陽(yáng)極，還包括位于陽(yáng)極內(nèi)部的中空方陰極，所述陰極為尺寸約小于等于陽(yáng)極內(nèi)腔的中空矩形，所述陰極由四個(gè)面連續(xù)直角連接形成。

電解操作中，希望陰極2和分布在陰極四周的陽(yáng)極1之間的距離不僅接近，而且各點(diǎn)的距離分布盡可能均勻。圖1所示的傳統(tǒng)方式，陽(yáng)極為一個(gè)平面，而陰極為一個(gè)弧柱面，同一塊陽(yáng)極到陰極的短距水平面不相等，豎線相等，這使得圖1的電極中實(shí)際上并不存在嚴(yán)格意義上的等勢(shì)面，電場(chǎng)分布不均導(dǎo)致電解質(zhì)量不高。陽(yáng)極浪費(fèi)大，消耗高，能耗高，產(chǎn)率下降。

本發(fā)明中，以矩形長(zhǎng)方體陰極替換了原有的圓柱形陰極形狀，如圖2所示，使得在各個(gè)陰極面與對(duì)應(yīng)陽(yáng)極面距離處處相等，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)適當(dāng)調(diào)整矩形形狀，使陰極的矩形形狀長(zhǎng)寬比例與陽(yáng)極相同，可以使矩形陰極到陽(yáng)極的距離在周向上處處相等，從而取得了一個(gè)大面積的等電勢(shì)面，在電解槽中更易維持一個(gè)均勻分布的電場(chǎng)，大幅提高了電解質(zhì)量。

陰極高度通常與陽(yáng)極一致以獲得最大的等勢(shì)面，陰極和陽(yáng)極優(yōu)選設(shè)計(jì)為正方形電解槽，但也可設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，不管設(shè)計(jì)成正方形還是長(zhǎng)方形，天然滿足陰極到陽(yáng)極的距離在周向上處處相等的優(yōu)化原則，正方形設(shè)計(jì)在邊角處由于左右兩側(cè)對(duì)稱，從而弱化邊角處的電場(chǎng)異化。

同時(shí)，本發(fā)明陰極由四個(gè)面連續(xù)直角連接形成，沒(méi)有頂面和底面，內(nèi)部為空心，減輕了整體重量，從而能讓矩形尺寸擴(kuò)大，減少了陰極表面到陽(yáng)極的距離，進(jìn)一步減小了電解所需電壓，提高了電解效率，降低了電解能耗。陰極不設(shè)計(jì)頂面和底面也是出于電解應(yīng)用需要，加快陰極內(nèi)部液體流通，避免中空的陰極內(nèi)部液體滯留不被電解。所述中空矩形的內(nèi)部空腔長(zhǎng)寬最好均不小于100毫米，以避免陰極內(nèi)部液體流通不暢，同時(shí)在高壓范圍下，矩形陰極內(nèi)部相對(duì)陽(yáng)極具有一定電勢(shì)差，避免高壓擊穿對(duì)板。

陰極材料一般為鎢板，可以采用整體鑄造方式，但整體鑄造成本較高且不易維修，可以采用四塊鎢板連續(xù)拼接，在連接處使用鎢沉頭螺釘兩兩連接鎢板而成，這種方式便于制造，成本較低，任意一塊鎢板損壞也可以隨時(shí)更換。鎢板厚度通常選擇為3-30毫米，能夠保證電解電壓需要的同時(shí)減輕自身重量，從而擴(kuò)大矩形陰極的尺寸。

采用本發(fā)明所述的電解法生產(chǎn)稀土金屬用方形電極，具備如下優(yōu)越性：

一．采用形狀相互配合的陰極、陽(yáng)極，在電解槽內(nèi)形成了一個(gè)連續(xù)大面積的等勢(shì)面，大幅改善了電解電場(chǎng)分布，有效提高了電解質(zhì)量，等勢(shì)面的確立也提高了電解效率。

二．空心形式的陰極使得陰極尺寸能夠相對(duì)傳統(tǒng)陰極擴(kuò)大，減少了陰極、陽(yáng)極之間的平均間距，從而降低了電解電壓要求，減少了電解能耗。

三．本發(fā)明的電解陰極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于維修和更換部件，降低了使用成本。

前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過(guò)程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。