专利名称：稀土氯化物熔盐电解制取电池级混合稀土金属及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土氯化物熔盐电解制取混合稀土金属及其装置，特别适合于电池级混合稀土金属的制取以及阴阳极结构的配用。属于稀土熔盐电解技术领域。
稀土熔盐电解可分为氯化物熔盐电解和氧化物熔盐电解。氯化物熔盐电解设备简单、操作方便、易于掌握，且电解槽的结构材料容易解决，故为目前制取稀土金属的基本方法。稀土氯化物熔盐电解制取混合稀土金属是以氯化稀土为原料，氯化钾为主要熔盐组分。电解设备普遍采用圆形石墨坩锅电解槽，在850～890℃的电解温度下，氯化钾呈熔解状态，无水氯化稀土熔于其中形成熔融的电解质。石墨坩埚电解槽是以石墨坩埚本身作阴级，与直流电源正极连接；上挂钼棒作阴极，与直流电源负极连接并插入用作金属接受器的瓷皿中。电解时，氯化稀土被分解，在阴极上不断析出稀土金属，在阳极上不断放出氯气。随着电解的进行，氯化稀土逐渐被消耗，需要连续向电解槽内加入氯化稀土，并定期取出稀土金属，以维持电解生产的正常进行。
现在一些生产普通或电池级混合稀土金属的厂家，大多采用圆形石墨坩埚电解槽，其阳极石墨坩埚内径200毫米，槽深250毫米；阴极钼棒或钨棒直径25毫米。此种电解槽由于阴阳极结构配用不合理，槽内径与槽深比过大，阴极直径选配不当；电解的某些工艺条件如温度和时间没有随氯化稀土原料中稀土元素(镧、铈、镨、钕)配分的改变而调整，故电解槽功率较小，产率较低，电流效率仅为64％左右，稀土金属收率不到90％。
本发明的目的是为了解决现有的圆形石墨坩埚电解槽的产率低、减少析出金属的溶解损失和二次作用，提高电流效率和稀土金属收率，适当调整工艺条件和电解槽阴阳极结构配用，设计出一种高功率、高产率、高电流效率和高稀土收率的新型电解槽和阴极配用。
本发明是通过以下步骤实现的首先是制备电池级混合稀土金属所需的无水氯化稀土原料，粉碎后与氯化钾按配比逐渐加入石墨坩埚电解槽内，通电升温熔融，随着温度和电解质液面的升高，电解质浓度也随之不断增大。当由解质中稀土浓度达到22％，温度升至940℃以上时，提起阴极，放入予热好的金属接受器瓷皿，再插入阴极，调整槽电压、电流，使电解温度控制在940～980℃范围内。随着电解过程的正常进行，稀土金属不断地在阴极上析出，落入阴极下端金属接受器瓷皿中，每隔1.5小时取出一次，使电解得以继续稳定的进行。
本发明根据生产电池级混合稀土金属较生产普通混合稀土金属中所含四种轻稀土元素镧、铈、镨、钕的配分有所改变，其熔融点升高，故将电解温度由850～890℃升高为940～980℃。
本发明对电解槽及阴极结构作了改变，将槽内径和槽深之比减少至0.8以下。由于槽内径与槽深之比下降，阴阳极的极间距离相应增大，金属从阴极区转向阳极区的过程较困难，这样就可减少析出金属的溶解损失。同时，还将每炉的电解时间由2个时缩短为1.5小时；这样也可减少析出金属的二次作用和溶解损失，又因电解槽深度适宜，电解过程中，阳极产生的气体仍然容易逸出，电解质由四周向当中翻动，循环性好，电解温度和稀土浓度比较均匀，电解进行正常，加料速度由每分钟60～70克提高到每分钟100～105克，相应产量也提高。
本发明与现有技术相比具有以下优点1、提高了电力整流设备的利用率，基本解决了高容量设备载低功率负荷的问题。在原有整流设备容量不变的情况下，可提高稀土金属产量40％左右。按照本发明所采用的工艺技术条件，可为各种容量的电力整流设备选配高效的电解槽结构及阴极。
2、本发明的主要技术经济指标和工艺条件均优于同类及其它类型的电解槽结构，符合电解槽结构及功率向大型化、高功率的方向发展要求。
3、本发明的电解槽设计合理，直接电耗低，电流效率高，稀土单耗少、产量大、收率高，使用寿命长。
下面结合附图
和实施例对本发明作进一步描述附图为本发明电解槽结构示意图。
如图所示，槽内径为a、槽深为b的圆形石墨坩埚(阳极)[2]嵌于铁外壳[3]内，a与b之比小于0.8。钨棒阴极[1]垂直插入石墨坩埚底部中心的金属接受器瓷皿[5]上部，电解质[4]熔融于石墨坩埚内，电解所得稀土金属[6]盛于金属接受器瓷皿[5]中，定期取出。
实施例11800安培圆形石墨电解槽串联三台为一个系列，内径a为220毫米、槽深b为300毫米，a∶b＝0.733，配用直径分别为35、30和25毫米的三种规格钨棒阴极。稀土浓度22～26％，电解温度940～980℃，电解时间每炉1.5小时。第一天产量较低，在7.6～8.0公斤/炉之间，第二天配用35毫米阴极后才开始进入高产状态。
实施例2选用内径a为240毫米、槽深b为300毫米的电解槽串联三台，a∶b＝0.8，其他条件同实施例1，第一天便进入较高产状态，配用直径35毫米阴极时，平均每炉产量9.0～9.3公斤，配用其他两种小规格阴极产量均较低。但此电解槽使用寿命较短，平均为5天，进入第6天时电流强度，产量均下降，氯化稀土单耗增加，直接电耗升高。
实施例3选用内径a为230毫米、槽深b为300毫米的电解槽三台串联，a∶b＝0.766，其他工艺条件同实施例1.2。第一天单炉产量均较高，平均在8.8～9.6公斤/炉之间，配用直径35毫米阴极时，电解槽在7天的运行周期内，产量、单耗和电耗等主要技术指标均好。此种槽型寿命期内各参数值和现有技术槽型(内径300毫米、槽深300毫米、阴极直径25毫米)寿命期内各参数值对比列于附表内本发明与现有技术槽型各参数值对比表
权利要求
1.一种稀土氯化物熔盐电解制取电池级混合稀土金属，它包括无水氯化稀土原料制备、熔融盐电解尾气处理，其特征在于工艺条件为电解质中稀土浓度22～26％，电解温度为940～980℃，氯化稀土加料速度100～105g/min，电解时间1.5小时/炉。
2.制取权利要求1所述的电池级混合稀土金属所用的圆形石墨坩埚电解槽装置，其特征在于槽内径与槽深之比小于0.8，阴极为钨棒或钼棒。
3.根据权利要求2所述的电解槽装置，其特征在于槽内径与槽深之比最佳值为0.69～0.79。
4.根据权利要求2、3所述的电解槽装置，其特征在于阴极电流密度为4.28～5.36A/cm2，阳极电流密度为0,41～0.67A/cm2，电流强度为1480～1800A。
全文摘要
一种稀土氯化物熔盐电解制取电池级混合稀土金属及其装置,其特点是电解温度由850～890℃提高到940～980℃,电解时间每炉由2小时缩短为1.5小时;圆形石墨坩埚电解槽的内径与槽深之比小于0.8,配用适当的钨或钼阴极。本发明电解槽设计合理,使用寿命长,直接电耗低,电流效率高,氯化稀土单耗少,稀土金属产量大、收率高。本发明的电解槽也可适合于普通混合稀土金属的生产。
文档编号C25C3/34GK1198482SQ97103269
公开日1998年11月11日 申请日期1997年5月5日 优先权日1997年5月5日
发明者刘金鹏, 杨建鹏, 谢景全, 贾延凌, 苗龙, 崔凌霄, 赵春晖 申请人:包钢稀土三厂