一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于稀土熔盐电解领域，具体涉及一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽。
【背景技术】
[0002]当前工业生产稀土金属的电解槽上口为敞开式，阴极和阳极为柱面平行垂直布置。这种结构导致现行稀土金属电解生产效率低下、环境污染严重、工艺参数波动大、且难以实现大型化和自动化，严重阻碍稀土电解技术的进一步发展。研究表明现行结构稀土熔盐电解槽槽体敞口辐射散热占总热支出的44.5%,从而导致电解槽不得不通过高电压来维持电解槽的热平衡。而电压过高时，会在电解质中氧化物浓度不足时，使稀土氟化物分解严重，产生含氟气体直接排放而污染环境。因此，开发大型节能环保的新型结构稀土熔盐电解槽是实现稀土电解工业及其技术发展的关键。
[0003]因此，研究者提出了采用电解过程的液态金属作为阴极结构，如专利CN101368282A和CN200952043Y，采用底部阴极的布线方式，解决了上插式结构的布线问题，但是由于该结构的电解金属一直处于电解区域内，容易造成电解后稀土金属极易被二次氧化，因此电流效率低。为此，专利CN201510783550.X提出了一种新型稀土电解槽，采用突起阴极，使得电解槽的高温发热区域上移，减小高温对电解槽底部内衬的腐蚀，有利于延长电解槽寿命和减少金属的二次反应，提高了电流效率。同时，采用底部为圆弧形凹面的阳极和顶部为凸面的阴极相对应，以达到低阳极电流密度和高阴极电流密度的目的。但是，由于圆弧形表面的阳极设计使得电极的物理结构不稳定，且不利于工业加工。经仿真实验得知，中间分开的圆弧形的阳极结构使得电解槽内电热场分布不均匀，且边缘处的尖角容易使局部电流密度过大，从而使得电极局部发热过大，影响了电解槽内电热场的均匀分布，从而不利于电解生产过程的稳定和电极使用寿命。
【发明内容】
[0004]为了解决目前电解槽内电热场分布不均，导致电解生产过程不稳定的技术问题，本发明提供一种能够延长电极使用寿命，便于电极加工，且电解槽内电热场分布更为均匀的新型电极结构的稀土熔盐电解槽。
[0005]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
[0006]—种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，包括中空的槽体，所述的槽体内设有至少一行、每行至少包括两个的阳极、与阳极数量相同的阴极、阴极钢棒、金属沟、下料器和石墨块，所述的阳极悬挂于电解槽上部，每个阳极底面呈倒“V”字型的凹面，每行阳极的下方对应设有一行阴极，所述的阴极埋入凸起的高温耐蚀材料中，阴极的顶部为三棱柱体并突出在高温绝缘材料外，高温耐蚀材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有高温耐蚀材料组成的金属沟，所述的阴极钢棒位于阴极底部并与阴极相连接，阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，所述的下料器设置于槽体顶部。
[0007]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每个阳极由两块阳极块组成，两块阳极块围成一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。
[0008]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每行阳极均由至少三个阳极块组成，每行的阳极块中间部分的阳极块为倒梯形，在首尾两处分别为与相邻接的中间部分相匹配的斜面块，，每行所有的阳极块围成总数为阳极块数量减一个底面为倒“V”字型凹面的阳极，且两块阳极块之间间距为10-30mm。
[0009]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，每个阴极的顶部呈三棱柱状，每个阴极的顶部处于两块阳极围成倒“V”字型中间位置的正下方。
[0010]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阳极底部所有拐角部位进行倒角处理，倒角半径为20-150mm。
[0011]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阴极下方埋入高温耐蚀材料部分为长方体状，且阴极顶部三棱柱上的所有尖角进行倒角处理，倒角半径为10-100mm。
[0012 ]所述的一种新型电极结构的稀土熔盐电解槽，阴极与凸起的高温耐蚀材料之间采用斜面相连接，倾斜角度范围为0°-60°。
[0013]本发明的技术效果在于，可实现阴极电流密度显著高于阳极电流密度，且电场分布均匀，有利于提高电流效率，每组阳极分为单独的两个阳极块，且中央留有较大缝隙，以利于气泡排放。阳极和阴极各部分结构均采用直棱柱体，或由直棱柱体拼接的设计。其电极内部的应力分布更为均匀、物理结构更为稳定，可更好的抵抗电解槽内的各种机械冲刷，有利于延长电极的使用寿命。阳极下表面和阴极上表面为斜面，易于工业加工，且阴阳极采用平行平面相对的设计，使得电解槽内的电场呈平行于阴阳极两平面的均匀阶梯状分布，有利于电解槽的稳定生产和电流效率的提高。阳极和阴极各边缘处进行了倒角处理，减小了电极各边缘处的尖端应力，使得电极结构更为稳固，且倒角的设计减小了各边缘的局部电流密度，使电解槽内电热场分布更为均匀，有利于提高电解电流效率和延长电极使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1为本发明稀土熔盐电解槽结构及电极布置俯视图；
[0015]图2为图1的A-A剖面图；
[0016]图3为图2中相应部位放大图；
[0017]图4为图1的B-B剖面图；
[0018]图5为实施例2的剖面图。
[0019]其中I为阳极、2为阴极、3为阴极钢棒、4为耐高温材料、5为耐火层、6为保温层、7为防渗层、8为防护盖、9为金属沟、10为下料器、11为石墨块。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]参见图1、图2、图3、图4，本实施例设有两行阳极和两行阴极，阳极底面呈“V”形，每个阳极由两块阳极块组成，两块阳极底面围成一个倒“V”字型斜面，且两块阳极之间间距为10mm，阳极底部所有尖角部位进行倒角处理，倒角半径为30mm。阴极的顶部呈三棱柱