一种生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽的制作方法
【专利摘要】一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于，其阴极和阳极都具有相互平行、相互面对的垂直面；所述阴极设有两排以上的板状结构，每排板状结构设有至少一个相间隔的阴极板；所述阳极与电解槽的内壁相间隔地置于电解槽内，所述阳极成线性排列，多排阳极平行布置，阴极与之对应平行排列，电解槽的底部镶嵌地设置作为直流电解产物在阴极上析出继而沿阴极落下的稀土金属的承接器。本发明电流效率高、开炉电解质用量小、石墨单耗低、使用寿命长、能扩大单台设备容量、大幅降低单位产品能耗且生产的产品质量稳定、生产成本低、非密闭性。
【专利说明】—种生产稀土金属及合金的稀土溶盐电解槽
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，具体是一种由槽体、长方体状阳极、板状阴极组成的组合体，尤其是30KA以上的稀土熔盐电解槽。
【背景技术】
[0002]现阶段，关于生产稀土金属及合金的方法，主要为氟化物熔盐体系氧化稀土电解法，其采用的电解槽主要有以下几种结构:
[0003]日本专利昭61-253391，电解槽内衬压钨、钥等金属材料制成，由于钨、钥等材料在高温环境下易氧化，该电解槽为充惰性气体保护的密闭电解槽；
[0004]日本专利昭62-146291，电解槽内衬为铁制或不锈钢材料，在生产单一稀土金属时，金属产品易受到污染；
[0005]中国专利CN85100748A，电解槽内衬为整体石墨，内衬外部由石墨层、铁质外套和保温层构成，由于内衬为整体石墨制成，所以该电解槽的规模受到石墨尺寸的限制；
[0006]中国专利申请N0.98194785.8，电解槽内衬由带有凸凹槽的石墨块砌筑，外部为碳质或碳质混合料打结层、耐火保温材料、金属结构层和保温层。该电解槽可根据规模砌筑，价格比较低廉，但电解槽电力线分别不够均匀，使得原料易沉淀于槽体的边角处，且开炉电解质用量大，进而影响电流效率和石墨阳极的单耗。
[0007]中国专利CN103290434A，电解槽内衬由带有凸凹槽的石墨块砌筑，外部为碳质或碳质混合料打结层、耐火保温材料、金属结构层和保温层。电解槽体的侧壁是由两段或两段以上的圆弧面相互衔接围成闭合状，且电解槽体为非密闭型，该电解槽可根据规模砌筑，但大于20KA电解槽砌筑困难，使用寿命短。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其电流效率高、开炉电解质用量小、石墨单耗低、使用寿命长、能扩大单台设备容量、大幅降低单位产品能耗且生产的产品质量稳定、生产成本低、非密闭性。
[0009]本发明的另外一个目的是提供一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其可解决稀土熔盐电解槽大型化、节能的结构局限问题。
[0010]为此，本发明提供了一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于，其阴极和阳极都具有相互平行、相互面对的垂直面；所述阴极设有两排以上的板状结构，每排板状结构设有至少一个相间隔的阴极板；所述阳极与电解槽的内壁相间隔地置于电解槽内，所述阳极成线性排列，多排阳极平行布置，阴极与之对应平行排列，电解槽的底部镶嵌地设置作为直流电解产物在阴极上析出继而沿阴极落下的稀土金属的承接器(优选为长方形、正方形的几何形状)。
[0011]优选地，所述垂直面为平面结构，也可为曲面结构(优选为平面结构)；所述阳极上的垂直阵列比所述阴极的板状结构多一排，每排所述阳极的阵列为片状石墨阳极或碳素阳极；和/或，所述板状阴极和阳极至少其中之一由钨板、钥板或钨钥合金板制成。
[0012]优选地，所述金属承接器为铌板整体坩埚。
[0013]优选地，在所述坩埚内衬钨板、钥板或钨钥合金板的结构。
[0014]优选地，还包括电解槽槽体的盖板；电解槽槽体由石墨内胆、碳捣结层、内保护钢套、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑嵌套而成；电解槽内胆由多块方形、弧形石墨板拼接而成(由多块石墨平板相互衔接围成闭合状)；电解槽体侧部、底部密封；和/或，电解槽内胆的上表面敞开。
[0015]优选地，所述石墨内胆由表面加工精度IT8-9的高密度石墨板拼接而成；所述石墨内胆外部的碳捣结层的材料由冷捣糊构成；在石墨内胆及捣结层的上部铺有抗氧化层，抗氧化层由耐火浇注料及刚玉块构成；以电解槽上表面为基准，阴极、阳极插入的深度在30-1000mm(优选为20-1000mm)范围内连续可调；阴、阳极之间的极距为20_420mm ;氟化物熔盐体系成分选择范围为:75-98% REF3, 2-25% LiF ;和/或，阴极电流密度为0.5-6.0A/cm2,阳极电流密度为0.3-2A/cm2，电解温度为700_1300°C。
[0016]优选地，所述的板状阴极通过与钢板或铜板焊接或压接后与阴极导电铜排连接；和/或，阴极导电铜排置于高度可调节的阴极架上。
[0017]优选地，置于电解槽中非贴近槽体的长方体阳极，通过导电板与专用阳极导电架固定。
[0018]特别是，阴极和阳极的位置互换，即:阴极的位置换成阳极，而阳极的位置换成阴极。
[0019]根据本发明的熔盐电解槽的用途，在30KA以上容量氟化物体系稀土熔盐生产中应用。
[0020]根据本发明的稀土熔盐电解槽，采用阴极、阳极平面平行，垂直上插式结构，可以降低阴极过电压及熔盐电阻，减小敞口面积，从而实现在降低能量输入的情况下保持电解槽能量平衡，满足电解所需的温度条件。
[0021]根据本发明的稀土熔盐电解槽，包括电解槽槽体、阴极、阳极、接收器、盖板，电解槽槽体由石墨内胆、碳捣结层、保护钢套、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑而成，其特征是:电解槽内胆由多块方形、弧形石墨板拼接而成，底板镶嵌金属承接器，且电解槽体侧部、底部密封，上部为敞开型；阴极与阳极为面平行，垂直平面布置，阴极为η排(η彡2),阳极为m排(m = n+1)。
[0022]所述石墨内胆由表面加工精度IT8-9的高密度石墨板拼接而成；
[0023]所述石墨内胆外部的碳捣结层的材料由冷捣糊构成:在石墨内胆及捣结层的上部铺有抗氧化层，抗氧化层由耐火浇注料及刚玉块构成；阴极、阳极采用面平行垂直上插式布置，其插入深度在30-1000mm范围内连续可调，阴、阳极之间的极距在20_420mm范围内变动；金属承接器为长方形、正方形等几何形状。
[0024]所述生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其工作的阴极电流密度为0.5-6.0A/cm2,阳极电流密度为0.3-2A/cm2，电解温度为700_1300°C。
[0025]根据本发明的熔盐电解槽，电流效率高、开炉电解质用量小、石墨单耗低、使用寿命长、能扩大单台设备容量、大幅降低单位产品能耗且生产的产品质量稳定、生产成本低、非密闭性。
[0026]根据本发明的熔盐电解槽，可解决稀土熔盐电解槽大型化、节能的结构局限问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为根据本发明的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽的俯视图；
[0028]图2为根据本发明的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽的主视图。
【具体实施方式】
[0029]根据本发明的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，包括电解槽槽体、阴极7、阳极
6、接收器、盖板。电解槽体由石墨内胆5、碳捣结层4、内钢套3、耐火保温层2、金属外套I从内到外嵌套而成，电解槽内胆5由多块石墨平板相互衔接围成闭合状，且电解槽内胆上表面为开口 ；石墨内胆5的上部铺有抗氧化层；阴极7和接收器由金属钨、钥或钨钥合金制成，阴极7选用平板结构，阳极6为长方体，阳极6与阴极7面平行，垂直平面布置。阴极7为两排或两排以上，阳极6为三排或三排以上。氟化物熔盐体系成分选择范围为:75-98%REF3, 2-25% LiF0通入直流电，电解温度为700-1300°C，阴极7电流密度为0.5_6A/cm2，阳极6电流密度为0.3-2A/cm2，插入深度在20-1000mm，极距为20_420mm。电解产物稀土金属在阴极7上析出，继而沿阴极7落入承接器内。
【权利要求】
1.一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其特征在于，其阴极和阳极都具有相互平行、相互面对的垂直面；所述阴极设有两排以上的板状结构，每排板状结构设有至少一个相间隔的阴极板；所述阳极与电解槽的内壁相间隔地置于电解槽内，所述阳极成线性排列，多排阳极平行布置，阴极与之对应平行排列，电解槽的底部镶嵌地设置作为直流电解产物在阴极上析出继而沿阴极落下的稀土金属的承接器(优选为长方形、正方形的几何形状)。
2.如权利要求1所述的熔盐电解槽，其特征在于，所述垂直面为平面结构，也可为曲面结构(优选为平面结构)；所述阳极上的垂直阵列比所述阴极的板状结构多一排，每排所述阳极的阵列为片状石墨阳极或碳素阳极；和/或，所述板状阴极和阳极至少其中之一由钨板、钥板或钨钥合金板制成。
3.如权利要求1所述的熔盐电解槽，其特征在于，所述金属承接器为铌板整体坩埚。
4.如权利要求3所述的熔盐电解槽，其特征在于，在所述坩埚内衬钨板、钥板或钨钥合金板的结构。
5.如权利要求1所述的熔盐电解槽,其特征在于,还包括电解槽槽体的盖板；电解槽槽体由石墨内胆、碳捣结层、内保护钢套、耐火保温层、金属外套及加强筋从内到外砌筑嵌套而成；电解槽内胆由多块方形、弧形石墨板拼接而成(由多块石墨平板相互衔接围成闭合状)；电解槽体侧部、底部密封；和/或，电解槽内胆的上表面敞开。
6.如权利要求1所述的熔盐电解槽，其特征在于，所述石墨内胆由表面加工精度IT8-9的高密度石墨板拼接而成；所述石墨内胆外部的碳捣结层的材料由冷捣糊构成；在石墨内胆及捣结层的上部铺有抗氧化层，抗氧化层由耐火浇注料及刚玉块构成；以电解槽上表面为基准，阴极、阳极的插入深度在30-1000mm(优选为20-1000mm)范围内连续可调；阴、阳极之间的极距为20-420mm ;氟化物熔盐体系成分选择范围为:75-98% REF3,2-25% LiF。
7.如权利要求1所述的熔盐电解槽，其特征在于，置于电解槽中非贴近槽体的长方体阳极，通过导电板与专用阳极导电架固定。
8.如权利要求1-8所述的熔盐电解槽，其特征在于，阴极和阳极的位置互换，即:阴极的位置换成阳极，而阳极的位置换成阴极。
9.一种如权利要求1-9其中之一所述的熔盐电解槽的用途，在30KA以上容量氟化物体系稀土熔盐生产中的应用。
【文档编号】C25C7/00GK104372382SQ201410608226
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】王俊, 王林生, 赖华生, 刘南昌, 丰华栋 申请人:江西稀有金属钨业控股集团有限公司