一种高产节能稀土金属电解炉的制作方法

本发明属于电解装置，具体是一种高产节能稀土金属电解炉。

背景技术：

1、制备稀土金属主要采用熔盐电解法和金属热还原法。稀土元素根据熔点和沸点的不同采用不同的制备方法；熔盐电解法是制取混合稀土金属及镧、铈、镨、钕等单一轻稀土金属的主要工业方法。它有生产规模大、不用还原剂、可连续生产和比较经济与方便的特点。因此，熔盐电解法在稀土金属生产中占有重要地位，其应用范围很广。由于电解时需要较高的温度才能将稀有金属有效电解，所以需要在电解炉中添加保温层以此来减少电解炉内的热能流失，促进稀有金属电解，但是传统电解炉的保温层和石墨层等使用寿命较短，更换频率高。

2、为了解决上述问题，中国专利cn104328458a公开了一种高产节能稀土金属电解炉，包括圆桶状的外钢套和内钢套，所述内钢套置入所述外钢套内，且内钢套外壁和外钢套内壁之间的间隙充盈着填料层；所述内钢套的内部设有一石墨槽，该石墨槽的内部具有一个收容电解质的容置空间，该容置空间的底部收口处设有用于收集电解生成的稀土金属的坩埚；所述外钢套的上端端口处设有一炉盖板，所述炉盖板的中部设有对应于所述石墨槽槽口的圆形炉口，所述圆形炉口内固定着向石墨槽内伸入的四块石墨阳极，所述的四块石墨阳极围成中空柱结构，且该石墨阳极的中间设有电解阴极。

3、上述发明的技术方案，有效解决了电解炉材料寿命短需定期更换的问题，但是电解炉电解过程中热能都是自然散失，冷却水也没有合理利用和收集，电解的废气也直接排放。电解时产生的能量和资源并没有被合理利用，电解所产生的废气也没有被合理排放，不利于节能减排。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种高产节能稀土金属电解炉，将电解时产生的能量和资源合理利用，减少电能消耗，减少废气对环境的污染，达到节能减排的目的。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种高产节能稀土金属电解炉，包括炉体、水箱和发电设备；

4、炉体设置有电解腔、石墨层和排气层，电解腔底部设置有坩埚，排气层顶部开设有若干排气孔，排气层底部设有第一排气口，第一排气口贯穿水冷层延伸至炉体外，炉体顶部可拆卸连接有盖体，盖体下端设置有阳极和阴极，盖体下端设置有环槽，环槽将电解腔与排气层连通，盖体顶部固定连接有气动装置，气动装置输出轴贯穿盖体延伸至电解腔内，气动装置输出轴固定连接有搅拌轴，阳极和阴极位于搅拌轴两侧；

5、水箱内设置有加热板，加热板由若干金属管组成，水箱顶部设置有水汽排放口和第二排气口，水汽排放口与气动装置进气口通过第二管道连通，金属管一端与第一管道连通，金属管另一端与第二排气口连通；

6、发电设备进气管通过第三管道与第二排气口连通。

7、采用上述方案后实现了以下有益效果：

8、对阳极和阴极通电后，电解会产生大量的热量，热量随着废气一起排放出来，废气不通过盖体直接排放，而是经过排气孔进入排气层后再输送到水箱内，排气层包裹了整个炉体侧壁，对炉体内温度进行保持，可以在升温阶段增加升温速度，在电解阶段较少热能散失，电解产生的稀有金属会堆积在坩埚内便于取出。

9、进入到水箱内的热气通过若干金属管，金属管将热能传导到水中，产生的水蒸气通过管道进入到气动装置内，气动装置输出轴转动可以带动搅拌轴转动，搅拌轴可以让电解液在电解腔内流动，使远离阳极和阴极的电解液得到充分电解，经过水箱后的废气再进入到发电设备内，发电设备利用废气的热能和压强发电，将产生的热能储存起来，经过进一步处理后可为阳极和阴极供电。整个过程利用电解产生的能量多次，将电解产生的能量合理利用为电解提供了更好效果的同时，也有效的减少了能源消耗。

10、进一步，炉体还设置有真空层和水冷层，水冷层上端设置有进水口和排水口。

11、有益效果：真空层可以减少热能传导，减少电解腔内的热能散失；通过往进水口输送冷却水，从排水口排放冷却水，对炉体最外层进行冷却降温，降低炉体外表面温度。

12、进一步，气动装置为气动电机，气动电机进气口与第二管道可拆卸连接，第二管道上设置有开关阀，第二管道连通有第四管道，开关阀设置于第二管道与第四管道连接处和气动电机进气口之间，气动电机排气口通过第五管道与第四管道连通，发电设备进气管还与第四管道连通，第五管道与气动电机排气口可拆卸连接。

13、有益效果：气动电机进气口与第二管道可拆卸连接，第五管道与气动电机排气口可拆卸连接，将管道拆卸后便于打开盖体；开关阀可以控制水箱内产生的水蒸气是否输送至气动电机内，便于电解液不需要搅拌时关闭气动电机；关闭开关阀后水蒸气通过第四管道输送至发电设备进气管内用于发电，经过气动电机后的废气会通过第五管道和第四管道进入到发电设备内用于发电，将废气进行了重复利用。

14、进一步，发电设备为汽轮发电机，第四管道上第四管道上设置有空气增压泵，空气增压泵位于第五管道与第四管道连通位置和汽轮发电机进气管之间，空起增压泵与汽轮发电机出电箱电连接。

15、有益效果：汽轮发电机可以高效的利用电解产生的热废气发电，利用汽轮发电机产生的电能为增压泵供电，可以提高气动电机的转动速率，同时提高进入汽轮发电机内热废气的压强。让电解液得到更加充分的搅拌，汽轮发电机的发电效果更好。

16、进一步，坩埚两侧的石墨层成倒锥形，坩埚放置在石墨层锥形系斜面底部。

17、有益效果：电解产生的稀有金属可以尽可能多的掉落到坩埚内，减少稀有金属在电解腔内残留的几率。

18、进一步，金属管为铜管，若干铜管横纵交叉排布且互相连通。

19、有益效果：铜的导热系数较高，可有效的将电解的热废气中的热能传导到水中，若干铜管横纵交叉可以增加铜管与水的接触面积，对水得加热效果更好。

20、进一步，还包括有废气净化设备和废气焚烧设备，废气净化设备通过第七管道与废气焚烧设备连通；废气焚烧设备为电加热式rco催化焚烧设备，废气焚烧设备与汽轮发电机出电箱电连接。

21、有益效果：电解产生的废气对环境的污染较大，废气通过净化设备初步净化再通过废气焚烧设备二次净化，减少环境污染，废气焚烧设备可以利用汽轮发电机生产的电能进行焚烧，既节约了能源又减小了环境污染，达到了节能减排的目的。

22、进一步，废气净化设备内设置有分割板，分割板将废气净化设备内部分割成喷淋腔和过滤腔；

23、喷淋腔通过第六管道与汽轮发电机排气管连通，分割板下端设置有通孔，通孔将喷淋腔和过滤腔连通，喷淋腔底部设置有废水排放口；

24、过滤腔与第七管道连通，过滤腔内侧壁可拆卸连接有若干活性炭板。

25、有益效果：通过喷淋可以将废气中的大部分固体颗粒物质吸附到水中，含有少量固体颗粒废气再经过多层活性炭板后，剩余的一些固体颗粒会吸附到活性炭上；经过废气净化设备后的废气含有的固体颗粒会大大减少，废气得到了初步净化。

26、进一步，喷淋腔通过第八管道与排水口连通，第六管道延伸至喷淋腔内，喷淋腔内的管道末端可拆卸连接有喷洒设备。

27、有益效果：将为炉体冷却时用的冷却水用来对废气进行喷淋，可以净化废气，将水资源重复利用，减少水资源浪费。