一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，具體是一種由槽體、長方體狀陽極、液態陰極組成的組合體，尤其是30KA以上的稀土熔鹽電解槽。
【背景技術】
[0002]現階段，關于生產稀土金屬及合金的方法，主要為氟化物熔鹽體系氧化稀土電解法，其采用的電解槽主要有以下幾種結構:
日本專利昭61-253391，電解槽內襯壓鎢、鉬等金屬材料制成，由于鎢、鉬等材料在高溫環境下易氧化，該電解槽為充惰性氣體保護的密閉電解槽；
日本專利昭62-146291，電解槽內襯為鐵制或不銹鋼材料，在生產單一稀土金屬時，金屬產品易受到污染；
中國專利CN85100748A，電解槽內襯為整體石墨，內襯外部由石墨層、鐵質外套和保溫層構成，由于內襯為整體石墨制成，所以該電解槽的規模受到石墨尺寸的限制；
中國專利申請N0.98194785.8，電解槽內襯由帶有凸凹槽的石墨塊砌筑，外部為碳質或碳質混合料打結層、耐火保溫材料、金屬結構層和保溫層。該電解槽可根據規模砌筑，價格比較低廉，但電解槽電力線分別不夠均勻，使得原料易沉淀于槽體的邊角處，且開爐電解質用量大，進而影響電流效率和石墨陽極的單耗。
[0003]中國專利CN103290434A，電解槽內襯由帶有凸凹槽的石墨塊砌筑，外部為碳質或碳質混合料打結層、耐火保溫材料、金屬結構層和保溫層。電解槽體的側壁是由兩段或兩段以上的圓弧面相互銜接圍成閉合狀，且電解槽體為非密閉型，該電解槽可根據規模砌筑，但大于20KA電解槽砌筑困難，使用壽命短。
[0004]中國專利ZL20142 0648564.1，電解槽內襯由帶有石墨塊砌筑，外部為碳質或碳質混合料打結層、耐火保溫材料、金屬結構層和保溫層。電解槽體為非密閉型，該電解槽可根據規模砌筑，適用于30KA以上電解槽，但砌筑有一定困難，使用壽命有待提高。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種液態陰極生產稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其電流效率高、槽電壓低、輻射熱損小、陽極利用率高、開爐電解質用量小、電解槽敞口可實現半封閉，石墨單耗低、使用壽命長、能擴大單臺設備容量、大幅降低單位產品能耗，生產的產品質量穩定、生產成本低。
[0006]本發明的另外一個目的是提供一種生產稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其可解決稀土熔鹽電解槽大型化、節能的結構局限問題。
[0007]為實現上述目的本發明通過以下技術方案來實現:
一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，主要包括電解槽槽體、陽極及液態陰極，所述陽極、陰極具有相互平行、相互面對的水平面，所述陽極垂直插在電解槽槽體內，所述液態陰極為底部電解出的液態金屬，所述電解槽槽體的內底部鑲嵌鎢板，鉬板或鈮板既可作為陰極底板又可作為電解產物在陰極上析出的稀土金屬承接器。
[0008]優選地，還包括電解槽體的蓋板，所述電解槽槽體由內膽、水冷系統、耐火保溫層、金屬外套及加強筋從內到外砌筑而成，所述內膽為耐高溫鋼材如310s或314號鋼，所述內膽外部焊接水冷系統，水冷系統可使熔融的稀土熔鹽在內膽表面結殼形成結殼保護層，以防止熔鹽腐蝕內膽。水冷系統中的冷卻水加熱后可用于別的生產工序或洗浴。所述陰極底板設置在內膽底部，所述電解槽槽體側部、底部密封，上部為敞開型。
[0009]優選地，所述水冷系統由冷卻水箱或蛇形冷卻水管外接高壓水栗、開關閥、流量表、壓力表組成。
[0010]優選地，所述冷卻水箱為鋼材或銅材水箱，所述蛇形冷卻水管為無縫鋼管。
[0011]優選地，所述陽極與的電解槽內膽上的結殼保護層間的間隔為3-5cm，所述陽極成兩列或多列排列，陽極間隔3_5cm平行布置。
[0012]優選地，所述陽極由石墨陽極、導電板及導電桿組成，安裝在可升降的陽極升降裝置上
優選地，所述陽極在電解槽的插入深度為20-600mm，陰極、陽極之間的極距為20-200mm，電解液氟化物熔鹽體系成分選擇范圍為:75-98%REF3，2-25%LiF，電解溫度為700-1300°C，陰極電流密度為0.5-1.5A/cm2，陽極電流密度為0.3-2 A/cm2。
[0013]優選地，所述的液態陰極通過底部鋪設鈮板、鎢板或鉬板的耐高溫鋼內膽與陰極導電銅排連接;陰極導電銅排與整流裝置的負極相連。
[0014]優選地，置于電解槽中非接觸槽體的長方體陽極，通過導電板與可升降的專用陽極導電架連接整流設備的正極。
[0015]本發明可用于在30KA以上容量氟化物體系稀土熔鹽生產中。
[0016]根據本發明的熔鹽電解槽，電流效率高、陰陽極間距穩定、開爐電解質用量小、石墨單耗低、電解槽使用壽命長、且能擴大單臺設備容量、單臺設備容量可以達到100KA以上、大幅降低輻射熱損失及單位產品能耗，生產的產品質量穩定、生產成本低、槽體半封閉。
[0017]根據本發明的熔鹽電解槽，可解決稀土熔鹽電解槽大型化、節能的結構局限問題。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽的俯視圖；
圖2為本發明的液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽的主視圖。
【具體實施方式】
[0019]根據本發明的液態陰極生產稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，包括電解槽槽體、陰極底板8、液態陰極9、陽極6、蓋板等。電解槽體由結殼保護層5、耐高溫鋼內膽4、水冷系統3、耐火保溫層2、金屬外鋼套1從內到外組裝而成，電解槽底面及側面五面閉合，電解槽上表面為開口；結殼保護層5為熔融的稀土熔鹽電解質7通過水冷系統3冷卻后在內膽4表面結殼而形成，液態陰極9和陰極底板8外接整流設備負極，即為陰極又為金屬盛裝容器。陽極6為長方體，陽極6與液態陰極9水平面平行，垂直平面布置。陽極6為兩排或兩排以上，液態陰極9為一整體。氟化物熔鹽體系成分選擇范圍為:75-98%REF3，2-25%LiF。通入直流電，電解溫度為700-1300°(3，液態陰極9電流密度為0.5-1.5A/cm2，陽極6電流密度為0.3-2 A/cm2，插入深度在20-200mm，極距為20-200mm。電解產物稀土金屬在陰極9上析出。
[0020]根據本發明的稀土熔鹽電解槽，采用陰極、陽極水平面平行，陽極垂直上插式結構，可以降低陰極過電壓及熔鹽電阻，減小敞口面積，從而實現在降低能量輸入的情況下保持電解槽能量平衡，滿足電解所需的溫度條件。
[0021 ]根據本發明的稀土熔鹽電解槽，包括電解槽槽體、陰極、陽極組件、蓋板，電解槽槽體由耐高溫鋼、水冷系統、耐火保溫層、金屬外套及加強筋從內到外砌筑而成，其特征是:電解槽內膽由耐高溫鋼與結殼熔鹽組成，底板鋪設鈮板、鎢板或鉬板，且電解槽體側部、底部密封，上部為敞開型；陰極與陽極為水平面平行，垂直平面布置，陰極為液態金屬產物，陽極為兩列或多列。
[0022]所述電解槽內膽由耐高溫鋼板焊接圍成的5面密封上表面敞開的空腔及附著在空腔內表面的熔鹽結殼層組成。
[0023]所述水冷系統由冷卻水箱或冷卻水管外接高壓水栗、開關閥、流量表、壓力表組成。
[0024]所述陽極組件由石墨陽極、導電板及導電桿組成，其安裝在可以上下升降的陽極升降裝置上，陽極升降裝置與整流設備的正極相連接。陰極、陽極采用水平面平行陽極垂直下插式布置，其插入深度在20-600mm范圍內連續可調，陰、陽極之間的極距在20-200mm范圍內變動。
[0025]所述生產稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，其工作的陰極電流密度為0.5-1.5A/cm2，陽極電流密度為0.3-2 A/cm2，電解溫度為700_1300°C。
[0026]本發明可用于在30KA以上容量氟化物體系稀土熔鹽生產中。
【主權項】
1.一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，主要包括電解槽槽體、陽極及液態陰極，所述陽極、陰極具有相互平行、相互面對的水平面，所述陽極垂直插在電解槽槽體內，所述液態陰極為底部電解出的液態金屬，所述電解槽槽體的內底部鑲嵌鎢板，鉬板或鈮板既可作為陰極底板又可作為電解產物在陰極上析出的稀土金屬承接器。2.根據權利要求1所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，還包括電解槽體的蓋板，所述電解槽槽體由內膽、水冷系統、耐火保溫層、金屬外套及加強筋從內到外砌筑而成，所述內膽為耐高溫鋼材如310s或314號鋼，所述內膽外部焊接水冷系統，水冷系統可使熔融的稀土熔鹽在內膽表面結殼形成結殼保護層，所述陰極底板設置在內膽底部，所述電解槽槽體側部、底部密封，上部為敞開型。3.根據權利要求2所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，所述水冷系統由冷卻水箱或蛇形冷卻水管外接高壓水栗、開關閥、流量表、壓力表組成。4.根據權利要求3所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，所述冷卻水箱為鋼材或銅材水箱，所述蛇形冷卻水管為無縫鋼管。5.根據權利要求2所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，所述陽極與的電解槽內膽上的結殼保護層間的間隔為3-5cm，所述陽極成兩列或多列排列，陽極間隔3-5cm平行布置。6.根據權利要求2所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，所述陽極在電解槽中插入的深度為20-600mm，陰極、陽極之間的極距為20-200mm，電解液氟化物熔鹽體系成分選擇范圍為:75-98%REF3，2-25%LiF，電解溫度為700-1300°C，液態陰極電流密度為0.5-1.5A/cm2，陽極電流密度為0.3-2 A/cm2。7.根據權利要求2所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，所述的液態陰極通過底部鋪設鈮板、鎢板或鉬板的耐高溫鋼內膽與陰極導電銅排連接;所述陰極導電銅排與電解槽整流裝置的負極相連。8.根據權利要求1所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，其特征在于，置于電解槽中的陽極，通過導電板與可升降的專用陽極導電架連接整流裝置的正極。9.根據權利要求1-8任一權利要求所述的一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽的用途，應用在30KA以上容量氟化物體系稀土熔鹽生產中。
【專利摘要】本發明公開了一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，主要包括電解槽槽體、陽極及液態陰極，所述陽極、陰極具有相互平行、相互面對的水平面，所述陽極垂直插在電解槽槽體內，所述液態陰極為底部電解出的液態金屬，所述電解槽槽體的內底部鑲嵌鎢板，鉬板或鈮板既可作為陰極底板又可作為電解產物在陰極上析出的稀土金屬承接器。本發明的電解槽電流效率高、輻射熱損失小、陽極利用率高、電解槽使用壽命長、電解槽本體投資少，單臺設備容量可以達到100KA以上、大幅降低單位產品能耗且生產的產品質量穩定、生產成本低、相對密閉。
【IPC分類】C25C3/36, C25C7/00, C25C7/02, C25C3/34
【公開號】CN105441987
【申請號】CN201510959552
【發明人】王俊, 王林生, 賴華生, 劉南昌, 豐華棟
【申請人】江西稀有金屬鎢業控股集團有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月21日