專利名稱：側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熔鹽電解冶金設(shè)備，主要涉及一種側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽
背景技術(shù)：
稀土金屬生產(chǎn)工藝中，熔鹽電解是單一稀土金屬、混合稀土金屬及稀土中間合金的主要生產(chǎn)方法，歷來(lái)稀土熔鹽電解所采用的槽型為敞口式，陰極和陽(yáng)極從電解槽上方插入熔鹽中，陰極與陽(yáng)極之間呈垂直平行關(guān)系，兩者之間距離即極距通常大于IOOmm并隨著電解進(jìn)行而逐漸增大，電解槽電壓為8. 5v 12v之間，平均電流效率通常低于80%，此外高電壓電解及電解槽表面高溫還導(dǎo)致氟化物的電解及電解質(zhì)揮發(fā)，對(duì)環(huán)境造成污染。稀土金屬作為稀土永磁、稀土儲(chǔ)氫等功能材料的主要原料，其需求量越來(lái)越大。隨著稀土金屬產(chǎn)業(yè) 集中度不斷提高，以及GB26451-2011《國(guó)家稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，對(duì)節(jié)能環(huán)保大型熔鹽電解槽的需求越來(lái)越迫切，因此，近年來(lái)下陰極結(jié)構(gòu)形式的稀土電解槽得到重視，這種電解槽的主要特點(diǎn)為，陰極浸沒(méi)在電解槽底部，陽(yáng)極懸掛與陰極上方，陰極與陽(yáng)極之間水平平行布置，這種結(jié)構(gòu)方式電解槽利于隨著陽(yáng)極的消耗調(diào)整陽(yáng)極與陰極之間的距離，從而保持極距在最佳的范圍，并降低電解槽電壓，這種電解槽的發(fā)熱區(qū)在電解槽中下部位置，使得電解槽溫度場(chǎng)分布更為合理，由于電解槽陽(yáng)極位于陰極上方，陽(yáng)極析出的氣體對(duì)金屬的二次氧化減少?gòu)亩商岣唠娏餍?，同時(shí)這種電解槽還有利于大型化自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)授權(quán)和公開(kāi)的相關(guān)專利主要有中國(guó)專利200620149620. 2公布了一種電解生產(chǎn)稀土金屬及其合金的液態(tài)陰極電解槽，其陰極從電解槽體側(cè)部或底部導(dǎo)入電解槽膛內(nèi)，與設(shè)置在電解槽底部的接收器連接，使接收器內(nèi)的液態(tài)金屬產(chǎn)品直接成為槽體的陰極。中國(guó)專利200710120258. 5公布了一種下陰極稀土金屬電解槽及采用該電解槽的電解工藝，其特征是陰極設(shè)置在電解槽底部，電解出的單一或混合金屬匯集其上，液態(tài)金屬液面作為陰極表面，陰極和陽(yáng)極之間的距離可隨時(shí)調(diào)整。中國(guó)專利200620149620. 2所公布的電解槽，底部與側(cè)壁之間使用絕緣材料隔開(kāi)，由于稀土熔鹽電解無(wú)法避免的要產(chǎn)生或多或少的渣泥，當(dāng)電解槽底部形成渣泥達(dá)到一定量時(shí)，底部與側(cè)壁導(dǎo)通，從而側(cè)壁成為陰極的一部分，造成部分稀土金屬在側(cè)壁筑爐材料上析出，導(dǎo)致電流效率大幅降低。此外，電解槽的起始陰極為電解槽底部的接收器，也即起始導(dǎo)電面位于電解槽低洼位置，在焙燒啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的渣泥極易覆蓋陰極表面，使得啟動(dòng)時(shí)電流遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，并隨之逐漸溫度降低，產(chǎn)生的少量金屬又很容易與渣泥混合形成硬塊，使電解槽爐況急劇惡化；即便正常啟動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中遇爐況差渣泥多或停電等影響也很容易導(dǎo)致陰極的導(dǎo)電不正常。中國(guó)專利200710120258. 5雖然采用絕緣的側(cè)壁，但陰極也在電解槽底部位置，起始陰極面也處于電解槽低洼位置，同樣存在此類問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在對(duì)電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行造成了影響
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)下陰極電解槽中，陰極容易被渣泥覆蓋的問(wèn)題，提供一種側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，本電解槽從側(cè)部插入的陰極與爐底有一定距離，從而保證了電解槽啟爐和運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的渣泥不會(huì)覆蓋住陰極從而影響導(dǎo)電，并保證坩堝中金屬液面不會(huì)成為陰極也即陰極面積保持一定，使用本電解槽，電解過(guò)程中槽電壓低于5V，電流效率可以達(dá)到80%以上，這種電解槽大型化和自動(dòng)化后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更為理想，較現(xiàn)有電解槽型具有顯著的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，非常適合大型化清潔生產(chǎn)。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
這種側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽包括槽殼(10)、側(cè)插陰極(I)、陰極導(dǎo)電排⑵、絕緣側(cè)壁(3)、側(cè)壁爐襯(4)、絕緣環(huán)(5)、金屬導(dǎo)流板(6)、坩堝(7)、爐底⑶、陽(yáng)極，所述的陰極(I)一端與陰極導(dǎo)電排(2)連接并埋入側(cè)壁爐襯、絕緣側(cè)壁(3)中，且從側(cè)壁爐襯(4)下部位置插入到電解槽爐膛中，側(cè)插陰極(I)位于陽(yáng)極(9)下方，相對(duì)于陽(yáng)極(9)水平平行位置帶一定夾角。所述側(cè)插陰極(I)位置始終高于爐底(8)及金屬液面。所述側(cè)插陰極⑴由鎢或鑰高熔點(diǎn)材料制作。所述側(cè)插陰極(I)在槽內(nèi)部分為柱狀或板狀，最好為板狀，陰極有效面積滿足在設(shè)計(jì)槽容量條件下陰極電流密度小于3A/cm2。當(dāng)側(cè)壁爐襯(4)使用導(dǎo)電性材料時(shí)，陰極⑴與側(cè)壁爐襯⑷之間由絕緣環(huán)(5)隔絕。所述的側(cè)插陰極⑴位于陽(yáng)極(9)下方，該側(cè)插陰極⑴向坩堝方向傾斜。偵_陰極(I)相對(duì)于陽(yáng)極(9)水平平行位置的夾角大于0°且小于等于30°。運(yùn)行過(guò)程中側(cè)插陰極(I)與陽(yáng)極(9)之間距離可低至30mm，陽(yáng)極(9)自下而上消耗。側(cè)插陰極⑴的下方設(shè)有金屬導(dǎo)流板(6)和坩堝(7)，金屬導(dǎo)流板(6)高于上爐底5 40mmo本電解槽用于以氟化物熔鹽為電解質(zhì)體系電解氧化物原料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的重要特征是從側(cè)部插入的陰極與爐底有一定距離，從而保證了電解槽啟爐和運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的渣泥不會(huì)覆蓋住陰極從而影響導(dǎo)電，并保證坩堝中金屬液面不會(huì)成為陰極也即陰極面積保持一定。陰極位于陽(yáng)極下方，兩者之間為水平平行位置關(guān)系，也可使陰極有一定坡度以使析出的金屬有利于流入坩堝中，運(yùn)行過(guò)程中陰極與陽(yáng)極之間距離可低至30mm，陽(yáng)極自下而上消耗。陰極的下方設(shè)置有金屬導(dǎo)流板和坩堝，未通過(guò)陰極直接流入坩堝中的金屬可以通過(guò)金屬導(dǎo)流板流入坩堝中。使用本電解槽，電解過(guò)程中槽電壓低于5V，電流效率可以達(dá)到80%以上，這種電解槽大型化和自動(dòng)化后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更為理想，較現(xiàn)有電解槽型具有顯著的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，非常適合大型化清潔生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明的電解槽沿縱向中心剖視2為本發(fā)明的電解槽沿橫向中心剖視3為萬(wàn)安培的電解槽俯視圖(圖中未顯示陽(yáng)極)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I4000A的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極金屬釹電解槽，爐膛為600X640X300的方形槽，陰極由兩塊規(guī)格為135X500X10的鎢板構(gòu)成，爐內(nèi)部分長(zhǎng)度為300，設(shè)計(jì)陰極電流密度2. 47A/cm2,陰極導(dǎo)電排由銅排制作，陽(yáng)極為8塊，設(shè)計(jì)陽(yáng)極電流密度為O. 92A/cm2,電解槽上部有陽(yáng)極自動(dòng)下降裝置，使陽(yáng)極隨電解消耗自動(dòng)下降以保證極間距在30mm至50mm范圍內(nèi)，絕緣側(cè)壁為滲氮碳化硅，側(cè)壁爐襯為半石墨質(zhì)板，絕緣環(huán)為陶瓷材料，金屬導(dǎo)流板由15_厚鎢板制作，坩堝為鎢燒結(jié)材料，外部保溫砌體為保溫棉和保溫磚等構(gòu)成；陰極從側(cè)壁爐襯下部位置插入到電解槽爐膛中，離上爐底30mm，金屬導(dǎo)流板高于爐底15mm。主要電解工藝技術(shù)指標(biāo)電解槽溫為1060°C，電解質(zhì)高度為260mm，電流強(qiáng)度4000A,電解電壓4. 9V，采用虹吸出金屬，電解收率94%，統(tǒng)計(jì)電流效率81. 2%。實(shí)施例2·6000A的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極金屬鑭電解槽，爐膛為600X1300X300的方形槽，陰極由4塊規(guī)格為180X500X15的鎢板構(gòu)成，爐內(nèi)部分長(zhǎng)度為300，設(shè)計(jì)陰極電流密度2. 77A/cm2,陰極導(dǎo)電排由銅排制作，陽(yáng)極為12塊，設(shè)計(jì)陽(yáng)極電流密度為O. 90A/cm2,電解槽上部有陽(yáng)極自動(dòng)下降裝置，使陽(yáng)極隨電解消耗自動(dòng)下降以保證極間距在30mm至50mm范圍內(nèi)，絕緣側(cè)壁為滲氮碳化硅，側(cè)壁爐襯為半石墨質(zhì)板，絕緣環(huán)為陶瓷材料，金屬導(dǎo)流板由5_厚鑰板制作，坩堝為鑰燒結(jié)材料，外部保溫砌體為保溫棉和保溫磚等構(gòu)成；陰極從側(cè)壁爐襯下部位置插入到電解槽爐膛中，離上爐底30mm，金屬導(dǎo)流板高于爐底15MM。主要電解工藝技術(shù)指標(biāo)電解槽溫為1020°C，電解質(zhì)高度為260mm，電流強(qiáng)度6000A,電解電壓4. 8V，采用虹吸出金屬，電解收率93. 5%，統(tǒng)計(jì)電流效率80%。實(shí)施例310000A的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極金屬鐠釹電解槽，爐膛為600 X 1800X300的方形槽，陰極由8塊規(guī)格為140X500X25的鎢板構(gòu)成，爐內(nèi)部分長(zhǎng)度為300，設(shè)計(jì)陰極電流密度2. 98A/cm2,陰極導(dǎo)電排由銅排制作，陽(yáng)極為16塊，設(shè)計(jì)陽(yáng)極電流密度為O. 91 A/cm2,陰極由電解槽縱向兩側(cè)插入電解槽中并均勻分布，電解槽上部有陽(yáng)極自動(dòng)下降裝置，使陽(yáng)極隨電解消耗自動(dòng)下降以保證極間距在30mm至50mm范圍內(nèi)，絕緣側(cè)壁為滲氮碳化硅，側(cè)壁爐襯為半石墨質(zhì)板，絕緣環(huán)為陶瓷材料，金屬導(dǎo)流板由8mm厚鑰板制作，坩堝為鎢燒結(jié)外襯鑰坩堝，外部保溫砌體為保溫棉和保溫磚等構(gòu)成；陰極從側(cè)壁爐襯下部位置插入到電解槽爐膛中，離上爐底30mm，金屬導(dǎo)流板高于爐底15MM。主要電解工藝技術(shù)指標(biāo)電解槽溫為1050°C，電解質(zhì)高度為260mm，電流強(qiáng)度6000A,電解電壓5. 0V，采用虹吸出金屬，電解收率93. 8%，統(tǒng)計(jì)電流效率82%。
權(quán)利要求
1.一種側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于它包括側(cè)插陰極(I)、陰極導(dǎo)電排(2)、絕緣側(cè)壁(3)、側(cè)壁爐襯(4)、絕緣環(huán)(5)、金屬導(dǎo)流板(6)、坩堝(7)、爐底(8)、陽(yáng)極(9)、槽殼(10)，所述的陰極(I) 一端與陰極導(dǎo)電排(2)連接并埋入側(cè)壁爐襯、絕緣側(cè)壁(3)中，且從側(cè)壁爐襯(4)下部位置插入到電解槽爐膛中，側(cè)插陰極(I)位于陽(yáng)極(9)下方，相對(duì)于陽(yáng)極(9)水平平行位置帶一定夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于所述側(cè)插陰極(I)位置始終高于爐底(8)及金屬液面。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I或2所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于所述側(cè)插陰極(I)由鎢或鑰高熔點(diǎn)材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I或2所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于所述側(cè)插陰極(I)在槽內(nèi)部分為柱狀或板狀，陰極有效面積滿足在設(shè)計(jì)槽容量條件下陰極電流密度小于3A/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于當(dāng)側(cè)壁爐襯⑷使用導(dǎo)電性材料時(shí)，陰極⑴與側(cè)壁爐襯⑷之間由絕緣環(huán)(5)隔絕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于所述的側(cè)插陰極⑴位于陽(yáng)極(9)下方，該側(cè)插陰極(I)向坩堝方向傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于側(cè)插陰極(I)相對(duì)于陽(yáng)極(9)水平平行位置的夾角大于0°且小于等于30°。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于運(yùn)行過(guò)程中側(cè)插陰極(I)與陽(yáng)極(9)之間距離可低至30mm，陽(yáng)極(9)自下而上消耗。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，其特征在于側(cè)插陰極(I)的下方設(shè)有金屬導(dǎo)流板(6)和坩堝(7)，金屬導(dǎo)流板(6)高于上爐底5 40mm。
10.一種權(quán)利要求書(shū)I所述的側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽用于以氟化物熔鹽為電解質(zhì)體系電解氧化物原料。
全文摘要
一種側(cè)插潛沒(méi)式下陰極稀土熔鹽電解槽，它包括槽殼(10)、側(cè)插陰極(1)、陰極導(dǎo)電排(2)、絕緣側(cè)壁(3)、側(cè)壁爐襯(4)、絕緣環(huán)(5)、金屬導(dǎo)流板(6)、坩堝(7)、爐底(8)、陽(yáng)極(9)，所述的陰極(1)一端與陰極導(dǎo)電排(2)連接并埋入側(cè)壁爐襯、絕緣側(cè)壁(3)中，且從側(cè)壁爐襯(4)下部位置插入到電解槽爐膛中，側(cè)插陰極(1)位于陽(yáng)極(9)下方，相對(duì)于陽(yáng)極(9)水平平行位置帶一定夾角。電解槽以氟化物熔鹽為電解質(zhì)體系電解氧化物原料。本電解槽在電解過(guò)程中槽電壓低于5V，電流效率可以達(dá)到80％以上，這種電解槽大型化和自動(dòng)化后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更為理想，較現(xiàn)有電解槽型具有顯著的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，非常適合大型化清潔生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C25C3/34GK102925931SQ20111022604
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者李宗安, 顏世宏, 陳德宏, 龐思明, 徐立海, 周林, 趙斌, 王志強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 有研稀土新材料股份有限公司