阴极金属棒以及稀土电解槽的制作方法

本发明涉及金属电解技术，具体涉及一种用于稀土电解的阴极金属棒以及稀土电解槽。

背景技术：

目前，稀土金属及其合金已经成为国家的战略资源。公知的，95％以上的稀土金属及合金采用熔盐电解法制备，该制备方法的不足之处在于其能源利用效率较低，稀土金属及合金的电流效率只有70％～80％，而类似铝电解行业的电流效率已经达到90％以上，与铝电解相比，稀土电解的能源利用效率较低的问题十分突出。

导致稀土电解电流效率低的主要原因是：电解过程中阴极由于电流作用导致其外表面温度较高，要高于熔盐温度50～100℃。在电解过程中，电解产生的稀土金属环绕阴极，而阴极的高温使得稀土金属液与熔盐中的氧元素和氟元素发生反应形成稀土氟氧化合物，这些稀土氟氧化物随着熔盐的流动在石墨阳极的高密度正电荷作用下失去电子形成稀土离子，随着熔盐的流动，这些稀土离子又流动到阴极得到电子再形成稀土金属液。如此部分稀土金属在阴阳极之间往复循环反应，空耗电流，从而导致能源利用效率较低。

由以上分析可知，解决电流效率低的关键是：降低稀土金属与氧元素和氟元素的反应量，也就是降低了参与阴阳极之间往复循环反应的稀土金属数量，如此也就节省了能源。为解决该问题，授权公告号为cn101805914b，名称为《底部阴极导流式稀土电解槽》的发明专利，就提供了一种底部导流阴极，阴极顶部为圆弧形凸面，阳极底部为圆弧形凹面，阴阳极上下相对应，阴极并列设置，相连接处形成导流槽，通过电解槽结构的改变使得电场流场更加合理，电流效率得到明显提高。其不足之处在于，其针对的是下阴极电解槽，并不适用于目前作为稀土电解的主流槽型的上插阴极电解槽。除此之外，中国专利cn102953083b、cn201141045y、cn201080502y、cn201232087y、cn101348922a、cn201424511y、cn201390785y、cn103160857b、cn201416037y以及cn201354378y等等均在这一方面作了有益的探索，但是这些专利要么电解领域不同，如铝电解领域的，要么结构过于复杂，均具有种种不足之处。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种阴极金属棒以及稀土电解槽，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种上插式稀土电解用阴极金属棒，包括棒体，所述棒体上设置有：

集液通道，其沿着所述棒体的外壁的周向设置；

输液通道，其一端与所述集液通道连通，其另一端位于所述棒体的一个端部。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述集液通道在所述棒体上具有一轴向深度，所述轴向深度的深度方向朝向所述棒体上设置有所述输液通道的端部。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述集液通道为v形槽、u形槽、或者c形槽。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述轴向深度的尺寸介于所述棒体直径的二十分之一到二分之一之间。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述集液通道为v形槽，所述v形槽的开口范围介于5°到80°之间。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述输液通道为设置于所述棒体外壁的槽状结构。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述输液通道为设置于所述棒体内部的通孔结构。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述通孔结构包括径向部和轴向部，所述径向部的一端位于所述棒体的外壁上且与所述集液通道连通，所述径向部的另一端位于所述棒体的内部且与所述轴向部相连通。

上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，所述径向部从所述棒体的外壁到内部，其径向尺寸依次增大。

一种稀土电解槽，包括槽体，还包括多个上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，多个所述棒体并列设置于所述槽体内，所述棒体以其设置有输液通道的端部朝向所述槽体的内部。

在上述技术方案中，本发明提供的上插式稀土电解用阴极金属棒，通过棒体外壁的集液通道快速的收集棒体周围的稀土金属液，并通过输液通道输送到棒体端部的收集装置中，如此降低稀土金属液在棒体周围的滞留时间，相应的降低参与阴阳极之间往返循环反应的稀土金属液数量，减少空耗电量，如此提升效率，降低能耗。

由于上述上插式稀土电解用阴极金属棒具有上述技术效果，包含该上插式稀土电解用阴极金属棒的稀土电解槽也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的阴极金属棒的结构示意图；

图2为图1中i处的局部放大图；

图3为图2中b-b的剖视图；

图4为图2中c-c的剖视图；

图5为本发明另一个实施例提供的阴极金属棒的结构示意图；

图6为图5中i处的局部放大图；

图7为图6中b-b的剖视图；

图8为图6中c-c的剖视图。

附图标记说明：

1、棒体；2、集液通道；3、输液通道；3.1、槽状结构；3.2、通孔结构；3.21、径向部；3.22、轴向部。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

本发明中，顶、底、上、下等方位词以上插式稀土电解用阴极金属棒使用时位于电解槽中的方位为准，槽口位于顶部，槽底位于底部，其它依次类推。

如图1-8所示，本发明提供的一种上插式稀土电解用阴极金属棒，包括棒体1，所述棒体1上设置有集液通道2和输液通道3，集液通道2沿着所述棒体1的外壁的周向设置；输液通道3的一端与所述集液通道2连通，其另一端位于所述棒体1的一个端部。

具体的，上插式指的是电解时，棒体1竖直的插于电解槽中，其顶端位于电解槽的液面以上，底端位于液面以下。棒体1为金属棒，其材质优选为钨、钼、铁等高熔点金属。棒体1可以是圆棒，也可以是方棒，又或者其它外形截面的棒体1。棒体1上设置有集液通道2和输液通道3，集液通道2设置于棒体1的外壁上，其沿着棒体1的周向呈环状设置，集液通道2为一液体通道结构，集液通道2可以是开设于棒体1的凹槽结构，如v形槽、u形槽、c形槽或者其它的凹槽结构，也可以在棒体1的外壁上设置环状凸起结构，环状凸起结构与棒体1的外壁之间形成液体通道结构。集液通道2可以是一个，也可以多个，多个时沿着棒体1的轴向并列设置。集液通道2用于导向和集聚稀土金属液。输液通道3为输送液体的通道结构，如通孔结构3.2或者槽状结构3.1，其与集液通道2连通，其一端位于棒体1的端部，即下端。使用时，棒体1以其下端插入集液槽的熔盐中，即输液通道3的下端位于熔盐中，此时输液通道3位于液面处或者位于液面以下。

本发明中，使用时，棒体1的下端的下方设置有稀土金属液的收集装置，如收集坩埚，作为稀土电解的阴极的棒体1周围生成大量的稀土金属液，这些金属液由于集液通道2的导向和集聚作用快速由集液通道2和输液通道3输向棒体1下方的收集装置中。由于集液通道2和输液通道3的导向和聚集，降低稀土金属液在棒体1周围的停留时间，进而降低熔盐中参与阴阳极之间往返循环反应的稀土金属液数量。

如图1-4所示，在本发明的一个实施例中，集液通道2有两个，轴向并列设置于棒体1的外壁上，集液通道2为v形槽，v形槽的开口范围介于5°到80°之间，v形槽的槽深大于3mm，小于棒体1直径0.5倍。输液通道3有两个，两个输液通道3沿着棒体1的轴向设置，输液通道3为设置于棒体1外壁上的u形导流槽，u形导流槽与v形槽之间具有连通处。

如图5-6所示，在本发明的另一个实施例中，集液通道2有两个，轴向并列设置于棒体1的外壁上，集液通道2为v形槽，v形槽的开口范围介于5°到80°之间，v形槽的槽深大于3mm，小于棒体1直径0.5倍。输液通道3为设置于所述棒体1内部的通孔结构3.2，通孔结构3.2包括径向部3.21和轴向部3.22，所述径向部3.21的一端位于所述棒体1的外壁上且与所述集液通道2连通，所述径向部3.21的另一端位于所述棒体1的内部且与所述轴向部3.22相连通，轴向部3.22位于棒体1的内部，如轴线位于，其沿着棒体1的轴向布置，径向部3.21用于连通集液通道2和轴向部3.22，径向部3.21可以为一个，也可以多个，多个连通于同一轴向部3.22上，多个径向部3.21呈伞状布置于棒体1中。如此由集液通道2集聚的稀土金属液由棒体1内部的通孔结构3.2输向棒体1底部的收集装置中。

本实施例中，优选的，所述径向部3.21从所述棒体1的外壁到内部，其径向尺寸依次增大，如此增加径向部3.21内侧对外侧的吸力，加快集液通道2内的液体流向输液通道3的速度。

本发明提供的上插式稀土电解用阴极金属棒，通过棒体1外壁的集液通道2快速的收集棒体1周围的稀土金属液，并通过输液通道3输送到棒体1端部的收集装置中，如此降低稀土金属液在棒体1周围的滞留时间，相应的降低稀土阴阳极之间往返循环反应的稀土金属液数量，如此提升效率，降低能耗。

本发明中，进一步的，所述集液通道2在所述棒体1上具有一轴向深度，所述轴向深度的深度方向朝向所述棒体1上设置有所述输液通道3的端部，如底部朝向棒体1下端的v形槽，其槽底到较低的一个槽口壁的部分即为轴向深度，一般的，稀土金属液的密度大于熔盐的密度，设置一轴向深度便于稀土金属液快速沉降到集液通道2的槽底。优选的，所述轴向深度的尺寸介于所述棒体1直径的二十分之一到二分之一之间，如此一方面保证棒体1的强度，另一方面保证稀土金属液的沉降效率。

本发明中，进一步的，集液通道2上由远离输液通道3的部分到连接输液通道3的部分为倾斜结构，即输液通道3的底壁与棒体1的轴线呈倾斜布置而不是垂直，如此稀土金属液可以依靠重力在输液通道3获得加速，从而快速流动到输液通道3中。

本发明还提供一种稀土电解槽，包括槽体，还包括多个上述的上插式稀土电解用阴极金属棒，多个所述棒体1并列设置于所述槽体内，所述棒体1以其设置有输液通道3的端部朝向所述槽体的内部。在上述技术方案中，由于上述上插式稀土电解用阴极金属棒具有上述技术效果，包含该上插式稀土电解用阴极金属棒的稀土电解槽也应具有相应的技术效果。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。