专利名称：侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽的制作方法
技术领域：
本发明属于熔盐电解冶金设备，主要涉及一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽
背景技术：
稀土金属生产工艺中，熔盐电解是单一稀土金属、混合稀土金属及稀土中间合金的主要生产方法，历来稀土熔盐电解所采用的槽型为敞口式，阴极和阳极从电解槽上方插入熔盐中，阴极与阳极之间呈垂直平行关系，两者之间距离即极距通常大于IOOmm并随着电解进行而逐渐增大，电解槽电压为8. 5v 12v之间，平均电流效率通常低于80%，此外高电压电解及电解槽表面高温还导致氟化物的电解及电解质挥发，对环境造成污染。稀土金属作为稀土永磁、稀土储氢等功能材料的主要原料，其需求量越来越大。随着稀土金属产业 集中度不断提高，以及GB26451-2011《国家稀土工业污染物排放标准》的颁布实施，对节能环保大型熔盐电解槽的需求越来越迫切，因此，近年来下阴极结构形式的稀土电解槽得到重视，这种电解槽的主要特点为，阴极浸没在电解槽底部，阳极悬挂与阴极上方，阴极与阳极之间水平平行布置，这种结构方式电解槽利于随着阳极的消耗调整阳极与阴极之间的距离，从而保持极距在最佳的范围，并降低电解槽电压，这种电解槽的发热区在电解槽中下部位置，使得电解槽温度场分布更为合理，由于电解槽阳极位于阴极上方，阳极析出的气体对金属的二次氧化减少从而可提高电流效率，同时这种电解槽还有利于大型化自动化等诸多优点，现授权和公开的相关专利主要有中国专利200620149620. 2公布了一种电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其阴极从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内，与设置在电解槽底部的接收器连接，使接收器内的液态金属产品直接成为槽体的阴极。中国专利200710120258. 5公布了一种下阴极稀土金属电解槽及采用该电解槽的电解工艺，其特征是阴极设置在电解槽底部，电解出的单一或混合金属汇集其上，液态金属液面作为阴极表面，阴极和阳极之间的距离可随时调整。中国专利200620149620. 2所公布的电解槽，底部与侧壁之间使用绝缘材料隔开，由于稀土熔盐电解无法避免的要产生或多或少的渣泥，当电解槽底部形成渣泥达到一定量时，底部与侧壁导通，从而侧壁成为阴极的一部分，造成部分稀土金属在侧壁筑炉材料上析出，导致电流效率大幅降低。此外，电解槽的起始阴极为电解槽底部的接收器，也即起始导电面位于电解槽低洼位置，在焙烧启动过程中产生的渣泥极易覆盖阴极表面，使得启动时电流远低于设计值，并随之逐渐温度降低，产生的少量金属又很容易与渣泥混合形成硬块，使电解槽炉况急剧恶化；即便正常启动，在运行过程中遇炉况差渣泥多或停电等影响也很容易导致阴极的导电不正常。中国专利200710120258. 5虽然采用绝缘的侧壁，但阴极也在电解槽底部位置，起始阴极面也处于电解槽低洼位置，同样存在此类问题。这些问题的存在对电解槽的稳定运行造成了影响
发明内容
本发明的目的是针对下阴极电解槽中，阴极容易被渣泥覆盖的问题，提供一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，本电解槽从侧部插入的阴极与炉底有一定距离，从而保证了电解槽启炉和运行过程中产生的渣泥不会覆盖住阴极从而影响导电，并保证坩埚中金属液面不会成为阴极也即阴极面积保持一定，使用本电解槽，电解过程中槽电压低于5V，电流效率可以达到80%以上，这种电解槽大型化和自动化后经济技术指标更为理想，较现有电解槽型具有显著的节能环保优势，非常适合大型化清洁生产。为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案
这种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽包括槽壳(10)、侧插阴极(I)、阴极导电排⑵、绝缘侧壁(3)、侧壁炉衬(4)、绝缘环(5)、金属导流板(6)、坩埚(7)、炉底⑶、阳极，所述的阴极(I)一端与阴极导电排(2)连接并埋入侧壁炉衬、绝缘侧壁(3)中，且从侧壁炉衬(4)下部位置插入到电解槽炉膛中，侧插阴极(I)位于阳极(9)下方，相对于阳极(9)水平平行位置带一定夹角。所述侧插阴极(I)位置始终高于炉底(8)及金属液面。所述侧插阴极⑴由钨或钥高熔点材料制作。所述侧插阴极(I)在槽内部分为柱状或板状，最好为板状，阴极有效面积满足在设计槽容量条件下阴极电流密度小于3A/cm2。当侧壁炉衬(4)使用导电性材料时，阴极⑴与侧壁炉衬⑷之间由绝缘环(5)隔绝。所述的侧插阴极⑴位于阳极(9)下方，该侧插阴极⑴向坩埚方向倾斜。侦_阴极(I)相对于阳极(9)水平平行位置的夹角大于0°且小于等于30°。运行过程中侧插阴极(I)与阳极(9)之间距离可低至30mm，阳极(9)自下而上消耗。侧插阴极⑴的下方设有金属导流板(6)和坩埚(7)，金属导流板(6)高于上炉底5 40mmo本电解槽用于以氟化物熔盐为电解质体系电解氧化物原料。本发明的优点是本发明的重要特征是从侧部插入的阴极与炉底有一定距离，从而保证了电解槽启炉和运行过程中产生的渣泥不会覆盖住阴极从而影响导电，并保证坩埚中金属液面不会成为阴极也即阴极面积保持一定。阴极位于阳极下方，两者之间为水平平行位置关系，也可使阴极有一定坡度以使析出的金属有利于流入坩埚中，运行过程中阴极与阳极之间距离可低至30mm，阳极自下而上消耗。阴极的下方设置有金属导流板和坩埚，未通过阴极直接流入坩埚中的金属可以通过金属导流板流入坩埚中。使用本电解槽，电解过程中槽电压低于5V，电流效率可以达到80%以上，这种电解槽大型化和自动化后经济技术指标更为理想，较现有电解槽型具有显著的节能环保优势，非常适合大型化清洁生产。
图I为本发明的电解槽沿纵向中心剖视2为本发明的电解槽沿横向中心剖视3为万安培的电解槽俯视图(图中未显示阳极)
具体实施例方式实施例I4000A的侧插潜没式下阴极金属钕电解槽，炉膛为600X640X300的方形槽，阴极由两块规格为135X500X10的钨板构成，炉内部分长度为300，设计阴极电流密度2. 47A/cm2,阴极导电排由铜排制作，阳极为8块，设计阳极电流密度为O. 92A/cm2,电解槽上部有阳极自动下降装置，使阳极随电解消耗自动下降以保证极间距在30mm至50mm范围内，绝缘侧壁为渗氮碳化硅，侧壁炉衬为半石墨质板，绝缘环为陶瓷材料，金属导流板由15_厚钨板制作，坩埚为钨烧结材料，外部保温砌体为保温棉和保温砖等构成；阴极从侧壁炉衬下部位置插入到电解槽炉膛中，离上炉底30mm，金属导流板高于炉底15mm。主要电解工艺技术指标电解槽温为1060°C，电解质高度为260mm，电流强度4000A,电解电压4. 9V，采用虹吸出金属，电解收率94%，统计电流效率81. 2%。实施例2·6000A的侧插潜没式下阴极金属镧电解槽，炉膛为600X1300X300的方形槽，阴极由4块规格为180X500X15的钨板构成，炉内部分长度为300，设计阴极电流密度2. 77A/cm2,阴极导电排由铜排制作，阳极为12块，设计阳极电流密度为O. 90A/cm2,电解槽上部有阳极自动下降装置，使阳极随电解消耗自动下降以保证极间距在30mm至50mm范围内，绝缘侧壁为渗氮碳化硅，侧壁炉衬为半石墨质板，绝缘环为陶瓷材料，金属导流板由5_厚钥板制作，坩埚为钥烧结材料，外部保温砌体为保温棉和保温砖等构成；阴极从侧壁炉衬下部位置插入到电解槽炉膛中，离上炉底30mm，金属导流板高于炉底15MM。主要电解工艺技术指标电解槽温为1020°C，电解质高度为260mm，电流强度6000A,电解电压4. 8V，采用虹吸出金属，电解收率93. 5%，统计电流效率80%。实施例310000A的侧插潜没式下阴极金属镨钕电解槽，炉膛为600 X 1800X300的方形槽，阴极由8块规格为140X500X25的钨板构成，炉内部分长度为300，设计阴极电流密度2. 98A/cm2,阴极导电排由铜排制作，阳极为16块，设计阳极电流密度为O. 91 A/cm2,阴极由电解槽纵向两侧插入电解槽中并均匀分布，电解槽上部有阳极自动下降装置，使阳极随电解消耗自动下降以保证极间距在30mm至50mm范围内，绝缘侧壁为渗氮碳化硅，侧壁炉衬为半石墨质板，绝缘环为陶瓷材料，金属导流板由8mm厚钥板制作，坩埚为钨烧结外衬钥坩埚，外部保温砌体为保温棉和保温砖等构成；阴极从侧壁炉衬下部位置插入到电解槽炉膛中，离上炉底30mm，金属导流板高于炉底15MM。主要电解工艺技术指标电解槽温为1050°C，电解质高度为260mm，电流强度6000A,电解电压5. 0V，采用虹吸出金属，电解收率93. 8%，统计电流效率82%。
权利要求
1.一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于它包括侧插阴极(I)、阴极导电排(2)、绝缘侧壁(3)、侧壁炉衬(4)、绝缘环(5)、金属导流板(6)、坩埚(7)、炉底(8)、阳极(9)、槽壳(10)，所述的阴极(I) 一端与阴极导电排(2)连接并埋入侧壁炉衬、绝缘侧壁(3)中，且从侧壁炉衬(4)下部位置插入到电解槽炉膛中，侧插阴极(I)位于阳极(9)下方，相对于阳极(9)水平平行位置带一定夹角。
2.根据权利要求I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于所述侧插阴极(I)位置始终高于炉底(8)及金属液面。
3.根据权利要求书I或2所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于所述侧插阴极(I)由钨或钥高熔点材料制作。
4.根据权利要求书I或2所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于所述侧插阴极(I)在槽内部分为柱状或板状，阴极有效面积满足在设计槽容量条件下阴极电流密度小于3A/cm2。
5.根据权利要求I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于当侧壁炉衬⑷使用导电性材料时，阴极⑴与侧壁炉衬⑷之间由绝缘环(5)隔绝。
6.根据权利要求I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于所述的侧插阴极⑴位于阳极(9)下方，该侧插阴极(I)向坩埚方向倾斜。
7.根据权利要求I或6所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于侧插阴极(I)相对于阳极(9)水平平行位置的夹角大于0°且小于等于30°。
8.根据权利要求I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于运行过程中侧插阴极(I)与阳极(9)之间距离可低至30mm，阳极(9)自下而上消耗。
9.根据权利要求I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，其特征在于侧插阴极(I)的下方设有金属导流板(6)和坩埚(7)，金属导流板(6)高于上炉底5 40mm。
10.一种权利要求书I所述的侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽用于以氟化物熔盐为电解质体系电解氧化物原料。
全文摘要
一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，它包括槽壳(10)、侧插阴极(1)、阴极导电排(2)、绝缘侧壁(3)、侧壁炉衬(4)、绝缘环(5)、金属导流板(6)、坩埚(7)、炉底(8)、阳极(9)，所述的阴极(1)一端与阴极导电排(2)连接并埋入侧壁炉衬、绝缘侧壁(3)中，且从侧壁炉衬(4)下部位置插入到电解槽炉膛中，侧插阴极(1)位于阳极(9)下方，相对于阳极(9)水平平行位置带一定夹角。电解槽以氟化物熔盐为电解质体系电解氧化物原料。本电解槽在电解过程中槽电压低于5V，电流效率可以达到80％以上，这种电解槽大型化和自动化后经济技术指标更为理想，较现有电解槽型具有显著的节能环保优势，非常适合大型化清洁生产。
文档编号C25C3/34GK102925931SQ20111022604
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者李宗安, 颜世宏, 陈德宏, 庞思明, 徐立海, 周林, 赵斌, 王志强 申请人:北京有色金属研究总院, 有研稀土新材料股份有限公司