一种电解法生产稀土金属用方形电极的制作方法

本发明属于机械领域，涉及一种电解法生产稀土用设备，具体涉及一种电解法生产稀土金属用方形电极。

背景技术：

稀土有工业维生素的美称。现如今已成为极其重要的战略资源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57 到71 的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc） 和钇（Y）共17 种元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越来越大。

工业上大批量生产稀土金属一般使用熔盐电解法。该工艺是以稀土氟化物熔盐体系为电解质，石墨作电解槽及阳极材料，钨棒作阴极。在熔融的稀土氟化物（REF3、LiF）体系中，加入稀土氧化物（REO）熔解，稀土氟化物离解成稀土离子（RE3+）和（F-），稀土氧化物（REO）离解成稀土离子（RE3+）和氧离子（O2-）。在电场作用下，带正电的稀土离子向阴极移动并在阴极得到电子，析出得到稀土金属（RE）。

传统的方电解槽电解生产稀土金属使用的是圆柱形实心钨阴极，石墨电解槽、石墨阳极、钨阴极。其特点是阳极表面到阴极表面的距离不相等，即同块阳极到阴极的极距不相等，阳极表面的电力线密度稀，阴极表面的电力线密度密，阳极表面上的反应强弱不均，导致阳极中心与边缘的消耗速度不相等，则阳极消耗残余量大，阳极有效利用率低，造成稀土金属生产的阳极单耗高，成本较高；另一方面，阴极参与还原反应的有效表面积与阳极上的氧化反应的有效面积不对等，即阳极反应面积是阴极反应面积的2.6~3.6倍，致使单台电解炉的产率下降，电耗高。

技术实现要素：

为克服现有方电解槽、方阳极、实心圆阴极在稀土电解法生产过程中存在的技术缺陷，本发明公开了一种电解法生产稀土金属用方形电极。

本发明所述电解法生产稀土金属用方形电极，包括四块环形分布的阳极，其特征在于，还包括被阳极包围的阴极，所述阴极由四个面连续直角连接形成，所述阴极为尺寸小于阳极内腔的中空矩形，阴极各面的面积不大于对应面的阳极面积。

优选的，所述阴极的矩形形状长宽比例与阳极相同。

优选的，所述阴极的宽度与阳极相同。

优选的，所述阳极和阴极均为正方形形状。

优选的，所述阴极材料为钨板。

进一步的，所述阴极使用钨沉头螺钉两两连接钨板而成。

进一步的，所述中空矩形的内部空腔长宽均不小于100毫米。

采用本发明所述的电解法生产稀土用金属电极，有效增大了阴极的电解表面积，降低了传统的圆形棒阴极表面与阳极表面的不对等性，可以降低阴极表面的电流密度并降低阴阳极之间电压在6V以下，能耗有效降低20%，阳极消耗降低10~30%使单台电解炉的产量提高50%以上，具有显著的节能环保优势，非常适用于自动出炉的电解体系。

附图说明

图1为传统稀土电解电极的一种具体实施方式结构示意图；

图2为本发明的一种具体实施方式结构示意图；

图中附图标记名称为1-阳极，2-阴极，3-电解原料填充空间，4-石墨槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述电解法生产稀土用金属电极，包括矩形中空的阳极，还包括位于阳极内部的中空方阴极，所述阴极为尺寸约小于等于阳极内腔的中空矩形，所述阴极由四个面连续直角连接形成。

电解操作中，希望阴极2和分布在阴极四周的阳极1之间的距离不仅接近，而且各点的距离分布尽可能均匀。图1所示的传统方式，阳极为一个平面，而阴极为一个弧柱面，同一块阳极到阴极的短距水平面不相等，竖线相等，这使得图1的电极中实际上并不存在严格意义上的等势面，电场分布不均导致电解质量不高。阳极浪费大，消耗高，能耗高，产率下降。

本发明中，以矩形长方体阴极替换了原有的圆柱形阴极形状，如图2所示，使得在各个阴极面与对应阳极面距离处处相等，本领域技术人员通过适当调整矩形形状，使阴极的矩形形状长宽比例与阳极相同，可以使矩形阴极到阳极的距离在周向上处处相等，从而取得了一个大面积的等电势面，在电解槽中更易维持一个均匀分布的电场，大幅提高了电解质量。

阴极高度通常与阳极一致以获得最大的等势面，阴极和阳极优选设计为正方形电解槽，但也可设计为长方形，不管设计成正方形还是长方形，天然满足阴极到阳极的距离在周向上处处相等的优化原则，正方形设计在边角处由于左右两侧对称，从而弱化边角处的电场异化。

同时，本发明阴极由四个面连续直角连接形成，没有顶面和底面，内部为空心，减轻了整体重量，从而能让矩形尺寸扩大，减少了阴极表面到阳极的距离，进一步减小了电解所需电压，提高了电解效率，降低了电解能耗。阴极不设计顶面和底面也是出于电解应用需要，加快阴极内部液体流通，避免中空的阴极内部液体滞留不被电解。所述中空矩形的内部空腔长宽最好均不小于100毫米，以避免阴极内部液体流通不畅，同时在高压范围下，矩形阴极内部相对阳极具有一定电势差，避免高压击穿对板。

阴极材料一般为钨板，可以采用整体铸造方式，但整体铸造成本较高且不易维修，可以采用四块钨板连续拼接，在连接处使用钨沉头螺钉两两连接钨板而成，这种方式便于制造，成本较低，任意一块钨板损坏也可以随时更换。钨板厚度通常选择为3-30毫米，能够保证电解电压需要的同时减轻自身重量，从而扩大矩形阴极的尺寸。

采用本发明所述的电解法生产稀土金属用方形电极，具备如下优越性：

一．采用形状相互配合的阴极、阳极，在电解槽内形成了一个连续大面积的等势面，大幅改善了电解电场分布，有效提高了电解质量，等势面的确立也提高了电解效率。

二．空心形式的阴极使得阴极尺寸能够相对传统阴极扩大，减少了阴极、阳极之间的平均间距，从而降低了电解电压要求，减少了电解能耗。

三．本发明的电解阴极结构简单，制造方便，易于维修和更换部件，降低了使用成本。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。