一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽的制作方法

本发明属于稀土金属合成设备技术领域，具体涉及一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽。

背景技术：

针对我国稀土金属冶炼技术、装备中存在的共性问题，以熔盐电化学、高温熔体理论为基础，综合运用计算机、化学、材料等学科的原理和技术研发而成的熔盐电解槽以及熔盐电解法，是目前国内外常见的生产混合和单一稀土金属是稀土金属生产设备及方法，使用的电解质体系包括稀土氯化物电解质(recl-kcl)和稀土氧化物电解质(reo-ref3)两种常见的体系。

现有技术中，中国专利cn202157124u公开了一种熔盐电解用电解槽，包括支架、置于支架上的槽体、密封盖、阴极、阳极、隔膜等装置，该装置具有电极间容易连接、且易于更换电极的优点，但是电极之间的距离不可调，随着金属和电极表面气泡的不断积累，如果电极之间的距离过小、不可调，容易导致气泡无法及时排出，将影响电解效率。

技术实现要素：

本发明提供的一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，电极之间的距离可调，解决了现有技术电极之间的距离过小、不可调，容易导致气泡无法及时排出，影响电解效率的问题。

本发明的目的是提供一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，包括电解槽本体，所述电解槽本体由外向内依次设置有壳体、保温层和溶液槽，所述电解槽本体上方盖合有封闭盖，所述封闭盖底部从左至右依次间隔且平行设置有第一阳极板、阴极板和第二阳极板，且所述阴极板滑动连接在所述封闭盖底部，并能在所述第一阳极板和所述第二阳极板之间移动，所述封闭盖上开设有两个排气口，两个所述排气口处均设置有抽气装置，所述封闭盖上还设置有第一氯气密度测试仪、第二氯气密度测试仪、控制器和驱动所述阴极板滑动的驱动装置，所述第一氯气密度测试仪的探头穿过所述封闭盖并靠近所述第一阳极板设置，第二氯气密度测试仪的探头穿过所述封闭盖并靠近所述第二阳极板设置，所述控制器分别与所述第一氯气密度测试仪、第二氯气密度测试仪、驱动装置和两个抽气装置电连接。

优选的，所述壳体两侧分别设有进液口和出液口，围绕所述溶液槽的外壁铺设有纵横交织的管道，相邻的管道之间均连通，所有的管道通过同一个出液口出水，并且通过同一个进液口进水，相邻的管道之间的缝隙以及所述保温层内填充有保温材料。

优选的，所述封闭盖的底部设置有与所述第一阳极板垂直的滑轨，所述阴极板的上端套设有保护套，所述保护套与所述滑轨滑动连接，所述驱动装置与所述保护套连接，用于驱动所述阴极板滑动。

优选的，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机的一端与所述保护套连接，另一端与所述控制器电连接。

优选的，所述壳体为铁壳。

优选的，所述第一阳极板、阴极板和第二阳极板均为形状和大小均相同的梳形板，且梳齿的位置一一相对。

优选的，所述抽气装置为抽风机。

优选的，所述壳体外部、靠近进液口处设置有制冷装置，所述制冷装置上设置有控温装置。

与现有技术相比，本实用发明提供的一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，具有以下有益效果：

1、主要用于无水稀土氯化物为原料的生产稀土金属及合金的制备过程，电解过程中，电极之间的位置可调，电解产生的气体可以及时排出，提高了电解效率；抽风机抽走氯气的同时，溶液槽内气压降低，也进一步促进氯气从电解液中溢散出。

2、通过设置纵横交织的管道，相邻的管道之间的缝隙以及保温层内填充有保温材料，当电解时，保温材料起到保温隔热的作用，当电解结束时，通过管道通入冷却液，加速溶液槽内物质的冷却，便于进行下一步操作。

3、制冷装置和控温装置的设置，使得一开始可以通入高温冷却液或冷却气体，避免溶液槽内外温差过大，开启制冷装置，逐渐降低冷却液或冷却气体温度，从而达到降温冷却溶液槽的效果。

4、第一阳极板、阴极板和第二阳极板均为形状和大小均相同的梳形板，且梳齿的位置一一相对，增大了各电极与电解液之间的接触面积，提高电解效率，且有利于气体排出。

附图说明

图1为本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽的结构示意图；

图2为本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽中阴极板与封闭盖的连接示意图；

图3是本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽中管道与溶液槽的连接示意图；

图4是本发明生产稀土金属及合金的熔盐电解槽中第一阳极板的结构示意图。

附图标记说明：1.壳体，11.进液口，12.出液口，2.保温层，21.管道，3.溶液槽，4.封闭盖，41.第一阳极板，42.阴极板，421.保护套，43.第二阳极板，44.排气口，45.抽气装置，5.第一氯气密度测试仪，51.第二氯气密度测试仪，6.控制器7.驱动装置，71.滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不应理解为本发明的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件操作。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。

本发明提供一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，具体如图1-4所示，包括电解槽本体，电解槽本体由外向内依次设置有壳体1、保温层2和溶液槽3，溶液槽3由耐火耐高温钢材制成，比如314号钢，壳体1两侧分别设有进液口11和出液口12，围绕溶液槽3的外壁铺设有纵横交织的管道21，相邻的管道21之间均连通，所有的管道21通过同一个出液口12出水，并且通过同一个进液口11进水，相邻的管道21之间的缝隙以及保温层2内填充有保温材料。保温材料是耐火砖、氧化铝陶瓷纤维等保温材料。

电解槽本体上方盖合有封闭盖4，封闭盖4底部从左至右依次间隔且平行设置有第一阳极板41、阴极板42和第二阳极板43，第一阳极板41和第二阳极板43安装在封闭盖4底部，第一阳极板41和第二阳极板43的上端外部均包裹有连接套，连接套与封闭盖4底部螺接，阴极板42滑动连接在封闭盖4底部，并能在第一阳极板41和第二阳极板43之间移动，以改变阴极板42与第一阳极板41和第二阳极板43之间的距离，封闭盖4上开设有两个排气口44，其中一个排气口44位于第一阳极板41正上方中心，另一个排气口44位于第二阳极板43正上方中心，两个排气口44处均设置有抽气装置45，封闭盖4上还设置有第一氯气密度测试仪5(fix800-cl2在线式氯气气体探测器，万安迪公司)、第二氯气密度测试仪51(fix800-cl2在线式氯气气体探测器，万安迪公司)、控制器6和驱动阴极板42滑动的驱动装置7，并且第一氯气密度测试仪5的探头穿过封闭盖4且靠近第一阳极板41设置，第二氯气密度测试仪51的探头穿过封闭盖4且靠近第二阳极板43设置，探头与第一阳极板41或者第二阳极板43之间的距离为2-10mm，控制器分别与第一氯气密度测试仪5、第二氯气密度测试仪51、驱动装置7和两个抽气装置45电连接。

需要说明的是，封闭盖4的底部设置有与第一阳极板41垂直的滑轨71，阴极板42的上端套设有保护套421，保护套421与滑轨71滑动连接，驱动装置7与保护套421连接，用于驱动阴极板42滑动。

驱动装置7为步进电机，步进电机的一端与保护套421连接，用于驱动阴极板42滑动，另一端与控制器6电连接。步进电机采用线位移的步进电机。

抽气装置45为抽风机。壳体1外部、靠近进液口11处设置有压缩机等制冷装置。

本发明的生产稀土金属及合金的熔盐电解槽主要用于无水稀土氯化物为原料的生产稀土金属及合金的制备过程，溶液槽3中根据实际需要放置适量电解液，第一阳极板41、阴极板42和第二阳极板43浸入电解液中，第一阳极板41、阴极板42和第二阳极板43的电极接口均设置于封闭盖4顶部。首先通过步进电机驱动阴极板42靠近第一阳极板41，这样在电场作用下，由于离子的运动距离短，第一阳极板41产生的氯气更多，当与第一阳极板41邻近的第一氯气密度测试仪5检测到氯气到达一定浓度时，将信号传输给控制器，这时控制器控制步进电机驱动阴极板42向第二阳极板43移动，这样第二阳极板43上产生的氯气逐渐增多，与此同时，控制器控制靠近第一阳极板41的抽气装置45抽走第一阳极板41附近产生的氯气，保证第一阳极板41与电解液之间具有良好的接触面积；当与第二阳极板43邻近的第二氯气密度测试仪51检测到氯气到达一定浓度时，将信号传输给控制器，这时控制器控制步进电机驱动阴极板42向第一阳极板41移动，这样第一阳极板41上产生的氯气逐渐增多，与此同时，控制器控制靠近第二阳极板43的抽气装置45抽走第二阳极板43附近产生的氯气，保证第二阳极板43与电解液之间具有良好的接触面积。如此循环往复直至电解结束，电解过程中，电极之间的位置可调，电解产生的气体可以及时排出，提高了电解效率。

抽风机抽走氯气的同时，溶液槽3内气压降低，也进一步促进氯气从电解液中溢散出。

另外，围绕溶液槽3的外壁铺设有纵横交织的管道21，相邻的管道21之间的缝隙以及保温层2内填充有保温材料。当电解时，保温材料起到保温隔热的作用，当电解结束时，通过管道21通入冷却液，加速溶液槽3内物质的冷却，便于进行下一步操作，管道21可采用钢管、陶瓷管等耐热材料制备。由于管道21与溶液槽3贴合，间隙非常小，间隙≤2mm，中间填充的保温材料，避免管道21与溶液槽3直接接触，一方面可以阻隔部分热量，另一方面又不至于阻挡冷却效果。

壳体1外部、靠近进液口11处设置有压缩机等制冷装置，制冷装置上设置有控温装置，控温装置包括温度传感器、51系列型号的第一单片机，第一单片机分别与温度传感器和制冷装置电连接，用于控制制冷装置的开启和关闭，一开始可以通入高温冷却液(水、水蒸汽)或者冷却气体(水蒸气、氮气、氦气等惰性气体)，避免溶液槽3内外温差过大，开启制冷装置，逐渐降低冷却液或者冷却气体温度，从而达到降温冷却溶液槽3的效果。

需要说明的是，控制器6采用51系列型号的第二单片机均可，壳体1为铁壳，这些材料均易获得，且成本低。

需要说明的是，步进电机等驱动装置、电线、控制器、抽风机等均用隔热、耐热、耐高温的氧化铝陶瓷纤维、耐火砖、石棉等材料包裹，防止这些部件的磨损。

需要说明的是，第一阳极板41、阴极板42和第二阳极板43均为形状和大小均相同的梳形板，且梳齿的位置一一相对。且第一阳极板41和第二阳极板43为石墨阳极板，阴极板42为钼阴极板。增大了各电极与电解液之间的接触面积，提高电解效率，且有利于气体排出。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。