一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统的制作方法

本实用新型涉及熔盐电解设备技术领域，涉及一种生产轻稀土金属及合金的熔盐电解槽，具体涉及一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统。

背景技术：

中国稀土熔盐电解工业起源于20世纪80年代，随着科技的不断发展，4000～6000A稀土电解槽往往存在电解工艺参数不稳定、产能低、产品均一性和稳定性差，难以实现大规模生产的要求。

现有生产稀土金属及合金的方法主要为氟化物熔盐体系氧化物电解法，现已采用的电解槽结构主要有以下几种：

公开号为CN 2O3360596U的中国专利公开了一种电解槽，采用凹凸拼接方式砌筑而成，虽然在尺寸上进行扩大，但是在启炉过程中电解质的用量为1500kg，电解收率为95％，料比还未达到最优，且石墨消耗较大。

公开号为CN2372329Y的中国专利公开了一种电解槽，其中的电解槽内衬为石墨砌筑，外部有碳质打结层和耐火保温层，此结构不受石墨材料尺寸的限制，单槽容量可达10KA,同时石墨阳极改为分体片状置于阴极周围，产品中碳含量得到了降低，但该电解槽石墨砌筑较为繁琐，极易发生熔盐渗漏现象，不易实现工业化应用。

为此，我们提出了一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个主要目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统。

为了实现上述技术方案，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统，包括石墨内衬体，所述石墨内衬体外侧依次设置有防膨胀石墨冷捣层、内保护层、保温层、绝缘层、外保护层；

其中，所述石墨内衬体顶部设有开口、其内部为一空腔、其底部设有上宽下窄的放置槽，所述放置槽内用于设置金属接收器，所述石墨内衬体的侧壁上设有石墨阳极，所述石墨内衬体的上方通过导电盖板设置有金属阴极、且所述金属阴极由上向下延伸并悬空设置于所述石墨内衬体的空腔内。

根据本实用新型的一实施方式，所述石墨阳极具有上宽下窄的结构。

根据本实用新型的一实施方式，所述石墨阳极的背面为一平面，其正面设有一向内凹陷的圆弧面。

根据本实用新型的一实施方式，所述石墨内衬体为一体成型。

根据本实用新型的一实施方式，所述金属接收器具有上宽下窄的结构，其内部为一容纳腔体。

根据本实用新型的一实施方式，所述内保护层、外保护层采用钢壳制成。

根据本实用新型的一实施方式，所述金属阴极为金属钨阴极。

根据本实用新型的一实施方式，所述石墨阳极包括两个部分，其上半部分为抗氧化层，其下半部分为石墨电解消耗层。

根据本实用新型的一实施方式，所述抗氧化层的厚度为70—100mm、长度为70—200mm。

根据本实用新型的一实施方式，所述石墨电解消耗层的厚度为40—60mm、长度为300—400mm。

由上述技术方案可知，本实用新型具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本实用新型所述节能型万安培稀土熔盐电解槽系统能提高金属产量、提高电流效率、提高稀土收率，降低石墨、电能的消耗。

本实用新型所述石墨内衬体是一体成型，不再采用拼接方式，易发生热胀冷缩而变形，为此设计了防膨胀石墨冷捣层。配合设计相应的金属接收器，所述金属接收器抗老化、抗热变形，延长其使用寿命。配合设计相应的石墨阳极，提高石墨阳极使用寿命，保证石墨阳极消耗速度均匀，减少石墨阳极残疾率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统一实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型所述节能型万安培稀土熔盐电解槽系统的俯视图；

图3为本实用新型所述金属接收器的结构示意图；

图4为本实用新型所述金属阳极的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-石墨内衬体；

2-防膨胀石墨冷捣层；

3-内保护层；

4-保温层；

5-绝缘层；

6-外保护层；

7-金属接收器；

8-石墨阳极；

9-导电盖板；

10-金属阴极。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、2、3、4，图1为本实用新型所述一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统一实施方式的结构示意图，图2为本实用新型所节能型万安培稀土熔盐电解槽系统的俯视图，图3为本实用新型所述金属接收器的结构示意图；图4为本实用新型所述金属阳极的结构示意图。

本实用新型所述一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统，包括石墨内衬体1，所述石墨内衬体1外侧依次设置有防膨胀石墨冷捣层2、内保护层3、保温层4、绝缘层5、外保护层6、金属接收器7、石墨阳极8、导电盖板9、金属阴极10。

在本实用新型中，所述石墨内衬体1顶部设有开口、其内部为一空腔、其底部设有上宽下窄的放置槽，所述放置槽内用于设置金属接收器7，所述石墨内衬体1的侧壁上设有石墨阳极8，所述石墨内衬体1的上方通过导电盖板9设置有金属阴极10、且所述金属阴极10由上向下延伸并悬空设置于所述石墨内衬体1的空腔内。进一步地，如图4所示，所述石墨阳极8具有上宽下窄的结构，所述石墨阳极8的背面为一平面，其正面设有一向内凹陷的圆弧面。

本实用新型所述石墨内衬体1为一体成型，减少了启炉和电解过程中电解质渗漏产生的浪费，克服了现有技术中采用拼接式设计、易导致电解质泄漏的问题。由于采用一体式成型的石墨内衬体1，在保证整体强度的腔体下，所述石墨内衬体1的深度加深、尺寸加大，提高了电解质的容量，电解电流提高到15000A，而电压基本不变。

本实用新型所述石墨内衬体1的成分包括石墨碎、鳞片石墨、稀土氧化物、无烟煤、石油焦、中温煤沥青、粘接剂，采用配料、混捏、震动压制成型、分段焙烧的加工工艺制成。

进一步地，石墨碎：1mm≤粒径≤2mm为2-5％；

0.1mm≤粒径≤1mm为2-15％；

0.01mm≤粒径≤0.1mm为14-35％；

0.001mm≤粒径≤0.01mm为20-40％；

鳞片石墨：2-25％；

稀土氧化物：12-15％；

无烟煤：2-5％；

石油焦：2-5％；

中温煤沥青：2-5％；

粘接剂：2-25％。

本实用新型中，采用保温层4，提高了电解槽的保温性能，减少了热量散失。所示保温层4为现有技术，所述的保温层4可采用保温泡沫制成。所述金属阴极10为金属钨阴极。所述内保护层3、外保护层6采用钢壳制成。

本实用新型中，所述金属接收器7具有上宽下窄的结构，其内部为一容纳腔体，克服了现有稀土熔盐电解槽中接收器寿命短、易被非稀土元素污染的缺陷。本实用新型所述金属接收器7中成分包括钨为0.1～10％，钼为0.1～10％，铌为50～99％。采用上宽下窄的结构，便于金属进入本金属接收器7内部，同时整体采用钨、钼、铌合金，使得使用寿命大幅提高，且进入本金属接收器7的金属不易被污染。

本实用新型所述防膨胀石墨冷捣层2的成分包括：石墨粉50～80％、石墨块2～20％、稀土氟氧化物2～5％、石墨焦油2～10％。所述防膨胀石墨冷捣层2采用大块的石墨和稀土炉渣氟氧化物，减少防膨胀石墨冷捣层2的挥发，有效保护石墨内衬体1及延长石墨内衬体1的使用寿命。

为了减少石墨阳极8残疾率，延长石墨阳极8使用寿命，采用上厚下薄的设计方案，在气液两相处增加石墨的厚度；同时，为了保证石墨阳极8电流密度均匀，正面以阴极为中心采用1/4圆弧，背面采用平面的方案，保证石墨阳极8的均匀消耗。其配套金属阴极10电流密度为4-5A/cm²，石墨阳极8电流密度为0.8-1A/cm²。

进一步地，所述石墨阳极8分为两个部分，其上半部分为抗氧化层，厚度为70—100mm，长度为70—200mm，其下半部分为石墨电解消耗层，厚度为40—60mm，长度为300—400mm。本实施例中，如图4所示，所述石墨阳极8的背面的平面宽度为30—80mm，而两侧的侧面也为平面，其侧面的宽度为30—50mm。

本实用新型所述一种节能型万安培稀土熔盐电解槽系统，按图2所示位置安装排列，且电解槽槽体为非密闭型；配置三个金属阴极10，其材料为钨，直径85mm；氟化物熔盐体系成分选择范围为：75～98％(wt.％)ReF3，2～25％(wt.％)LiF；通入直流电，电解温度为1060±30℃；其配套金属阴极10电流密度为4-5A/cm²，石墨阳极8电流密度为0.8-1A/cm²；电解产物金属钕或镨钕在金属阴极10上析出，继而沿着金属阴极10进入金属接收器7。其电流效率为88％，所得金属钕(镨钕)的成分为C<0.03％，Si<0.03％，Fe<0.2％，RE>99％。

本实用新型所述的电解槽系统已在实际工业生产中应用，其全年平均生产数据如下：

电解电流：15000安培

产量：15吨/月；

直接电耗平均值：6.5度/公斤；

石墨消耗：160公斤/月；

单个阳极石墨消耗时间：50小时；

料比：1.1997；

坩埚使用寿命：2年；

槽体使用寿命：4年；

电流效率：88％。

综上所述，本实用新型所述节能型万安培稀土熔盐电解槽系统能提高金属产量、提高电流效率、降低石墨、电能的消耗。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。本文所述的实施例说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。