CN105256337B - 一种新型稀土电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型稀土电解槽，阳极中央位置留有缝隙且底面为四周向中央凹进的凹面，每个阳极的下方对应设有一个阴极，阴极埋入凸起的耐高温材料中，阴极的顶部为圆弧形凸面并突出在高温绝缘材料外，耐高温材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有耐高温材料下凹而形成的金属沟，阴极钢棒位于阴极的底部并与阴极相连接，阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，下料器设置于槽体顶部。本发明阴极凸面高于高温绝缘层，使电解槽的高温区域上移。电解槽所设计的金属沟降低了金属与电解质的接触面积，抑制金属的返溶，提高电流效率。电解槽的阳极形状有利于阳极气泡排放。
Description
技术领域
本发明属于稀土熔盐电解领域，具体涉及一种新型稀土电解槽。
背景技术
当前工业生产稀土金属的电解槽上口为敞开式，阴极和阳极为柱面平行垂直布置。这种结构导致现行稀土金属电解生产效率低下、环境污染严重、工艺参数波动大、且难以实现大型化和自动化，严重阻碍稀土电解技术的进一步发展。研究表明：现行结构稀土电解槽槽体敞口辐射散热占总热支出的44.5％，从而导致电解槽不得不通过高电压来维持电解槽的热平衡。而电压过高时，会在电解质中氧化物浓度不足时，使稀土氟化物分解严重，产生含氟气体直接排放而污染环境。因此，开发大型节能环保的新型结构稀土电解槽是实现稀土电解工业及其技术发展的关键。
因此，研究者提出了采用电解过程的液态金属作为阴极结构，如专利CN101368282A和CN200952043Y，他们采用底部阴极的布线方式，解决了上插式结构的布线问题，但是由于该结构的电解金属一直处于电解区域内，容易造成电解后稀土金属极易被二次氧化，因此电流效率低。专利CN101805914A采用底部为圆弧形凹面的阳极和顶部为凸面的阴极相对应，以达到低阳极电流密度和高阴极电流密度的目的，但由于阳极底部向内凹陷，阳极底部生成的气泡不易排出，容易在阳极底部形成气膜，甚至引发阳极效应，同样也存在析出的金属与电解质熔体接触面大，电流效率低等问题。
发明内容
本发明提出了一种新型的稀土电解槽结构，该电解槽阴阳极以上下排布结构，满足了稀土电解过程中所需要的低阳极电流密度，高阴极电流密度的要求，且有利于阳极气泡排放，降低槽电压。采用突起阴极，使得电解槽的高温发热区域上移，减轻了高温对电解槽底部内衬的腐蚀，有利于延长电解槽寿命和减少金属的二次反应，提高了电流效率。该发明还实现了封闭结构，有效解决了尾气收集和敞口电解槽热量损失的问题。且该电解槽所采取的阴极导电方式和下料方式，有利于实现电解槽的自动下料控制，可显著提高稀土电解槽的自动化程度。该结构电解槽克服了传统稀土电解槽在电解过程中极距的不断变化且无法调整等问题，可以很方便地通过阳极高度调整极距大小而控制槽电压和槽温，电解过程中不需要频繁调整电流来控制槽温，因此，电解生产中电流可以保持恒定，也有利于电解槽的大容量化，提高了单槽的产能和劳动生产率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种新型稀土电解槽，包括中空的槽体，所述的槽体内设有多个阳极、多个阴极、阴极钢棒、金属沟、下料器和石墨块，所述的阳极中央位置留有缝隙且底面为四周向中央凹进的凹面，每个阳极的下方对应设有一个阴极，所述的阴极埋入凸起的耐高温材料中，阴极的顶部为圆弧形凸面并突出在高温绝缘材料外，耐高温材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有耐高温材料下凹而形成的金属沟，所述的阴极钢棒位于阴极的底部并与阴极相连接，阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，所述的下料器设置于槽体顶部。
所述的一种新型稀土电解槽，阳极底部为圆弧形凹面，每个阳极由两个阳极块组成，两块阳极围成一个圆弧凹面，且中央位置留出缝隙。
所述的一种新型稀土电解槽，阳极底部为圆弧形凹面，每行的阳极均由阳极块组成，每行的阳极块在首尾两处为倒L形，中间部分的阳极块为T形，每行阳极的数量为阳极块数量减一。
所述的一种新型稀土电解槽，阴极顶部的圆弧形凸面下为长方体状，且顶部圆弧形凸面在竖直方向上完全覆盖下部。
所述的一种新型稀土电解槽，阴极的材料为钨或钼或碳。
所述的一种新型稀土电解槽，阴极顶部圆弧凸面与凸起的耐高温材料之间采用斜面相连接，倾斜角度范围为大于0°且不大于45°。
所述的一种新型稀土电解槽，所述下料器为点式下料器，数量至少为一个且位于金属沟上方。
所述的一种新型稀土电解槽，槽体在阳极上部设有防护盖，防护盖与烟气抽吸装置相连接，使电解槽内存在负压，石墨块下方设有防渗层，防渗层下方设有保温层，炉膛侧壁铺设耐火层和保温层。
所述的一种新型稀土电解槽，阴极顶部高出耐高温材料1-20cm。
所述的一种新型稀土电解槽，所述的耐高温材料是由金属材料或耐高温绝缘材料构筑而成。
本发明的优点：
(1)本发明的一种新型稀土电解槽，可实现阴极电流密度显著高于阳极电流密度，且电场分布均匀，有利于提高电流效率，阳极的底部结构为向中央部分凹进的凹面，且中央留有较大缝隙，以利于气泡排放。
(2)本发明的一种新型稀土电解槽采用密闭的结构，能够降低热量损失，提高电能利用率，有效的收集电解过程所产生的尾气，改善车间环境。
(3)本发明的一种新型稀土电解槽，阴极为凸面，使电解槽的高温区域上移，减轻了高温对电解槽的腐蚀，延长了电解槽的寿命，减少了金属的二次反应，提高了电流效率。
本发明的一种新型稀土电解槽采用底部导电和点式下料方式，有利于实现电解槽的大型化和自动化。
附图说明
图1为稀土电解槽结构及电极布置俯视图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图1的B-B剖面图；
图4为实施例2的剖面图。
其中1为阳极、2为阴极、3为阴极钢棒、4为耐高温材料、5为耐火层、6为保温层、7为防渗层、8为防护盖、9为金属沟、10为下料器、11为石墨块。
具体实施方式
实施例1：
参见图1、图2、图3，本实施例的阳极下方放置阴极，阳极底部为圆弧形凹面，阴极顶部为圆弧形凸面，本实施例的一个阳极由两个阳极块拼成，两个阳极块之间留出一条缝隙，通过凹面与缝隙的结合，使气泡排放更迅速，而不会滞留在阳极底部。本实施例在电解槽内共设有6个阳极和对应的6个阴极。阳极为石墨，阴极为钨。阴极埋入在凸起的高温绝缘材料中，阴极之间形成由高温绝缘材料构成的纵横交错的金属沟用以收集液体金属，阴极底部与阴极钢棒相连接，本实施例的每根阴极钢棒连接同一列的两个阴极。两根阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间以高温绝缘材料进行电绝缘，确保电流只经阴极和阴极钢棒而流出。阴极凸面与金属沟采用倾斜度为5°的斜坡相连，阴极凸面高出绝缘层5cm，阴极钢棒下方铺设防渗层，防渗层下方砌筑保温砖。稀土电解槽外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽外连接烟气抽吸装置，以吸附电解过程中产生的有害气体。采用点式下料的方法进行下料，下料器的数量为1个，下料点位于两排阳极中间的金属沟处。
实施例2：
参见图4，本实施例的阳极下方放置阴极，阳极底部为圆弧形凹面，阴极顶部为圆弧形凸面，本实施例在电解槽上部共设有6个阳极和6个阴极，分为两行设置，每行有对应的3个阳极和3个阴极，本实施例一行的3个阳极由4个阳极块拼成，中间的两个阳极块为T形，两侧的两个阳极块为倒L形，所拼成的阳极在阴极上方留出一条缝隙，通过凹面与缝隙的结合，使气泡排放更迅速，而不会滞留在阳极底部。阳极为石墨，阴极为钼。阴极埋入在凸起的金属材料中，阴极之间形成由金属材料构成的纵横交错的金属沟用以收集液体金属，阴极底部与阴极钢棒相连接。阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间以高温绝缘材料进行电绝缘，且阴极与金属材料之间也电绝缘，确保电流只经阴极和阴极钢棒而流出。阴极凸面与金属沟采用倾斜度为10°的斜坡相连，阴极凸面高出绝缘层10cm，阴极钢棒下方铺设防渗层，防止电解质和金属渗漏。防渗层下方砌筑保温砖。稀土电解槽槽体外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽内存在负压，以吸附电解过程中产生的有害气体。采用点式下料的方法进行下料，下料器的数量为3个，下料点位于两排阳极中间的金属沟处。
实施例3：
本实施例的阳极下方放置阴极，阳极底部为圆弧形凹面，阴极顶部为圆弧形凸面，本实施例的一个阳极由两个阳极块拼成，两个阳极块之间留出一条缝隙，通过凹面与缝隙的结合，使气泡排放更迅速，而不会滞留在阳极底部。本实施例在电解槽内共设有6个阳极和对应的6个阴极。阳极为石墨，阴极为碳。阴极埋入在凸起的高温绝缘材料中，阴极之间形成由高温绝缘材料构成的纵横交错的金属沟用以收集液体金属，阴极底部与阴极钢棒相连接，本实施例的每根阴极钢棒连接同一列的两个阴极。两根阴极钢棒之间填充石墨块，石墨块与阴极钢棒之间以高温绝缘材料进行电绝缘，确保电流只经阴极和阴极钢棒而流出。阴极凸面与金属沟采用倾斜度为45°的斜坡相连，阴极凸面高出绝缘层20cm，阴极钢棒下方铺设防渗层，防渗层下方砌筑保温砖。稀土电解槽外侧砌筑方型的保温砖，内侧砌筑方型的耐火砖。电解槽上方采用铝盖板进行覆盖，防止热量散失，且电解槽外连接烟气抽吸装置，以吸附电解过程中产生的有害气体。采用点式下料的方法进行下料，下料器的数量为6个，下料点位于两排阳极中间的金属沟处。
Claims (9)
1.一种新型稀土电解槽，其特征在于，包括中空的槽体，所述的槽体内设有多个阳极(1)、多个阴极(2)、阴极钢棒(3)、金属沟(9)、下料器(10)和石墨块(11)，所述的阳极中央位置留有缝隙且底面为四周向中央凹进的凹面，每个阳极的下方对应设有一个阴极，所述的阴极(2)埋入凸起的耐高温材料(4)中，阴极的顶部为圆弧形凸面并突出在高温绝缘材料外，耐高温材料与阴极之间设有电绝缘层，每两个阴极之间均有耐高温材料下凹而形成的金属沟(9)，所述的阴极钢棒(3)位于阴极的底部并与阴极相连接，阴极钢棒(3)之间填充石墨块(11)，石墨块与阴极钢棒之间设有电绝缘层，所述的下料器设置于槽体顶部；阴极顶部高出耐高温材料(4)1-20cm。
2.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，阳极(1)底部为圆弧形凹面，每个阳极由两个阳极块组成，两块阳极(1)围成一个圆弧凹面，且中央位置留出缝隙。
3.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，阳极(1)底部为圆弧形凹面，每行的阳极均由阳极块组成，每行的阳极块在首尾两处为倒L形，中间部分的阳极块为T形，每行阳极的数量为阳极块数量减一。
4.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，阴极(2)顶部的圆弧形凸面下为长方体状，且顶部圆弧形凸面在竖直方向上完全覆盖下部。
5.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，阴极的材料为钨或钼或碳。
6.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，阴极顶部圆弧凸面与凸起的耐高温材料之间采用斜面相连接，倾斜角度范围为大于0°且不大于45°。
7.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，所述下料器(10)为点式下料器，数量至少为一个且位于金属沟上方。
8.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，槽体在阳极上部设有防护盖(8)，防护盖与烟气抽吸装置相连接，使电解槽内存在负压，石墨块下方设有防渗层(7)，防渗层下方设有保温层(6)，炉膛侧壁从内向外依次铺设耐火层(5)和保温层(6)。
9.根据权利要求1所述的一种新型稀土电解槽，其特征在于，所述的耐高温材料(4)是由金属材料或耐高温绝缘材料构筑而成。
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