CN110079834B - 一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及稀土金属制备设备领域，具体为一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法，包括电解炉，电解炉上设置有炉盖，电解炉内部固定有用来熔融电解质的内胆，炉盖上表面设置有驱动机构，炉盖的下表面靠近两端的位置分别设置有阳极柱和旋转辊，旋转辊上嵌接有阴极板，驱动机构与旋转辊连接使得旋转辊能够绕轴转动，旋转辊上设置有控制阴极板刮料的伸缩机构，驱动机构通过升降机构连接环套。该种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法，驱动机构带动旋转辊转动对阴极板上析出的金属刮下，提高电解效率高，避免阴极板的温度过高，提高阴极板的使用寿命，而且环套将阳极柱上的氯气剥离，避免氧化阴极板析出的金属进一步提高电流效率。

Description

一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及稀土金属制备设备领域，具体为一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法。

背景技术

熔盐电解法制取稀土金属是指在直流电流作用下，含有稀土金属的熔盐电解质中的稀土离子在电解槽的阴极获得电子还原成金属的方法，通常工业上采取氯化物熔盐电解质制取稀土金属，RECI3-KCl是目前较理想的电解质体系，由于NaCI比KCI价廉，所以RECI3-KCI-NaCl三元系也是工业上常用的电解质体系，当RECl3-KCl熔盐电解质在电解槽中进行电解时，阴极得到熔融稀土金属，在阳极析出氯气，同时消耗熔盐电解质中的氯化稀土和直流电量，为了提高电解效率，申请号：201720687074.0公开了一种生产稀土金属及合金的熔盐电解槽，其通过将一个阴极板设置在两个阳极柱之间，并通过驱动装置带动阴极板循环往复在两个阳极柱之间移动，使得改变电极间的位置，使得电解效率提高，并利用抽气装置将氯气抽出，但是阴极板在移动过程中会导致阴极板上吸出的金属与阳极柱靠近并被氯气再次氧化，从而降低了电流效率；阴极板上析出的金属附着在阴极上影响电解速率，并且金属包裹的阴极温度不能及时散出，温度过高造成损耗过快，并且阳极表面附着的氯气不能及时脱离阳极排出，容易对析出的金属再次氧化，产生阳极效应，降低电流效率，鉴于此，我们提出一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法，包括电解炉，电解炉上设置有炉盖，炉盖的上表面两端均固定有起吊板，电解炉内部固定有用来熔融电解质的内胆，炉盖上表面设置有驱动机构，炉盖的下表面靠近两端的位置分别设置有阳极柱和旋转辊，且旋转辊上嵌接有阴极板，驱动机构与旋转辊连接使得旋转辊能够绕轴转动，且旋转辊上设置有控制阴极板刮料的伸缩机构，驱动机构通过升降机构连接环套，环套套接在阳极柱上，炉盖的下表面中部固定有分隔机构，分隔机构上设置有浮台。

优选的，内胆上靠近旋转辊的侧边为圆弧形，且内胆的底面与水平面呈20°-30°的倾角，且内胆底部由阳极至阴极逐渐变低。

优选的，驱动机构包括固定在炉盖上表面的电机和定轴转动连接在炉盖上的轴杆，电机的输出轴通过涡轮蜗杆组件连接轴杆。

优选的，旋转辊的上端面中心固定有转轴，转轴的上端穿过炉盖，且中部固定有转盘轴承，并通过转盘轴承定轴转动连接在炉盖上，轴杆的一端与转轴的上端通过锥齿轮组件连接。

优选的，旋转辊上开设有多个凹槽，多个所述凹槽沿圆周走向均布在旋转辊的侧壁上，且凹槽沿旋转辊的轴线走向下端封闭，上端开口，旋转辊与内胆的圆弧形侧壁内表面的中部内切。

优选的，伸缩机构个数与阴极板个数对应，伸缩机构包括导向套和推杆，导向套垂直固定在转轴上，并且推杆滑动插接在导向套内，导向套的内部设置有弹簧，且推杆通过弹簧连接转轴，推杆指向导向套外侧的一端固定有竖直向下的螺套，螺套内部螺纹连接螺栓，并通过螺栓连接对应的阴极板的上侧边。

优选的，阳极柱设置有多个，并等间隔均布排列，炉盖上位于阳极柱的两侧开设有排气孔，阳极柱上端螺纹连接在炉盖上。

优选的，升降机构包括升降板，升降板上开设有水平走向的通槽，轴杆靠近阳极柱的一端垂直固定有摇杆，摇杆的自由端垂直固定有拨杆，且拨杆滑动连接在通槽内，升降台的下表面固定有竖直向下的吊杆，吊杆滑动插接在炉盖上，且吊杆与炉盖接触的通孔处固定有衬套，吊杆的下端固定有与阳极柱对应的环套，环套滑动套接在对应的阳极柱上，且内环面与阳极柱表面接触。

优选的，分隔机构包括固定在炉盖下表面中部的隔板，且隔板竖直向下，隔板上滑动套接有伸缩板，伸缩板两侧均固定有浮台。

一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：驱动机构通过锥齿轮组件带动旋转辊转动，旋转辊在伸缩机构和内胆的侧壁作用下，对阴极板上附着的金属刮料；

步骤二：驱动机构通过升降机构带动环套将阳极柱上的氯气剥离，并及时排出，分隔机构在浮台的作用下将电解质上部空间分割成两部分，阻隔阳极柱侧的氯气流向阴极板处。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明中，驱动机构带动旋转辊转动对阴极板上析出的金属刮下，提高电解效率高，有助于金属离子的快速的析出，而且即使的将阴极板上附着的金属刮下，避免阴极板的温度过高，提高阴极板的使用寿命，降低损耗；

2.本发明中，内胆的底部为倾斜状，使得从阴极板上刮下的金属沉向并聚集在内胆的底面较深处，阻碍金属向阳极柱移动，避免阳极效应，提高电流效率；

3.本发明中，驱动机构通过升降机构带动环套将阳极柱上的氯气剥离，并及时排出，避免氧化阴极板析出的金属，提高电流效率；

4.本发明中，分隔机构将熔融的电解质上部空间分割成两部分，阻隔阳极柱侧的氯气流向阴极板处，避免氯气对阴极板上析出的金属氧化，从而进一步提高电流效率。

附图说明

图1为本发明的总装截面结构示意图；

图2为图1中的A-A截面结构示意图；

图3为图1中的B处放大结构示意图；

图4为本发明中的升降板结构示意图。

图中：1-电解炉；2-炉盖；3-内胆；4-阳极柱；5-阴极板；6-电机；7-涡轮蜗杆组件；8-轴杆；9-锥齿轮组件；10-转轴；11转盘轴承；12-旋转辊；13-凹槽；14-摇杆；15-升降板；16-拨杆；17-吊杆；18-环套；19-衬套；20-起吊板；21-隔板；22-伸缩板；23-浮台；24-导向套；25-弹簧；26-推杆；27-螺套；28-螺栓；29-排气孔；30-通槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置及其使用方法，包括电解炉1，电解炉1上设置有炉盖2，炉盖2用来对内胆3进行封盖，避免热量的散发，提高电流效率，炉盖2的上表面两端均固定有起吊板20，起吊板20与起吊设备连接，便于炉盖2的安装和取出，电解炉1内部固定有用来熔融电解质的内胆3，内胆3采用采用致密石墨制造，避免熔盐电解质中的碳妨碍阴极金属凝聚，炉盖2上表面设置有驱动机构，炉盖2的下表面靠近两端的位置分别设置有阳极柱4和旋转辊12，且旋转辊12上嵌接有阴极板5，阳极柱4同样采用致密性的石墨制造，阴极板5采用钼或钨制成，驱动机构与旋转辊12连接使得旋转辊12能够绕轴转动，且旋转辊12上设置有控制阴极板5刮料的伸缩机构，伸缩机构使得阴极板5能在旋转辊12上往复移动，实现不断的刮料动作，驱动机构通过升降机构连接环套18，环套18套接在阳极柱4上，炉盖2的下表面中部固定有分隔机构，分隔机构上设置有浮台23，浮台23的作用是将伸缩板22浮起，并随电解质的液面相应的调整，防止在不影响电解质流动的情况下，对阳极柱4处的氯气进行阻隔，阴极板5和阳极柱4均电连接电源上对应的电极。

本实施例中，内胆3上靠近旋转辊12的侧边为圆弧形，利用内胆3的侧壁对阴极板5施加反作用力使得阴极板5向凹槽13内移动，进行刮料，且内胆3的底面与水平面呈20°-30°的倾角，且内胆3底部由阳极至阴极逐渐变低，倾斜的底部用来聚集阴极析出的金属，也可以在旋转辊12的下方开设聚集金属的沉槽。

本实施例中，驱动机构包括固定在炉盖2上表面的电机6和定轴转动连接在炉盖2上的轴杆8，电机6的输出轴通过涡轮蜗杆组件7连接轴杆8，涡轮蜗杆组件7结构简单，便于维护维修，而且传动稳定性高。

本实施例中，旋转辊12的上端面中心固定有转轴10，转轴10的上端穿过炉盖2，且中部固定有转盘轴承11，并通过转盘轴承11定轴转动连接在炉盖2上，轴杆8的一端与转轴10的上端通过锥齿轮组件9连接，转轴10采用耐高温导电金属，利用电刷与电源电连接。

本实施例中，旋转辊12上开设有多个凹槽13，多个所述凹槽13沿圆周走向均布在旋转辊12的侧壁上，且凹槽13沿旋转辊12的轴线走向下端封闭，上端开口，旋转辊12与内胆3的圆弧形侧壁内表面的中部内切，旋转辊12采用耐高温绝缘的材质制成，比如陶瓷材料。

本实施例中，伸缩机构个数与阴极板5个数对应，伸缩机构包括导向套24和推杆26，导向套24垂直固定在转轴10上，并且推杆26滑动插接在导向套24内，导向套24的内部设置有弹簧25，且推杆26通过弹簧25连接转轴10，推杆26指向导向套24外侧的一端固定有竖直向下的螺套27，螺套27内部螺纹连接螺栓28，并通过螺栓28连接对应的阴极板5的上侧边，导向套24、推杆26、螺套27和螺栓28均采用与阴极板5同样的材质，并且弹簧25采用耐高温弹簧，比如材质为CrV、CrSi、Inconel等高温合金材料制成的弹簧，螺套27与螺栓28便于对阴极板5拆卸安装，从而方便更换。

本实施例中，阳极柱4设置有多个，并等间隔均布排列，炉盖2上位于阳极柱4的两侧开设有排气孔29，阳极柱4上端螺纹连接在炉盖2上，排气孔29与收集氯气的收集装置连接，用来及时的排出氯气，避免与阴极金属反应。

本实施例中，升降机构包括升降板15，升降板15上开设有水平走向的通槽30，轴杆8靠近阳极柱4的一端垂直固定有摇杆14，摇杆14的自由端垂直固定有拨杆16，且拨杆16滑动连接在通槽30内，升降台15的下表面固定有竖直向下的吊杆17，吊杆17滑动插接在炉盖2上，且吊杆17与炉盖2接触的通孔处固定有衬套19，吊杆17的下端固定有与阳极柱4对应的环套18，环套18滑动套接在对应的阳极柱4上，且内环面与阳极柱4表面接触。

本实施例中，分隔机构包括固定在炉盖2下表面中部的隔板21，且隔板21竖直向下，隔板21上滑动套接有伸缩板22，隔板21和伸缩板22起到分隔空间的作用，伸缩板22两侧均固定有浮台23。

本发明的使用方法和优点：该种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置在使用时操作时包括以下步骤：

步骤一：如图1和图2，阳极柱4和阴极板5均电连接直流电源对应的电极，并通电使得电解质熔融，在电解时，电机6通电工作，电机6通过涡轮蜗杆组件7带动轴杆8转动，轴杆8的转动通过锥齿轮组件9带动转轴10转动，转轴10的转动同步带动旋转辊12转动，旋转辊12转动的同时带动阴极板5同步转动，随着旋转辊12的转动阴极板5逐渐与内胆3的圆弧形侧壁靠近，并接触，旋转辊12继续转动，带动阴极板5继续沿圆弧形侧壁移动，如图2设定旋转辊12逆时针转动，由于圆弧形侧壁边缘处到中线位置与旋转辊12的间距逐渐变小，因此内胆3的圆弧形侧壁对阴极板5施加反向作用力使得阴极板5向凹槽13内部移动，如图3，阴极板5移动的同时带动推杆26向导向24内部移动并压缩弹簧25，使得弹簧25获得一个恢复力；

在阴极板5向凹槽13内部移动的同时凹槽13的侧边析出并附着在阴极板5上的金属刮下，并在沉向内胆3底部，随着旋转辊12的继续转动，圆弧形侧壁的中线位置到另一边缘处与旋转辊12的间距逐渐变大，内胆3的圆弧形侧壁对阴极板5施加反向作用力逐渐变下，弹簧25在其恢复力作用下推动推杆26向导向套24外部移动，弹簧25伸长并复位，推杆26向导向套24外部移动的同时带动阴极板5向凹槽13外部移动，进行电解质中的金属的析出；

旋转辊12的转动不断地将阴极板5上析出的金属刮下，提高电解效率高，有助于金属离子的快速的析出，而且即使的将阴极板5上附着的金属刮下，避免阴极板5的温度过高，提高阴极板5的使用寿命，降低损耗，由于内胆3的底部为倾斜状，这样会使得从阴极板5上刮下的金属沉向并聚集在内胆3的底面较深处，这样就会尽可能的阻碍金属向阳极柱4移动；

旋转辊12带动阴极板5的转动，使得内胆3中的熔融电解质形成环流，一方面有助于尽快的将电解质中的金属析出，并提高金属析出量，另一方面环流的作用提高了电解质的流动速度和效率，这样就可以降低阴极板5和阳极柱4之间的电动势，节省能量，而且可以增加阴极板5和阳极柱4之间的间距，更有效的避免阳极效应，提高电流效率；

步骤二：轴杆8转动的同时，带动摇杆14绕轴杆8转动，摇杆14的转动带动拨杆16转动，拨杆16的运动轨迹为以轴杆8为圆心，摇杆14为半径的圆，如图4，在水平方向上拨杆16运动过程中，沿通槽30往复移动，在竖直方向上，拨杆16的上下移动同步带动升降板15上下移动，升降板15的移动通过吊杆17带动环套18同步沿阳极柱4上下移动，环套18在阳极柱4上的移动将附着在阳极柱4上的氯气气泡剥离阳极柱4并上升至电解质上部，通过排气孔29排出，由氯气收集装置收集，这样就尽可能的将阳极柱4上的氯气及时排出，避免氧化阴极板5上析出的金属，提高电流效率；

在熔盐电解过程中，分隔机构将熔融的电解质上部空间分割成两部分，在浮台23的作用下伸缩板22随电解质的液面上下移动，阻隔阳极柱4侧的空腔内部的氯气流向阴极板5处，避免氯气对阴极板5上析出的金属氧化，从而进一步提高电流效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，包括电解炉(1)，电解炉(1)上设置有炉盖(2)，所述炉盖(2)的上表面两端均固定有起吊板(20)，其特征在于：所述电解炉(1)内部固定有用来熔融电解质的内胆(3)，所述炉盖(2)上表面设置有驱动机构，所述炉盖(2)的下表面靠近两端的位置分别设置有阳极柱(4)和旋转辊(12)，且旋转辊(12)上嵌接有阴极板(5)；所述驱动机构与旋转辊(12)连接使得旋转辊(12)能够绕轴转动，且旋转辊(12)上设置有控制阴极板(5)刮料的伸缩机构，所述驱动机构通过升降机构连接环套(18)，所述环套(18)套接在阳极柱(4)上；所述炉盖(2)的下表面中部固定有分隔机构，所述分隔机构上设置有浮台(23)。

2.根据权利要求1所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述内胆(3)上靠近旋转辊(12)的侧边为圆弧形，且内胆(3)的底面与水平面呈20°-30°的倾角，且内胆(3)底部由阳极至阴极逐渐变低。

3.根据权利要求1所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述驱动机构包括固定在炉盖(2)上表面的电机(6)和定轴转动连接在炉盖(2)上的轴杆(8)，所述电机(6)的输出轴通过涡轮蜗杆组件(7)连接轴杆(8)。

4.根据权利要求3所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述旋转辊(12)的上端面中心固定有转轴(10)，所述转轴(10)的上端穿过炉盖(2)，且中部固定有转盘轴承(11)，并通过转盘轴承(11)定轴转动连接在炉盖(2)上，所述轴杆(8)的一端与转轴(10)的上端通过锥齿轮组件(9)连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述旋转辊(12)上开设有多个凹槽(13)，多个所述凹槽(13)沿圆周走向均布在旋转辊(12)的侧壁上，且凹槽(13)沿旋转辊(12)的轴线走向下端封闭，上端开口，所述旋转辊(12)与内胆(3)的圆弧形侧壁内表面的中部内切；所述伸缩机构个数与阴极板(5)个数对应，所述伸缩机构包括导向套(24)和推杆(26)，所述导向套(24)垂直固定在转轴(10)上，并且推杆(26)滑动插接在导向套(24)内，所述导向套(24)的内部设置有弹簧(25)，且推杆(26)通过弹簧(25)连接转轴(10)，所述推杆(26)指向导向套(24)外侧的一端固定有竖直向下的螺套(27)，所述螺套(27)内部螺纹连接螺栓(28)，并通过螺栓(28)连接对应的阴极板(5)的上侧边。

6.根据权利要求3所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述阳极柱(4)设置有多个，并等间隔均布排列，所述炉盖(2)上位于阳极柱(4)的两侧开设有排气孔(29)，所述阳极柱(4)上端螺纹连接在炉盖(2)上。

7.根据权利要求6所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述升降机构包括升降板(15)，所述升降板(15)上开设有水平走向的通槽(30)，所述轴杆(8)靠近阳极柱(4)的一端垂直固定有摇杆(14)，所述摇杆(14)的自由端垂直固定有拨杆(16)，且拨杆(16)滑动连接在通槽(30)内，所述升降台(15)的下表面固定有竖直向下的吊杆(17)，所述吊杆(17)滑动插接在炉盖(2)上，且吊杆(17)与炉盖(2)接触的通孔处固定有衬套(19)，所述吊杆(17)的下端固定有与阳极柱(4)对应的环套(18)，所述环套(18)滑动套接在对应的阳极柱(4)上，且内环面与阳极柱(4)表面接触。

8.根据权利要求1所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置，其特征在于：所述分隔机构包括固定在炉盖(2)下表面中部的隔板(21)，且隔板(21)竖直向下，所述隔板(21)上滑动套接有伸缩板(22)，所述伸缩板(22)两侧均固定有浮台(23)。

9.根据权利要求4所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：驱动机构通过锥齿轮组件(9)带动旋转辊(12)转动，旋转辊(12)在伸缩机构和内胆(3)的侧壁作用下，对阴极板(5)上附着的金属刮料；

步骤二：驱动机构通过升降机构带动环套(18)将阳极柱(4)上的氯气剥离，并及时排出，分隔机构在浮台(23)的作用下将电解质上部空间分割成两部分，阻隔阳极柱(4)侧的氯气流向阴极板(5)处。

10.根据权利要求9所述的一种用于稀土金属制备用的熔盐电解装置的使用方法，其特征在于：步骤一与步骤二同时进行工作或者按照顺利以步骤一、步骤二的依次顺序工作。

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