專利名稱：：下陰極稀土金屬電解槽及采用該電解槽的電解工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種下陰極稀土金屬電解槽和采用該電解槽的電解工藝。
背景技術(shù)：
：目前，以氧化物為原料、氟化物為熔鹽體系的稀土金屬電解，其電解槽型為上陰極電解槽，這種電解槽的特點是陽極和陰極從電解槽上方平行浸入到電解質(zhì)中，在正對著陰極的下方放置一個鎢或鉬等耐高溫耐腐蝕且不與稀土金屬反應(yīng)的坩堝用于承接電解出的金屬。當前工業(yè)生產(chǎn)使用的電解槽主要有30004000A小型電解槽和萬安以上的大型電解槽。中國專利99127580.2公開了一種在傳統(tǒng)氟化體系熔鹽電解槽上使用塊狀多陽極的電解槽，這種電解槽以圓形石墨槽為槽體，陰極從上方插入，環(huán)繞陰極有多個塊狀陽極，且陽極板是固定安裝在爐蓋板上，爐蓋板兼作導電板，陽極在電解過程中依次更換，更換過程中不間斷電解，目前30004000A小型的稀土電解槽都采用了這種方法。中國專利01212927.5公開了一種多陰極多陽極電解槽，這種電解槽由若干個石墨塊砌筑成方形石墨槽，內(nèi)壁連續(xù)環(huán)繞多個陽極板成矩形結(jié)構(gòu)，多個陰極間隔排列于石墨槽的縱向軸線上，這種槽型大多應(yīng)用在萬安電解槽上。中國專利02240881.9公開了一種熔鹽電解生產(chǎn)稀土金屬的圓形萬安培電解槽，這種電解槽采用圓形石墨槽，陽極為多層，陰極為多個；從電解槽中心位置向外，中心位置為圓柱狀陽極，環(huán)繞中心圓柱狀陽極為多根陰極，最外層為圓環(huán)型的陽極。以上電解槽共同的特點是，電解槽的陽極和陰極都從電解槽的上方平行插入電解質(zhì)中，陽極和陰極之間距離固定。這種槽型共有的缺點是，電解過程中隨著陽極的消耗，極距不斷增大，電壓隨之升高，帶來一部分的電能損失；上插陰極下端浸泡在液面下，剩余部分則暴露于空氣中，氣液界面處會發(fā)生復雜的多相反應(yīng)及機械摩損，導致該處成為易損部位，降低了陰極的使用壽命；電解槽溫度分布不均勻，底部爐溫低而上部爐溫高，造成爐底造渣，同時高溫液面使得電解質(zhì)揮發(fā)嚴重，影響電解收率；稀土金屬在陰極析出后流入坩堝的過程中，行程很長，使得金屬在電解質(zhì)中的二次回溶幾率、金屬與碳的反應(yīng)幾率大大增加，以上各種因素導致該種電解槽型的各項經(jīng)濟技術(shù)指標不高，每塊陽極碳塊的利用率在75%以下，普遍電流效率在80%以下，能量有效利用率只有約20%。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明提供一種下陰極稀土金屬電解槽，以減小陰極的損耗，提高電流效率，降低能耗，提高陽極的利用率；此外本發(fā)明提供了采用這種電解槽生產(chǎn)稀土金屬的新電解工藝，該工藝使電解稀土金屬產(chǎn)品的純度更高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于制備稀土金屬的電解槽，它包括陽極(1)、陰極(3)，所述的陰極設(shè)置在電解槽底部，電解出的單一或混合金屬匯集其上，液態(tài)金屬液面作為陰極表面，位于陰極上方的陽極與一傳動機構(gòu)連接，該傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)陰極和陽極之間的距離。本發(fā)明的下陰極稀土金屬電解槽的陰極結(jié)構(gòu)設(shè)置在電解槽的底部，在陰極結(jié)構(gòu)中埋入陰極導電棒，陰極導電棒的另一端伸出電解槽側(cè)壁與電源聯(lián)結(jié)，爐膛側(cè)壁使用絕緣性好的材料砌成，陽極浸入電解質(zhì)中與爐底的陰極相隔一定的距離，陽極用卡具緊固在水平導電母線上成為一體，安裝在電解槽上部托架上的傳動機構(gòu)通過絲杠連接水平導電母線，轉(zhuǎn)動傳動機構(gòu)的手輪使絲杠升降帶動水平導電母線和陽極升降(上、下活動)。在本發(fā)明的電解槽中，所述陰極結(jié)構(gòu)為耐稀土金屬腐蝕的可導電陶瓷材料或石墨碳塊與鎢、鉬、鉭等材料復合而成，在電解槽啟動初期，這種陰極結(jié)構(gòu)承擔陰極，當電解出稀土金屬后，稀土金屬液面起到陰極作用，稀土金屬離子擴散到稀土金屬液面作為陰極的表面后獲得電子還原成金屬，還原出的金屬直接向金屬產(chǎn)品中擴散，金屬的產(chǎn)出地點與收集地點在同一處，所以避免了金屬產(chǎn)品受雜質(zhì)污染，同時減少了金屬在電解質(zhì)中的再溶解。在本發(fā)明的電解槽中，所述陽極是石墨碳塊，石墨碳塊通過鋼板或者鋼爪固定上鋁制的導桿成為一組陽極；所述的水平導電母線是整體質(zhì)量較輕的結(jié)構(gòu)框架，框架的兩側(cè)表面整潔平整并導電性良好。在生產(chǎn)過程中，多根陽極通過卡具固定在水平導電母線上，通過傳動機構(gòu)陽極可以在陰極上方垂直升降；一方面可以保持陽極與陰極之間的距離基本不變，電壓保持在一個合理的范圍內(nèi)，避免無效電能損耗；另一方面陽極在垂直方向尺寸可以更大，陽極自下而上消耗，并逐漸向下輸送陽極，使得陽極的有效利用率更高。在本發(fā)明的電解槽中，所述電解槽上部托架是鋼結(jié)構(gòu)的框架，框架上安裝傳動螺桿機構(gòu)，通過傳動螺桿機構(gòu)提升或下降陽極組和水平導電母線，傳動螺桿機構(gòu)固定在托架上并用絕緣板絕緣。本發(fā)明電解槽型與以往現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點電解槽整體電壓降小，能耗低，陰極不消耗，以石墨碳塊為陽極時陽極碳塊利用率高，電流效率高，電解槽壽命長。如現(xiàn)有金屬釹電解槽的工藝指標為電流效率小于80%，每公斤金屬能耗大于8KW/h，槽電壓范圍在812V，電能利用率小于20%;而本發(fā)明的電解槽用于電解金屬釹其工藝指標為電流效率大于85%，每公斤金屬能耗小于6KW/h，槽電壓范圍在4.546.5V，電能利用率大于30%。采用本發(fā)明的下陰極熔鹽電解稀土金屬電解槽生產(chǎn)稀土金屬的電解工藝包括如下歩驟-(1)根據(jù)所需電解的稀土金屬產(chǎn)品，確定合適的陰極電流密度和陽極電流密度；(2)在電解槽中安裝好陽極，并裝入按比例配比好的電解質(zhì)，焙燒電解槽；(3)電解槽焙燒好后，調(diào)整電解槽溫度到初始電解槽溫，并適當調(diào)整陽極使電壓值到達正常電解范圍，開始加入氧化物原料，電解槽開始正常電解；(4)正常電解過程中，按一定的加料速度添加氧化物原料，使用石墨碳塊做陽極需隨著陽極的消耗逐漸下降陽極組，并對電壓進行監(jiān)控，電壓的調(diào)整采用升降陽極改變陰陽極極距的方式；(5)通過舀出、澆鑄或虹吸的方法出爐，獲得金屬產(chǎn)品。采用本發(fā)明下陰極電解槽型及工藝可以用于熔融鹽電解生產(chǎn)金屬La，Ce,Pr，Nd和混合金屬，其中混合金屬可以包括稀土元素La，Ce，Pr，Nd中的至少二種，采用本發(fā)明生產(chǎn)的金屬，碳含量將顯著降低。本發(fā)明中，陰極電流密度為16A/cm2，陽極電流密度為0.41.6A/cm2。圖l:下陰極稀土金屬電解槽縱向剖面圖1—陽極2—水平導電母線和托架3—陰極4一絕緣的電解槽側(cè)壁5—保溫砌體6—陰極導電棒圖2:下陰極稀土金屬電解槽側(cè)向剖面圖7—水平導電母線8—陽極卡具9一懸掛水平導電母線的升降絲桿IO—立柱母線ll一已部分消耗的舊陽極12_新陽極圖3:陽極與水平導電母線連接及水平導電母線升降示意圖13—陽極卡具螺桿，通過旋動螺桿來使卡具張合，陽極通過卡具的張合與水平導電母線分離或貼緊H一水平導電母線升降絲桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)，通過其動作升降水平導電母線包括帶動懸掛在水平導電母線上的陽極15—水平導電母線的導電板16—陽極導桿17_托架圖4:調(diào)整陰極和陽極之間距離示意圖A—陽極消耗后水平導電母線帶動陽極下降的距離D—陰陽極間距，陽極消耗后通過下降陽極保持極間距D的一定具體實施例方式實施例一以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鴿板作為陰極，陰極電流密度為4.3A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1A/cm2，用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為LaF3:LiF-15:4的電解質(zhì)熔鹽，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在950100(TC，正常電解控制電流強度為3500A，電解槽電壓控制在5.6V，按每小時加入約6.7Kg氧化料的速度，勻速加入La203料，平均每電解一小時可出金屬鑭約5.4kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.124Kg，電解槽使用壽命為1000天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表1。表1實施例五金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例三以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度為3.8A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.2A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為？^3丄1=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在1000105(TC，正常電解控制電流強度為3600A，電解槽電壓控制在5.6V，按每小時加入約7.2Kg氧化料的速度，勻速加入Pr60u料，平均每電解一小時可出金屬鐠約5.6kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.123Kg，電解槽使用壽命為1000天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表3。表3實施例五金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例四以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度設(shè)計為1A/cm2,陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度設(shè)計為0.4A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為NdF:,:LiF=10:1.2的電解質(zhì)，焙燒電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在1010110(TC，電流強度平均3500A，運行電壓5.8V，按每小時加入約6.87Kg氧化料的速度，勻速加入NdA料，平均每小時可出金屬釹約5.59kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.126Kg，電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表4，電解槽使用壽命為900天。表4實施例一金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例五以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鴿板作為陰極，陰極電流密度設(shè)計為6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度設(shè)計為0.4A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為NdF:,:LiF:10:1.2的電解質(zhì)，焙燒電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在10101100°C，電解槽運行電流強度為3400A，運行電壓5.8V，按每小時加入約6.8Kg氧化料的速度，勻速加入NdA料，平均每小時可出金屬釹約5.5kg，電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表5，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.125Kg，電解槽使用壽命為900天。表5實施例二金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例七以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鴿板作為陰極，陰極電流密度為6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.6A/cm2，用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為NdF.,:LiF=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在10101100'C，電解槽正常運行控制電流強度為3200A，電解槽電壓控制在5.8V，按每小時加入約6.3Kg氧化料的速度，勻速加入NdA料，平均每電解一小時可出金屬釹約5.lkg，每公斤金屬消耗陽極碳塊O.135Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表7。表7實施例四金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實施例八以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度為3.6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.2A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為NdF:,:UF=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在1010110(TC，控制電流強度為3600A，電解槽電壓控制在5.8V，按每小時加入約7Kg氧化料的速度，勻速加入Nd^料，平均每電解一小時可出金屬釹約5.75kg,每公斤金屬消耗陽極碳塊0.124Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表8。表8實施例五金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實施例九以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度設(shè)計為1A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度設(shè)計為0.4A/cm2，用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在上述槽中安裝好陽極碳塊，加入重量比為氟化鐠釹:氟化鋰=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒電解槽，當槽溫達到約97(TC，電解質(zhì)達到所需高度后通入直流電啟動電解槽，正常電解電流強度控制在3500A，電解槽電壓控制在5.6V,按每小時加入約6.5Kg氧化料的速度，勻速加入氧化鐠釹，平均每電解一小時可出金屬Pr-Nd約5.3kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.124Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表9。表9實施例六金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>實施例十以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度設(shè)計為6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度設(shè)計為0.4A/c<用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在上述槽中安裝好陽極碳塊，加入重量比為氟化鐠釹:氟化鋰=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒電解槽，當槽溫達到約970'C，熔化的電解質(zhì)達到所需高度后通入直流電，電流強度為3700A,電解槽電壓控制在5.6V,按每小時加入約6.8Kg氧化料的速度，勻速加入氧化鐠釹，平均每電解一小時后即可出金屬Pr-Nd約5.55kg,每公斤金屬消耗陽極碳塊O.124Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表10。表10實施例七金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鎢板作為陰極，陰極電流密度設(shè)計為1A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共釆用四塊陽極，陽極電流密度設(shè)計為1.6A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在上述槽中安裝好陽極碳塊，加入重量比為氟化鐠釹:氟化鋰=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒電解槽，當電解質(zhì)達到所需高度，槽溫達到約97(TC時直流電開始正常電解，電流強度控制在3200A，電解槽電壓控制在5.6V，按每小時加入約5.9Kg氧化料的速度，勻速加入氧化鐠釹，平均每電解一小時可出金屬Pr-Nd約4.8kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊O.131Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表ll。表ll實施例八金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實施例十二以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度為6A/cm2,陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.6A/cm2，用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在上述槽中安裝好陽極碳塊，加入重量比為氟化鐠釹:氟化鋰=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒啟動電解槽正常電解控制電流強度為3400A,電解槽電壓控制在5.6V，電解槽溫為980。C，按每小時加入約6.2Kg氧化料的速度，勻速加入氧化鐠釹，平均每電解一小時可出金屬Pr-Nd約5kg,每公斤金屬消耗陽極碳塊0.132Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表12。表12實施例九金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實施例十三以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度為3.6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.2A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架山角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在上述槽中安裝好陽極碳塊，加入重量比為氟化鐠釹:氟化鋰=10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，焙燒電解槽，等熔化的電解質(zhì)達到所需高度后通入直流電開始正常電解，控制電流強度為3500A，電解槽電壓控制在5.6V，電解槽溫為98(TC,按每小時加入約6.5Kg氧化料的速度，勻速加入氧化鐠釹，平均每電解一小時可出金屬鐠約5.26kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.126Kg，電解槽使用壽命為900天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表13。表13實施例十金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實施例十四以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鉤板作為陰極，陰極電流密度為1.6A/cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.2A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為REF3丄iF-10:1.5的電解質(zhì)熔鹽，其中REF3是LaCePrNd的氟化混合稀土，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在10001060'C，正常電解控制電流強度為3600A,電解槽電壓控制在5.6V，按每小時加入約7Kg氧化料的速度，勻速加入LaCePrNd混合稀土氧化料，平均每電解一小吋可出LaCePrNd混合稀土金屬約5.6kg,每公斤金屬消耗陽極碳塊O.123Kg，電解槽使用壽命為IOOO天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表14。表14實施例五金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實施例十五以高功率石墨塊為陰極的結(jié)構(gòu)材料，在石墨碳塊上部固定上的鎢板作為陰極，陰極電流密度為1.6A/Cm2，陽極為矩形體石墨塊，共采用四塊陽極，陽極電流密度為1.2A/cm2,用滲氮碳化硅板砌成長方形體型爐膛，爐膛外部為保溫砌體，槽上部托架由角鋼和方鋼焊接而成，用于支持水平導電母線，水平導電母線為雙邊平行的框架，碳陽極導桿卡緊在水平導電母線上，整個陽極組吊掛在電解槽上方。在電解槽中安裝好陽極，并裝入配比為REF3:LiF二10:1.2的電解質(zhì)熔鹽，其中RE&是LaCePr的氟化混合稀土，焙燒啟動電解槽；電解槽正常運行，槽溫控制在1000106(TC,JH常電解控制電流強度為3600A,電解槽電壓控制在5.6V，按每小時加入約8.SKg氧化料的速度，勻速加入LaCePr氧化料，平均每電解一小時可出LaCePr混合稀土金屬約7kg，每公斤金屬消耗陽極碳塊0.123Kg,電解槽使用壽命為1000天。電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表15。表15實施例五金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>對比例一傳統(tǒng)3KA電解槽，以內(nèi)經(jīng)450mm外徑600國，內(nèi)高570mra外高670mra的上端開口石墨圓筒裝在一個鐵套中作為電解槽爐膛，外部為1200ramX1200mmX1000咖的保溫砌體，上部為爐蓋板。四塊陽極與石墨圓筒壁相距25mm環(huán)石墨圓筒一周均部安裝在爐蓋板上，爐蓋板兼作導電板；以直徑為50mm鎢棒作為陰極，從石墨圓筒中央上方插入到電解槽中。在上述3KA電解槽中安裝好陽極，然后在爐內(nèi)放入一小塊短碳塊貼緊陽極，插入打弧碳棒頂?shù)教級K，進行打弧升溫，打弧半小時后，慢慢加入配比為NdF3:LiF^0:1.2電解質(zhì)，當熔鹽液面加到貼緊陽極時，鉗出短碳塊，繼續(xù)打弧至規(guī)定的液面高度和電解溫度(100(TC—105(TC)，將打弧碳棒提出，在爐底放入一內(nèi)徑100mm高100mm壁厚10mm的鎢或鉬制坩鍋用于承接電解出的金屬，插入鎢陰極棒，開始正常電解。電解槽正常運行，槽溫控制在10001050°C，電流強度為3600A，電壓9.5IOV，此時陽極電流密度為1.5A/cm2,陰極電流密度為5.7A/cm2，按每小時加入約6Kg氧化料的速度，勻速加入Nd203料，每48分鐘出一爐金屬3.87Kg，每公斤金屬消耗陽極約0.215Kg，電解槽使用壽命約為120天，電解金屬產(chǎn)品的化學成份見表16。表16對比例一金屬產(chǎn)品化學成份<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于制備稀土金屬的電解槽，它包括陽極(1)、陰極(3)，其特征在于陰極設(shè)置在電解槽底部，電解出的單一或混合金屬匯集其上，液態(tài)金屬液面作為陰極表面，位于陰極上方的陽極與一傳動機構(gòu)連接，該傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)陰極和陽極之間的距離。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于制備稀土金屬電解槽，其特征在于電解槽還包含有絕緣的電解槽側(cè)壁(4);陽極(1)吊掛在水平導電母線(7)上，母線與傳動機構(gòu)連接，傳動機構(gòu)安裝在托架(2)上；保溫砌體(5)和陰極導電棒(6)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于制備稀土金屬電解槽，其特征在于陽極(1)的個數(shù)為一塊或多塊，其材質(zhì)為石墨。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于制備稀土金屬電解槽，其特征在于陽極以卡具(8)吊掛于水平導電母線上，所述的傳動機構(gòu)為絲杠、絲母傳動機構(gòu)，所述的絲杠與水平導電母線(7)連接。5、一種制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于采用權(quán)利要求l所述的電解槽進行電解生產(chǎn)。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于，該方法包括以下歩驟(1)根據(jù)所需電解的單一或混合稀土金屬產(chǎn)品，確定合適的陰極電流密度和陽極電流密度；(2)在電解槽中安裝好陽極，裝入按一定比例配比好的電解質(zhì)，焙燒電解槽；(3)調(diào)整電解槽溫度到初始電解槽溫，調(diào)整陽極使電壓值到達正常電解范圍，加入氧化物原料，開始正常電解；(4)電解過程中，按一定的加料速度添加氧化物原料，保持電壓保持在一定范圍，并保持電流強度相對恒定；(5)出爐。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于，電解質(zhì)由氟化鋰及氟化稀土構(gòu)成，也可以添加包括氟化鈣、氟化鋇中的一種或兩種。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于，其陰極電流密度為16A/cm2，陽極電流密度為0.41.6A/cm2。9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于，電壓的調(diào)整采用升降陽極改變陰陽極極距的方式。10、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備單一或混合稀土金屬的方法，其特征在于，出爐方式為舀出、澆鑄或虹吸三者中的任何一種。全文摘要本發(fā)明提供一種下陰極稀土金屬電解槽及采用該電解槽的電解工藝。本電解槽包括陽極、陰極，所述的陰極設(shè)置在電解槽底部，電解出的單一或混合金屬匯集其上，液態(tài)金屬液面作為陰極表面，位于陰極上方的陽極與一傳動機構(gòu)連接，該傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)陰極和陽極之間的距離。本電解槽適合在氟化物電解質(zhì)體系中電解生產(chǎn)稀土金屬，包括生產(chǎn)鑭、鈰、鐠、釹的單一稀土金屬和這些元素之間的混合稀土金屬。本電解槽的陽極和陰極之間的距離可以隨時調(diào)整，電解槽的電能利用率高、電流效率高，輔助材料的有效利用率高，電解槽的壽命比現(xiàn)有電解槽更長，適于向大容量方向發(fā)展。文檔編號C25C7/00GK101368282SQ200710120258公開日2009年2月18日申請日期2007年8月14日優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日發(fā)明者龐思明,李宗安,李振海,楊啟山,王志強,斌趙,陳德宏,顏世宏申請人:北京有色金屬研究總院;有研稀土新材料股份有限公司