專利名稱：沉浸式稀土電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉浸式稀土電解槽，屬于稀土電解設(shè)備。
背景技術(shù)：
大型稀土氧化物氟鹽體系電解槽是改變我國(guó)目前稀土氧化物電解制備稀土金屬 的小、散、亂的落后局面，提高了稀土金屬產(chǎn)品質(zhì)量的均一性和穩(wěn)定性的有效發(fā)展方向，但 由于現(xiàn)有大槽型在電極配置方式上仍然沿用20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)的上插陰陽(yáng)極模式，如專 利CN98104785. 8，CN02240881. 9及CN200820138112. 3都采用了這種結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)在 放大的同時(shí)暴露出很多問(wèn)題1、爐口陽(yáng)極石墨和槽體石墨氧化嚴(yán)重，造成陽(yáng)極有效利用率偏低以及槽體中修過(guò) 于頻繁；2、由于槽體溫度高無(wú)合適絕緣材料進(jìn)行槽體絕緣，槽體漏電損失嚴(yán)重；3、目前稀土電解槽大型化過(guò)程中布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題上部敞口較大，槽體無(wú)保溫 措施，熱量損失嚴(yán)重，生產(chǎn)過(guò)程明顯受環(huán)境溫度和換熱條件變化的影響。就現(xiàn)有槽型結(jié)構(gòu)而 言，直接應(yīng)用于電解的電能不足整流設(shè)備二次輸出電能的40% ；4、目前敞開(kāi)式和上掛陰、陽(yáng)極的布置方式不合理，在電解過(guò)程中，溫度場(chǎng)不穩(wěn)定， 流場(chǎng)不均勻的問(wèn)題，造成結(jié)瘤現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)影響電解的正常進(jìn)行；5、陰極產(chǎn)生的金屬液滴流入底部接受器的行程較大，且該部位電解質(zhì)流動(dòng)較強(qiáng)， 使稀土金屬在熔鹽中的溶解損失增加，造成電解電流效率偏低，同時(shí)由于底部鉬坩堝接收 器在槽底形成一個(gè)突出的臺(tái)階，生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)該處容易結(jié)瘤，嚴(yán)重時(shí)影響生產(chǎn)；6、目前稀土電解槽大型化過(guò)程中布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)阻礙了稀土電解 槽進(jìn)一步大型化的發(fā)展空間，該結(jié)構(gòu)在獲取電解金屬液時(shí)需使電解槽停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)才 能進(jìn)行，嚴(yán)重影響電解電流效率的提高。7、現(xiàn)有大型氟鹽體系稀土電解槽電流效率約80 %，鋁電解槽同樣是氟鹽體系電解 槽，由于其陰極放置在槽底部且原料溶解度較大、密度差較小，其電流效率在92%以上，因 此稀土電解槽還有很大的發(fā)展空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用側(cè)進(jìn)電沉浸方式布置陽(yáng)極，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量消耗 少，電流效率高，環(huán)保效益好，布線結(jié)構(gòu)合理，維護(hù)容易的沉浸式稀土電解槽。技術(shù)解決方案本發(fā)明包括陰極、陽(yáng)極、石墨坩堝、絕緣層、坩堝收集器、碳粉、耐火 材料層、保溫層、鐵皮，石墨坩堝中部位置設(shè)有陽(yáng)極支座，陽(yáng)極懸掛在陽(yáng)極支座上并沉浸在 電解質(zhì)熔液里。陽(yáng)極外環(huán)壁面與軸線呈5 8°傾斜角。陽(yáng)極支座在內(nèi)環(huán)壁面與軸線呈5 8°傾斜角，傾斜角的方向與陽(yáng)極的傾斜角方向 相反。
陽(yáng)極支座上設(shè)置有一個(gè)陽(yáng)極或并排設(shè)置至少兩個(gè)陽(yáng)極。石墨坩堝槽采用整體成型或分塊砌筑，四周為圓角、圓形或橢圓結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)陽(yáng)極支座將陽(yáng)極沉浸在電解質(zhì)里面，改進(jìn)電解槽陰極和陽(yáng)極的配置及 布置方式，這樣的陽(yáng)極布置方式改變了傳統(tǒng)的上掛式陽(yáng)極布置方式，更有利于電解電流的 有效利用，這種新型的陽(yáng)極和陰極的布置方式在增加電解電流密度時(shí)比傳統(tǒng)電極布置方式 的槽電壓低，同時(shí)由于陰極陽(yáng)極采用不同的進(jìn)電方式，大大簡(jiǎn)化了電解槽擴(kuò)容時(shí)布線結(jié)構(gòu) 復(fù)雜的限制。本發(fā)明通過(guò)改變陽(yáng)極和陰極的個(gè)數(shù)的配置及布置方式，可實(shí)現(xiàn)稀土金屬電解時(shí)需 要的工作電流要求，陽(yáng)極采用側(cè)進(jìn)電方式懸掛沉浸式，陰極采用上進(jìn)電掛式結(jié)構(gòu)，在車(chē)間通 過(guò)縱向布置方式，實(shí)現(xiàn)電解過(guò)程的工業(yè)化和大型化，簡(jiǎn)化布電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于采用在電解槽外圍結(jié)構(gòu)增設(shè)保溫層和絕緣層，把絕緣層設(shè)在耐火層及 保溫層之間既可起到絕緣的效果同時(shí)也可降低絕緣層對(duì)溫度的要求，解決了傳統(tǒng)電解槽由 于高溫?zé)o法絕緣的現(xiàn)象，并在石墨坩堝與耐火層之間填充碳粉的方法以防止石墨坩堝因熱 脹冷縮而損壞，石墨坩堝底部采用斜底鉬坩堝收集器，這結(jié)構(gòu)解決了傳統(tǒng)電解槽臺(tái)階結(jié)瘤 的現(xiàn)象，在金屬的收集時(shí)，直接在四個(gè)陽(yáng)極中間取金屬就可以，不用停產(chǎn)，有利于金屬收集 方便金屬的收取，提高金屬的收得率。本發(fā)明電場(chǎng)流場(chǎng)分布更加合理，電流效率明顯提高而且減少環(huán)境污染，達(dá)到了節(jié) 能，高產(chǎn)，有效的解決目前稀土熔鹽電解槽溫度場(chǎng)不穩(wěn)定、流場(chǎng)不均勻的問(wèn)題，同時(shí)也解決 了目前稀土電解槽大型化過(guò)程中布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明220KA電解槽電極布置剖面圖；圖3為本發(fā)明40KA電解槽電極布置剖面圖；圖4為陽(yáng)極與陽(yáng)極支座裝配放大圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明電解槽為多陽(yáng)極側(cè)進(jìn)電方式，在石墨坩堝3側(cè)壁上采用預(yù)設(shè)陽(yáng)極支座5的 方式，將陽(yáng)極支座5兩端分別設(shè)置石墨坩堝3側(cè)壁中部，陽(yáng)極2放置在陽(yáng)極支座5上的孔內(nèi)， 陽(yáng)極支座5的設(shè)置位置必須能夠保證將陽(yáng)極2沉浸在電解質(zhì)熔液11里，陽(yáng)極2為圓環(huán)狀， 陽(yáng)極2外環(huán)壁設(shè)置為具有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極的外環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支 座5內(nèi)環(huán)壁面設(shè)置為具有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極支座5的內(nèi)環(huán)壁面與軸線呈5-8°， 陽(yáng)極支座5的傾斜方向與陽(yáng)極2的傾斜方向相反，這樣可方便陽(yáng)極2的安裝和更換，裝配時(shí) 陽(yáng)極支座5與陽(yáng)極2可緊密配合減少陽(yáng)極2進(jìn)電時(shí)的接觸電阻。陽(yáng)極支座5可根據(jù)陽(yáng)極的布置情況組合設(shè)計(jì)，陽(yáng)極支座5上可設(shè)置有一個(gè)陽(yáng)極，也 可并排設(shè)置至少兩個(gè)陽(yáng)極，通過(guò)陽(yáng)極2中心采用上進(jìn)電掛式結(jié)構(gòu)放置陰極1，這樣陰極1和 陽(yáng)極2進(jìn)電裝置可分空間布置，使復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；陰極1下面放置鉬坩堝接收器6收 集金屬釹；外圍槽體為復(fù)合型槽型結(jié)構(gòu)由石墨坩堝3、絕緣層4、碳粉7、耐火材料層8、保溫 層9和鐵皮10組成，在石墨坩堝3外圍添加中間碳粉7，在耐火材料層8和保溫層9之間添加一層絕緣層4，這樣可以保證電解槽在不漏電的情況下進(jìn)行，提高電能利用率，減少能量 消耗。石墨坩堝3底部設(shè)有向中間聚集斜底鉬坩堝收集器6，以方便金屬的收集，提高金屬 的收得率。實(shí)施例1本發(fā)明為20KA新型沉浸式稀土電解槽該新型沉浸式稀土電解槽槽體為石墨坩 堝3，陽(yáng)極支座5兩端分別設(shè)置石墨坩堝3側(cè)壁中部，陽(yáng)極支座5的設(shè)置位置必須能夠保證 將陽(yáng)極2沉浸在電解質(zhì)熔液11里，陽(yáng)極支座5采用鉬合金陽(yáng)極支座，陽(yáng)極支座5在槽中心 均勻固定4根陽(yáng)極2 (如附圖2所示)，陽(yáng)極2為圓環(huán)狀，陽(yáng)極2外環(huán)壁設(shè)置為具有一定的傾 斜度，傾斜度為陽(yáng)極的外環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座5內(nèi)環(huán)壁面設(shè)置為具有一定的傾 斜度，傾斜度為陽(yáng)極支座5的內(nèi)環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座5的傾斜方向與陽(yáng)極2的 傾斜方向相反，四陽(yáng)極2所圍中心可作為均勻布料中心和取金屬口，通過(guò)4根陽(yáng)極2中心放 置4根陰極1，陰極1下面放置斜底鉬坩堝收集器6收集金屬釹，石墨坩堝3的外圍槽體為 方形槽型結(jié)構(gòu)。石墨坩堝3外圍添加中間碳粉7，在中間碳粉層7和耐火材料8之間添加 一層絕緣層4，這樣可以保證電解在不漏電的情況下進(jìn)行，提高電能利用率，減少能量消耗。 石墨坩堝3底部采用斜底鉬坩堝收集器6，這結(jié)構(gòu)斜底鉬坩堝收集器6在金屬的收集時(shí)，金 屬就會(huì)聚在石墨坩堝3中心底部，不用斷電停產(chǎn)，直接在四個(gè)陽(yáng)極2所圍槽中心取金屬就可 以或采用虹吸裝置從該處取金屬。實(shí)施例2本發(fā)明為40KA新型沉浸式稀土電解槽該新型沉浸式稀土電解槽槽體為石墨坩 堝3，在石墨坩堝3側(cè)壁用鉬合金陽(yáng)極支座5在槽中心均勻固定8根陽(yáng)極2(如附圖3所 示)，四陽(yáng)極2所圍槽中心可作為多點(diǎn)均勻布料中心和出金屬出，陽(yáng)極支座5的設(shè)置位置必 須能夠保證將陽(yáng)極2沉浸在電解質(zhì)熔液11里，該陽(yáng)極2為圓環(huán)狀，陽(yáng)極2外環(huán)壁設(shè)置為具 有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極的外環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座5內(nèi)環(huán)壁面設(shè)置為具 有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極支座5的內(nèi)環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座5的傾斜方向 與陽(yáng)極2的傾斜方向相反，通過(guò)8根陽(yáng)極2中心放置8根陰極1，陰極1下面放置斜底鉬坩 堝收集器6收集金屬釹，石墨坩堝1外圍槽體為方形槽型結(jié)構(gòu)。石墨坩堝3外圍添加中間 碳粉7，在中間碳粉層7和耐火材料8之間添加一層絕緣層4，這樣可以保證電解在不漏電 的情況下進(jìn)行，提高電能利用率，減少能量消耗。石墨坩堝3底部采用斜底鉬坩堝收集器6， 這結(jié)構(gòu)斜底鉬坩堝收集器6在金屬的收集時(shí)，金屬就會(huì)聚在石墨坩堝3中心底部，不用斷電 停產(chǎn)，直接在四陽(yáng)極2所圍槽中心取金屬就可以或采用虹吸裝置從該處取金屬。實(shí)施例3本發(fā)明為大型新型沉浸式稀土電解槽該新型沉浸式稀土電解槽槽體為石墨坩堝 3，根據(jù)生產(chǎn)電流需要在石墨坩堝3側(cè)壁用鉬合金陽(yáng)極支座5在槽中心均勻固定多根陽(yáng)極 2(如附圖2、圖3所示)，陽(yáng)極2所圍槽中心可作為多點(diǎn)均勻布料中心和出金屬出，陽(yáng)極支座 5的設(shè)置位置必須能夠保證將陽(yáng)極2沉浸在電解質(zhì)熔液11里，該陽(yáng)極2為圓環(huán)狀，陽(yáng)極2外 環(huán)壁設(shè)置為具有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極的外環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座5內(nèi)環(huán) 壁面設(shè)置為具有一定的傾斜度，傾斜度為陽(yáng)極支座5的內(nèi)環(huán)壁面與軸線呈5-8°，陽(yáng)極支座 5的傾斜方向與陽(yáng)極2的傾斜方向相反，通過(guò)4根陽(yáng)極2中心放置4根陰極1，陰極1下面 放置接收器6收集金屬釹，石墨坩堝3的外圍槽體為方形槽型結(jié)構(gòu)。石墨坩堝3外圍添加中間碳粉7，在中間碳粉層7和耐火材料8之間添加一層絕緣層4，這樣可以保證電解在不 漏電的情況下進(jìn)行，提高電能利用率，減少能量消耗。石墨坩堝3底部采用斜底鉬坩堝收集 器6，這結(jié)構(gòu)斜底鉬坩堝收集器6在金屬的收集時(shí)，金屬就會(huì)聚在石墨坩堝3中心底部，不用 斷電停產(chǎn)，直接在陽(yáng)極2所圍槽中心取金屬就可以或采用虹吸裝置從該處取金屬。
由于該石墨坩堝3槽型結(jié)構(gòu)每組陰極1、陽(yáng)極2電解時(shí)電場(chǎng)互不影響，因此可以無(wú) 限擴(kuò)展，提高單槽生產(chǎn)量。
權(quán)利要求
沉浸式稀土電解槽，包括陰極(1)、陽(yáng)極(2)、石墨坩堝(3)、絕緣層(4)、坩堝收集器(6)、碳粉(7)、耐火材料層(8)、保溫層(9)、鐵皮(10)，其特征在于石墨坩堝(3)中部位置設(shè)有陽(yáng)極支座(5)，陽(yáng)極(2)懸掛在陽(yáng)極支座(5)上并沉浸在電解質(zhì)熔液里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉浸式稀土電解槽，其特征在于陽(yáng)極(2)外環(huán)壁面與軸線 呈5 8°傾斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉浸式稀土電解槽，其特征在于陽(yáng)極支座(5)在內(nèi)環(huán) 壁面與軸線呈5 8°傾斜角，傾斜角的方向與陽(yáng)極(2)的傾斜角方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉浸式稀土電解槽，其特征在于陽(yáng)極支座(5)上設(shè)置有一 個(gè)陽(yáng)極或并排設(shè)置至少兩個(gè)陽(yáng)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉浸式稀土電解槽，其特征在于石墨坩堝槽(3)采用整體 成型或分塊砌筑，四周為圓角、圓形或橢圓結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉浸式稀土電解槽，屬于稀土電解設(shè)備。本發(fā)明包括陰極、陽(yáng)極、石墨坩堝、絕緣層、坩堝收集器、碳粉、耐火材料層、保溫層、鐵皮，石墨坩堝中部位置設(shè)有陽(yáng)極支座，陽(yáng)極懸掛在陽(yáng)極支座上并沉浸在電解質(zhì)熔液里。本發(fā)明通過(guò)陽(yáng)極支座將陽(yáng)極沉浸在電解質(zhì)里面，改進(jìn)電解槽陰極和陽(yáng)極的配置及布置方式，這樣的陽(yáng)極布置方式改變了傳統(tǒng)的上掛式陽(yáng)極布置方式，更有利于電解電流的有效利用，這種新型的陽(yáng)極和陰極的布置方式在增加電解電流密度時(shí)比傳統(tǒng)電極布置方式的槽電壓低，同時(shí)由于陰極陽(yáng)極采用不同的進(jìn)電方式，大大簡(jiǎn)化了電解槽擴(kuò)容時(shí)布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜的限制，實(shí)現(xiàn)電解過(guò)程的工業(yè)化和大型化，簡(jiǎn)化布電結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C25C3/34GK101845641SQ20091021558
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者伍永福, 劉中興, 李姝婷 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)