[发明专利]侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽

说明书

技术领域

本发明属于熔盐电解冶金设备，主要涉及一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽

背景技术

稀土金属生产工艺中，熔盐电解是单一稀土金属、混合稀土金属及稀土中间合金的主要生产方法，历来稀土熔盐电解所采用的槽型为敞口式，阴极和阳极从电解槽上方插入熔盐中，阴极与阳极之间呈垂直平行关系，两者之间距离即极距通常大于100mm并随着电解进行而逐渐增大，电解槽电压为8.5v～12v之间，平均电流效率通常低于80％，此外高电压电解及电解槽表面高温还导致氟化物的电解及电解质挥发，对环境造成污染。稀土金属作为稀土永磁、稀土储氢等功能材料的主要原料，其需求量越来越大。随着稀土金属产业集中度不断提高，以及GB26451-2011《国家稀土工业污染物排放标准》的颁布实施，对节能环保大型熔盐电解槽的需求越来越迫切，因此，近年来下阴极结构形式的稀土电解槽得到重视，这种电解槽的主要特点为，阴极浸没在电解槽底部，阳极悬挂与阴极上方，阴极与阳极之间水平平行布置，这种结构方式电解槽利于随着阳极的消耗调整阳极与阴极之间的距离，从而保持极距在最佳的范围，并降低电解槽电压，这种电解槽的发热区在电解槽中下部位置，使得电解槽温度场分布更为合理，由于电解槽阳极位于阴极上方，阳极析出的气体对金属的二次氧化减少从而可提高电流效率，同时这种电解槽还有利于大型化自动化等诸多优点，现授权和公开的相关专利主要有：

中国专利200620149620.2公布了一种电解生产稀土金属及其合金的液态阴极电解槽，其阴极从电解槽体侧部或底部导入电解槽膛内，与设置在电解槽底部的接收器连接，使接收器内的液态金属产品直接成为槽体的阴极。

中国专利200710120258.5公布了一种下阴极稀土金属电解槽及采用该电解槽的电解工艺，其特征是阴极设置在电解槽底部，电解出的单一或混合金属汇集其上，液态金属液面作为阴极表面，阴极和阳极之间的距离可随时调整。

中国专利200620149620.2所公布的电解槽，底部与侧壁之间使用绝缘材料隔开，由于稀土熔盐电解无法避免的要产生或多或少的渣泥，当电解槽底部形成渣泥达到一定量时，底部与侧壁导通，从而侧壁成为阴极的一部分，造成部分稀土金属在侧壁筑炉材料上析出，导致电流效率大幅降低。此外，电解槽的起始阴极为电解槽底部的接收器，也即起始导电面位于电解槽低洼位置，在焙烧启动过程中产生的渣泥极易覆盖阴极表面，使得启动时电流远低于设计值，并随之逐渐温度降低，产生的少量金属又很容易与渣泥混合形成硬块，使电解槽炉况急剧恶化；即便正常启动，在运行过程中遇炉况差渣泥多或停电等影响也很容易导致阴极的导电不正常。中国专利200710120258.5虽然采用绝缘的侧壁，但阴极也在电解槽底部位置，起始阴极面也处于电解槽低洼位置，同样存在此类问题。这些问题的存在对电解槽的稳定运行造成了影响。

发明内容

本发明的目的是针对下阴极电解槽中，阴极容易被渣泥覆盖的问题，提供一种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽，本电解槽从侧部插入的阴极与炉底有一定距离，从而保证了电解槽启炉和运行过程中产生的渣泥不会覆盖住阴极从而影响导电，并保证坩埚中金属液面不会成为阴极也即阴极面积保持一定，使用本电解槽，电解过程中槽电压低于5V，电流效率可以达到80％以上，这种电解槽大型化和自动化后经济技术指标更为理想，较现有电解槽型具有显著的节能环保优势，非常适合大型化清洁生产。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

这种侧插潜没式下阴极稀土熔盐电解槽包括：槽壳(10)、侧插阴极(1)、阴极导电排(2)、绝缘侧壁(3)、侧壁炉衬(4)、绝缘环(5)、金属导流板(6)、坩埚(7)、炉底(8)、阳极(9)，所述的阴极(1)一端与阴极导电排(2)连接并埋入侧壁炉衬、绝缘侧壁(3)中，且从侧壁炉衬(4)下部位置插入到电解槽炉膛中，侧插阴极(1)位于阳极(9)下方，相对于阳极(9)水平平行位置带一定夹角。

所述侧插阴极(1)位置始终高于炉底(8)及金属液面。

所述侧插阴极(1)由钨或钼高熔点材料制作。

所述侧插阴极(1)在槽内部分为柱状或板状，最好为板状，阴极有效面积满足在设计槽容量条件下阴极电流密度小于3A/cm²。

当侧壁炉衬(4)使用导电性材料时，阴极(1)与侧壁炉衬(4)之间由绝缘环(5)隔绝。

所述的侧插阴极(1)位于阳极(9)下方，该侧插阴极(1)向坩埚方向倾斜。侧插阴极(1)相对于阳极(9)水平平行位置的夹角大于0°且小于等于30°。