[实用新型]一种钨阴极以及包含该钨阴极的电解装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钨阴极以及包含该钨阴极的电解装置。特别地，该钨阴极为稀土熔盐电解炉中的钨阴极。背景技术

稀土金属元素是我国的重要优势资源和战略资源，其广泛应用于各个领域，素有“工业味精”、“工业黄金”、“新材料之母”的美誉。稀土元素是活性很强的金属，在通常条件下难以用一般的方法从其化合物中提炼出来。熔盐电解法是目前制备稀土金属及其合金的主要方法。熔盐电解法分为熔盐氯化物电解法和熔盐氧化物电解法。由于氯化物熔盐的高挥发性和稀土金属在其氯化物熔盐中溶解度很大，造成电耗高、电流效率低、收率低，同时电解过程产生大量氯气，对环境造成严重污染，因此，氯化物电解工艺逐渐淡出历史舞台，取而代之的便是氟化物熔盐体系氧化物电解工艺。 

熔盐氧化物电解法可以生产几乎所有的稀土金属及其合金，是稀土金属生产的主要方法。工业生产中主要采用熔盐氧化物电解法制取镧、铈、镨、钕等单一轻稀土金属和混合稀土金属。 

熔盐氧化物电解法生产稀土金属,需采用难熔和抗腐蚀金属阴极,一般采用钨棒或钼棒作为阴极，石墨作阳极。熔融电解液的温度一般为1000-1400℃，例如，电解稀土氧化钕生产金属钕的阴极工作温度为1000～1100℃,而钨钼材料在此类介质和高温下具有良好的抗腐蚀性,所以成为阴极的首选材料。由于钼阴极在电解质中抗腐蚀性差、消耗快,被腐蚀的钼进入稀土产品后使钼含量超标，因此为了满足客户对产品中杂质含量的要求,钼电极逐渐被淘汰,而钨由于具有比钼更强的抗腐蚀性,成为熔盐电解稀土阴极的首选。 

熔盐氧化物电解时，电解液采用氟化物-氧化物熔盐，电解电流一般高达3000-10000A左右，电解质温度最高可达1400℃，在这种条件下，钨阴极工作状况十分恶劣，插在电解液面以下部分不易氧化，而暴露在熔盐液面以上的钨阴极部位特别是靠近熔盐液面的部位，其温度最高，由于受到炉口气流作用，氧化作用十分强烈，导致该部位腐蚀最严重，是钨阴极最主要的失效形式。钨阴极腐蚀后因变细或断裂导致钨阴极整根报废，即使将钨阴极掉头使用，其使用寿命仍然不能超过一年。钨属于稀有金属，价格昂贵，频繁更换钨阴极增加了生产成本，影响了生产效率。 

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决稀土熔盐电解时存在的上述问题。 

本实用新型提供了一种熔盐电解钨阴极的新方案，不需要对熔盐电解炉做任何改动，仅需要通过在钨阴极本体上设置突出部方法，就达到延缓钨阴极使用寿命的目的。应理解，在使用时，突出部在液面以上，不与液面接触。 

具体地，本实用新型提供一种呈阶梯轴形式的钨阴极，其特征在于，该阴极具有本体，和 

设置在本体上的一个或两个突出部， 

该突出部的横截面积比本体的横截面积大。 

在一个实施方案中，所述突出部的横截面积比本体的横截面积大10%以上。 

在一个优选实施方案中，所述突出部的横截面积比本体的横截面积大10%－60%。 

在一个优选实施方案中，该阴极具有两个突出部。 

在一个优选实施方案中，所述突出部设置在本体的非末端位置。应理解，所述非末端位置是指钨阴极上末端以外的任何位置。 

在一个优选实施方案中，所述本体与突出部都为圆柱形。 

在一个优选实施方案中，所述两个突出部相对于本体的中心呈对称分布。 

在一个优选实施方案中，所述两个突出部相对于本体的中心呈非对称分布。 

在一个优选实施方案中，两个突出部的横截面积相同或不同。 

本实用新型还涉及一种电解装置，其包含如上所述的钨阴极。 

采用本实用新型的解决方案可以显著提高钨阴极的使用寿命。经实验，单头使用寿命8个月以上，比现有技术的钨阴极使用寿命延长1-3个月，双头使用寿命（即在本体上设有两个突出的情况下）为约一年半以上，比现有技术的阴极延长2-6个月。由于仅对钨阴极的突出部增大了直径，成本增加≤5%，而使用寿命延长超过20%以上。 

附图说明

图1为本实用新型的一个优选实施方案的示意图； 

图2为本实用新型的另一个实施方案的示意图。 

具体实施方式

图1示出了本实用新型的一个优选实施方案的示意图。钨阴极呈阶梯轴形式，包含本体1和在本体1上对称布置的突出部2。 

应理解，钨阴极两端直径较细部位（即本体）工作时会在熔盐电解液中。在实际使用时，当一端浸入熔盐电解液中（位于该端的突出部位于液面以上，不与液面接触）时，另一端用于连接熔盐电解炉原导电装置。由于突出部呈对称分布，可以掉头使用。