一種新型稀土電解槽的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于稀土熔鹽電解領域，具體涉及一種新型稀土電解槽。
【背景技術】
[0002]當前工業生產稀土金屬的電解槽上口為敞開式，陰極和陽極為柱面平行垂直布置。這種結構導致現行稀土金屬電解生產效率低下、環境污染嚴重、工藝參數波動大、且難以實現大型化和自動化，嚴重阻礙稀土電解技術的進一步發展。研究表明:現行結構稀土電解槽槽體敞口輻射散熱占總熱支出的44.5%，從而導致電解槽不得不通過高電壓來維持電解槽的熱平衡。而電壓過高時，會在電解質中氧化物濃度不足時，使稀土氟化物分解嚴重，產生含氟氣體直接排放而污染環境。因此，開發大型節能環保的新型結構稀土電解槽是實現稀土電解工業及其技術發展的關鍵。
[0003]因此，研究者提出了采用電解過程的液態金屬作為陰極結構，如專利CN101368282A和CN200952043Y，他們采用底部陰極的布線方式，解決了上插式結構的布線問題，但是由于該結構的電解金屬一直處于電解區域內，容易造成電解后稀土金屬極易被二次氧化，因此電流效率低。專利CN101805914A采用底部為圓弧形凹面的陽極和頂部為凸面的陰極相對應，以達到低陽極電流密度和高陰極電流密度的目的，但由于陽極底部向內凹陷，陽極底部生成的氣泡不易排出，容易在陽極底部形成氣膜，甚至引發陽極效應，同樣也存在析出的金屬與電解質熔體接觸面大，電流效率低等問題。
【發明內容】
[0004]本發明提出了一種新型的稀土電解槽結構，該電解槽陰陽極以上下排布結構，滿足了稀土電解過程中所需要的低陽極電流密度，高陰極電流密度的要求，且有利于陽極氣泡排放，降低槽電壓。采用突起陰極，使得電解槽的高溫發熱區域上移，減輕了高溫對電解槽底部內襯的腐蝕，有利于延長電解槽壽命和減少金屬的二次反應，提高了電流效率。該發明還實現了封閉結構，有效解決了尾氣收集和敞口電解槽熱量損失的問題。且該電解槽所采取的陰極導電方式和下料方式，有利于實現電解槽的自動下料控制，可顯著提高稀土電解槽的自動化程度。該結構電解槽克服了傳統稀土電解槽在電解過程中極距的不斷變化且無法調整等問題，可以很方便地通過陽極高度調整極距大小而控制槽電壓和槽溫，電解過程中不需要頻繁調整電流來控制槽溫，因此，電解生產中電流可以保持恒定，也有利于電解槽的大容量化，提高了單槽的產能和勞動生產率。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0006]—種新型稀土電解槽，包括中空的槽體，所述的槽體內設有多個陽極、多個陰極、陰極鋼棒、金屬溝、下料器和石墨塊，所述的陽極中央位置留有縫隙且底面為四周向中央凹進的凹面，每個陽極的下方對應設有一個陰極，所述的陰極埋入凸起的耐高溫材料中，陰極的頂部為圓弧形凸面并突出在高溫絕緣材料外，耐高溫材料與陰極之間設有電絕緣層，每兩個陰極之間均有耐高溫材料下凹而形成的金屬溝，所述的陰極鋼棒位于陰極的底部并與陰極相連接，陰極鋼棒之間填充石墨塊，石墨塊與陰極鋼棒之間設有電絕緣層，所述的下料器設置于槽體頂部。
[0007]所述的一種新型稀土電解槽，陽極底部為圓弧形凹面，每個陽極由兩個陽極塊組成，兩塊陽極圍成一個圓弧凹面，且中央位置留出縫隙。
[0008]所述的一種新型稀土電解槽，陽極底部為圓弧形凹面，每行的陽極均由陽極塊組成，每行的陽極塊在首尾兩處為倒L形，中間部分的陽極塊為T形，每行陽極的數量為陽極塊數量減一。
[0009]所述的一種新型稀土電解槽，陰極頂部的圓弧形凸面下為長方體狀，且頂部圓弧形凸面在豎直方向上完全覆蓋下部。
[0010]所述的一種新型稀土電解槽，陰極的材料為鎢或鉬或碳。
[0011]所述的一種新型稀土電解槽，陰極頂部圓弧凸面與凸起的耐高溫材料之間采用斜面相連接，傾斜角度范圍為大于0°且不大于45°。
[0012]所述的一種新型稀土電解槽，所述下料器為點式下料器，數量至少為一個且位于金屬溝上方。
[0013]所述的一種新型稀土電解槽，槽體在陽極上部設有防護蓋，防護蓋與煙氣抽吸裝置相連接，使電解槽內存在負壓，石墨塊下方設有防滲層，防滲層下方設有保溫層，爐膛側壁鋪設耐火層和保溫層。
[0014]所述的一種新型稀土電解槽，陰極頂部高出耐高溫材料l-20cm。
[0015]所述的一種新型稀土電解槽，所述的耐高溫材料是由金屬材料或耐高溫絕緣材料構筑而成。
[0016]本發明的優點:
[0017](1)本發明的一種新型稀土電解槽，可實現陰極電流密度顯著高于陽極電流密度，且電場分布均勻，有利于提高電流效率，陽極的底部結構為向中央部分凹進的凹面，且中央留有較大縫隙，以利于氣泡排放。
[0018](2)本發明的一種新型稀土電解槽采用密閉的結構，能夠降低熱量損失，提高電能利用率，有效的收集電解過程所產生的尾氣，改善車間環境。
[0019](3)本發明的一種新型稀土電解槽，陰極為凸面，使電解槽的高溫區域上移，減輕了高溫對電解槽的腐蝕，延長了電解槽的壽命，減少了金屬的二次反應，提高了電流效率。
[0020]本發明的一種新型稀土電解槽采用底部導電和點式下料方式，有利于實現電解槽的大型化和自動化。
【附圖說明】
[0021]圖1為稀土電解槽結構及電極布置俯視圖；
[0022]圖2為圖1的A-A剖面圖；
[0023]圖3為圖1的B-B剖面圖；
[0024]圖4為實施例2的剖面圖。
[0025]其中1為陽極、2為陰極、3為陰極鋼棒、4為耐高溫材料、5為耐火層、6為保溫層、7為防滲層、8為防護蓋、9為金屬溝、10為下料器、11為石墨塊。
【具體實施方式】
[0026]實施例1:
[0027]參見圖1、圖2、圖3，本實施例的陽極下方放置陰極，陽極底部為圓弧形凹面，陰極頂部為圓弧形凸面，本實施例的一個陽極由兩個陽極塊拼成，兩個陽極塊之間留出一條縫隙，通過凹面與縫隙的結合，使氣泡排放更迅速，而不會滯留在陽極底部。本實施例在電解槽內共設有6個陽極和對應的6個陰極。陽極為石墨，陰極為鎢。陰極埋入在凸起的高溫絕緣材料中，陰極之間形成由高溫絕緣材料構成的縱橫交錯的金屬溝用以收集液體金屬，陰極底部與陰極鋼棒相連接，本實施例的每根