一種高效節能稀土金屬電解槽的製作方法

2023-08-09 20:25:46 2

本發明涉及稀土冶煉技術領域，特別涉及一種高效節能稀土金屬電解槽。

背景技術：

稀土熔鹽電解是製備稀土金屬及其合金的重要方法之一,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，極距為15～20cm。這種結構導致現行稀土金屬電解槽電壓高，生產效率低下、環境汙染嚴重、工藝參數波動大，嚴重阻礙稀土電解技術的進一步發展。當前，噸金屬能耗高達10000kWh左右，能量利用率很低，絕大部分能量被消耗在極距電壓降上，且大量的能量均以熱的形式向外散失，研究表明現行結構稀土熔鹽電解槽槽體敞口輻射散熱佔總熱支出的44.5％。且槽電壓過高時，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汙染環境。因此，降低槽電壓、減小電解槽側部及頂部散熱、控制煙氣排放等現行槽存在的問題的解決是實現稀土電解工業及其技術發展的關鍵。

技術實現要素：

為了解決目前稀土電解槽能耗高、環境汙染嚴重的技術問題，本發明提供一種可降低電解槽的槽電壓，實現了節能降耗且能降低環境汙染的高效節能稀土金屬電解槽。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，

一種高效節能稀土金屬電解槽，包括槽本體、鉬坩堝、陰極和陽極，所述的鉬坩堝設置於槽本體內的底部，所述的陽極環繞槽本體內壁豎直圓筒狀設置，所述的陰極豎直設置於槽本體中央處，所述的陰極為底端密封的空心圓筒。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的陰極的半徑為5-15cm，筒壁的厚度為1-4cm。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的陰極是由鎢或鉬製成。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的陰極的外壁從頂端到電解槽內的電解質液面下1-5cm處覆蓋有絕緣層。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的絕緣層為絕緣塗層或BN管。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的槽本體的頂部設有用於封閉槽頂部開口的頂蓋。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的頂蓋上設有通孔，通孔通過排氣管道連接外部負壓排氣裝置。

所述的一種高效節能稀土金屬電解槽，所述的槽內襯結構自外向內依次設有耐火磚、陶瓷纖維板、石墨粉和石墨槽體，所述的耐火磚和陶瓷纖維板層的接觸面上均分別設有鐵皮層，所述的耐火磚的厚度為5-20cm、陶瓷纖維板厚度為1-10cm、石墨粉層的厚度為1-5cm、石墨槽體的厚度為10-15cm。

本發明的技術效果在於，通過增大陰極半徑減小了陰極附近電壓降，可大大降低電解槽的槽電壓；本發明在保持極距、陽極電流密度和電解質體電流密度均不變的情況下，可相較於傳統槽減小槽電壓1.7V以上，實現了大幅度節能降耗。同時，採用本發明的大直徑空心圓筒陰極，在保持相同極距、爐膛深度等條件下，大大增加了槽內電解質的數量，有利於氧化稀土原料的溶解和提高槽內熱穩定性，槽運行穩定性顯著提升，相應地槽電流容量和生產能力也大幅度提高，且低槽電壓可減少稀土氟化物的分解，降低煙氣中的氟含量。保溫材料的加強減少了側部熱量的損失，同時彌補低槽電壓帶來的熱收入減少，增加了能量利用率。上端加蓋的設計既減少了頂部熱量的損失，同時控制了煙氣的排放，減少了電解車間的空氣汙染。

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為採用本裝置進行模擬仿真計算的實驗結果圖；

其中1為鉬坩堝、2為陰極、3為陽極、4為頂蓋、5為排氣管道、6為耐火磚、7為陶瓷纖維板、8為石墨粉層、9為石墨槽體、10為鐵皮層、11為絕緣層。

具體實施方式

參見圖1，本實施例包括槽本體、鉬坩堝、陰極和陽極，其中鉬坩堝設置於槽本體內的底部，陽極環繞槽本體內壁豎直圓筒狀設置，陰極豎直設置於槽本體中央處，為了實現增大陰極半徑同時不增加陰極材料使用量，本實施例的陰極為空心圓筒，且底端進行密封以防止電解液進入。陰極的半徑為5-15cm，筒壁的厚度為1-3cm。相較於普通的半徑為3-5cm的實心圓柱體陰極的半徑有較大提高，且不會增加陰極材料的使用量。陰極選用的材料是鎢或鉬。這樣可大大降低電解槽的槽電壓，實現節能降耗。且低電壓減少了稀土氟化物的分解，減少了煙氣中的氟含量。陰極空心圓筒外表面上部至自電解質液面下的1-5cm均採用絕緣塗層或BN管進行電絕緣，使電解槽發熱區域下移，大大減少了電解質頂部的熱量散失，避免傳統陰極在三相界面的腐蝕，從而提高了陰極使用壽命。

為了實現減少頂部熱量損失，控制煙氣排放以減少電解車間的空氣汙染的目的，本實施例的槽本體的頂部設有用於封閉槽頂部開口的頂蓋。同時頂蓋上設有通孔，通孔通過排氣管道連接外部負壓排氣裝置。

為了減少電解槽熱量的損失，同時彌補低電壓導致的發熱減少。本實施例槽本體自外向內依次設有耐火磚、陶瓷纖維板、石墨粉層和石墨槽體，陶瓷纖維板與耐火磚和石墨粉層的接觸面上均分別設有鐵皮層。其中耐火磚的厚度為5-20cm、陶瓷纖維板厚度為1-10cm、石墨粉層的厚度為1-5cm、石墨槽體的厚度為10-15cm。

參見圖2，其中左為傳統稀土金屬電解槽電場仿真計算結果圖，右為本發明所描述高效節能稀土金屬電解槽電場仿真計算結果圖，可見到在保持極距、陽極電流密度和電解質體電流密度均不變的情況下，採用本實施例裝置，可相較於傳統槽減小槽電壓1.7V以上，實現了大幅度節能降耗。