一种稀土氧化物熔盐电解槽制造技术

技术编号:18429414 阅读:21 留言:0更新日期:2018-07-12 02:44
本实用新型专利技术涉及一种稀土氧化物熔盐电解槽,其包括炉壳、保温层、保护层、石墨槽、石墨阳极、坩埚、阴极;所述石墨阳极和阴极插于所述石墨槽,所述石墨阳极围绕所述阴极设置,所述坩埚位于所述石墨槽中并正对所述阴极的下方;在石墨槽与石墨阳极之间可拆卸地插入一根两端开口的整体式空心石墨柱套,所述整体式空心石墨柱套的内侧形成电解室,使电解过程中的电化学反应作用于所述石墨阳极和所述整体式空心石墨柱套的内壁,避免石墨槽的消耗,降低制备稀土金属的成本。

A rare earth oxide molten salt electrolyzer

The utility model relates to a rare earth oxide molten salt electrolyzer, which comprises a furnace shell, an insulating layer, a protective layer, a graphite groove, a Izumi Yogoku, a crucible, and a cathode. The graphite anode and the cathode are inserted in the graphite groove. The graphite anode is arranged around the cathode, and the crucible is located in the graphite groove and is directly related to the Yin. An integral hollow Shi Mozhu sleeve with an opening at both ends is disassembled between the graphite and graphite anodes. The inside of the integral hollow graphite cylindrical sleeve is formed to form an electrolytic cell to act as an electrochemical reaction in the electrolysis process to the inner wall of the graphite anode and the holed hollow graphite cylinder sleeve, and to avoid the stone. The consumption of ink troughs reduces the cost of preparing rare earth metals.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土氧化物熔盐电解槽
本技术涉及稀土电解设备领域,尤其涉及一种稀土氧化物熔盐电解槽。
技术介绍
稀土金属和合金的制备采用的是火法冶金技术,该技术是在高温条件下通过还原稀土离子实现稀土金属的提纯过程。火法冶金技术主要包括熔盐电解法和金属热还原法,其中熔盐电解法由于具有成本低、成分均匀容易控制、质量好、易实现连续化生产等优点,成为了目前大规模化工业生产的稀土金属及其合金的主要生产工艺。熔盐电解法制备稀土金属根据熔盐体系可分为氯化物体系和氟化物体系两种,在氯化物熔盐中,金属的溶解度很大,导致其收率和电流效率降低,并导致电能消耗增高,同时熔盐的高挥发性会导致电解过程产生大量的氯气,造成操作上的困难。因此,氯化物熔盐体系已经逐渐被氟化物所取代。氟化物熔盐体系氧化物电解工艺是以稀土氧化物(RE2O3)为原料,以熔融状态的REF-LiF体系为电解质,以石墨作为石墨阳极,钨棒为阴极,通过直流电解制备稀土金属。电解槽的结构如图1所示,根据槽体尺寸和电流大小,电解槽可分为3000A、8000A以及10000-28000A的大型电解槽。在电解过程中需要向熔融电解质中添加REO,电解过程的总反应式为:RE2O3+C=2RE+3/2CO2。整个反应过程消耗的物质是稀土氧化物和石墨阳极碳,反应产物之一是气体。在电解过程中,石墨阳极6是由4片石墨瓦片拼接而成,因此在电化学、化学反应、熔盐侵蚀和机械力的作用下,相邻两块石墨阳极石墨瓦片的拼接处缝隙会露出石墨槽5的槽壁,造成石墨槽5的消耗(如图2所示)。由于石墨大型化制造特定形状的槽结构非常困难,且规格越大制造价格越贵,因此该现有技术会导致石墨槽5很快被烧损而报废,使电解制备稀土金属的成本过高。如图1所示,其中石墨槽5的损耗包括电化学反应损耗、化学反应损耗、熔盐腐蚀和机械力损耗,具体损耗机制如下:(一)、电化学反应造成的石墨槽5损耗:电解过程中,由于石墨阳极6的几片石墨瓦片间的缝隙会造成石墨槽5的槽壁作为石墨阳极被消耗,反应方程式如下:O2--2e-=1/2O2………………(1)1/2O2+C=CO………………(2)2O2-+C-4e-=CO2………………(3)2O2—4e-=O2………………(4)上述4个反应可能同时发生,在电解温度低于857℃或高电流密度下,石墨阳极主要产物是CO2,但在较高(900℃)温度下,将生成CO和CO2的混合气体。(二)、化学反应造成的石墨槽5消耗:石墨阳极6反应生成的一次性气体,通过熔融电解质从界面逸出,熔体上面灼热气体与石墨槽5作用将发生下列反应:CO2+C=2CO………………(5)O2+C=CO2………………(6)(三)、熔盐侵蚀造成的石墨槽5消耗:熔盐侵蚀石墨槽5的方式主要有两种,首次,在电解炉使用过程中,熔盐与石墨槽5长时间的接触会导致石墨槽5材质晶粒的粗化;其次,在电解过程中,由于石墨阳极效应导致的CFn型或COFn型中间化合物也会在石墨槽5表面发生,进而造成石墨槽5的槽体被消耗和破坏。此外,在更换石墨阳极6的石墨瓦片以及取样的过程中,由于机械外力造成的石墨槽5槽体损坏也会加剧石墨槽5的消耗。现有技术中也出现了一些保护电解槽槽壁的做法,例如CN104451835的专利技术专利申请,其在所述槽体的四壁及底部涂覆有三层保护层,从槽体往外依次是石墨层、二氧化钛层和树脂保护层。但将该保护层应用到电解氟化稀土熔盐制备稀土金属的电解槽中时,槽体内壁的树脂保护层会破坏电解过程中电场的均一性,导致能耗增加。此外,该涂层的总厚度不过3mm左右,对于电解制备金属铈等非轻稀土金属来说,由于4+的铈离子的氧化性、腐蚀性非常强,在电解的过程中将大大加剧石墨的消耗,该保护涂层也只能适用于某些轻稀土金属的制备,因此该技术的电解槽其应用领域受到局限,应用范围较窄。此外,还有一些现有技术提出了双层石墨槽的技术概念,即在外层石墨槽的里侧用石墨砖块再堆砌形成内层石墨,然而该堆砌结构由于缝隙的存在会导致电场线直接作用于石墨坩埚,进而导致石墨阳极效应的增加,不仅浪费了成本还会导致能耗的增加;其次,双层石墨槽的意义不大,石墨槽5的底壁并不会发生前述(一)-(三)条所述的损耗,因而双层石墨槽只会大大加到石墨槽的材质成本(大块整体石墨昂贵)、生产制造成本、制作工艺难度。
技术实现思路
综上所述,为了延长现有稀土电解设备的使用寿命,降低电解过程中由于石墨阳极效应和氟化物熔体腐蚀等原因造成的石墨槽体损耗,本技术提出了一种新型的稀土氧化物熔盐电解槽的结构,其通过在石墨阳极与电解槽的槽体内壁之间插入可拆卸更换的一根整体式空心石墨柱套,实现对电解槽的保护。为了实现上述技术目的,本技术采用的技术方案如下:一种稀土氧化物熔盐电解槽,其包括炉壳、保温层、保护层、石墨槽、石墨阳极、坩埚、阴极;所述石墨阳极和阴极插于所述石墨槽,所述石墨阳极围绕所述阴极设置,所述坩埚位于所述石墨槽中并正对所述阴极的下方;其中石墨槽与石墨阳极之间可拆卸地插入一根两端开口的整体式空心石墨柱套,所述整体式空心石墨柱套的内侧形成电解室,使电解过程中的电化学反应作用于所述石墨阳极和所述整体式空心石墨柱套的内壁,从而避免石墨槽的消耗。优选的,所述整体式空心石墨柱套的外壁与所述石墨槽的内壁紧贴。优选的,所述阴极为钨阴极或钼阴极,所述坩埚为钨坩埚。优选的,所述阴极为钨阴极或钼阴极,所述坩埚为钨坩埚;所述炉壳为钢壳,所述保温层为耐火材料填充料;所述石墨槽外侧设有一个铁壳,所述石墨槽容纳于所述铁壳,并所述石墨槽与所述铁壳之间的空隙用石墨粉填实,所述铁壳及所述填实的石墨粉料构成所述保护层。优选的,所述石墨槽所用的石墨为油浸高功率石墨,体积密度≥1.6g/cm3,电阻率≤9μΩ*m,灰分≤0.3%,膨胀系数≤2.4(10-6)℃。优选的,还包括一个盖板,所述盖板盖合在炉壳、保温层、保护层、石墨槽顶部,其中盖板上还设有穿孔,所述穿孔供阴极以及与石墨阳极电连接的导电片穿过,所述盖板为具有内部空腔的结构,所述空腔内通入循环冷却介质,以降低石墨槽上部及石墨阳极的导电片的温度;所述盖板的上方设有一个废气收集罩,所述废气收集罩为一个开口向下的喇叭形,在废气收集罩的顶部设有出气口,出气口连接废气处理系统。如此可防止电解生产所产生的废气外溢到环境,改善工作环境。优选的,所述电解槽内部的空间截面为椭圆形、圆形或长方形,所述整体式空心石墨柱套设为与所述电解槽的空间截面相匹配的形状,为椭圆环、圆环或长方框。优选的,所述整体式空心石墨柱套的底端低于所述石墨阳极和所述阴极的下端;所述整体式空心石墨柱套的底端搁置在所述石墨槽的槽底,或者所述石墨槽的内侧面设有一个肩部,所述整体式空心石墨柱套的底端搁置于该肩部。进一步地,所述整体式空心石墨柱套是采用石墨粉与粘接剂一体挤压成型或者是采用大块石墨整体切割成型。其中所述整体式空心石墨柱套可拆卸更换,其每个整体式空心柱套的使用寿命不需要太长,因此可以使用品质较低价格便宜的石墨材质做成所述整体式空心石墨柱套。大功率的电解槽其直径到达750cm,整体式空心石墨柱套的直径也有630,厚度达到50~70cm,重量也比较大。整体式空心石墨柱套内壁光滑,无着力点,非常不便于起吊安装,如果没有着力点,容易在安装和拆卸替换过程中,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种稀土氧化物熔盐电解槽,其包括炉壳、保温层、保护层、石墨槽、石墨阳极、坩埚、阴极;所述石墨阳极和阴极插于所述石墨槽,所述石墨阳极围绕所述阴极设置,所述坩埚位于所述石墨槽中并正对所述阴极的下方;其特征在于:在石墨槽与石墨阳极之间可拆卸地插入一根两端开口的整体式空心石墨柱套,所述整体式空心石墨柱套的内侧形成电解室,使电解过程中的电化学反应作用于所述石墨阳极和所述整体式空心石墨柱套的内壁。

【技术特征摘要】
1.一种稀土氧化物熔盐电解槽,其包括炉壳、保温层、保护层、石墨槽、石墨阳极、坩埚、阴极;所述石墨阳极和阴极插于所述石墨槽,所述石墨阳极围绕所述阴极设置,所述坩埚位于所述石墨槽中并正对所述阴极的下方;其特征在于:在石墨槽与石墨阳极之间可拆卸地插入一根两端开口的整体式空心石墨柱套,所述整体式空心石墨柱套的内侧形成电解室,使电解过程中的电化学反应作用于所述石墨阳极和所述整体式空心石墨柱套的内壁。2.根据权利要求1所述的一种稀土氧化物熔盐电解槽,其特征在于,所述整体式空心石墨柱套的外壁与所述石墨槽的内壁紧贴。3.根据权利要求1所述的一种稀土氧化物熔盐电解槽,其特征在于,所述阴极为钨阴极或钼阴极,所述坩埚为钨坩埚;所述炉壳为钢壳,所述保温层为耐火材料填充料;所述石墨槽外侧设有一个铁壳,所述石墨槽容纳于所述铁壳,并所述石墨槽与所述铁壳之间的空隙用石墨粉填实,所述铁壳及所述填实的石墨粉料构成所述保护层。4.根据权利要求1所述的一种稀土氧化物熔盐电解槽,其特征在于,还包括一个盖板,所述盖板盖合在炉壳、保温层、保护层、石墨槽顶部,其中盖板上还设有穿孔,所述穿孔供阴极以及与石墨阳极电连接的导电片穿过,所述盖板为具有内部空腔的结构,所述空腔内通入循环冷却介质,以降低石墨槽上部及石墨阳极的导电片的温度;所述盖板的上方设有一个废气收集罩,所述废气收集罩为一个开口向下的喇叭形,在废气收集罩的顶部设有出气...

【专利技术属性】
技术研发人员:田昂吴文远裴文利温权
申请(专利权)人:凉山稀土产业技术研究院
类型:新型
国别省市:四川,51

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