一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽

摘要

本发明涉及一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽，包括阳极导电板、阳极卡具、阳极、阴极、接收器、槽体内衬，槽体防泄漏层、内保护层、保温层、外保护层；其中电解槽为敞口试，单阴极，通过水冷阳极导电板在电解槽上部冷却，使熔盐在槽体上部结壳，延长炉体寿命；通过高温热熔压缩技术制作一种大尺寸钨阴极，保证阴极电流密度；利用MATLAB软件编制稀土电解槽电场数值模型对电解槽工艺参数进一步优化，设计的电解槽产能高，较低电耗，所生产的金属产品质量一致性好，收率高，电解槽的砌筑成本低，炉膛内电解区域规整，电解槽停槽、启动方便，电解质用量小，转产灵活。

说明书

技术领域

本发明涉及稀土熔盐电解技术领域，具体说，公开了一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽技术方案。

背景技术

工业生产轻稀土金属及其合金的方法主要采用熔盐电解法，我国稀土熔盐电解工艺技术的研究始于20世纪60年代，目前主要采用稀土氟化物体系氧化物电解法。国内电解槽规模主要有6KA-25KA级等规格，其中8KA级以下规模的电解槽均采用上插单阴极圆形电解槽，其单炉产能低，电耗高，金属产品质量一致性较差，收率低。

包头瑞鑫稀土金属材料股份公司从2002年采用上插三阴极的10KA级砌筑大型电解槽，已发展到16KA级石墨一体槽及大尺寸水冷阳极导电板技术推广应用。

该电解槽具有单炉产能高、电耗低、炉龄长、产品质量一致性好等优势，适合生产需求量大，附加值高的金属钕、镨钕金属产品。目前这种多阴极电解槽也存在一定的局限性，较突出问题是电解槽砌筑投入成本高，炉膛内电解区域不规整，使出金属自动化操作实施困难，电解槽停槽、启动熔盐消耗大，电解质用量大，转产不灵活。

急需设计一种介于两者之间的电解槽，既能有较高的电解槽单炉产能，较低电耗，有较好的金属产品质量一致性，收率高，又能降低电解槽的砌筑成本，炉膛内电解区域规整，电解槽停槽、启动方便，电解质用量小，转产灵活。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽。

本发明所采用以下技术方案。

一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽，包括阳极导电板、阳极、阴极、接收器、槽体内衬，槽体防泄漏层、内保护层、保温层、外保护层。

阳极导电板采用水冷方式，用两层钢板中空焊接，内部通冷却水，采用双循环结构，控制进出水流量及流动方向，温度较低的水进入内循环，温度较高的水进入外循环，保证阳极导电板温度均匀，不变形；同时，水冷导电板使熔盐在炉体的内衬上部冷却，形成固态结壳，阻止外部气氛氧化炉体，延长炉体使用寿命；水冷导电板也能降低阳极卡具及阳极上部温度，降低导体电阻及阳极消耗速度，降低电耗及石墨单耗。

阳极采用石墨材质，利用包头瑞鑫稀土金属材料有限公司现有的专利技术，专利号：CN102173409B，采用三浸两焙方式制作，阳极采用圆弧面，保证电力线分布均匀，所用阳极密度高、纯度高、耐氧化、导电性强、抗热震性能好和使用寿命长，阳极单耗低。

阴极采用金属钨材质，利用高温热熔压缩技术，阴极密度大于19 g/cm3，阴极直径为100—200mm；常用的金属钨一般采用粉末冶金高温锻造，制作的金属钨密度一般在18.7g/cm3左右；而采用高温热熔压缩技术制作的钨阴极，致密性好，使用中抗氧化性强，基本不氧化，使用寿命长。

槽体内衬材质为高功率石墨，一体成型，内衬直径为800—1000mm，由于槽体内衬上部接近炉口处氧化消耗较快，内衬上部采用双层结构，消耗一定时间后可以随时把内衬内层替换掉，以提高槽体内衬的使用寿命。

槽体防泄漏层采用石墨冷捣糊及炉底料在50℃±10℃的温度下用气锤捣制冷捣糊由黏结剂、骨料、添加剂组成，炉底料主要成分为稀土氧化物和稀土氟氧化物；在正常的电解温度下，烧结形成致密的、抗氧化的、密封的防泄漏层，其厚度为50—80mm。

接收器为钨材质，圆柱形，下面有底，一次压铸成型，其内部能容纳稀土金属70-100kg，保证单炉产能，提高金属产品的一致性。

内保护层、外保护层采用钢材质焊接制成，内保护层主要是防止熔盐泄漏，对石墨内衬进一步加固，防止石墨内衬受热膨胀变形较大，形成裂纹，造成漏槽。外保护层对炉体起到进一步加固作用。

保温层由石棉板、保温砖与镁砂构成，把石棉板与保温砖贴在外保护层，用镁砂捣实其中空隙。

利用MATLAB软件编制稀土电解槽电场数值模型，模拟计算电解槽炉膛内导电区域内三维电场分布，通过计算结果，设计一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽，通过高温热熔压缩技术制作一种大尺寸钨阴极，满足本技术工艺方案，控制电解槽阴极电流密度2—5A/cm2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是提高单阴极电解槽的单炉产能，降低大型稀土熔盐电解槽砌筑成本，降低大型稀土熔盐电解槽停槽、启动时的熔盐消耗，提高电解槽收率及金属产品质量的一致性，电解质用量小，转产灵活。实现工业生产并取得较好的经济效益。

附图说明

图1为本发明所述“ 一种大尺寸阴极稀土熔盐电解槽”的结构示意图。

附图标记说明如下：

阳极导电板1、阳极2、阴极3、接收器4、槽体内衬5，槽体防泄漏层6、内保护层7、保温层8、外保护层9。

具体实施方式

目前，大尺寸阴极稀土熔盐电解槽目前已经投入工业运行，各项运行经济指标如下，电解电流9000—12000A,槽电压8-9V，直接电耗8-9kwh/kg金属，料比1.1950—1.1960。