啞鈴形稀土金屬電解石墨槽的制作方法
【專利摘要】啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽(yáng)極槽，所述陽(yáng)極槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極組，所述陽(yáng)極組包括多個(gè)弧形陽(yáng)極和位于弧形陽(yáng)極之間的異形陽(yáng)極，所述異形陽(yáng)極兩側(cè)為對(duì)稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽(yáng)極半徑相等且圓心角互補(bǔ)；所述弧形陽(yáng)極與異形陽(yáng)極包圍形成中空?qǐng)A形，陰極位于該中空?qǐng)A形中央。采用本發(fā)明所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，最大限度的使陽(yáng)極表面都在以陰極為中心的等勢(shì)面上，使電解液中的離子更易擴(kuò)散，稀土電解反應(yīng)更均勻，有效增大單產(chǎn)量，同時(shí)大幅降低了電解能耗。
【專利說明】
啞鈴形稀土金屬電解石墨槽
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種電解法生產(chǎn)稀土用設(shè)備，具體涉及一種啞鈴形稀土金屬電解石墨槽。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土有工業(yè)維生素的美稱?，F(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧(Sc )和釔(Y)共17種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價(jià)值將越來越大。
[0003]工業(yè)上大批量生產(chǎn)稀土金屬一般使用熔鹽電解法。該工藝是以稀土氟化物熔鹽體系為電解質(zhì)，石墨作電解槽及陽(yáng)極材料，鎢棒作陰極。在熔融的稀土氟化物(REF3、LiF)體系中，加入稀土氧化物(REO)熔解，稀土氟化物離解成稀土離子(RE3+)和(F—)，稀土氧化物(REO)離解成稀土離子(RE3+)和氧離子(O2—)。在電場(chǎng)作用下，帶正電的稀土離子向陰極移動(dòng)并在陰極得到電子，析出得到稀土金屬(RE)。
[0004]現(xiàn)有的稀土兩陰極電解槽有兩種結(jié)構(gòu)，矩形雙陰極電解槽和橢圓形雙陰極電解槽，分別如圖1和圖2所不。
[0005]圖1所示的矩形雙陰極電解槽，使用六塊方塊陽(yáng)極，而陰極用的是圓柱實(shí)心鎢陰極，陽(yáng)極反應(yīng)面到陰極的距離不相等，陽(yáng)極消耗不均勻，陽(yáng)極殘余量大，即陽(yáng)極單耗高，產(chǎn)量低下，能耗高。圖2所示的橢圓形雙陰極電解槽為兩根圓柱實(shí)心鎢陰極，用四塊弧形陽(yáng)極，兩塊方形陽(yáng)極，四塊弧形陽(yáng)極到陰極的距離相等，但兩塊方形陽(yáng)極到陰極的距離不相等，陰極間到陽(yáng)極的反應(yīng)弱，其特征是陽(yáng)極單耗高，陰極之間存在電位差，產(chǎn)量低，能耗高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有雙陰極稀土電解槽的能耗高、陽(yáng)極消耗高、產(chǎn)量低下的缺點(diǎn)，本發(fā)明公開了一種啞鈴形稀土金屬電解石墨槽。
[0007]本發(fā)明所述啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽(yáng)極槽，所述陽(yáng)極槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極組，所述陽(yáng)極組包括多個(gè)弧形陽(yáng)極和位于弧形陽(yáng)極之間的異形陽(yáng)極，所述異形陽(yáng)極兩側(cè)為對(duì)稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽(yáng)極半徑相等且圓心角互補(bǔ)；所述弧形陽(yáng)極與異形陽(yáng)極包圍形成中空?qǐng)A形，陰極位于該中空?qǐng)A形中央。
[0008]優(yōu)選的，還包括位于陽(yáng)極槽下方的底槽，底槽上底面寬度小于陽(yáng)極槽的啞鈴狀最窄處。
[0009]優(yōu)選的，所述陽(yáng)極槽下方設(shè)置有底槽，底槽的上底面為中部呈矩形，矩形兩端為半圓形的膠囊形截面形狀，所述半圓形的直徑與緊鄰的矩形邊邊長(zhǎng)相等，且兩個(gè)半圓形的圓心與陽(yáng)極包圍形成的中空?qǐng)A形的圓心分別重合。
[0010]優(yōu)選的，所述槽體為整塊石墨鑿?fù)谛纬伞?br>[0011]優(yōu)選的，所述異形陰極兩側(cè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)在60-150度之間。
[0012]進(jìn)一步的，所述異形陰極兩側(cè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)在60-90度之間。
[0013]采用本發(fā)明所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，最大限度的使陽(yáng)極表面都在以陰極為中心的等勢(shì)面上，使電解液中的離子更易擴(kuò)散，稀土電解反應(yīng)更均勻，有效增大了單產(chǎn)量，同時(shí)大幅降低了電解能耗和陽(yáng)極消耗量。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述現(xiàn)有的矩形雙陰極電解槽的示意圖；
圖2為本發(fā)明所述現(xiàn)有的橢圓形雙陰極電解槽的示意圖；
圖3為本發(fā)明所述電解石墨槽的一種【具體實(shí)施方式】俯視示意圖，圖中附圖標(biāo)記名稱為1-陽(yáng)極，2-陽(yáng)極槽，3-陰極，4-異形陽(yáng)極，5-底槽。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]本發(fā)明所述電解石墨槽包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽(yáng)極槽2，所述陽(yáng)極槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極組，所述陽(yáng)極組包括多個(gè)弧形陽(yáng)極I和位于弧形陽(yáng)極之間的異形陽(yáng)極4，所述異形陽(yáng)極兩側(cè)為對(duì)稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽(yáng)極半徑相等且圓心角互補(bǔ);所述弧形陽(yáng)極與異形陽(yáng)極包圍形成中空?qǐng)A形，陰極3位于該中空?qǐng)A形中央。
[0017]本發(fā)明作為電解反應(yīng)中的陽(yáng)極石墨槽，在電解反應(yīng)中與陰極配合使用進(jìn)行電解操作。如圖3所示本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】俯視圖，圖3中為兩個(gè)圓形交錯(cuò)的槽主體形狀，電解操作時(shí)將兩個(gè)截面呈圓形的陰極3插入陽(yáng)極槽I，在陽(yáng)極與陰極之間施加高電壓，從而實(shí)現(xiàn)電解反應(yīng)。
[0018]電解反應(yīng)中，陽(yáng)極和陰極之間的電場(chǎng)均勻性直接影響到電解所需功率和能耗效率。相對(duì)于傳統(tǒng)的陽(yáng)極槽的矩形內(nèi)壁，本發(fā)明對(duì)內(nèi)壁形狀進(jìn)行改進(jìn)，使內(nèi)壁形狀與圓柱形的陰極相配合，從而使圓柱形陰極表面與陽(yáng)極槽內(nèi)壁距離在除交錯(cuò)處的區(qū)域外處處相等。
[0019]在兩個(gè)圓形的交錯(cuò)區(qū)域，并非陽(yáng)極與陰極的最短距離，而且在兩個(gè)陰極之間本身也不會(huì)產(chǎn)生電弧擊穿，因此對(duì)等勢(shì)線要求并不嚴(yán)格，但為盡量保證在交錯(cuò)區(qū)域兩端的陽(yáng)極內(nèi)壁僅受最接近陰極電極的影響，從而使每一陰極形成盡可能長(zhǎng)的等勢(shì)面，所述兩個(gè)相同圓形在交錯(cuò)處的圓弧對(duì)應(yīng)圓心角不應(yīng)太大；同時(shí)，由于陰極具備一定半徑，實(shí)際運(yùn)用中，陰極半徑越大，則與陽(yáng)極面的交換等勢(shì)面越寬，電能使用越充分，但陰極半徑越大，在交錯(cuò)區(qū)域所需要的空間也越大才能保證兩個(gè)陰極不接觸，因此兩個(gè)相同圓形在交錯(cuò)處的圓弧對(duì)應(yīng)圓心角不應(yīng)大于120度，在120度時(shí)，陰極半徑最多只能取陽(yáng)極圓心半徑的一半，再大則效率顯著降低。同時(shí)為保證交錯(cuò)處具備一定寬度，使得電解液流動(dòng)順暢，并保證兩個(gè)陰極之間一定的安全距離，圓心角也不能太小，因此兩個(gè)相同圓形在交錯(cuò)處的圓弧對(duì)應(yīng)圓心角應(yīng)在60-150度之間。即異形陰極兩側(cè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)在60-150度之間。
[°02°]兩個(gè)較特殊的圓心角分別為60和90度，交錯(cuò)區(qū)域圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為60度時(shí)，兩個(gè)陰極距離為60度和90度時(shí)，兩個(gè)陰極之間的距離分別約為1.4R和1.7R，R為陽(yáng)極圓半徑，圓心角設(shè)置在60至90度，使兩個(gè)陰極圓心距離在1.4-1.7R范圍內(nèi)效果較為理想。
[0021]底槽5的作用為給陰極底部留出適當(dāng)?shù)娜葜每臻g，避免陰極直接接觸陽(yáng)極槽底部，從而損傷陽(yáng)極，陰極底部一般為平面或半球形，為適應(yīng)這兩種形狀，底槽一般設(shè)計(jì)為上底面大于下底面的向下收縮形狀，這種形狀也便于收集電解產(chǎn)生的固體稀土元素。為保證整個(gè)石墨槽的機(jī)械強(qiáng)度，底槽的上底面寬度應(yīng)小于槽主體的啞鈴最窄處寬度，即兩個(gè)圓交錯(cuò)區(qū)域的最窄處寬度，從而避免槽主體部分懸空，容易斷裂;底槽高度根據(jù)陰極自身形狀和深入陽(yáng)極的槽的深度決定，通常不高于槽主體的二分之一，以節(jié)省陽(yáng)極槽的原料和制造成本。
[0022]本發(fā)明整體優(yōu)選采用整塊石墨鑿?fù)谛纬蓡♀徯尾奂暗撞?，從而保證了電極的機(jī)械強(qiáng)度，避免了其他拼接方式可能帶來的電解質(zhì)泄漏的縫隙。
[0023]如圖1所示給出底槽的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述底槽的上底面為中部呈矩形，矩形兩端為半圓形的膠囊形截面形狀，所述半圓形的直徑與緊鄰的矩形邊邊長(zhǎng)相等，且兩個(gè)半圓形的圓心與陽(yáng)極包圍形成的中空?qǐng)A形上的兩個(gè)圓心分別重合。使用時(shí)，兩個(gè)陰極末端分別位于半圓形的圓心上方，從而在陰極末端的外側(cè)面形成較均勻的電場(chǎng)分布，避免陰極末端發(fā)生電擊，內(nèi)側(cè)由于與石墨槽距離較遠(yuǎn)，一般不會(huì)發(fā)生擊穿風(fēng)險(xiǎn)。
[0024]采用本發(fā)明所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，具備如下優(yōu)越性:
一.采用圓形交錯(cuò)的啞鈴形陽(yáng)極槽，與陰極形狀配合，保證了每個(gè)陰極獲取最大等勢(shì)面，電場(chǎng)線分布均勻，使電解液中的離子更易擴(kuò)散，稀土電解反應(yīng)更均勻，產(chǎn)品性能得以提升。
[0025]二.多個(gè)圓形交錯(cuò)的形式使陽(yáng)極槽能夠一次容納多個(gè)陰極，并保證了每個(gè)陰極的電場(chǎng)分布，提高了電解效率和單爐產(chǎn)量。
[0026]三.設(shè)置雙弧反應(yīng)面陽(yáng)極，有效增大反應(yīng)面積，提高產(chǎn)量。
[0027]四.利用整體石墨槽鑿?fù)谛纬烧w陽(yáng)極，減少了電解過程中電解質(zhì)的泄露。
[0028]前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽(yáng)極槽，所述陽(yáng)極槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極組，所述陽(yáng)極組包括多個(gè)弧形陽(yáng)極和位于弧形陽(yáng)極之間的異形陽(yáng)極，所述異形陽(yáng)極兩側(cè)為對(duì)稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽(yáng)極半徑相等且圓心角互補(bǔ)；所述弧形陽(yáng)極與異形陽(yáng)極包圍形成中空?qǐng)A形，陰極位于該中空?qǐng)A形中央。2.如權(quán)利要求1所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，還包括位于陽(yáng)極槽下方的底槽，底槽上底面寬度小于陽(yáng)極槽的啞鈴狀最窄處。3.如權(quán)利要求1或2所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，所述陽(yáng)極槽下方設(shè)置有底槽，底槽的上底面為中部呈矩形，矩形兩端為半圓形的膠囊形截面形狀，所述半圓形的直徑與緊鄰的矩形邊邊長(zhǎng)相等，且兩個(gè)半圓形的圓心與陽(yáng)極包圍形成的中空?qǐng)A形的圓心分別重合。4.如權(quán)利要求1所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，所述槽體為整塊石墨鑿?fù)谛纬伞?.如權(quán)利要求1所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，所述異形陰極兩側(cè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)在60-150度之間。6.如權(quán)利要求5所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，其特征在于，所述異形陰極兩側(cè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)在60-90度之間。
【文檔編號(hào)】C25C7/00GK106086941SQ201610734592
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月28日
【發(fā)明人】王金鏞, 王曉暉
【申請(qǐng)人】四川省樂山市科百瑞新材料有限公司