一種電解法生產稀土金屬用方形電極制造技術

一種電解法生產稀土金屬用方形電極，包括四塊環形分布的陽極，還包括被陽極包圍的陰極，所述陰極由四個面連續直角連接形成，所述陰極為尺寸小于陽極內腔的中空矩形，陰極各面的面積不大于對應面的陽極面積。采用本發明專利技術所述的電解法生產稀土金屬用方形電極，陽極有效利用率高，稀土金屬生產的成本得到有效降低；另一方面，有效增大了陰極的電解表面積，降低了傳統的圓形棒陰極表面與陽極表面的不對等性，單臺電解爐的產率得到提高50%以上，電耗降低約20%。具有顯著的節能環保優勢，并且適合于長方形的大型電解槽，具有較大的推廣價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機械領域，涉及一種電解法生產稀土用設備，具體涉及一種電解法生產稀土金屬用方形電極。
技術介紹
稀土有工業維生素的美稱。現如今已成為極其重要的戰略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數為57 到71 的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧（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、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用，隨著科技的進步和應用技術的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。工業上大批量生產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，石墨作電解槽及陽極材料，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-）。在電場作用下，帶正電的稀土離子向陰極移動并在陰極得到電子，析出得到稀土金屬（RE）。傳統的方電解槽電解生產稀土金屬使用的是圓柱形實心鎢陰極，石墨電解槽、石墨陽極、鎢陰極。其特點是陽極表面到陰極表面的距離不相等，即同塊陽極到陰極的極距不相等，陽極表面的電力線密度稀，陰極表面的電力線密度密，陽極表面上的反應強弱不均，導致陽極中心與邊緣的消耗速度不相等，則陽極消耗殘余量大，陽極有效利用率低，造成稀土金屬生產的陽極單耗高，成本較高；另一方面，陰極參與還原反應的有效表面積與陽極上的氧化反應的有效面積不對等，即陽極反應面積是陰極反應面積的2.6~3.6倍，致使單臺電解爐的產率下降，電耗高。
技術實現思路
為克服現有方電解槽、方陽極、實心圓陰極在稀土電解法生產過程中存在的技術缺陷，本專利技術公開了一種電解法生產稀土金屬用方形電極。本專利技術所述電解法生產稀土金屬用方形電極，包括四塊環形分布的陽極，其特征在于，還包括被陽極包圍的陰極，所述陰極由四個面連續直角連接形成，所述陰極為尺寸小于陽極內腔的中空矩形，陰極各面的面積不大于對應面的陽極面積。優選的，所述陰極的矩形形狀長寬比例與陽極相同。優選的，所述陰極的寬度與陽極相同。優選的，所述陽極和陰極均為正方形形狀。優選的，所述陰極材料為鎢板。進一步的，所述陰極使用鎢沉頭螺釘兩兩連接鎢板而成。進一步的，所述中空矩形的內部空腔長寬均不小于100毫米。采用本專利技術所述的電解法生產稀土用金屬電極，有效增大了陰極的電解表面積，降低了傳統的圓形棒陰極表面與陽極表面的不對等性，可以降低陰極表面的電流密度并降低陰陽極之間電壓在6V以下，能耗有效降低20%，陽極消耗降低10~30%使單臺電解爐的產量提高50%以上，具有顯著的節能環保優勢，非常適用于自動出爐的電解體系。附圖說明圖1為傳統稀土電解電極的一種具體實施方式結構示意圖；圖2為本專利技術的一種具體實施方式結構示意圖；圖中附圖標記名稱為1-陽極，2-陰極，3-電解原料填充空間，4-石墨槽。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳細說明。下面結合附圖，對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳細說明。本專利技術所述電解法生產稀土用金屬電極，包括矩形中空的陽極，還包括位于陽極內部的中空方陰極，所述陰極為尺寸約小于等于陽極內腔的中空矩形，所述陰極由四個面連續直角連接形成。電解操作中，希望陰極2和分布在陰極四周的陽極1之間的距離不僅接近，而且各點的距離分布盡可能均勻。圖1所示的傳統方式，陽極為一個平面，而陰極為一個弧柱面，同一塊陽極到陰極的短距水平面不相等，豎線相等，這使得圖1的電極中實際上并不存在嚴格意義上的等勢面，電場分布不均導致電解質量不高。陽極浪費大，消耗高，能耗高，產率下降。本專利技術中，以矩形長方體陰極替換了原有的圓柱形陰極形狀，如圖2所示，使得在各個陰極面與對應陽極面距離處處相等，本領域技術人員通過適當調整矩形形狀，使陰極的矩形形狀長寬比例與陽極相同，可以使矩形陰極到陽極的距離在周向上處處相等，從而取得了一個大面積的等電勢面，在電解槽中更易維持一個均勻分布的電場，大幅提高了電解質量。陰極高度通常與陽極一致以獲得最大的等勢面，陰極和陽極優選設計為正方形電解槽，但也可設計為長方形，不管設計成正方形還是長方形，天然滿足陰極到陽極的距離在周向上處處相等的優化原則，正方形設計在邊角處由于左右兩側對稱，從而弱化邊角處的電場異化。同時，本專利技術陰極由四個面連續直角連接形成，沒有頂面和底面，內部為空心，減輕了整體重量，從而能讓矩形尺寸擴大，減少了陰極表面到陽極的距離，進一步減小了電解所需電壓，提高了電解效率，降低了電解能耗。陰極不設計頂面和底面也是出于電解應用需要，加快陰極內部液體流通，避免中空的陰極內部液體滯留不被電解。所述中空矩形的內部空腔長寬最好均不小于100毫米，以避免陰極內部液體流通不暢，同時在高壓范圍下，矩形陰極內部相對陽極具有一定電勢差，避免高壓擊穿對板。陰極材料一般為鎢板，可以采用整體鑄造方式，但整體鑄造成本較高且不易維修，可以采用四塊鎢板連續拼接，在連接處使用鎢沉頭螺釘兩兩連接鎢板而成，這種方式便于制造，成本較低，任意一塊鎢板損壞也可以隨時更換。鎢板厚度通常選擇為3-30毫米，能夠保證電解電壓需要的同時減輕自身重量，從而擴大矩形陰極的尺寸。采用本專利技術所述的電解法生產稀土金屬用方形電極，具備如下優越性：一．采用形狀相互配合的陰極、陽極，在電解槽內形成了一個連續大面積的等勢面，大幅改善了電解電場分布，有效提高了電解質量，等勢面的確立也提高了電解效率。二．空心形式的陰極使得陰極尺寸能夠相對傳統陰極擴大，減少了陰極、陽極之間的平均間距，從而降低了電解電壓要求，減少了電解能耗。三．本專利技術的電解陰極結構簡單，制造方便，易于維修和更換部件，降低了使用成本。前文所述的為本專利技術的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述專利技術人的專利技術驗證過程，并非用以限制本專利技術的專利保護范圍，本專利技術的專利保護范圍仍然以其權利要求書為準，凡是運用本專利技術的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本專利技術的保護范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電解法生產稀土金屬用方形電極，包括四塊環形分布的陽極，其特征在于，還包括被陽極包圍的陰極，所述陰極由四個面連續直角連接形成，所述陰極為尺寸小于陽極內腔的中空矩形，陰極各面的面積不大于對應面的陽極面積。

【技術特征摘要】
1.一種電解法生產稀土金屬用方形電極，包括四塊環形分布的陽極，其特征在于，還包括被陽極包圍的陰極，所述陰極由四個面連續直角連接形成，所述陰極為尺寸小于陽極內腔的中空矩形，陰極各面的面積不大于對應面的陽極面積。2.如權利要求1所述的電解法生產稀土金屬用方形電極，其特征在于，所述陰極的矩形形狀長寬比例與陽極相同。3.如權利要求1所述的電解法生產稀土金屬用方形電極，其特征在于，所述陰極的寬度與陽極相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王金鏞，王曉暉，
申請(專利權)人：四川省樂山市科百瑞新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51