一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法，該電解槽的槽壁由氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液8的結(jié)殼保護層2構(gòu)成，起始陰極5安裝在電解槽底部，若干組石墨陽極1安裝在起始陰極正上方，每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極B與下面正在電解的石墨陽極A組成，石墨陽極A與石墨陽極B之間通過螺紋15連接。使用該電解槽電解生產(chǎn)稀土金屬或合金中的鐵、碳含量低；電解過程的廢石墨陽極產(chǎn)生量極小，甚至不產(chǎn)生廢石墨陽極。本發(fā)明提供的電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法簡單易行。
【專利說明】一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法，用于電解生產(chǎn)輕稀土金屬或合金如釹、鐠、鑭、鈰及其合金等，屬于稀土電解【技術(shù)領(lǐng)域】 。
【背景技術(shù)】
[0002]目前輕稀土金屬主要以氧化物為原料，在以氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液中電解制取。
[0003]輕稀土電解槽主要為敞開式上插陰陽極槽型，電解槽的槽膛由石墨材料構(gòu)成，陰極和石墨陽極從電解槽上方插入熔鹽中，石墨陽極用鐵質(zhì)螺栓固定在陽極架上，由于電解質(zhì)全處于石墨材料包圍中，電解出的稀土金屬中的碳含量通常高于0.015%。由于受到電解質(zhì)溶液的沖刷，陽極架腐蝕嚴重，造成電解出的稀土金屬中的鐵含量較高，電解出的稀土金屬中的鐵含量通常高于0.040%。同時石墨陽極利用率低,一般低于80%,廢石墨陽極的產(chǎn)生量較大。由于電解過程中的槽電壓較高，一般為8~12V，因此，能量消耗較高。
[0004]大部分敞開式上插陰陽極槽型運行電流強度為5000A，通常以一根50~70mm的鎢棒作為陰極。敞開式上插陰陽極槽型的大型化主要依靠同時增加陰極和陽極數(shù)量來實現(xiàn)，若用兩根50~70mm的鎢棒作為陰極，運行的電流強度可達10000A。
[0005]在諸多的稀土電解專利中，如中國專利200620149620.2,85100748,01212927.5、02240881.9,98211093.6,201020189389.6,200820138112.3 等，電解槽的槽壁或槽體大都用石墨材料制，不利于控制電解出的稀土金屬的碳含量。
[0006]在200710120258.5的稀土電解槽專利中，電解槽的槽壁用滲碳氮化硅材料制成，在電解過程中，槽壁的滲氮碳化硅受到電解質(zhì)溶液的沖刷浸蝕，容易引起電解的稀土金屬娃超標。
[0007]在現(xiàn)行的稀土生產(chǎn)過程中，石墨陽極的形狀有圓筒形、平板形或扇形。由于石墨陽極用螺栓固定在陽極架上，電解過程陽極逐漸變小，使固定螺栓對石墨陽極的固定失效，此時需要更換新陽極，造成占新陽極重量約20%的殘余石墨不能被消耗，從而產(chǎn)生廢石墨陽極。廢石墨陽極中殘存著含氟電解質(zhì)，屬于危險廢物，不利于環(huán)保。
[0008]在現(xiàn)行的稀土生產(chǎn)過程中，石墨陽極用螺栓固定在陽極架上，陽極架一般用鑄鐵或鋼板制成，由于受到電解質(zhì)的沖刷浸蝕，使陽極架中的鐵進入電解質(zhì)溶液中，鐵沉積在稀土金屬中，使產(chǎn)出的稀土金屬中的鐵含量較高。固定石墨陽極的螺栓有時會因過熱熔化而進入電解質(zhì)溶液中，會造成產(chǎn)出的稀土金屬中的鐵含量超標。目前，大部分敞開式上插陰陽極槽型電解出的稀土金屬中的鐵含量一般高于0.040%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽，該電解槽的主要特點在于電解槽的槽壁由電解質(zhì)結(jié)殼保護層構(gòu)成，每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極B與下面正在電解的石墨陽極A組成，石墨陽極A與石墨陽極B之間通過陽極螺紋連接。[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用上述電解槽電解輕稀土金屬或合金的方法。[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0012]一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽，電解槽的槽壁由氟化稀土 -氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液凝固形成的結(jié)殼保護層構(gòu)成，起始陰極安裝在電解槽底部，若干組石墨陽極安裝在起始陰極的正上方，每組石墨陽極由上下兩塊通過螺紋連接的石墨陽極組成。
[0013]所述電解槽內(nèi)壁內(nèi)的熱交換裝置，通過強制熱交換，使電解質(zhì)在內(nèi)壁的表面凝固形成電解質(zhì)結(jié)殼保護層，該電解質(zhì)結(jié)殼保護層即為電解槽的槽壁。該熱交換裝置的作用是使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低10~100°c，以使電解質(zhì)溶液在內(nèi)壁的表面凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，結(jié)殼保護層的厚度為10~100mm，電解質(zhì)結(jié)殼保護層即為電解槽的槽壁。電解質(zhì)結(jié)殼保護層隔斷了電解質(zhì)溶液與其它物質(zhì)的接觸，可避免電解質(zhì)溶液受到污染，有利于提高電解出金屬的質(zhì)量。
[0014]所述的石墨陽極由若干組構(gòu)成，每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極B與下面正在電解的石墨陽極A組成，每個石墨陽極塊上有內(nèi)螺紋和外螺紋，石墨陽極A的內(nèi)螺紋與石墨陽極B的外螺紋連接構(gòu)成一組石墨陽極。用陽極夾緊螺栓將每組石墨陽極夾緊固定在陽極夾具上。隨著電解的進行，石墨陽極A因電解消耗而逐漸變短，松開陽極夾緊螺栓，向上調(diào)整陽極被夾位置，保持陽極夾具在電解質(zhì)液面上的高度為30~240mm。由于陽極是連續(xù)消耗，故廢石墨陽極的產(chǎn)生量極小，甚至不產(chǎn)生廢石墨陽極。陽極夾具上設(shè)置有水冷裝置，通過冷卻水將陽極夾具和被夾處的以上的石墨陽極進行冷卻降溫，以減慢裸露在電解質(zhì)液面以上的石墨陽極的氧化，延長陽極夾具及石墨陽極的使用壽命。
[0015]所述電解槽的內(nèi)壁與水平線的夾角α為45°~90°。
[0016]所述起始陰極為板狀,材質(zhì)為鶴、鑰或鶴鑰合金。起始陰極的中央位置有一個碗狀的積液槽，積液槽的深度10~100mm，直徑50~160mm，以方便舀出或虹吸出電解出的金屬。
[0017]一種電解輕稀土金屬或合金的方法，包括以下步驟:
[0018](I)向預熱烘干后的電解槽內(nèi)注入由氟化稀土 -氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液；
[0019](2)啟動陽極升降裝置，使預熱后的石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中，石墨陽極在電解質(zhì)溶液中的浸沒深度為IOmm~240mm ；
[0020](3)開啟電解電源，通入2000A~5000A的電流為電解質(zhì)溶液加熱，以使電解質(zhì)溶液保持溶融狀態(tài)；
[0021](4)電解質(zhì)溶液中通入電流后，電解即開始，向電解質(zhì)溶液中添加稀土氧化物，以保證電解的順利進行；
[0022](5)啟動內(nèi)壁內(nèi)的熱交換裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低10~100°C，電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層；在電解質(zhì)結(jié)殼保護層形成的過程中，同時向電解槽內(nèi)補充電解質(zhì)和稀土氧化物，以維持電解質(zhì)液面高度的穩(wěn)定;
[0023](6)當結(jié)殼保護層厚度為10~IOOmm時，調(diào)大電流進行正常電解操作；電解過程的極間距，即石墨陽極下表面到起始電極或電解陰極之間的間距為15mm~400mm，剛開始時，稀土金屬或合金在起始陰極表面析出并匯聚成液體，當液體的稀土金屬或合金積累到一定量后，將起始陰極淹沒后，液體金屬或合金的表面作為電解陰極，稀土金屬或合金就在液體金屬表面析出。
[0024]在電解過程中，電解溫度為600°C~1400°C。
[0025]在電解過程中，起始陰極或液體金屬表面的電流密度為0.3A/cm2~18A/cm2。
[0026]電解質(zhì)中稀土氟化物與氟化鋰的質(zhì)量比為(3~20)/1。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0028]本發(fā)明的電解槽槽壁以氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液凝固形成的結(jié)殼保護層構(gòu)成，電解質(zhì)結(jié)殼保護層隔斷了電解質(zhì)溶液與其它物質(zhì)的接觸，可避免電解質(zhì)溶液受到污染，有利于提高電解出金屬的質(zhì)量。
[0029]每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極B與下面正在電解的石墨陽極A組成，石墨陽極A與石墨陽極B之間通過陽極螺紋連接，電解過程中，石墨陽極被連續(xù)消耗掉，因此，廢石墨陽極的產(chǎn)生量極小，甚至不產(chǎn)生廢石墨陽極。
[0030]使用本發(fā)明的電解槽電解生產(chǎn)稀土金屬或合金中的鐵、碳含量較低；本發(fā)明提供了一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽及方法簡單易行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明電解槽的石墨陽極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明圓柱形石墨陽極與陽極架組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明方柱形石墨陽極與陽極架組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明電解槽內(nèi)圓柱形石墨陽極排列示意圖；
[0036]圖6為本發(fā)明電解槽內(nèi)方柱形石墨陽極排列示意圖。
[0037]附圖標記
[0038]I石墨陽極2電解質(zhì)結(jié)殼保護層3內(nèi)壁4保溫層5起始陰極
[0039]6液體金屬7積液槽8電解質(zhì)溶液9導電板10陰極母線11電源
[0040]12陽極母線13陽極升降裝置14陽極夾具15螺紋
[0041]16陽極夾緊螺栓
【具體實施方式】
[0042]以下通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不受這些實施例的限制。
[0043]如圖1所示，一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽，該電解槽包括保溫層4，該電解槽的內(nèi)壁3內(nèi)有熱交換裝置，通過強制熱交換，使電解質(zhì)在內(nèi)壁3的表面凝固形成電解質(zhì)結(jié)殼保護層2，形成的電解質(zhì)結(jié)殼保護層2即為電解槽的槽壁。起始陰極5安裝在電解槽底部，電解質(zhì)結(jié)殼保護層2與起始陰極5構(gòu)成電解槽的槽膛。若干組石墨陽極I安裝在起始陰極5的正上方，每組石墨陽極之間通過螺紋15連接，石墨陽極組用陽極夾緊螺栓夾緊在陽極夾具14上，陽極夾具14固定在陽極升降裝置13上。陽極夾具14通過陽極母線12與電源11的正極相連。起始陰極通過導電板9，再由陰極母線10連接到電源11的負極。
[0044]為了保證電解質(zhì)結(jié)殼保護層形成并穩(wěn)定地附在內(nèi)壁3上，內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有熱交換器和溫控裝置，熱交換器和溫控裝置的作用是使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低10~100°C，以使電解質(zhì)溶液在內(nèi)壁的表面凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，溫控裝置的作為是保證電解質(zhì)結(jié)殼保護層能穩(wěn)定地形成，并控制好電解質(zhì)結(jié)殼保護層的厚度，結(jié)殼保護層的厚度為10~100mm，形成的電解質(zhì)結(jié)殼保護層成為電解槽的槽壁。電解質(zhì)結(jié)殼保護層依附內(nèi)壁的表面凝固而成，同時對起始陰極5起固定作用，并對內(nèi)壁3與起始陰極5之間的縫隙起到密封作用。電解質(zhì)結(jié)殼保護層2與起始陰極5構(gòu)成電解槽的槽膛。電解質(zhì)結(jié)殼保護層隔斷電解質(zhì)溶液與其它物質(zhì)的接觸，可避免電解質(zhì)溶液受到污染，有利于提高電解出金屬的質(zhì)量。[0045]如圖2所示，石墨陽極I由若干組構(gòu)成，每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極B與下面正在電解的石墨陽極A組成，每個石墨陽極塊上有內(nèi)螺紋和外螺紋，石墨陽極A的內(nèi)螺紋與石墨陽極B的外螺紋連接構(gòu)成一組石墨陽極。如圖3、4所示，用陽極夾緊螺栓16將每組石墨陽極I夾緊固定在陽極夾具14上。石墨陽極I浸沒在電解質(zhì)溶液8中。隨著電解的進行，石墨陽極A因電解消耗而逐漸變短，松開陽極夾緊螺栓，向上調(diào)整陽極被夾位置，保證陽極夾具在電解質(zhì)液面上的高度為10~240mm。隨著電解的進行，在石墨塊A逐步被消耗而變短的同時，生成的液體金屬逐漸增多而金屬液面增高，使極間距發(fā)生變化，利用陽極升降裝置13將陰、陽兩極之間的距離控制在15mm~400mm，這樣稀土金屬離子直接在液體金屬表面被電解還原成原子進入液體金屬中，有效地減少了還原生成金屬的二次氧化，有利于提聞電流效率。
[0046]與傳統(tǒng)的棒狀陰極不同，本發(fā)明的起始陰極5為板狀，材質(zhì)為鎢、鑰或鎢鑰合金。起始陰極5的中央有一個碗狀的積液槽7，當電解產(chǎn)出的液體金屬達到一定重量后，通過人工舀出或虹吸將液體金屬6取出，然后進行鑄造成型。
[0047]如圖3-6所示，石墨陽極的形狀可為圓柱、正方柱、長方柱或多邊形柱，電解槽槽膛可為長方體、正方體、圓柱體或多邊柱體。
[0048]本發(fā)明中的陰極電流密度為0.3A/cm2~18A/cm2。在輕稀土金屬及合金的電解生產(chǎn)過程中，陰極電流密度通常不小于陽極電流密度，為了使陰極電流密度不小于陽極電流密度，本發(fā)明中的電解槽的內(nèi)壁與水平線夾角α的角度為45°~90°。
[0049]電解質(zhì)組成為稀土氟化物與氟化鋰組成的熔鹽液體，稀土氟化物與氟化鋰質(zhì)量比為(3~20)/I，電解的溫度為600°C~1400°C。
[0050]本發(fā)明中的石墨陽極插入電解質(zhì)內(nèi)的深度為IOmm~240mm，電解過程的極間距，即石墨陽極下表面到正對的起始陰極或液體金屬的上表面的距離為15mm~400mm。
[0051]實施例1
[0052]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為LaF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為3/1。啟動陽極升降裝置，使6組圓柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中240mm，控制陰陽極之間的距離為50mm。開啟電源，通入2000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鑭，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低10°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為IOmm時，將電流強度調(diào)為12000A，添加氧化鑭進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時,人工自出金屬一次,金屬中C含量為80ppm ;鐵含量為310ppm,陽極殘存率為3%。[0053]實施例2
[0054]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為LaF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為8/1。啟動陽極升降裝置，使8組正方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中10mm，控制陰陽極之間的距離為400_。開啟電源，通入5000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鑭，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低100°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為IOOmm時，將電流強度調(diào)為16000A，添加氧化鑭進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時，用虹吸方法吸出金屬一次，金屬中C含量為50ppm ;鐵含量為230ppm，陽極殘存率為1%。
[0055]實施例3
[0056]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為LaF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為6/1。啟動陽極升降裝置，使8組圓柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中120mm，控制陰陽極之間的距離為100_。開啟電源，通入4000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鑭，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低20°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為50mm時，將電流強度調(diào)為24000A，添加氧化鑭進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時，用虹吸方法吸出金屬一次，金屬中C含量為40ppm ;鐵含量為210ppm，陽極殘存率為0.5% 。
[0057]實施例4
[0058]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為NdF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為4/1。啟動陽極升降裝置，使6組正六方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中200mm，控制陰陽極之間的距離為80mm。開啟電源，通入3000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化釹，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低50°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為80mm時，將電流強度調(diào)為18000A，添加氧化釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔I小時，人工自出金屬一次，金屬中C含量為60ppm ;鐵含量為180ppm,陽極殘存率為0.8%。
[0059]實施例5
[0060]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為NdF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為12/1。啟動陽極升降裝置，使8組長方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中150mm，控制陰陽極之間的距離為150mm。開啟電源，通入3000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化釹，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低20°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為40mm時，將電流強度調(diào)為16000A，添加氧化釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔I小時，人工舀出金屬一次，金屬中C含量為80ppm ;鐵含量為240ppm，陽極殘存率為0.4%。
[0061]實施例6[0062]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為NdF3與LiF組成的熔融溶液，其中LaF3與LiF的比例為8/1。啟動陽極升降裝置，使8組圓柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中80mm，控制陰陽極之間的距離為240mm。開啟電源，通入5000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化釹，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低40°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為60mm時，將電流強度調(diào)為20000A，添加氧化釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時，用虹吸方法吸出金屬一次，金屬中C含量為60ppm ;鐵含量為180ppm，陽極殘存率為0.2%。
[0063]實施例7
[0064]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為(PrNd)F3與LiF組成的熔融溶液，其中(PrNd)F3與LiF的比例為6/1。啟動陽極升降裝置，使4組圓柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中100_，控制陰陽極之間的距離為340mm。開啟電源，通入3000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鐠釹，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低80°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為80mm時，將電流強度調(diào)為10000A，添加氧化鐠釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔I小時，人工舀出金屬一次，金屬中C含量為180ppm ;鐵含量為410ppm，陽極殘存率0.6%。
[0065]實施例8
[0066]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為(PrNd)F3與LiF組成的熔融溶液，其中(PrNd)F3與LiF的比例為11/1。啟動陽極升降裝置，使2組正六邊形柱石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中180_，控制陰陽極之間的距離為160mm。開啟電源，通入2000A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鐠釹，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低30°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為30mm時，將電流強度調(diào)為8000A，添加氧化鐠釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔I小時，人工舀出金屬一次，金屬中C含量為IlOppm ;鐵含量為430ppm，陽極殘存率0.4%。
[0067]實施例9
[0068]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為(PrNd)F3與LiF組成的熔融溶液，其中(PrNd)F3與LiF的比例為8/1。啟動陽極升降裝置，使6組正方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中180mm，控制陰陽極之間的距離為80mm。開啟電源,通入4500A的電流,使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài),加入氧化鐠釹,進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低40°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為60mm時，將電流強度調(diào)為15000A，添加氧化鐠釹進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時，用虹吸吸出金屬一次，金屬中C含量為140ppm ;鐵含量為360ppm，陽極殘存率0.2%。
[0069]實施例10
[0070]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為CeF4與LiF組成的熔融溶液，其中CeF4與LiF的比例為4/1。啟動陽極升降裝置，使6組長方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中40mm，控制陰陽極之間的距離為280mm。開啟電源，通入3500A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鈰，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低60°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為40mm時，將電流強度調(diào)為15000A，添加氧化鈰進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔2小時，用虹吸吸出金屬一次，金屬中C含量為90ppm ;鐵含量為160ppm，無石墨陽極殘存。
[0071]實施例11
[0072]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為CeF4與LiF組成的熔融溶液，其中CeF4與LiF的比例為20/1。啟動陽極升降裝置，使8組六方柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中60mm，控制陰陽極之間的距離為120mm。開啟電源，通入2500A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鈰，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低10°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為30mm時，將電流強度調(diào)為20000A，添加氧化鈰進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔I小時，人工當出金屬一次，金屬中C含量為81ppm ;鐵含量為230ppm,無石墨陽極殘存。
[0073]實施例12
[0074]啟爐時，先向電解槽和石墨陽極預熱烘干，向電解槽內(nèi)注入已經(jīng)熔化好的電解質(zhì)，電解質(zhì)為CeF4與LiF組成的熔融溶液，其中CeF4與LiF的比例為6/1。啟動陽極升降裝置，使4組圓柱形石墨陽極下降并浸沒在電解質(zhì)溶液中200mm，控制陰陽極之間的距離為80mm。開啟電源，通入2600A的電流，使電解質(zhì)保持熔融狀態(tài)，加入氧化鈰，進行電解。開啟內(nèi)壁內(nèi)的冷卻和溫控裝置，使內(nèi)壁的表面溫度比電解質(zhì)溶液的凝固溫度低15°C，使電解質(zhì)溶液依附在內(nèi)壁表面逐漸凝固成穩(wěn)定的結(jié)殼保護層，同時添加電解質(zhì)維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定。當結(jié)殼保護層的厚度為20mm時，將電流強度調(diào)為12000A，添加氧化鈰進行正常電解生產(chǎn)。電解每間隔4小時,用虹吸吸出金屬一次,金屬中C含量為72ppm ;鐵含量為180ppm,陽極殘存率0.8%。
【權(quán)利要求】
1.一種電解輕稀土金屬或合金的電解槽，其特征在于，電解槽的槽壁由氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液(8)凝固形成的結(jié)殼保護層(2)構(gòu)成，起始陰極(5)安裝在電解槽底部，若干組石墨陽極(I)安裝在起始陰極(5)的正上方，每組石墨陽極(I)由上下兩塊通過螺紋(15)連接的石墨陽極組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解輕稀土金屬或合金的電解槽，其特征在于，所述電解槽的內(nèi)壁(3)內(nèi)設(shè)有熱交換裝置，熱交換裝置控制內(nèi)壁(3)的表面溫度比氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液⑶的凝固溫度低10~100°C，以使電解質(zhì)溶液⑶在內(nèi)壁(3)的表面凝固成厚度為10~IOOmm穩(wěn)定結(jié)殼保護層(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解輕稀土金屬或合金的電解槽，其特征在于，所述石墨陽極⑴由若干組構(gòu)成，每組石墨陽極由上面待電解的石墨陽極⑶與下面正在電解的石墨陽極㈧組成，石墨陽極㈧與石墨陽極⑶之間通過螺紋(15)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解輕稀土金屬或合金的電解槽，其特征在于，所述電解槽的內(nèi)壁⑶與水平線的夾角α為45~90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解輕稀土金屬或合金的電解槽，其特征在于，所述起始陰極(5)為板狀，其中央位置具有一個碗狀的積液槽(7),該積液槽的深度為10~100mm,直徑為50~160mm,起始陰極(5)的材質(zhì)為鶴、鑰或鶴鑰合金。
6.一種電解輕稀土金屬或合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)向預熱烘干后的電解槽內(nèi)注入由氟化稀土-氟化鋰組成的電解質(zhì)溶液(8)； 2)啟動陽極升降裝置(13)，使預熱后的石墨陽極(I)下降并浸沒在電解質(zhì)溶液(8)中，石墨陽極在電解質(zhì)溶液(8)中的浸沒深度為IOmm~240mm ； 3)開啟電解電源(11)，通入2000A~5000A的電流為電解質(zhì)溶液⑶加熱，以使電解質(zhì)溶液(8)保持溶融狀態(tài)； 4)向電解質(zhì)溶液(8)中添加稀土氧化物，以保證通入2000A~5000A電流后的電觸順利進行； 5)啟動內(nèi)壁(3)內(nèi)的熱交換裝置，使電解質(zhì)溶液⑶依附在內(nèi)壁(3)的表面上緩慢凝固形成結(jié)殼保護層(2)，同時向電解槽內(nèi)補充電解質(zhì)和稀土氧化物，以維持電解質(zhì)液面高度穩(wěn)定; 6)當結(jié)殼保護層(2)厚度為10~IOOmm時，調(diào)大電流進行正常電解操作；電解過程的極間距，即石墨陽極下表面到起始電極或電解陰極之間的間距為15mm~400mm，當電解產(chǎn)生的液態(tài)金屬覆蓋起始陰極表面后，稀土金屬便在液態(tài)金屬表面上電解析出，此時，液態(tài)金屬表面即為電解陰極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解輕稀土金屬或合金的方法，其特征在于，電解溫度為600。。~1400。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解輕稀土金屬或合金的方法，其特征在于，在電解過程中起始陰極及電解陰極的電流密度為0.3A/cm2~18A/cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解輕稀土金屬或合金的方法，其特征在于，所述電解質(zhì)中稀土氟化物與氟化鋰質(zhì)量比為(3~20)/1。
【文檔編號】C25C3/36GK103540961SQ201210236998
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】徐建林, 李紅衛(wèi), 李宗安, 龐思明, 趙斌, 王志強, 陳德宏, 徐立海 申請人:有研稀土新材料股份有限公司