本發(fā)明涉及稀土冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽。

背景技術(shù)：

稀土熔鹽電解是制備稀土金屬及其合金的重要方法之一,當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)稀土金屬的電解槽上口為敞開式，陰極和陽極為柱面平行垂直布置，極距為15～20cm。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致現(xiàn)行稀土金屬電解槽電壓高，生產(chǎn)效率低下、環(huán)境污染嚴(yán)重、工藝參數(shù)波動大，嚴(yán)重阻礙稀土電解技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)前，噸金屬能耗高達(dá)10000kWh左右，能量利用率很低，絕大部分能量被消耗在極距電壓降上，且大量的能量均以熱的形式向外散失，研究表明現(xiàn)行結(jié)構(gòu)稀土熔鹽電解槽槽體敞口輻射散熱占總熱支出的44.5％。且槽電壓過高時，會在電解質(zhì)中氧化物濃度不足時，使稀土氟化物分解嚴(yán)重，產(chǎn)生含氟氣體直接排放而污染環(huán)境。因此，降低槽電壓、減小電解槽側(cè)部及頂部散熱、控制煙氣排放等現(xiàn)行槽存在的問題的解決是實現(xiàn)稀土電解工業(yè)及其技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決目前稀土電解槽能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可降低電解槽的槽電壓，實現(xiàn)了節(jié)能降耗且能降低環(huán)境污染的高效節(jié)能稀土金屬電解槽。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，包括槽本體、鉬坩堝、陰極和陽極，所述的鉬坩堝設(shè)置于槽本體內(nèi)的底部，所述的陽極環(huán)繞槽本體內(nèi)壁豎直圓筒狀設(shè)置，所述的陰極豎直設(shè)置于槽本體中央處，所述的陰極為底端密封的空心圓筒。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的陰極的半徑為5-15cm，筒壁的厚度為1-4cm。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的陰極是由鎢或鉬制成。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的陰極的外壁從頂端到電解槽內(nèi)的電解質(zhì)液面下1-5cm處覆蓋有絕緣層。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的絕緣層為絕緣涂層或BN管。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的槽本體的頂部設(shè)有用于封閉槽頂部開口的頂蓋。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的頂蓋上設(shè)有通孔，通孔通過排氣管道連接外部負(fù)壓排氣裝置。

所述的一種高效節(jié)能稀土金屬電解槽，所述的槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)自外向內(nèi)依次設(shè)有耐火磚、陶瓷纖維板、石墨粉和石墨槽體，所述的耐火磚和陶瓷纖維板層的接觸面上均分別設(shè)有鐵皮層，所述的耐火磚的厚度為5-20cm、陶瓷纖維板厚度為1-10cm、石墨粉層的厚度為1-5cm、石墨槽體的厚度為10-15cm。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，通過增大陰極半徑減小了陰極附近電壓降，可大大降低電解槽的槽電壓；本發(fā)明在保持極距、陽極電流密度和電解質(zhì)體電流密度均不變的情況下，可相較于傳統(tǒng)槽減小槽電壓1.7V以上，實現(xiàn)了大幅度節(jié)能降耗。同時，采用本發(fā)明的大直徑空心圓筒陰極，在保持相同極距、爐膛深度等條件下，大大增加了槽內(nèi)電解質(zhì)的數(shù)量，有利于氧化稀土原料的溶解和提高槽內(nèi)熱穩(wěn)定性，槽運行穩(wěn)定性顯著提升，相應(yīng)地槽電流容量和生產(chǎn)能力也大幅度提高，且低槽電壓可減少稀土氟化物的分解，降低煙氣中的氟含量。保溫材料的加強(qiáng)減少了側(cè)部熱量的損失，同時彌補(bǔ)低槽電壓帶來的熱收入減少，增加了能量利用率。上端加蓋的設(shè)計既減少了頂部熱量的損失，同時控制了煙氣的排放，減少了電解車間的空氣污染。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為采用本裝置進(jìn)行模擬仿真計算的實驗結(jié)果圖；

其中1為鉬坩堝、2為陰極、3為陽極、4為頂蓋、5為排氣管道、6為耐火磚、7為陶瓷纖維板、8為石墨粉層、9為石墨槽體、10為鐵皮層、11為絕緣層。

具體實施方式

參見圖1，本實施例包括槽本體、鉬坩堝、陰極和陽極，其中鉬坩堝設(shè)置于槽本體內(nèi)的底部，陽極環(huán)繞槽本體內(nèi)壁豎直圓筒狀設(shè)置，陰極豎直設(shè)置于槽本體中央處，為了實現(xiàn)增大陰極半徑同時不增加陰極材料使用量，本實施例的陰極為空心圓筒，且底端進(jìn)行密封以防止電解液進(jìn)入。陰極的半徑為5-15cm，筒壁的厚度為1-3cm。相較于普通的半徑為3-5cm的實心圓柱體陰極的半徑有較大提高，且不會增加陰極材料的使用量。陰極選用的材料是鎢或鉬。這樣可大大降低電解槽的槽電壓，實現(xiàn)節(jié)能降耗。且低電壓減少了稀土氟化物的分解，減少了煙氣中的氟含量。陰極空心圓筒外表面上部至自電解質(zhì)液面下的1-5cm均采用絕緣涂層或BN管進(jìn)行電絕緣，使電解槽發(fā)熱區(qū)域下移，大大減少了電解質(zhì)頂部的熱量散失，避免傳統(tǒng)陰極在三相界面的腐蝕，從而提高了陰極使用壽命。

為了實現(xiàn)減少頂部熱量損失，控制煙氣排放以減少電解車間的空氣污染的目的，本實施例的槽本體的頂部設(shè)有用于封閉槽頂部開口的頂蓋。同時頂蓋上設(shè)有通孔，通孔通過排氣管道連接外部負(fù)壓排氣裝置。

為了減少電解槽熱量的損失，同時彌補(bǔ)低電壓導(dǎo)致的發(fā)熱減少。本實施例槽本體自外向內(nèi)依次設(shè)有耐火磚、陶瓷纖維板、石墨粉層和石墨槽體，陶瓷纖維板與耐火磚和石墨粉層的接觸面上均分別設(shè)有鐵皮層。其中耐火磚的厚度為5-20cm、陶瓷纖維板厚度為1-10cm、石墨粉層的厚度為1-5cm、石墨槽體的厚度為10-15cm。

參見圖2，其中左為傳統(tǒng)稀土金屬電解槽電場仿真計算結(jié)果圖，右為本發(fā)明所描述高效節(jié)能稀土金屬電解槽電場仿真計算結(jié)果圖，可見到在保持極距、陽極電流密度和電解質(zhì)體電流密度均不變的情況下，采用本實施例裝置，可相較于傳統(tǒng)槽減小槽電壓1.7V以上，實現(xiàn)了大幅度節(jié)能降耗。