[發明專利]下陰極電解與原位鑄錠同步制備稀土金屬的方法和裝置

有效

• 申請號: 201510240926.2
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104805471B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉慶生;湯衛東;江小華
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34;C25C7/00
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所36116
• 代理人: 曾上

技術領域

本發明屬于稀土金屬電解生產領域，具體涉及集“下陰極電解—磁力攪拌—原位鑄錠—自動抽錠出爐”一體化同步連續生產稀土金屬的方法和裝置。

背景技術

目前，電解槽槽型在大型化生產過程主要有兩個發展方向：第一種電解槽是在電極配置方式上仍然沿用20世紀80年代設計的敞開式上插陰陽極模式，即將陰極從槽體外部豎向垂直插入到電解質中，陽極與陰極之間的距離固定；第二種電解槽是有人針對第一種電解槽存在問題，提出將電解過程的液態稀土金屬作為陰極的模式。

第一種電解槽的不足之處主要有以下幾點：第一，在電解過程中隨著陽極的消耗，極距不斷增大，電壓也隨之升高，導致較嚴重的電能損失；第二，上插陰極下端浸泡在液面下，剩余部分則暴露于空氣中，氣液界面處會發生復雜的多相反應及機械摩損，導致該處成為易損部位，降低了陰極的使用壽命；第三，槽體上部使用空間緊張，工人操作難度較大，也不利于槽體規模的擴大，如中國專利CN02240881.9，這種結構在放大過程中由于其布線結構復雜，導致電解槽敞口較大；第四，槽體無保溫措施，生產過程明顯受環境溫度和熱換條件的影響，導致槽體被嚴重氧化、槽口熱量散失嚴重、電解質揮發較大、電解過程電能利用率低，嚴重制約了其進一步發展的可能。

第二種電解槽解決了上插式結構的布線問題，但是由于在該結構中電解出的稀土金屬一直處在電解區域內，電解槽溫度分布不均勻，底部爐溫低而上部爐溫高，造成爐底造渣，使得設備在啟動時的電流遠低于設計值，溫度隨之逐漸降低，產生的少量稀土金屬又很容易與稀土電解質混合形成硬塊，造成電解槽況急劇惡化。然而，國內目前的電解槽產業化生產中，槽中電解稀土金屬液的出爐方式主要采用鈦勺人工舀出或用不銹鋼坩堝鉗夾出方式。由于人工出爐時間長、槽體熱量損失嚴重、槽況波動大、工人勞動強度大、輻射熱量大、操作環境惡劣等缺點，導致電解不連續、產品質量的穩定性差、生產成本偏高。為此，在稀土熔鹽電解領域中，虹吸出金屬裝置已被廣泛研究和應用。但存在的問題有：(1)極容易發生稀土金屬冷凝在虹吸管及進爐端口堵塞，極難清理，這與虹吸管形狀、長短以及無保溫措施有關；(2)熔融態金屬進入真空出爐包時無法確定何時虹吸完畢而停止虹吸操作；(3)由美國專家提出的預埋鉬引出管電加熱后流出和氮化硼虹吸管虹吸方法，但存在出槽時需要在密封體系中，氬氣保護狀態下、僅適用于低熔點的稀土金屬。另外虹吸管的制作工藝復雜、成本較高，且易發生金屬堵塞管道或吸管驟冷驟熱，因此，這兩種出爐方式在實際生產中也難以得到推廣和應用，更不適用于我國敞口體系下大型化稀土金屬的實際生產。

綜上所述，現有槽型結構產品存在的綜合成本較高，爐口熱量損失嚴重，熱場分布不合理，電流效率和電能的利用率較低，原輔材料單消耗較高，人工取液操作困難、勞動強度大，虹吸取液容易發生金屬堵塞管道等問題，遠不能滿足稀土電解生產大規模發展的需求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種下陰極電解與原位鑄錠同步制備稀土金屬的方法和裝置，它操作簡單，能夠連續、自動制備稀土金屬。

本發明的技術方案：一種下陰極電解與原位鑄錠同步制備稀土金屬的裝置，包括安裝于機架上的電解爐和鑄錠爐，電解爐和鑄錠爐按上下位置通過緊固件連接在一起，在電解爐的爐膛口通過陽極導電桿懸掛有炭陽極并與電源正極連通，陽極導電桿固定于自動升降進給裝置上，自動升降進給裝置安裝于機架上；電解爐爐膛的下部設置有漏斗狀絕緣內襯；在電解爐的爐壁外布置有上冷卻水套，上冷卻水套外側的下部布置有電磁攪拌裝置，電磁攪拌裝置布置高度與絕緣內襯高度相同；鑄錠爐上設有鑄錠腔，鑄錠腔與漏斗狀絕緣內襯的出口對中，鑄錠腔的下部配有滑動的引錠桿，引錠桿的底部連接抽錠桿并與電源陰極導線連通；在鑄錠爐的爐壁外布置有下冷卻水套。

所述的電磁攪拌裝置的磁場頻率為3～10Hz，攪拌電流為100～300A。

一種下陰極電解與原位鑄錠同步制備稀土金屬的方法，按以下步驟進行：

一、在電解開始時打開電解爐和鑄錠爐上的冷卻水閥，冷卻水流量20～40L/h，優選30L/h；將引錠桿置于鑄錠爐鑄錠腔中并固定于抽錠桿上，所述引錠桿為耐稀土金屬腐蝕的鎢棒或鉬棒，優選鎢棒；