[發明專利]一種稀土電解槽電極結構及稀土電解槽

有效

• 申請號: 201711474382.1
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108193235B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 呂曉軍;張恒星;韓澤勛;葦茗仁;孫啟東;王維維
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C7/00
• 分類號: C25C7/00;C25C3/34
• 代理公司: 43113 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強

本發明涉及一種稀土電解槽電極結構及電解槽，包括陽極和陰極，所述陽極和陰極相對設置，所述陽極與陰極相對的一面為向陽極內部凹陷的圓弧面，所述陰極與圓弧面相對應的部分為圓柱面，該圓柱面的中心軸線與圓弧面的中心軸線重合。本發明的稀土電解槽陰極在下，陰陽極之間的極距可以根據電解工藝進行調整，可提高陽極的利用率，降低槽電壓。本發明的稀土電解槽保溫層選材和布局合理，電解槽的熱平衡性能好，可有效減少熱損失；高導熱率碳化硅保護層的使用，使電解槽的伸腿更加容易形成，從而更有效的保護電解槽的側部保溫材料；另外，采用圓柱狀陰極，使電流密度陰極高陽極低更加明顯，也有效的增加了電解反應區域。

技術領域

本發明涉及一種熔鹽稀土電解槽電極結構及稀土電解槽，屬于稀土熔鹽電解設備技術領域。

背景技術

目前，稀土電解主要以氧化物為原料、氟化物為電解質的熔鹽稀土電解，其電解槽型為上插式陰陽極結構，陰陽極柱面平行的放置在電解質中，下方放置鎢坩堝用于接收金屬。這種現有的稀土金屬電解槽極距無法調整，隨著稀土電解的進行，極距也越來越大，槽電壓一般為10-12V，浪費了大量的電能，且生產效率低下，工藝參數波動大，槽型電流強度的大小為3000-7000A，嚴重的阻礙了稀土電解槽的大型化、節能化的發展。另外，現有稀土電解槽的保溫性能差，大量的熱量通過輻射和對流散失到空氣中，從而使周圍溫度升高，惡化了工人的工作環境，也使得電解槽的熱平衡不穩定，不得不通過高槽電壓的方式來維持熱平衡，同時電解槽的電壓過高，在氧化物不足時，稀土氟化物分解嚴重，產生含氟有害氣體污染環境。因此，開發大型節能環保的稀土熔鹽電解槽是實現稀土電解工業及其技術發展的關鍵。

中國發明專利CN103614747A公開了一種大型組合式稀土熔鹽電解槽系統，實現了槽體結構緊湊、布線結構合理，但其陰陽極為上插式陰陽極，極距不能改變，并沒有降低稀土電解槽電壓，而且陰陽極結構的設計不利于電解工藝的操作和電解稀土的大型化。

中國發明專利CN105441987A公開了一種液態陰極生產稀土金屬及合金的稀土熔鹽電解槽，結構為陰陽極平行垂直插入電解質中，電解槽的液態金屬作為陰極，雖然該發明有利于電解槽的大型化，但是液態金屬作為陰極，容易使金屬二次氧化，且液態金屬一直處于反應區，使電解槽底部容易被腐蝕，同時給電解槽的開車運行帶來了極大困難。另外，液態金屬作為陰極，增大了陰極的面積，使陰極電流密度下降，導致電流效率降低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種稀土電解槽電極結構及稀土電解槽，以優化電解槽陰陽極結構，提升電流效率，降低能量損耗。

本發明的技術方案如下：一種稀土電解槽電極結構，包括陽極和陰極，所述陽極和陰極相對設置，所述陽極與陰極相對的一面為向陽極內部凹陷的圓弧面，所述陰極與圓弧面相對應的部分為圓柱面，該圓柱面的中心軸線與圓弧面的中心軸線重合。

優選地，所述陰極為圓柱狀。

進一步地，所述陰極主要由鎢、鉬或兩者的復合材料制成。

本發明中，優選地，陰極電流密度為1-10A/cm²，陽極電流密度0.4-2 A/cm²。

優選地，圓弧面與圓柱面之間的距離為30-200mm，該值可根據需要對電解結構進行合理設計調整，電解過程中，也可對陰極和陽極的相對位置進行適當調節，使得極距保持在一定值。

所述陽極主要由碳素材料制成，材質成分可與常規稀土電解槽陽極炭塊一樣。

優選地，所述陽極和陰極的數量相同且為多個，各個陽極和陰極一一對應。

基于同一發明構思，本發明還提供一種稀土電解槽，包括中空的槽體和如上所述的稀土電解槽電極結構，其中，所述陽極懸置于槽體上方并伸入槽體中電解質內，所述陽極的底面為向上凹陷的圓弧面，陰極的底面與槽體內底面的距離大于0。