[實用新型]一種稀土氧化物熔鹽電解槽

有效

• 申請號: 201721708309.1
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN207596976U
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 田昂;吳文遠;裴文利;溫權
• 申請（專利權）人: 涼山稀土產業技術研究院
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34;C25C7/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本實用新型涉及一種稀土氧化物熔鹽電解槽，其包括爐殼、保溫層、保護層、石墨槽、石墨陽極、坩堝、陰極；所述石墨陽極和陰極插于所述石墨槽，所述石墨陽極圍繞所述陰極設置，所述坩堝位于所述石墨槽中并正對所述陰極的下方；在石墨槽與石墨陽極之間可拆卸地插入一根兩端開口的整體式空心石墨柱套，所述整體式空心石墨柱套的內側形成電解室，使電解過程中的電化學反應作用于所述石墨陽極和所述整體式空心石墨柱套的內壁，避免石墨槽的消耗，降低制備稀土金屬的成本。

技術領域

本實用新型涉及稀土電解設備領域，尤其涉及一種稀土氧化物熔鹽電解槽。

背景技術

稀土金屬和合金的制備采用的是火法冶金技術，該技術是在高溫條件下通過還原稀土離子實現稀土金屬的提純過程。火法冶金技術主要包括熔鹽電解法和金屬熱還原法，其中熔鹽電解法由于具有成本低、成分均勻容易控制、質量好、易實現連續化生產等優點，成為了目前大規模化工業生產的稀土金屬及其合金的主要生產工藝。熔鹽電解法制備稀土金屬根據熔鹽體系可分為氯化物體系和氟化物體系兩種，在氯化物熔鹽中，金屬的溶解度很大，導致其收率和電流效率降低，并導致電能消耗增高，同時熔鹽的高揮發性會導致電解過程產生大量的氯氣，造成操作上的困難。因此，氯化物熔鹽體系已經逐漸被氟化物所取代。

氟化物熔鹽體系氧化物電解工藝是以稀土氧化物(RE2O3)為原料，以熔融狀態的REF-LiF體系為電解質，以石墨作為石墨陽極，鎢棒為陰極，通過直流電解制備稀土金屬。電解槽的結構如圖1所示，根據槽體尺寸和電流大小，電解槽可分為3000A、8000A以及10000-28000A的大型電解槽。在電解過程中需要向熔融電解質中添加REO，電解過程的總反應式為：RE₂O₃+C＝2RE+3/2CO₂。整個反應過程消耗的物質是稀土氧化物和石墨陽極碳，反應產物之一是氣體。在電解過程中，石墨陽極6是由4片石墨瓦片拼接而成，因此在電化學、化學反應、熔鹽侵蝕和機械力的作用下，相鄰兩塊石墨陽極石墨瓦片的拼接處縫隙會露出石墨槽5的槽壁，造成石墨槽5的消耗(如圖2所示)。由于石墨大型化制造特定形狀的槽結構非常困難，且規格越大制造價格越貴，因此該現有技術會導致石墨槽5很快被燒損而報廢，使電解制備稀土金屬的成本過高。

如圖1所示，其中石墨槽5的損耗包括電化學反應損耗、化學反應損耗、熔鹽腐蝕和機械力損耗，具體損耗機制如下：

(一)、電化學反應造成的石墨槽5損耗：

電解過程中，由于石墨陽極6的幾片石墨瓦片間的縫隙會造成石墨槽5的槽壁作為石墨陽極被消耗，反應方程式如下：

O^2--2e^-＝1/2O₂………………(1)

1/2O₂+C＝CO………………(2)

2O^2-+C-4e^-＝CO₂………………(3)

2O²—4e^-＝O₂………………(4)

上述4個反應可能同時發生，在電解溫度低于857℃或高電流密度下，石墨陽極主要產物是CO₂，但在較高(900℃)溫度下，將生成CO和CO₂的混合氣體。

(二)、化學反應造成的石墨槽5消耗：

石墨陽極6反應生成的一次性氣體，通過熔融電解質從界面逸出，熔體上面灼熱氣體與石墨槽5作用將發生下列反應：

CO₂+C＝2CO………………(5)

O₂+C＝CO₂………………(6)

(三)、熔鹽侵蝕造成的石墨槽5消耗：