一种封闭式稀土氯化物体系电解槽的制作方法

本发明专利涉及电解生产稀土的电解槽，一种用于电解生产稀土金属及其合金的氯化物体系电解槽，特别适用于生产低熔点的镧、铈及混合稀土金属。

背景技术：

稀土金属及其合金由于其独特的物理、化学性质被广泛应用于电子、制导、航空、磁材等高新技术领域。作为我国的重要战略资源，稀土金属需求量越来越大。

熔盐电解法适用于生产混合及单一的轻稀土金属和中、重稀土的合金，其电解质包含氯化物体系和氟化物体系两种。稀土氯化物体系电解工艺由于其高耗能、高污染的缺陷，在本世纪初逐步被稀土氟化物体系氧化物电解工艺取代。因此，目前我国普遍采用氟盐体系氧化物电解生产金属镧、铈、镨、钕及各种稀土配分的混合稀土金属。

稀土氟化物体系电解工艺经过三十多年的发展，由原来的单电极的整体小槽型发展成目前的多电极的分体砌筑大电解槽。目前工业普遍运行的单槽规模为6-15ka，电流效率在70-80%范围。

氟化物体系电解槽仍然存在不足。首先，氟化物电解质及其它辅助原料价格与稀土氯化物原料相比较还是相当高，只适于生产镨钕等高附加值的稀土金属。对于镧、铈及混合稀土金属，稀土氟化物体系电解工艺的经济竞争力不足。其次，由于槽体砌筑费用高，电解槽一旦运行就必须使用到寿命，否则分摊炉体费用过高。这样无法适应不断变化的市场需求，不能做到随开随停。第三，阴阳极在炉口交错排布，不但无法实施自动化操作，而且炉口无法有效封闭，电解烟气粉尘无组织排放严重，无法满足国家对行业环保的要求。

关于稀土电解槽方面的专利很多（cn85100748a、cn2372329y、cn2464744y、cn2632099y、cn110484937a），但是专门针对稀土氯化物体系的电解槽专利尚无报道。

技术实现要素：

针对上述稀土氟化物电解技术的缺点，本专利的目的在于提供一种封闭式稀土氯化物体系电解槽，该电解槽包括槽体、阳极升降系统和烟气收集系统，所述的槽体由各种耐火材料拼接砌筑而成，其关键部件有底部石墨（1）、接收器（2）、炉膛内壁（3）、绝缘块（10）和阴极（11）；所述的阳极升降系统是由炉口钢板（4）、阳极升降装置（9）、阳极导电杆（7）和阳极（5）组成；所述的烟气收集系统由炉口罩板（6）和烟道（8）组成。该电解槽为中等规模电解槽，能做到随时停炉、启炉以适应市场需求的变化。该电解槽使用廉价的耐火材料满足稀土氯化物熔盐的防腐要求，使电解槽槽体砌筑成本和电解运行成本大幅度降低。该电解槽电极结构配置合理，能够实现电解槽炉口有效密闭，满足环保要求，最终实现电解槽的清洁、节能、高效运行。

附图说明

图1为稀土氯化物电解槽三维示意图。

图2为稀土氯化物电解槽剖面图。

其中1为底部石墨、2为接收器、3为炉膛内壁、4为炉口钢板、5为阳极、6为炉口罩板、7为阳极导电杆、8为烟道、9为阳极升降装置、10为绝缘块、11为阴极.。

具体实施方式

电解质为稀土氯化物体系。本专利电解槽只适用于稀土氯化物熔盐体系，所以在炉膛砌筑材料的选择上更宽泛。炉膛内壁（3）可以选择石墨块、刚玉砖、氮化硼块或其它合适的耐火材料。

金属产品为镧、铈及不同稀土配分的混合稀土金属。这些金属产品的熔点低，使电解反应可以控制在1000℃以下。炉口耐火材料受高温氧化腐蚀程度减弱，同时电解质的挥发损失也减少了。

阴极为侧部阴极或者底部阴极。阴极导电板将阴极（11）从电解槽侧部或者底部引入到炉膛内。炉膛内的阴极材料为钨、钼及其合金材料，形成固态阴极、液态阴极或者固-液态阴极。

电解槽为炉口封闭式。由于阴极不在炉口，炉口只排布分体阳极（5），所以电解槽在正常运行过程中可以用炉口罩板（6）实现炉口有效密闭。电解粉尘烟气通过烟道（8）被高浓度收集处理。不但生产过程可以环保达标，收集的粉尘可以二次利用。使稀土收率大大提高、电解生产成本明显降低、生产环境明显改善。

电解槽炉膛为各种耐火材料拼接砌筑而成。根据电解槽不同部位的绝缘导电性要求，炉膛由几种不同耐火材料拼接砌筑而成。炉膛底部（1）选择石墨材料，炉膛内壁（3）可以选择刚玉、碳化硅等其它绝缘材料。

接收器（2）为金属或者非金属材质并固定于炉膛底部（1）,。接收器（2）材质为钼、钨、氮化硼或者其它材料，使炉膛对稀土金属产品的污染控制在最低范围。出金属采用勺舀或虹吸方式时暂时打开局部炉口罩板（6）。

阳极（5）连接阳极导电杆（7）由阳极升降装置（9）悬挂于炉口。阳极位置和极距可以随时调整使电解槽运行温度始终控制在合适状态。炉口钢板（4）不需要水冷或者风冷等强制散热措施，提高了电能的有效利用率。同时整个电解过程更加稳定，有利于机械化、自动化配套设备的实施，为稀土电解工厂的两化融合发展奠定基础。

电解槽规模适中。本专利电解槽主要针对低附加值的镧、铈以及不同配分的混合稀土金属，单槽规模在3-10ka范围内，在非正常寿命停炉后随时可以再次启动以适应市场需求的变化。

加料方式为熔融氯化稀土间歇式入炉。湿法萃取后的稀土氯化物结晶料经过中间加热抬包将熔融氯化稀土定期拿开炉口罩板（6）并注入电解槽。kcl等其他电解质成份将随氯化稀土一同入炉，或者单独向电解槽内添加。

对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供技术的启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种稀土氯化物体系电解槽，其特征是电解槽包括槽体、阳极升降系统和烟气收集系统，所述的槽体由各种耐火材料砌筑而成，其关键部件有底部石墨（1）、接收器（2）、炉膛内壁（3）、绝缘块（10）和阴极（11）；所述的阳极升降系统是由炉口钢板（4）、阳极升降装置（9）、阳极导电杆（7）和阳极（5）组成；所述的烟气收集系统由炉口罩板（6）和烟道（8）组成，整个槽体为密闭式电解槽。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于该电解槽的内膛形状为圆形、方形或者椭圆形。

3.根据权利要求1所述电解槽，其特征在于该电解槽的阳极排布于炉口，由阳极升降装置控制每块阳极的水平位置。

4.根据权利要求1所述电解槽，其特征在于阴极安装于电解槽的侧部或者底部，形成固态阴极、液态阴极或者固-液态阴极。

5.据权利要求1所述电解槽，其特征在电解槽炉口由固定在炉口的框架以及安装在框架上的分体炉口罩板组成，使电解槽在正常电解过程中处于封闭状态，电解烟气粉尘通过顶部烟道被排放到尾气净化处理装置中。

技术总结
本发明涉及一种封闭式稀土氯化物体系电解槽，它适用于生产镧、铈、以及不同稀土配分的混合稀土金属。本发明电解槽砌筑材料经济、砌筑方式简单，满足氯化物熔盐对炉膛材料抗腐蚀性的要求。单槽规模在3‑10KA，能做到随时停炉、启炉。该电解槽的阴极结构从侧部或者底部导入电解槽内，使炉口上部只排布阳极组结构，通过炉口罩板使电解槽实现封闭式电解运行，电解粉尘烟气通过烟道被收集回收利用。在更换阳极时打开局部炉口罩板并同时完成出金属操作。本发明可实现稀土氯化物体系电解槽连续、高效、清洁生产运行，与目前稀土氟化物体系氧化物电解槽相比较有能耗低、成本低、启停灵活以及清洁环保的优势。

技术研发人员：任永红;冯蕾;郝建新
受保护的技术使用者：内蒙古益飞铽冶金科技有限公司
技术研发日：2020.10.15
技术公布日：2021.07.13