一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法

1.本发明属于稀土熔盐电解领域，具体涉及一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法。


背景技术：

2.近年来，随着稀土的广泛应用，稀土的需求量逐年提高，因此，需要稀土的产量逐渐提高。然而，稀土金属的生产过程能耗高。稀土金属主要采用熔盐电解法生产，利用敞口的熔盐电解槽，将阴极插入电解槽中间，阳极插入周围，电流效率一般介于60％-75％之间。另外，传统的稀土电解方法，阴极和阳极之间为等距离电解，即极距相等；这导致处于熔盐表面处的阳极消耗较快，致使残极率较高。
3.现有的熔盐电解制备稀土的方法中，采用的有等极距的上插式稀土熔盐电解槽，阴阳极之间的极距是相等的，如专利cn101845641b、cn204174293u发明的稀土电解槽，阴阳极之间距离是均匀相等的；专利cn105088284b发明了极距可调的电解槽，但极距是相等；还有一些采用的上厚下薄的极距，如专利cn202626314u、cn103397350a、cn209162215u根据阳极的实际消耗状态，发明了阳极上部(处于三相界面部分阳极)厚，下部薄的结构，即在熔盐液面处极距小，熔盐内部极距大，这种阳极结构虽然能够提高阳极的使用寿命，但将进一步降低电流效率，并且需要额外进行阳极结构的调整和制备。


技术实现要素：

4.针对上述不足之处，本发明提供了一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法。通过将阳极斜插入电解槽，形成从熔盐液面向熔盐内部，阳极和阴极之间的极距逐渐减小的渐变极距的稀土熔盐电解方法。该方法能够调整电场分布，增加熔盐内部的电流分布，减弱熔盐表面电流，进而减弱三相界面处的化学反应，能够提高阳极的使用寿命以及电解电流效率。
5.为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明的一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽中，阳极倾斜插入稀土熔盐电解槽的槽壳内部边缘，阴极垂直插入稀土熔盐电解槽中心，稀土熔盐电解槽中盛装电解质熔盐；
7.其中，所述的阴极、阳极之间的极距不相等，从熔盐液面至熔盐内部极距逐渐减小，熔盐液面两极间的极距》熔盐内部两极间的极距。
8.所述的电解质熔盐为氟化物和/或氯化物加热后形成的熔融盐，所述的氟化物主要包括稀土氟化物、氟化锂，所述的氯化物主要包括稀土氯化物、氯化碱金属、氯化碱土金属，其中，当电解质熔盐全部为氟化物时，稀土氟化物占电解质熔盐的质量百分比≥50％，当电解质熔盐全部为氯化物时，稀土氯化物占电解质熔盐的质量百分比为20％-60％。
9.所述的阳极倾斜角度和垂直方向的夹角为0
°
至45
°
，不包括0
°
，其中，0
°
为垂直插入；
10.所述的极距介于5cm-80cm之间；
11.所述的稀土熔盐电解槽电流效率大于80％，阳极利用率提高10％以上，阳极的使用寿命提高10％。
12.与现有的技术相比，本发明的一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，其有益的效果是：
13.(1)能够大幅度提高电流效率，电流效率介于80％-95％之间，平均电流效率大于80％，进而降低了单位质量产品的能耗；
14.(2)能够提高阳极使用寿命，降低残极率，阳极倾斜插入降低了三相界面处的反应程度，减少了界面处的消耗，进而提高了阳极整体的使用寿命。
附图说明
15.图1为本发明实施例采用的上插式稀土熔盐电解槽主视图；
16.1—阳极；2—石墨坩埚；3—稀土熔盐电解槽；4—电解质熔盐；5—盛装稀土金属的坩埚；6—阴极。
具体实施方式
17.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
18.以下实施例中，采用的阳极为上插式阳极，采用的阴极为上插式阴极。
19.实施例1
20.一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽的槽壳内壁设置有石墨坩埚2，阳极1倾斜插入稀土熔盐电解槽3的槽壳内部边缘，其中，阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为3
°
，倾斜方向满足熔盐内部阳极和阴极距离《熔盐液面阳极和阴极的距离，阴极6垂直插入稀土熔盐电解槽3中心，稀土熔盐电解槽3中盛装电解质熔盐，本实施例中，采用的电解质熔盐为氟化铈、氟化锂、氯化钠的混合物，其中，氟化铈占电解质熔盐的质量百分比为50％，在阴极6正下方放置有盛装稀土金属的坩埚5；其结构示意图见图1。
21.进行电解，采用的电解电压为9-10v，电解电流为6000a，极距为5-20cm，即熔盐表面极距20cm，熔盐内部电极末端极距为5cm，得到稀土金属。其中，稀土熔盐电解槽电流效率为80％。
22.实施例2
23.一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽的槽壳内壁设置有石墨坩埚2，阳极1倾斜插入稀土熔盐电解槽3的槽壳内部边缘，其中，阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为15
°
，倾斜方向满足熔盐内部阳极和阴极距离《熔盐表面阳极和阴极的距离，阴极6垂直插入稀土熔盐电解槽3中心，稀土熔盐电解槽3中盛装电解质熔盐，本实施例中，采用的电解质熔盐为氯化钕、氯化钠、氯化镁的混合物，其中，氯化钕占电解质熔盐的质量百分比为40％，在阴极6正下方放置有盛装稀土金属的坩埚5。
24.进行电解，采用的电解电压为9-10v，电解电流为10000a，极距为20-30cm，即熔盐表面极距30cm，熔盐内部电极末端极距为20cm，得到稀土金属。其中，稀土熔盐电解槽电流效率为85％。
25.实施例3
26.一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽的槽壳内壁设置有石墨坩埚2，阳极1倾斜插入稀土熔盐电解槽3的槽壳内部边缘，其中，阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为30
°
，倾斜方向满足熔盐内部阳极和阴极距离《熔盐表面阳极和阴极的距离，阴极6垂直插入稀土熔盐电解槽3中心，稀土熔盐电解槽3中盛装电解质熔盐，本实施例中，采用的电解质熔盐为氯化钕、氯化钠、氟化锂的混合物，其中，氯化钕占电解质熔盐的质量百分比为50％，在阴极6正下方放置有盛装稀土金属的坩埚5。
27.进行电解，采用的电解电压为9-10v，电解电流为15000a，极距为25-40cm，即熔盐表面极距40cm，熔盐内部电极末端极距为25cm，得到稀土金属。其中，稀土熔盐电解槽电流效率为90％。
28.实施例4
29.一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽的槽壳内壁设置有石墨坩埚2，阳极1倾斜插入稀土熔盐电解槽3的槽壳内部边缘，其中，阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为45
°
，倾斜方向满足熔盐内部阳极和阴极距离《熔盐表面阳极和阴极的距离，阴极6垂直插入稀土熔盐电解槽3中心，稀土熔盐电解槽3中盛装电解质熔盐，本实施例中，采用的电解质熔盐为氟化钕和氟化锂的混合物，其中，氟化钕占电解质熔盐的质量百分比为60％，在阴极6正下方放置有盛装稀土金属的坩埚5。
30.进行电解，采用的电解电压为9-10v，电解电流为大于20000a，极距为30-80cm，即熔盐表面极距80cm，熔盐内部电极末端极距为30cm，得到稀土金属。其中，稀土熔盐电解槽电流效率为95％。
31.实施例5
32.一种渐变极距熔盐电解制备稀土的方法，在上插式稀土熔盐电解槽的槽壳内壁设置有石墨坩埚2，阳极1倾斜插入稀土熔盐电解槽3的槽壳内部边缘，其中，阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为7
°
，倾斜方向满足熔盐内部阳极和阴极距离《熔盐表面阳极和阴极的距离，阴极6垂直插入稀土熔盐电解槽3中心，稀土熔盐电解槽3中盛装电解质熔盐，本实施例中，采用的电解质熔盐为氟化铈、氟化锂的混合物，其中，氟化铈占电解质熔盐的质量百分比为70％，在阴极6正下方放置有盛装稀土金属的坩埚5。
33.进行电解，采用的电解电压为9-10v，电解电流为大于10000a，极距为10-15cm，即熔盐表面极距15cm，熔盐内部电极末端极距为10cm，得到稀土金属。其中，稀土熔盐电解槽电流效率为91％。
34.对比例1
35.一种熔盐电解制备稀土的方法，同实施例1，不同在于：采用的稀土熔盐电解槽中，阴极和阳极的极距是等距的，即为：阳极1和稀土熔盐电解槽3的槽壳之间形成的夹角为0
°
，则和实施例1相比，本发明的方法使得阳极利用率降低10％，阳极的使用寿命降低10％，电流密度小于80％，一般为70-75％。
36.对比例2
37.一种熔盐电解制备稀土的方法，同实施例1，不同在于：采用的稀土熔盐电解槽中，阳极的倾斜插入后和阴极的极距为，熔盐表面两极间的极距《熔盐内部两极间的极距，则电流效率降低，一般为70％-75％；阳极利用率降低，使用寿命也降低。
38.对比例3
39.一种熔盐电解制备稀土的方法，同实施例1，不同在于：采用的阳极为上厚下薄，则虽然在一定程度上可提高阳极的使用寿命，但将降低电流效率，电流效率一般为70％-75％。
40.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，例如，将阳极置于熔盐上部，阴极置于下部，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。