[发明专利]一种稀土电解槽电极结构及稀土电解槽

说明书

本发明涉及一种稀土电解槽电极结构及电解槽，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极相对设置，所述阳极与阴极相对的一面为向阳极内部凹陷的圆弧面，所述阴极与圆弧面相对应的部分为圆柱面，该圆柱面的中心轴线与圆弧面的中心轴线重合。本发明的稀土电解槽阴极在下，阴阳极之间的极距可以根据电解工艺进行调整，可提高阳极的利用率，降低槽电压。本发明的稀土电解槽保温层选材和布局合理，电解槽的热平衡性能好，可有效减少热损失；高导热率碳化硅保护层的使用，使电解槽的伸腿更加容易形成，从而更有效的保护电解槽的侧部保温材料；另外，采用圆柱状阴极，使电流密度阴极高阳极低更加明显，也有效的增加了电解反应区域。

技术领域

本发明涉及一种熔盐稀土电解槽电极结构及稀土电解槽，属于稀土熔盐电解设备技术领域。

背景技术

目前，稀土电解主要以氧化物为原料、氟化物为电解质的熔盐稀土电解，其电解槽型为上插式阴阳极结构，阴阳极柱面平行的放置在电解质中，下方放置钨坩埚用于接收金属。这种现有的稀土金属电解槽极距无法调整，随着稀土电解的进行，极距也越来越大，槽电压一般为10-12V，浪费了大量的电能，且生产效率低下，工艺参数波动大，槽型电流强度的大小为3000-7000A，严重的阻碍了稀土电解槽的大型化、节能化的发展。另外，现有稀土电解槽的保温性能差，大量的热量通过辐射和对流散失到空气中，从而使周围温度升高，恶化了工人的工作环境，也使得电解槽的热平衡不稳定，不得不通过高槽电压的方式来维持热平衡，同时电解槽的电压过高，在氧化物不足时，稀土氟化物分解严重，产生含氟有害气体污染环境。因此，开发大型节能环保的稀土熔盐电解槽是实现稀土电解工业及其技术发展的关键。

中国发明专利CN103614747A公开了一种大型组合式稀土熔盐电解槽系统，实现了槽体结构紧凑、布线结构合理，但其阴阳极为上插式阴阳极，极距不能改变，并没有降低稀土电解槽电压，而且阴阳极结构的设计不利于电解工艺的操作和电解稀土的大型化。

中国发明专利CN105441987A公开了一种液态阴极生产稀土金属及合金的稀土熔盐电解槽，结构为阴阳极平行垂直插入电解质中，电解槽的液态金属作为阴极，虽然该发明有利于电解槽的大型化，但是液态金属作为阴极，容易使金属二次氧化，且液态金属一直处于反应区，使电解槽底部容易被腐蚀，同时给电解槽的开车运行带来了极大困难。另外，液态金属作为阴极，增大了阴极的面积，使阴极电流密度下降，导致电流效率降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种稀土电解槽电极结构及稀土电解槽，以优化电解槽阴阳极结构，提升电流效率，降低能量损耗。

本发明的技术方案如下：一种稀土电解槽电极结构，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极相对设置，所述阳极与阴极相对的一面为向阳极内部凹陷的圆弧面，所述阴极与圆弧面相对应的部分为圆柱面，该圆柱面的中心轴线与圆弧面的中心轴线重合。

优选地，所述阴极为圆柱状。

进一步地，所述阴极主要由钨、钼或两者的复合材料制成。

本发明中，优选地，阴极电流密度为1-10A/cm²，阳极电流密度0.4-2 A/cm²。

优选地，圆弧面与圆柱面之间的距离为30-200mm，该值可根据需要对电解结构进行合理设计调整，电解过程中，也可对阴极和阳极的相对位置进行适当调节，使得极距保持在一定值。

所述阳极主要由碳素材料制成，材质成分可与常规稀土电解槽阳极炭块一样。

优选地，所述阳极和阴极的数量相同且为多个，各个阳极和阴极一一对应。

基于同一发明构思，本发明还提供一种稀土电解槽，包括中空的槽体和如上所述的稀土电解槽电极结构，其中，所述阳极悬置于槽体上方并伸入槽体中电解质内，所述阳极的底面为向上凹陷的圆弧面，阴极的底面与槽体内底面的距离大于0。