[实用新型]钨阴极装置及电解槽

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钨阴极装置及电解槽，尤其是一种适用于万安级稀土金属熔盐电解槽的钨阴极装置及电解槽。

背景技术

稀土金属熔盐电解槽是熔盐电解法生产稀土金属及其合金的设备。该电解槽的阴极采用非自耗阴极，通常为钨阴极。由于钨阴极需要较高的导电率，目前使用的钨阴极皆为实心钨阴极。

目前的稀土金属熔盐电解槽以电解电流低于6000A的圆形槽为主。稀土金属熔盐电解槽大型化(例如万安级的电解槽)是提高生产效率，节能减排的必然发展方向。然而，现有的万安级稀土金属熔盐电解槽中，均采用增加钨阴极根数的设置方式来增大电解电流强度，因而电解槽均采用包含多个阴极的长方形槽型结构，失去了圆形电解槽电场、流场的均匀性和能量的集中性等优势。此外，长方形多阴极槽型中对阴极的频繁调整也给操作带来一定难度。例如，申请号为201310691602.1的中国专利文献公开了一种大型组合式稀土金属熔盐电解槽系统，包括大型组合式石墨槽、石墨阳极、钨阴极、钢保护壳、金属接收器、水冷炉盖板、电解电源，大型组合式石墨槽为分块榫卯连接组合在一起的两端为圆弧面的大型组合式石墨槽，在大型组合式石墨槽底部设有金属接收器，金属接收器与水平方向有5～10度的倾斜；每个钨阴极与一个独立的电解电源的负极连接，各电解电源的正极均与水冷炉盖板连接，各个石墨阳极均与水冷炉盖板连接。该电解槽采用多阴极长方形电解槽。再如，申请号为201220094120.9的中国专利文献公开了一种25kA氟盐体系稀土金属熔盐电解槽，包括外钢壳，外钢壳内依次安装保温层、钢质壳体、防渗层、方形石墨槽、盛装金属的容器、阳极片、阳极连接片、阳极导电架，还包括阴极升降架，阴极升降架上悬挂若干个钨阴极，阴极升降架可整体上下、前后移动。该电解槽也是采用多阴极长方形电解槽。

对于圆形电解槽而言，当电解电流扩大至万安级及以上时，必然会导致钨阴极的外径增大，从而导致钨阴极重量大幅增加，同时制造成本和生产成本大幅增加。

因此，需要一种具有更低的制造成本，且适用于万安级以上的稀土金属熔盐电解槽，特别是稀土金属熔盐圆形电解槽的钨阴极装置。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种钨阴极装置，该钨阴极适用于万安级以上的稀土金属熔盐电解槽，且制造成本低，使用寿命长，生产效率高。

本实用新型的另一目的在于提供一种万安级圆形电解槽，该电解槽适合万安级以上电流强度，且保持了电场、流场的均匀性和能量的集中性。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的。

本实用新型提供一种钨阴极装置，包括钨阴极和导电铜排；所述导电铜排的下部与所述钨阴极的上部连接；所述导电铜排内部设有冷却腔；所述导电铜排上设有用于向所述冷却腔注入冷却介质的注入口和用于将所述冷却腔的冷却介质导出的导出口；所述钨阴极内部设有钨阴极空腔，所述钨阴极空腔的开口设置在所述钨阴极的下端，所述钨阴极空腔的上部与所述钨阴极的外部连通。

本实用新型中，所述导电铜排优选为长方体状，所述的冷却腔的形状不限。本实用新型中，由于所述导电铜排内设有冷却腔，降低了电解时钨阴极的温度，有效缓解甚至避免了常规电解槽电解过程中钨阴极被氟化物气体腐蚀而导致的缩颈现象，大大提高了钨阴极的使用寿命，节约了成本，提高了生产效率。

在本实用新型中，所述注入口位于所述导电铜排的顶部，所述导出口位于所述导电铜排的侧壁。根据本实用新型的装置，优选地，所述注入口位于所述导电铜排的顶部，所述导出口位于所述导电铜排的侧壁的上部。采用这样的设置方式，冷却介质能够基本充满冷却腔的内部，从而起到更好的冷却效果。本实用新型中，所述的冷却介质种类不限，只要能够起到冷却效果即可，例如水。

根据本实用新型的装置，优选地，所述的装置还包括注入管和导出管；所述导出口与所述导出管连接；且所述注入管穿过所述注入口并伸入所述冷却腔的下部。这样，冷却介质能够得到充分利用。

根据本实用新型的装置，优选地，所述钨阴极的上部设有使钨阴极空腔与钨阴极的外部气体连通的孔洞。更优选地，所述的孔洞设置在钨阴极的顶部，或者所述孔洞设置在所述钨阴极的侧壁的上部。根据本实用新型的一个实施方式，所述的孔洞设置在钨阴极的顶部。本实用新型中，当钨阴极的下部浸入高温的液态电解质中，液态电解质进入钨阴极空腔内，同时钨阴极空腔内的空气从钨阴极空腔的上部导出至钨阴极外部，从而使电解质能够顺利浸入钨阴极空腔内。