[发明专利]一种混合阴极以及应用其的电解炉

说明书

一种混合阴极，包括托盘，所述托盘包括位于中部的底盘部和连接在底盘部边缘凸起的边缘部，所述底盘部内置固态阴极，固态阴极存在外露于底盘部的部分；托盘内承载液态阴极，固态阴极和液态阴极构成混合阴极。还涉及一种应用有混合阴极的电解炉，混合阴极连接至电源装置的负极，还包括：炉体；托架，设于炉体底部，混合阴极设置在此托架上；阳极，顶部连接升降装置，底部正对混合阴极，所述混合阴极连接至电源装置的负极，阳极连接至电源装置的正极；接收器，设置在混合阴极下方，用于接收混合阴极溢出的金属液。采用本发明的混合阴极的电解炉，通过半径递增的结构特征补偿阳极在电解过程中的消耗，维持极距的稳定。

技术领域

本发明涉及稀土电解领域，具体涉及一种混合阴极，还涉及一种应用有混合阴极的电解炉，通过固定阳极，单独转动阴极即可稳定极距。

背景技术

稀土元素，是元素周期表ⅢB族中镧系和钪、钇共17种元素的总称，常用RE或REE表示，具有独特的光学、电学、磁学等性能，是当代高新技术领域的重要原材料。含稀土元素制造的新型功能材料、电子材料、光学材料、特殊合金及有机金属化合物等广泛用于电子信息、新能源、新材料、节能环保、航空航天等高新技术领域。中国稀土矿产资源丰富，为发展稀土工业发展提供了较好的资源条件。在稀土金属及其合金生产中，电解是常用生产方法，稀土金属及其合金生产的电解温度通常在约900℃以上。

现有的稀土熔盐电解炉有多种的结构，例如阴极上置、阴极下置和液态下阴极等结构，其中阴极上置的结构产品得率和质量较高，从大型高量产稀土金属冶炼生产看，选用液态阴极结构槽型被认为是稀土熔盐电解下一步的发展方向。与阴极上置相比，下置液态阴极的优势在于：阴极在底部，只有石墨阳极在电解槽上部，因此电解炉上部空间较大，便于操作，有利于提高自动化程度；金属直接在槽底析出，金属溶解损失和二次氧化降低，可以提高电流利用率；在上溢过程中阳极气体对熔体扰动相对较小，有利于稳定电解过程，提高槽体使用寿命；可实现底部出金属，便于连续大规模生产，能获得更高的生产效率。

但下置液态阴极还存在极距不稳定的技术问题，极距动态变化，且总体上呈现增大的趋势，导致电解速率无法准确控制，经分析，极距不稳定是由于两方面因素的叠加所导致的：其中一因素是阳极的消耗，电解反应属于氧化还原反应原理，阳极作为消耗品，其朝向阴极的电解面与阴极之间的距离即极距，随着阳极逐渐被消耗，极距也随之增大，基于阳极被消耗因素的影响，现有技术存在应对方案，将阳极连接在一升降装置上，通过升降装置将阳极下移以补偿阳极的消耗，但在实际中，极距难以精准获取，电解炉内温度高达900℃以上，常规探测无法适用，目前均是通过得到的金属液产出量换算得到阳极的消耗，以此反馈控制升降装置，但电解炉内反应复杂，无法获取较为可靠的阳极消耗量；另一因素在于，电解炉内反应情况复杂，以及需要添加来料维持反应，使得液态阴极的液面存在波动，因此即使能补偿阳极的消耗，但无法补偿液态阴极因不可预知因素导致的波动现象，再加之，金属液随着反应的进行液面逐渐升高，虽然一定程度补偿了阳极消耗，但无法控制完全补偿，况且达到一定量后，需要通过一定方法例如虹吸法向外抽取金属液，比如导致液态阴极液面骤降，属于可预知的不可避免的极距变动。

综上分析，目前下置液态阴极虽然符合大规模生产的发展方向，但极距的恒定控制依然是亟需解决的技术难题。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种混合阴极以及应用其的电解炉来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种混合阴极，包括托盘，所述托盘包括位于中部的底盘部和连接在底盘部边缘凸起的边缘部，所述底盘部内置固态阴极，固态阴极存在外露于底盘部的部分；托盘内承载液态阴极，固态阴极和液态阴极构成混合阴极。

作为优选地，混合阴极的固液体积比为5％:95％；固态阴极在电解初期提供了阴极，提升了电解效率并一定程度提高了托架的稳定性，液态阴极的高度恒定，不受金属液的生成和抽取的影响，维持极距恒定。