[发明专利]吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置

说明书

本发明公开了一种吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置，该吹气保护装置包括第一气瓶、第二气瓶、以及存储机构，第一气瓶用于存储第一惰性气体；第一吹气管道与第一气瓶连通以输送第一惰性气体；第二气瓶用于存储第二惰性气体；存储机构用于存储氟化稀土；第二吹气管道同时与第二气瓶和存储机构连通以输送第二惰性气体和氟化稀土的混合物；第一吹气管道的吹气方向和第二吹气管道的吹气方向呈预设夹角。本发明提供的用于稀土氟盐电解中石墨阳极的吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置，电解过程中向石墨阳极吹送电解液和氟化稀土以形成持续稳定的保护层，实现使用周期内全程保护，以延长石墨阳极使用寿命。因无需对石墨阳极预处理，成本增加小。

技术领域

本发明涉及稀土制备技术，具体涉及一种吹气保护装置、方法及稀土氟盐电解装置。

背景技术

目前95％以上的稀土金属及合金采用熔盐电解的方法制备，而氟盐电解是主流的熔盐电解制备方法。在稀土氟盐电解中，石墨因其优异的耐高温性、耐腐蚀性、高导电性以及良好的加工性能，成为氟盐电解阳极和电解槽的必选材料。但是石墨存在易氧化消耗的特点，尤其是在高温条件下，氧化消耗速率快，使用寿命短，只有2～3天，导致电解加工成本显著增加。因电解稀土种类和电解规模不同，石墨阳极消耗占加工成本的5％～15％，是制约稀土电解成本的关键因素。

为了有效降低稀土电解成本，现有技术中采用了各种延长阳极石墨使用寿命的办法，其一，如公告号为[CN1037015C]、[CN1045998A]、[CN101985764A]、[CN102560531B]、[CN1020765C]以及[CN1077758A]等中国专利，这些专利均通过对石墨阳极进行浸渍处理方法来延长石墨阳极的使用寿命，所使用浸渍溶液为可以转化为MnO₂、Co₃O₄的硝酸锰和硝酸钴溶液，或者聚磷酸盐、硼酸钠、硅酸钠、碳酸钠、偏磷酸钠及上述混合液，或者金属氧化物和聚氨酯或者乙烯基共聚物；所使用浸渍方法为常压浸渍、加压浸渍、常温浸渍或者加热浸渍，最终在石墨阳极表面形成一种保护层。该方法主要是针对氯盐体系电解石墨阳极，而氟盐稀土具有强腐蚀性，在氟盐体系中，金属氧化物、磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、聚氨酯以及乙烯基共聚物均能够与氟盐发生反应，所形成的保护层会快速消失，起不到保护石墨阳极的作用。

其二，如公告号为[CN102677100B]的中国专利，其提出了适用于氟盐体系的石墨阳极浸渍方法，所使用浸渍液为稀土与碱金属及碱土金属混合溶液，浸渍后将石墨阳极放入氢氟酸进行沉淀反应，将石墨中的盐转化为氟化物，起到减少阳极氧化消耗的目的。中国专利[CN103132104B]用铝电解的废电解质作为浸渍原料制成0.1～50mm的涂层，涂在石墨阳极表面，达到减少阳极消耗的目的。中国专利[CN102230195A]针对石墨阳极熔体上部和熔体下部分别采用不同的浸渍溶液，熔体上部浸渍液为多聚偏磷酸钠液体，熔体下部浸渍液为多羟基氟化物饱和溶液。上述各方法虽能够在一定程度上延长石墨阳极使用寿命，但是增加了浸渍处理工序，并且不同的电解产品需要配置不同的浸渍液，使得石墨阳极制备成本增加，削弱了因延长石墨阳极使用寿命降低电解加工成本的效果。此外，随着电解不断进行，石墨阳极的浸渍层不断被消耗掉，浸渍层的保护作用逐渐失效。考虑到成本和工艺稳定性，不能对石墨阳极进行二次浸渍，实现不了在整个使用周期内进行全程保护。

其三，如公告号为[CN205347595U]的中国专利，在石墨阳极外侧设计了铝制冷却水槽，通过降低石墨阳极温度，减缓氧化速率，增加其寿命。该方法不适用于氟盐体系，因为由于氟盐体系的强腐蚀性，冷却水槽外壳很快就会被侵蚀掉，易引起安全事故。

其四，如公告号为[CN202808964U]的中国专利，在石墨阳极上端设置凹槽，凹槽内浇注巴氏合金液，改善阳极板夹与石墨阳极的接触，通过减少接触电压来降低石墨阳极发热量。但是在氟盐体系中，由于电解温度高达1000℃以上，对于石墨阳极来说，阳极板夹和石墨阳极之间接触电压发热量所占比重很小，并不能有效减缓石墨阳极氧化消耗。