本實用新型屬于機械領(lǐng)域，涉及一種電解法生產(chǎn)稀土用設(shè)備，具體涉及一種啞鈴形稀土金屬電解石墨槽。

背景技術(shù)：

稀土有工業(yè)維生素的美稱?，F(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57 到71 的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc） 和釔（Y）共17 種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。

工業(yè)上大批量生產(chǎn)稀土金屬一般使用熔鹽電解法。該工藝是以稀土氟化物熔鹽體系為電解質(zhì)，石墨作電解槽及陽極材料，鎢棒作陰極。在熔融的稀土氟化物（REF₃、LiF）體系中，加入稀土氧化物（REO）熔解，稀土氟化物離解成稀土離子（RE³⁺）和（F^-），稀土氧化物（REO）離解成稀土離子（RE³⁺）和氧離子（O^2-）。在電場作用下，帶正電的稀土離子向陰極移動并在陰極得到電子，析出得到稀土金屬（RE）。

現(xiàn)有的稀土兩陰極電解槽有兩種結(jié)構(gòu)，矩形雙陰極電解槽和橢圓形雙陰極電解槽，分別如圖1和圖2所示。

圖1所示的矩形雙陰極電解槽，使用六塊方塊陽極，而陰極用的是圓柱實心鎢陰極，陽極反應(yīng)面到陰極的距離不相等，陽極消耗不均勻，陽極殘余量大，即陽極單耗高，產(chǎn)量低下，能耗高。圖2所示的橢圓形雙陰極電解槽為兩根圓柱實心鎢陰極，用四塊弧形陽極，兩塊方形陽極，四塊弧形陽極到陰極的距離相等，但兩塊方形陽極到陰極的距離不相等，陰極間到陽極的反應(yīng)弱，其特征是陽極單耗高，陰極之間存在電位差，產(chǎn)量低，能耗高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有雙陰極稀土電解槽的能耗高、陽極消耗高、產(chǎn)量低下的缺點，本實用新型公開了一種啞鈴形稀土金屬電解石墨槽。

本實用新型所述啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽極槽，所述陽極槽內(nèi)設(shè)置有陽極組，所述陽極組包括多個弧形陽極和位于弧形陽極之間的異形陽極，所述異形陽極兩側(cè)為對稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽極半徑相等且圓心角互補；所述弧形陽極與異形陽極包圍形成中空圓形，陰極位于該中空圓形中央。

優(yōu)選的，還包括位于陽極槽下方的底槽，底槽上底面寬度小于陽極槽的啞鈴狀最窄處。

優(yōu)選的，所述陽極槽下方設(shè)置有底槽，底槽的上底面為中部呈矩形，矩形兩端為半圓形的膠囊形截面形狀，所述半圓形的直徑與緊鄰的矩形邊邊長相等，且兩個半圓形的圓心與陽極包圍形成的中空圓形的圓心分別重合。

優(yōu)選的，所述槽體為整塊石墨鑿?fù)谛纬伞?/p>

優(yōu)選的，所述異形陽極中部最窄處不小于5毫米。

采用本實用新型所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，最大限度的使陽極表面都在以陰極為中心的等勢面上，使電解液中的離子更易擴散，稀土電解反應(yīng)更均勻，有效增大了單產(chǎn)量，同時大幅降低了電解能耗和陽極消耗量。

附圖說明

圖1為本實用新型所述現(xiàn)有的矩形雙陰極電解槽的示意圖；

圖2為本實用新型所述現(xiàn)有的橢圓形雙陰極電解槽的示意圖；

圖3為本實用新型所述電解石墨槽的一種具體實施方式俯視示意圖，圖中附圖標(biāo)記名稱為1-陽極，2-陽極槽，3-陰極，4-異形陽極，5-底槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的具體實施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本實用新型所述電解石墨槽包括槽體，所述槽體內(nèi)有陽極槽2，所述陽極槽內(nèi)設(shè)置有陽極組，所述陽極組包括多個弧形陽極1和位于弧形陽極之間的異形陽極4，所述異形陽極兩側(cè)為對稱的內(nèi)凹弧面，且該弧面與弧形陽極半徑相等且圓心角互補；所述弧形陽極與異形陽極包圍形成中空圓形，陰極3位于該中空圓形中央。

本實用新型作為電解反應(yīng)中的陽極石墨槽，在電解反應(yīng)中與陰極配合使用進(jìn)行電解操作。如圖3所示本實用新型的一個具體實施方式俯視圖，圖3中為兩個圓形交錯的槽主體形狀，電解操作時將兩個截面呈圓形的陰極3插入陽極槽1，在陽極與陰極之間施加高電壓，從而實現(xiàn)電解反應(yīng)。

電解反應(yīng)中，陽極和陰極之間的電場均勻性直接影響到電解所需功率和能耗效率。相對于傳統(tǒng)的陽極槽的矩形內(nèi)壁，本實用新型對內(nèi)壁形狀進(jìn)行改進(jìn)，使內(nèi)壁形狀與圓柱形的陰極相配合，從而使圓柱形陰極表面與陽極槽內(nèi)壁距離在除交錯處的區(qū)域外處處相等。所述異形陽極中部最窄處最好不小于5毫米，以避免相鄰陽極之間發(fā)生擊穿。

底槽5的作用為給陰極底部留出適當(dāng)?shù)娜葜每臻g，避免陰極直接接觸陽極槽底部，從而損傷陽極， 陰極底部一般為平面或半球形，為適應(yīng)這兩種形狀，底槽一般設(shè)計為上底面大于下底面的向下收縮形狀，這種形狀也便于收集電解產(chǎn)生的固體稀土元素。為保證整個石墨槽的機械強度，底槽的上底面寬度應(yīng)小于槽主體的啞鈴最窄處寬度，即兩個圓交錯區(qū)域的最窄處寬度，從而避免槽主體部分懸空，容易斷裂；底槽高度根據(jù)陰極自身形狀和深入陽極的槽的深度決定，通常不高于槽主體的二分之一，以節(jié)省陽極槽的原料和制造成本。

本實用新型整體優(yōu)選采用整塊石墨鑿?fù)谛纬蓡♀徯尾奂暗撞?，從而保證了電極的機械強度，避免了其他拼接方式可能帶來的電解質(zhì)泄漏的縫隙。

如圖1所示給出底槽的一個具體實施方式，所述底槽的上底面為中部呈矩形，矩形兩端為半圓形的膠囊形截面形狀，所述半圓形的直徑與緊鄰的矩形邊邊長相等，且兩個半圓形的圓心與陽極包圍形成的中空圓形上的兩個圓心分別重合。使用時，兩個陰極末端分別位于半圓形的圓心上方，從而在陰極末端的外側(cè)面形成較均勻的電場分布，避免陰極末端發(fā)生電擊，內(nèi)側(cè)由于與石墨槽距離較遠(yuǎn)，一般不會發(fā)生擊穿風(fēng)險。

采用本實用新型所述的啞鈴形稀土金屬電解石墨槽，具備如下優(yōu)越性：

一．采用圓形交錯的啞鈴形陽極槽，與陰極形狀配合，保證了每個陰極獲取最大等勢面，電場線分布均勻，使電解液中的離子更易擴散，稀土電解反應(yīng)更均勻，產(chǎn)品性能得以提升。

二．多個圓形交錯的形式使陽極槽能夠一次容納多個陰極，并保證了每個陰極的電場分布，提高了電解效率和單爐產(chǎn)量。

三．設(shè)置雙弧反應(yīng)面陽極，有效增大反應(yīng)面積，提高產(chǎn)量。

四．利用整體石墨槽鑿?fù)谛纬烧w陽極，減少了電解過程中電解質(zhì)的泄露。

前文所述的為本實用新型的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述實用新型人的實用新型驗證過程，并非用以限制本實用新型的專利保護(hù)范圍，本實用新型的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運用本實用新型的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。