本發(fā)明涉及一種稀土冶金技術，具體說，涉及一種大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備。
背景技術：
：輕稀土金屬的電解法主要是熔鹽電解法，稀土熔鹽電解法是在高溫下使熔融的稀土化合物通過直流電，使其電解還原來制取稀土金屬的方法。稀土電解槽主要由電解質、電極、接收器、電解槽襯以及外部的保溫和結構材料組成。陰極和接收器由鎢、鉬等難熔金屬制成。在電解過程中，電流從陽極通過電解質流向陰極。電解質中的金屬離子在陰極得到電子變成金屬，電解質中的陰離子在陽極失去電子變成非金屬單質或化合物。稀土熔鹽電解法分為氯化物熔鹽體系氯化物電解法和氟化物熔鹽體系氧化物電解法。由于氯化物體系電解稀土金屬存在原料易吸潮、稀土收率低、電耗高、尾氣污染嚴重等問題，2010年《國家工信部有關淘汰落后產(chǎn)能公告(2010第122號)》部分工業(yè)行業(yè)淘汰落后生產(chǎn)工藝裝備和產(chǎn)品指導目錄確定淘汰稀土氯化物電解制備稀土金屬工藝。我國利用氟化物體系電解稀土氧化物制備稀土金屬及合金始于上世紀70年代，主要以包頭稀土研究院、北京有色金屬研究總院和長春應用化學研究所、贛州有色冶金研究所、湖南稀土金屬材料研究院等科研院所為主。1984年，包頭稀土研究院最早解決了電解槽材料以及槽型結構等問題，開發(fā)出氟化物體系3000a金屬釹工業(yè)電解槽和生產(chǎn)技術，實現(xiàn)了鑭、鈰、釹、混合稀土金屬的規(guī)模生產(chǎn)，后在全國推廣并得到了大力發(fā)展。2000年包頭稀土研究院完成萬安培電解槽的研制，其后又進行了25ka氟鹽體系電解金屬釹工藝裝備的開發(fā)，并于2002年完成了萬安槽產(chǎn)業(yè)化建設。隨著稀土熔鹽電解產(chǎn)業(yè)化技術不斷進步，許多技術已經(jīng)發(fā)展到很高程度，但是稀土電解過程出爐技術一直延續(xù)以前的技術，包括用鈮(鈦)勺等人工舀出和用不銹鋼坩堝鉗夾出；以上二種出爐方式存在出爐時間長、槽體熱量損失較多、爐況波動大、工人勞動強度大、輻射熱量大、操作環(huán)境惡劣等缺點，導致電解不連續(xù)、生產(chǎn)成本偏高、產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性差；特別是萬安級以上大型稀土電解槽，這些缺點尤為突出。國外，除了前述二種出爐方式外，美國的sheddes和goldsmithjr，分別在20世紀60年代、70年代進行了預埋鉬引出管電加熱后流出及氮化硼虹吸管虹吸的實驗室試驗研究。這些研究成果雖然取得了電解連續(xù)化的重要突破和長足進步。但是，由于存在其虹吸管的制作工藝復雜、成本較高，易發(fā)生金屬堵塞管道或吸管的驟冷驟熱，甚至出爐時需要在密封體系中、氬氣保護狀態(tài)下、低熔點的稀土金屬等苛刻條件。這二種出爐方式在實際生產(chǎn)中難以得到推廣和應用，更不適用于我國敞口體系下大型化稀土電解的實際生產(chǎn)。國內對稀土金屬出爐技術也有研究，專利號201310352311.x公開了一種高溫熔鹽電解槽出金屬裝置及方法，但是這種方法帶有真空儲液包，需要二次澆鑄到錠模中，增加了操作的復雜性，另外，增加了加熱裝置，結構復雜，不適合工業(yè)化應用。專利號01209185.5公開了氟化物體系熔鹽電解槽虹吸出爐裝置，專利號200520127615.7也公開了一種電解槽虹吸出稀土金屬裝置，但是公開的裝置出爐機動平臺過于笨重，操作不方便，另外兩個專利都沒提及操作工藝或方法。專利號20102063885.1公開了4000-6000a稀土電解槽專用全自動出金屬裝置，但是依然需要對澆鑄室中間包進行電加熱，結構復雜，且只適用與4000-6000a，對于萬安電解槽不適用。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備，能夠保證大型稀土電解槽出金屬過程順利，產(chǎn)品質量均勻穩(wěn)定、純度高，適用于大型稀土電解槽工業(yè)應用。技術方案如下：一種大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備，包括真空裝置、惰性氣體罐、鑄錠裝置和移動升降平臺；真空裝置用于給鑄錠室提供負壓環(huán)境，其包括真空泵、真空罐，真空泵通過管道與真空罐相連接；鑄錠裝置包括鑄錠室、錠模、吸管，錠模放置在鑄錠室內，鑄錠室為密閉結構，吸管與鑄錠室采用金屬密封連接，鑄錠裝置放置在移動升降平臺上；真空罐和惰性氣體罐分別通過管道與鑄錠室連接。進一步：鑄錠室的形狀選用中空的長方體、正方體或球形。進一步：鑄錠室上部設有觀察窗口。進一步：移動升降平臺包括移動小車、升降支架、支撐臺；升降支架固定在移動小車的上部，支撐臺固定在升降支架頂部，移動小車下部設置有滾輪。進一步：錠模的錠型選用長方體、正方體、棱柱、棱臺、圓柱、棱錐、球形或者半球形，單錠重量在1kg-100kg之間。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術效果包括：1、能夠保證出金屬過程順利，產(chǎn)品質量均勻穩(wěn)定、純度高，適用于大型稀土電解槽工業(yè)應用。本發(fā)明實現(xiàn)了出金屬裝置小型化、輕量化，出金屬過程機械化、工業(yè)化，能夠快速實現(xiàn)金屬出爐；出金屬過程不需要外部加熱，操作簡單，縮短了出爐時間，降低了爐溫波動，減輕了工人勞動強度，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，產(chǎn)品夾雜少、純度高，在10ka規(guī)模及以上大型稀土電解槽的生產(chǎn)中應用前景廣闊。2、吸管與鑄錠室金屬密封連接技術。吸管與鑄錠室之間需要密封連接以保證鑄錠室內真空度，保證吸鑄過程順暢。3、采用單向澆注方式減少了產(chǎn)品夾雜，產(chǎn)品純度高，產(chǎn)品質量均勻穩(wěn)定。即吸鑄過程只吸鑄金屬不吸鑄電解質。4、經(jīng)濟效益顯著。項目自主創(chuàng)新研制了出金屬系統(tǒng)并開發(fā)了出金屬工藝，工業(yè)應用表明：出爐時間10-60s，出爐后爐溫波動＜30℃，增加產(chǎn)量2％以上，收率提高0.3％以上，產(chǎn)品合格率100％，產(chǎn)品質量均勻穩(wěn)定，純度高。以年產(chǎn)2.2萬噸稀土(鐠釹)金屬計算，可增加產(chǎn)量440噸，按照33萬元/噸金屬價格計算，新增產(chǎn)值14520萬元，生產(chǎn)金屬利潤按照1萬元/噸計算，新增利潤440萬元，新增稅收112萬元。另外，應用研究成果可以減少電解質的機械損失，金屬收率提高0.3％，可節(jié)省原料3kg/噸金屬，全年累計節(jié)省原料66噸，按照26萬元/噸氧化物計算，節(jié)省原料成本1716萬元，經(jīng)濟效益顯著。通過該項目的實施，出爐時間較傳統(tǒng)出爐縮短50-75％，增加了有效電解時間，縮小出爐溫度波動范圍，使爐況更加穩(wěn)定，同時產(chǎn)品質量、一致性可大幅提高。項目推廣后，預期增加產(chǎn)量2％，提高收率0.3％，按照生產(chǎn)每1000噸鐠釹合金計算，可增加產(chǎn)量20噸，新增產(chǎn)值800萬元，通過提高金屬收率新增利潤120萬元，經(jīng)濟效益顯著。項目研究成果推廣一方面可改變傳統(tǒng)人工舀出的出金屬方式，使稀土電解出爐實現(xiàn)機械化，降低了勞動強度，縮短了出爐時間，爐況更加穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質量和一致性；另一方面可以為北方稀土轉型升級、節(jié)能降耗提供重要技術支撐，對北方稀土熔鹽電解制備稀土金屬工藝整體優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值，對我國稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響深遠。全國諸多稀土生產(chǎn)企業(yè)都在挖潛增效，機械出金屬項目的實施能夠實現(xiàn)機械化，不僅能夠降低勞動強度，而且能夠為創(chuàng)造友好的電解環(huán)境奠定基礎，使稀土行業(yè)走入良性、健康發(fā)展的軌道，對推動稀土產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展具有重要的導向意義，發(fā)展前景廣闊。附圖說明圖1是本發(fā)明中大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備的結構示意圖。具體實施方式下面參考示例實施方式對本發(fā)明技術方案作詳細說明。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明更全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。如圖1所示，是本發(fā)明中大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備的結構示意圖。大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備，包括：真空裝置、惰性氣體罐4、鑄錠裝置和移動升降平臺。真空裝置給鑄錠室5提供負壓環(huán)境，包括：真空泵1、管道2、真空罐3，真空泵1通過管道2與真空罐3相連接。鑄錠裝置，包括：鑄錠室5、錠模6、吸管7，錠模6放置在鑄錠室5內，鑄錠室5為密閉結構，吸管7與鑄錠室5采用金屬密封連接。鑄錠裝置放置在移動升降平臺8上。真空罐3和惰性氣體罐4分別通過管道2與鑄錠室5連接。鑄錠室5的形狀選用中空的長方體、正方體或球形，其上部設有觀察窗口(為了保持負壓，便于觀察，觀察窗口設置有密封玻璃)。移動升降平臺可以實現(xiàn)上下、前后、左右移動。移動升降平臺8包括：移動小車、升降支架、支撐臺；升降支架固定在移動小車的上部，支撐臺固定在升降支架頂部；移動小車下部設置有滾輪。吸鑄過程中無需對錠模和吸管進行輔助加熱。錠模6的錠型可以為長方體、正方體、棱柱、棱臺、圓柱、棱錐、球形、半球形等任何形狀，單錠重量可以為1kg-100kg之間任意重量。大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備適用于熔鹽電解制備鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、餌、銩、鐿、镥、釔、鈧中單一金屬、二元以上合金，及與鐵、鎳、銅、鎂、鋁、鋅、鈷、鈮、鈦、鋯、錳合金。工作過程如下：1、通過真空泵1抽真空，使得鑄錠室5保持負壓；2、通過惰性氣體罐4向鑄錠室5充入惰性氣體；3、真空泵1繼續(xù)抽真空，在負壓下，吸管7將液態(tài)稀土金屬或者合金吸入錠模6，液態(tài)稀土金屬或者合金在錠模6上進行冷卻成坯料。實施例1：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在9600安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為鐠釹合金。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為直徑60mm，高度10cm圓柱形，吸管7的材質采用鈦。共吸鑄金屬59.2kg，成分分析見表1所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表2所示。表1吸鑄鐠釹產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6440.00220.0150.0270.017＜0.010＜0.00500.19＜0.005099.83＜0.0050表2人工舀出鐠釹產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6440.00720.0280.0690.020＜0.010＜0.00500.22＜0.005099.13＜0.0050實施例2：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在12000安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為鑭。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為80mm×80mm×80mm立方體形，吸管7的材質采用鈮。共吸鑄金屬70.8kg，成分分析見表3所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表4所示。表3吸鑄鑭產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsinbfemorew6410.00230.0150.0540.016＜0.0100.00540.18＜0.005099.89＜0.0050表4人工舀出鑭產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsinbfemorew6410.00820.0250.0780.016＜0.010＜0.00500.26＜0.005099.22＜0.0050實施例3：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在10500安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為鈰。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為85mm×90mm×50mm長方體形，吸管7的材質采用鈦。共吸鑄金屬53.5kg，成分分析見表5所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表6所示。表5吸鑄鈰產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6450.00260.0150.0240.018＜0.010＜0.00500.2＜0.005099.81＜0.0050表6人工舀出鈰產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6450.00790.0240.0840.018＜0.010＜0.00500.28＜0.005099.19＜0.0050實施例4：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在10000安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為釹。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為直徑80mm球形，吸管7的材質采用鈦。共吸鑄金屬57.6kg，成分分析見表7所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表8所示。表7吸鑄釹產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6500.00270.0150.0250.012＜0.010＜0.00500.24＜0.005099.84＜0.0050表8人工舀出釹產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6500.00850.0210.0740.020＜0.010＜0.00500.24＜0.005099.24＜0.0050實施例5：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在11500安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為混合稀土。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為80mm×95mm×60mm長方體形，吸管7的材質采用鈮。共吸鑄金屬69.5kg，成分分析見表9所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表10所示。表9吸鑄混合稀土金屬產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsinbfemorew6540.00220.0150.0220.013＜0.010＜0.00500.25＜0.005099.82＜0.0050表10人工舀出混合稀土金屬產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsinbfemorew6540.00630.0250.0560.024＜0.010＜0.00500.27＜0.005099.34＜0.0050實施例6：大型稀土熔鹽電解槽出金屬裝備在9800安培氟化物體系電解槽進行，電解金屬為鑭鐵合金。錠模6采用鑄鐵錠模，錠型為70mm×80mm×85mm長方體形，吸管7的材質采用鈦。共吸鑄金屬57.8kg，成分分析見表10所示。同時對同一爐人工舀出金屬進行分析，見表11所示。表10吸鑄鑭鐵合金產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6550.00240.0180.0260.010＜0.010＜0.005085.4＜0.005014.55＜0.0050表11人工舀出鑭鐵合金產(chǎn)品產(chǎn)品分析結果表(％)爐號licfalsitifemorew6550.00720.0240.0580.013＜0.010＜0.005085.36＜0.005014.50＜0.0050本發(fā)明所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。當前第1頁12