本發(fā)明涉及稀土金屬電解生產(chǎn)，具體為一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法。
背景技術(shù)：
1、稀土電解槽內(nèi)石墨坩堝的主要作用是作為陽(yáng)極，通過(guò)直流電導(dǎo)入石墨坩堝，用于熔化和精煉金屬液體以及固液加熱反應(yīng)，稀土電解槽通常采用石墨坩堝電解槽，其中石墨坩堝不僅作為容器，還扮演著陽(yáng)極的角色，在電解過(guò)程中，直流電通過(guò)鋼殼導(dǎo)入石墨坩堝，鋼殼內(nèi)底部墊入石墨粉以保持與石墨坩堝的緊密接觸，確保良好的導(dǎo)電性，這種結(jié)構(gòu)使得石墨坩堝能夠在電解過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括但不限于：石墨坩堝能夠承受高溫，提供穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境，使金屬液體得以均勻加熱和精煉；除了作為熔化容器，石墨坩堝還支持固液加熱和反應(yīng)，這對(duì)于稀土金屬的提取和純化至關(guān)重要；小型石墨坩堝電解槽的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，如陰極位于電解槽中心，電力線分布均勻，有助于減少金屬的溶解損失和二次反應(yīng)，從而提高電流效率和金屬回收率，此外，稀土電解槽內(nèi)石墨坩堝的使用還涉及到特定的電解質(zhì)體系，如gdf3-lif-baf2三元體系，以及特定的熔質(zhì)和熔質(zhì)比例，這些因素共同影響了電解過(guò)程的效率和產(chǎn)物的質(zhì)量，總的來(lái)說(shuō)，石墨坩堝在稀土電解槽中扮演著不可或缺的角色，對(duì)于稀土金屬的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著直接影響，稀土氧化物電解都使用石墨作陽(yáng)極，可能發(fā)生的反應(yīng)有一次電化學(xué)和二次電化學(xué)反應(yīng)，一次電化學(xué)反應(yīng)：02--2e＝1/2o2，1/2o+c＝co，202-+c-4e＝co2，202--4e＝o2，以上反應(yīng)可能同時(shí)發(fā)生，電解溫度低于857度時(shí)陽(yáng)極氣體主要是二氧化碳，高于900度時(shí)陽(yáng)極氣體主要是一氧化碳，二次化學(xué)反應(yīng)，電極生成的一次氣體逸出時(shí)，在溫度很高的電解質(zhì)表面，二氧化碳?xì)怏w與石墨陽(yáng)極發(fā)生如下反應(yīng)：co2+c＝2co，o2+c＝co2，o2+2c＝2co，陽(yáng)極氣體組成：主要是一氧化碳、二氧化碳，還有少量的氟化物和氟碳化合物，它們的產(chǎn)生主要是電解質(zhì)中的水分子與氟離子作用。
2、熔鹽電解法是制備稀土金屬的重要方法之一，目前現(xiàn)有普遍采用稀土氟鹽電解的方式，電解槽以石墨材料為坩堝，是盛裝電解質(zhì)和稀土金屬液體的容器，坩堝是有底的桶狀，是采用成品的石墨電極，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工得到。
3、但是，傳統(tǒng)的電解槽制造存在以下缺點(diǎn)：
4、(1)市場(chǎng)上石墨電極是實(shí)芯的圓柱狀，加工時(shí)，先對(duì)其進(jìn)行掏孔，在對(duì)內(nèi)外壁面和底部的內(nèi)外面進(jìn)行車削加工，帶來(lái)大量的物料損失，造成成本較高；
5、(2)由于石墨電極生產(chǎn)裝備的限制，電極的直徑一般難以超過(guò)φ750mm，致使加工制作的稀土電解用石墨坩堝的外徑和內(nèi)徑尺寸受到限制，稀土電解槽的電流容量和單槽難以擴(kuò)大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的市場(chǎng)上石墨電極是實(shí)芯的圓柱狀，加工時(shí)，先對(duì)其進(jìn)行掏孔，在對(duì)內(nèi)外壁面和底部的內(nèi)外面進(jìn)行車削加工，帶來(lái)大量的物料損失，造成成本較高；由于石墨電極生產(chǎn)裝備的限制，電極的直徑一般難以超過(guò)φ750mm，致使加工制作的稀土電解用石墨坩堝的外徑和內(nèi)徑尺寸受到限制，稀土電解槽的電流容量和單槽難以擴(kuò)大的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，包括以下步驟：
3、步驟一、確定原料：選用煅燒石油焦為原料，以煤瀝青為粘結(jié)劑；
4、步驟二、產(chǎn)品加工：對(duì)原料分別進(jìn)行煅燒、破碎、篩分和磨粉，得到滿足要求的粒度；
5、步驟三、制備糊料：將各種粒度的煅燒石油焦按比例配料，并加入一定比例的煤瀝青作為粘結(jié)劑，進(jìn)行混捏，得到糊料；
6、步驟四、生坯制備：將步驟三中制備的糊料，注入圓筒狀的外模具內(nèi)，插入內(nèi)壓頭，施加壓力進(jìn)行壓制，得到圓筒狀的坩堝生坯；
7、步驟五、第一次焙燒：將步驟四制備的坩堝生坯進(jìn)行第一次焙燒，焙燒時(shí)，坩堝生坯內(nèi)裝填炭質(zhì)顆粒，外部用炭質(zhì)顆粒保護(hù)，得到產(chǎn)物a；
8、步驟六、第二次焙燒：將產(chǎn)物a用瀝青進(jìn)行浸漬，然后進(jìn)行第二次焙燒，得到產(chǎn)物b；
9、步驟七、石墨化處理：將產(chǎn)物b進(jìn)行石墨化處理后得到坩堝成品。
10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟一中煅燒石油焦，硫分含量不大于1.5％，所述步驟一中煤瀝青的軟化點(diǎn)為100-115℃。
11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟二中粒度具體為將煅后石油焦破碎篩分為粒度4-2mm、2-1mm和1mm以下，磨粉的粒度為0.15mm以下。
12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟三中各種粒度的煅燒石油焦按比例配料具體為，4-2mm：2-1mm：1mm：粉料＝(26-32):(18-24):(8-12):(36-42)。
13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟三中粘結(jié)劑煤瀝青的使用比例為糊料總量的18-24％。
14、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟三中混捏溫度為150-180℃，混捏時(shí)間為40-60min。
15、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟四中注入圓筒狀的外模具內(nèi)具體為：將糊料在150-180℃條件下，注入入符合尺寸規(guī)格的圓筒狀外模具中；插入直徑小于外模具的圓柱形內(nèi)壓頭，施加壓力18-24mpa，保壓時(shí)間100-150秒；外模具的內(nèi)徑與內(nèi)壓頭的外徑差為220-240mm，高度差為110-120mm。
16、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟五中第一次焙燒的最高溫度850-950℃，焙燒總曲線時(shí)間320-480h；焙燒時(shí)，坩堝生坯內(nèi)裝填炭質(zhì)顆粒，外部用炭質(zhì)顆粒保護(hù)。
17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟六中第二次焙燒具體為將一次焙燒坯預(yù)熱到210-230℃，推入浸漬罐體內(nèi)，抽真空，加入浸漬瀝青，施加1.8-2.2mpa的壓力，保壓2-4個(gè)小時(shí)；二次焙燒的最高溫度950-1050℃，焙燒總曲線時(shí)間240-320h。
18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟七石墨化處理具體為石墨化溫度2600-2800℃，對(duì)石墨化的坩堝坯料，對(duì)其內(nèi)外面用車削方式的進(jìn)行機(jī)械加工，得到滿足尺寸要求的石墨坩堝。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
20、1、選用煅后石油焦為原料，破碎篩分成不同粒級(jí)并磨粉，以瀝青為粘結(jié)劑，按比例配料，采用一體化壓制成型，得到筒狀的坩堝生坯，進(jìn)行一次焙燒后浸漬，之后進(jìn)行二次焙燒，再進(jìn)行石墨化處理，最后經(jīng)過(guò)車削加工得到符合尺寸要求的石墨坩堝，該方法可以優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，減少物料浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，并可擴(kuò)大坩堝的規(guī)格尺寸，為稀土電解槽的產(chǎn)能提高提供了條件；
21、2、通過(guò)成型方法和工藝的改進(jìn)，一體化制作稀土電解槽用石墨坩堝，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，減少物料浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，并可擴(kuò)大坩堝的規(guī)格尺寸，為稀土電解槽的產(chǎn)能提高提供條件。
1.一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟一中煅燒石油焦，硫分含量不大于1.5％，所述步驟一中煤瀝青的軟化點(diǎn)為100-115℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟二中粒度具體為將煅后石油焦破碎篩分為粒度4-2mm、2-1mm和1mm以下，磨粉的粒度為0.15mm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟三中各種粒度的煅燒石油焦按比例配料具體為，4-2mm：2-1mm：1mm：粉料＝(26-32):(18-24):(8-12):(36-42)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟三中粘結(jié)劑煤瀝青的使用比例為糊料總量的18-24％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟三中混捏溫度為150-180℃，混捏時(shí)間為40-60min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟四中注入圓筒狀的外模具內(nèi)具體為：將糊料在150-180℃條件下，注入入符合尺寸規(guī)格的圓筒狀外模具中；插入直徑小于外模具的圓柱形內(nèi)壓頭，施加壓力18-24mpa，保壓時(shí)間100-150秒；外模具的內(nèi)徑與內(nèi)壓頭的外徑差為220-240mm，高度差為110-120mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟五中第一次焙燒的最高溫度850-950℃，焙燒總曲線時(shí)間320-480h；焙燒時(shí)，坩堝生坯內(nèi)裝填炭質(zhì)顆粒，外部用炭質(zhì)顆粒保護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟六中第二次焙燒具體為將一次焙燒坯預(yù)熱到210-230℃，推入浸漬罐體內(nèi)，抽真空，加入浸漬瀝青，施加1.8-2.2mpa的壓力，保壓2-4個(gè)小時(shí)；二次焙燒的最高溫度950-1050℃，焙燒總曲線時(shí)間240-320h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土電解槽用石墨坩堝的一體化制造方法，其特征在于：所述步驟七石墨化處理具體為石墨化溫度2600-2800℃，對(duì)石墨化的坩堝坯料，對(duì)其內(nèi)外面用車削方式的進(jìn)行機(jī)械加工，得到滿足尺寸要求的石墨坩堝。