【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土化合物制备领域，具体涉及一种连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置与方法。
技术介绍
1、随着科技的飞速发展，稀土元素的应用越来越广泛。稀土是制造电动汽车电池的重要材料，尤其是镧系元素中的镧、铈、镨、钕等，在提高电池性能和延长电池寿命方面起到关键作用。稀土永磁材料具有高磁能积和优异的抗腐蚀性，被广泛应用于风力发电机的制造中，提高发电效率和可靠性。稀土元素在电子显示屏、光纤通信、磁记录材料等方面也发挥重要作用，是现代信息技术的基石。稀土材料在导弹制导、雷达系统、航空航天等国防领域也有广泛应用，是提高国防装备性能的关键材料。
2、碳酸稀土是稀土元素的一种重要化合物，申请号为cn202311578799.8提出一种稀土氯化物连续电转化制备稀土化合物装置及其应用，通过对连续电转化装置的设计，实现饱和氯化稀土溶液一步电转化制备稀土氢氧化物、氧化物或碳酸稀土。该专利技术以氯化稀土溶液为原料一步实现制备稀土化合物材料，整个流程实现水溶液循环，无废液排放，无额外沉淀剂，从源头消除酸碱重复消耗和废水治理排放问题，实现高质稀土化合物短流程制备、原料循环利用。但是，该专利技术专利电解过程并未涉及通入反应气体的利用效率和电解槽能耗。
3、申请号cn201710324342.2公开了一种氯化稀土电转化制备氧化稀土的方法，属于稀土的湿法冶金领域。该方法对氯化稀土溶液进行预脱酸电解，盐酸返回稀土生产系统；将预脱酸后的稀土氯化物溶液作为电解液进行电解，10℃≤温度≤100℃，电解的电压≥2.2v，电解过程中向阴极区
4、上述现有专利技术利用电解过程制备高纯氧化稀土产品，消除氨氮等一些废水的污染；但是，均未考虑到在稀土化合物制备过程中反应气体的利用效率问题，反应气体利用效率低，不仅反应气体消耗增加，同时造成阴极所产氢气纯度低，后续分离困难。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置与方法，电解槽包括阳极室、阴极室、阳离子交换膜、喷气装置和直流电源装置，其中阳极室与阴极室采用非对称式结构，阴极室设有喷气装置，其喷气口位于阴极室底部中心处，喷气口上部设有气体分布板，能够降低进入阴极室反应气体的气泡直径，实现气泡微细化，进而显著提高氯化稀土溶液电转化制备稀土化合物降低电解能耗以及反应气体的利用效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:
3、本专利技术提供一种连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，包括：阳极室、阴极室、阳离子交换膜、喷气装置和直流电源装置，其中阳离子交换膜将槽体分为阳极室和阴极室，阳极室与直流电源正极连接，阴极室与直流电源负极连接，阴极室与阳极室采用非对称式结构；
4、所述喷气装置包括喷气口和气体分布板，喷气口位于阴极室底部中心处，喷气口上部设有气体分布板。
5、进一步地，所述气体分布板设有均匀分布的通气孔，通气孔孔径≤74μm。
6、进一步地，所述阴极室尺寸为阳极室尺寸的2-5倍。
7、进一步地，所述阳极室中阳极板与阳离子交换膜采用柔性弹簧压网紧密贴合。
8、进一步地，所述阳极室下部设有阳极进液口，上部设有阳极出液口；
9、所述阴极室下部设有阴极进液口，上部设有阴极出液口，产物稀土化合物沉淀通过阴极出液口送出电解槽，实现连续化生产。
10、进一步地，所述阳极室电极板为栅格状钛板，表面为氧化钌-铱涂层；
11、所述阴极室电极板为栅格状镍板，表面为氧化钌涂层。
12、本专利技术还提供一种使用所述喷气式电解槽装置连续电转化制备稀土化合物的方法，包括以下步骤：
13、步骤1：阳极室通入稀土氯化物水溶液，阴极室通入氯化钠溶液；
14、步骤2：通过阴极室底部喷气装置的喷气口通入反应气体，反应气体经过气体分布板通气孔打散，形成微细化气泡；
15、步骤3：打开直流电源装置，调节电流密度，步骤2中微细化反应气体气泡与经过阳离子交换膜进入阴极室的稀土阳离子反应，直接制得稀土化合物；
16、步骤4：电解完成后，关闭直流电源，取出电解槽阳极室与电解槽阴极室的电解余液，关闭喷气装置喷气口。
17、气体分布板通气孔打散反应气体，形成微细化反应气体气泡，与经过阳离子交换膜进入阴极室的稀土离子反应，制备得到稀土化合物沉淀，由于微细化气泡的作用，产品稀土化合物沉淀呈流态床化，易于通过阴极室出液口排出，且反应气体利用效率得到提升。
18、进一步地，步骤1中所述稀土氯化物水溶液，其中氯化稀土成分的质量浓度为100g/l-500g/l；
19、步骤1中所述氯化钠溶液，其中氯化钠成分的质量浓度为20g/l-200g/l。
20、进一步地，步骤2中所述反应气体流速为50ml/min-500ml/min。
21、进一步地，步骤3中所述电流密度为300a/m2-1000a/m2。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
23、(1)本专利技术中阳极室与阴极室采用非对称式结构，阴极室设有喷气装置，气体进口(喷气口)位于阴极室底部，气体出口上部设有气体分布板，降低气体进入阴极室气泡直径，实现气泡微细化，无需额外添加搅拌装置，与未设置气体分布板电解槽相比，在制备稀土化合物为碳酸稀土时，二氧化碳利用效率提高近60％。
24、(2)专利技术通过在阳极采用阳极室电极板与阳离子交换膜采用柔性弹簧网紧密贴合，与现有技术相比，在制备单位产量稀土化合物为碳酸稀土时，本专利技术电解能耗降低60％以上。
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1.一种连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，包括：阴极室、阳离子交换膜、喷气装置和直流电源装置，其中阳离子交换膜将槽体分为阳极室和阴极室，阳极室与直流电源正极连接，阴极室与直流电源负极连接，阴极室与阳极室采用非对称式结构；
2.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述气体分布板设有均匀分布的通气孔，通气孔孔径≤74μm。
3.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阴极室尺寸为阳极室尺寸的2-5倍。
4.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阳极室中阳极板与阳离子交换膜采用柔性弹簧压网紧密贴合。
5.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阳极室下部设有阳极进液口，上部设有阳极出液；
6.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阳极室电极板为栅格状钛板，表面为氧化钌-铱涂层；
7.一种使用权利要求1所述连续电转
8.如权利要求7所述连续电转化制备稀土化合物的方法，其特征在于，步骤1中所述稀土氯化物水溶液，其中氯化稀土成分的质量浓度为100g/L-500g/L；步骤1中所述氯化钠溶液，其中氯化钠成分的质量浓度为20g/L-200g/L。
9.如权利要求7所述连续电转化制备稀土化合物的方法，其特征在于，步骤2中所述反应气体流速为50mL/min-500mL/min。
10.如权利要求7所述连续电转化制备稀土化合物的方法，其特征在于，步骤3中所述电流密度为300A/m2-1000A/m2。
...【技术特征摘要】
1.一种连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，包括：阴极室、阳离子交换膜、喷气装置和直流电源装置，其中阳离子交换膜将槽体分为阳极室和阴极室，阳极室与直流电源正极连接，阴极室与直流电源负极连接，阴极室与阳极室采用非对称式结构；
2.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述气体分布板设有均匀分布的通气孔，通气孔孔径≤74μm。
3.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阴极室尺寸为阳极室尺寸的2-5倍。
4.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阳极室中阳极板与阳离子交换膜采用柔性弹簧压网紧密贴合。
5.如权利要求1所述连续电转化制备稀土化合物的喷气式电解槽装置，其特征在于，所述阳极室下部设有阳极进液口，上部设有阳极出液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，豆志河，王龙，李英琦，刘燕，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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