CN101717954A - 一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法及装置 - Google Patents

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朱荣
刘润藻
吴华峰
谷林
侯明山
宋建新
王玉刚
陈代明
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Abstract

一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法及装置，属于清洁能源利用领域，特别涉及一种以洁净废钢铁为可溶性阳极，在金属基片阴极上，通过水溶液进行电解制取纯铁的方法。系统分为储能单元和用能单元组成(如图所示)，储能单元包括光伏电池板1、太阳能控制器3、蓄能器5；用能单元主要由电化学反应器10、电极(负极6、正极7)、控温装置11及测量仪表(电流表8、电流表9)等组成。整个过程为利用太阳能光伏发电系统得到电能，由水溶液电解系统将电能转化为化学能，获取清洁纯铁的过程。本发明采用最充足最清洁的能源介质制取纯铁，减少了传统能源在制取纯铁领域的使用，降低碳排，通过清洁手段获得纯铁。

Description

一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法及装置
技术领域
本发明属于清洁能源利用领域，特别涉及一种以废钢铁为可溶性阳极，在金属基片阴极上，通过水溶液进行电解制取纯铁的方法。
背景技术
太阳能是当前地球上最丰富的能源。一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿吨，是目前已探明的世界主要能源储量的一万倍。太阳能能量丰富，但其能流密度值很低，光伏发电及其配套技术是提高其
Figure G2010100337835D00012
值及能流密度的重要方法。2001-2006年全球太阳能电池产量从386MW增至2500.3MW，增长了6.5倍，年均增长45％左右，成为一个快速发展的新兴产业。
现行的高纯铁生产技术其能量来源为化石能源，是一种涉碳技术，过程中将若干万年前光合作用固化的碳素以CO2的形式重新释放于大气中。这种快速释碳过程，对地球亿万年形成的碳循环造成冲击。
太阳能光伏发电技术是当前最清洁的能源技术，利用光伏效应将太阳辐射能直接转换为电能，用以满足生产所需要的能量需求，通过水溶液电解技术将电能转化为化学能，制取高纯铁，实现了不借助含碳介质为燃料和还原剂的高纯铁生产过称，对碳循环的影响微乎其微。
利用太阳能光伏发电技术得到电子，通过水溶液电解可溶性阳极制取高纯铁的过程相对传统的电解制铁方法，是直接利用直流电源电解，不需要交流变直流的整流过程及相应的转换装置，从而提高了能量的利用效率。利用太阳能光伏发电提纯铁的技术同样可以应用到提纯其他金属领域。如表1所示，用黑体字表示的元素均可用本方法从水溶液中电解提取，可见周期表上大部分金属可由电解方法制备出来。
表1为水溶液中析出的金属元素在元素周期表中的位置
发明内容
本发明的目的在于提供一种不借助碳介质制取纯铁的方法，减少传统涉碳技术制备高纯铁排放二氧化碳带来的大气污染。
一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法，其特征是以废钢铁为原料，利用光伏技术所获取的电能，采用电化学反应器，通过水溶液电解从可溶性阳极制取纯铁。工艺步骤为：将原料浸入所配制的电解液(主液为FeCl2·4H2O)中，由光伏电池与蓄电池组协调匹配，通过控制器提供直流电，驱动电解液中正、负离子分别向阴极和阳极迁移，在阴阳极电极上分别发生选择性还原和氧化作用，从而实现提纯和获取理想电解铁层的目的。
电解液成分及浓度如下：
主盐为FeCl2·4H2O，浓度为200～400g/L
辅盐可选用NaCl(也可选用HCl等)，其浓度为50～120g/L。
电化学反应器可选用间歇式电化学反应器、柱塞流电化学反应器或者连续搅拌槽式电化学反应器或者返混反应器其参数如下：
电压：根据要求选取2～4V范围之间。
电解液pH值：pH值在2.0～3.0之间。
电流密度：采用大表面积电极，并以低电流密度从溶液中电沉积，具有良好的经济效果。电流密度在1.0～30.0A/dm2之间。
电解过程所用的装置系统由储能单元和用能单元组成，储能单元包括光伏电池板、光伏控制器、蓄能器；用能单元由电化学反应器、电极、控温装置及测量仪表等组成。
储能单元和用能单元说明如下：
1、储能单元
储能单元由光伏电池板、光伏控制器、蓄能器组成。各部分的作用为：
(1)光伏电池板：光伏电池板是太阳能发电系统中的核心部分。其作用是将太阳光的辐射能转换为电能，或送往蓄能器中存储，或直接推动负载工作。光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；
(2)光伏控制器：光伏控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄能器起到过充电保护、过放电保护的作用。当光伏发电系统工作环境温差较大时，可以进行温度补偿。
(3)蓄能器：在有光照时将太阳能电池板所发出的电能通过蓄能器储存起来，到需要的时候再释放出来。太阳能电池板的电能转换是很不稳定的，太阳光线随着一天中时间的变化，在进行着弱-强-弱的大变化，太阳能电池板转换电能的大小，也随着这个大变化而变化。这就需要蓄能器的第二个作用——缓冲。同时蓄能器也能起到稳压的作用。所以通过蓄能器的储存、稳压、缓冲等供能可以有效解决储能系统和用能系统之间能流密度供给不统一的矛盾。
2、用能单元
用能单元主要由电化学反应器、电极、控温装置及测量仪表等组成。
(1)电化学反应器：用长方形有机玻璃电化学反应器壳，外壁和电化学反应器底用型钢加固。作为电解用容器通过传导电流，把电流均匀的分配到两极，使电解液浓度在长度方向影响减少。
(2)电极：阳极：洁净废钢铁为可溶性阳极；阴极：金属不锈钢片。阴、阳极间用隔膜隔离，可有效防止或减少阳极区内的Fe3+因形成的胶状物直接浸入阴极区，从而提高电解效率和电解铁纯度。阴极表面要涂以适当浓度酚醛树脂酒精溶液，阴干后使用。
(3)控温装置：使用电热恒温水浴锅来保持电解液温度的均匀和恒定。
3、电解机理：
(1)阴极反应为：Fe2++2e→Fe  (主反应)
               2H++2e→H2(副反应)
(2)阳极反应为：Fe-2e→Fe2+
(3)电解液为FeCl2·4H2O
(4)严格控制电解液PH值，通过调节PH值大小，促进正反应进行，抑制副反应进行。
本发明的主要要点如下：
(1)利用光伏技术，以废钢铁为原料的制取纯铁的方法。
(2)整个过程需要的能量和还原铁氧化物所需的电子全部来自于由太阳辐射能经光电转换技术所直接转化的电能。
(3)通过消耗阳极的方式，电解获得纯铁，在保证纯铁纯度的同时简化了原有生产流程。
(3)技术难点在于清洁能源利用与水溶液电解制纯铁两个技术的融合及电解液的PH控制，以保证铁元素在阴极沉积，而其他金属不沉积。
系统分为储能单元和用能单元组成，储能单元包括光伏电池板1、太阳能控制器3、蓄能器5；用能单元主要由电化学反应器10、电极(负极6、正极7)、控温装置11及测量仪表(电流表8、电流表9)等组成。(其详细构成见图1)
本发明的优势如下：
(1)制取纯铁能量来源于利用光伏技术所获取的电能，从而减少传统能源在制备高纯铁工业的使用，从源头上减少碳的消耗。在电解过程也不以碳为介质，实现了全过程低碳清洁制取纯铁的方法。
(2)本发明的能量利用和反应过程有着极小、极快速的时空尺度，更有效利用清洁能源。本发明的工作原理表明，其他清洁能源系统同样可以利用实现清洁生产纯铁技术，所以本发明在能量来源上柔性较大，适用范围广泛。
(3)以太阳能光伏发电技术低碳制取纯铁的方法，所有能量均由光伏发电系统提供，相比只利用太阳能发电的热值部分，本系统提高了太阳能应用在冶金领域的值和能流密度，使太阳能在冶金领域应用的利用率更高。
附图附表说明
图1为本发明系统流程图
其中：1为光伏电池板，2为计算机，3为控制器，4为直流稳压器，5为蓄能器，6为电极负极，7为电极正极，8为电流表，9为电压表，10为电化学反应器，11为控温装置，12为A导线，13为B导线，14为C导线，15为D导线，16为E导线，17为F导线，18为G导线，19为H导线，20为I导线，21为J导线
具体实施方式
系统分为储能单元和用能单元组成，储能单元包括光伏电池板1、太阳能控制器3、蓄能器5；用能单元主要由电化学反应器10、电极(负极6、正极7)、控温装置11及测量仪表(电流表8、电流表9)等组成。
A导线12连接光伏电池板1和控制器3，B导线13连接控制器3和计算机2，用计算机记录电解过程中电流的变化，C导线14连接计算机2与直流稳压器4，D导线15连接控制器3和直流稳压器4，E导线16连接控制器3和蓄能器5，F导线17连接控制器4和电流表8，G导线18连接控制器4和电极正极7，H导线19连接电流表8和电极负极6，电压表9通过I导线20、J导线21连接在正负电极之间，电极安放在盛有电解液的电化学反应器10中，再将电化学反应器10置于控温装置11中。
实施例一：通过导线将24V太阳能光伏独立发电系统所发电能经控制器输送给蓄能装置或直流稳压器，用计算机记录电解过程中电流的变化，电流经直流稳压器后接入电解槽的正负极，其中阳极为低碳钢片(3.0×3.3cm2)；阴极为金属不锈钢片(3.0×3.3cm2)，极距取在45mm，电化学反应器电压为2.8V。严格控制pH值在2.0到3.0之间并通过控温装置控制电解所需温度为23℃，电解时电流控制在2.85A，此时电流密度为28.79A/dm2。
实施例二：在连接方式及其他参数不变的情况下，将极距变为55mm，电化学反应器电压为3.0V，电流控制在2.58A，此时电流密度为26.06A/dm2。
同样在改变极距值或工作电压或者温度等其他电解参数，可以得到不同的电流密度及电流效率。

Claims (4)

1.一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法，其特征是以废钢铁为原料，利用光伏技术所获取的电能，以电子为介质，采用电化学反应器，通过水溶液电解从可溶性阳极制取高纯铁；工艺步骤为：将原料浸入所配制的电解液中，由光伏电池与蓄电池组协调匹配，通过控制器提供直流电，驱动电解液中正、负离子分别向阴极和阳极迁移，在阴阳极电极上分别发生选择性还原和氧化作用，从而实现提纯和获取理想电解铁层的目的。
2.如权利要求1所述一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法，其特征是电解液成分及浓度如下：主盐为FeCl2·4H2O，浓度为200～400g/L；辅盐选用NaCl，其浓度为50～120g/L。
3.如权利要求1所述一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法，其特征是电化学反应器选用间歇式电化学反应器、柱塞流电化学反应器或者连续搅拌槽式电化学反应器或者返混反应器，其参数如下：
电压：2.0～4.0V；
电解液pH值：2.0～3.0；
电流密度：1.0～30.0A/dm2。
4.如权利要求1所述一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法，其特征是电解过程所用的装置系统由储能单元和用能单元组成，储能单元包括光伏电池板(1)、太阳能控制器(3)、蓄能器(5)；用能单元由电化学反应器(10)、电极、控温装置(11)及测量仪表组成：电极包括负极(6)、正极(7)，测量仪表包括电流表(8)、电流表(9)；连接方式如下：A导线(12)连接光伏电池板(1)和控制器(3)，B导线(13)连接控制器(3)和计算机(2)，用计算机记录电解过程中电流的变化，C导线(14)连接计算机(2)与直流稳压器(4)，D导线(15)连接控制器(3)和直流稳压器(4)，E导线(16)连接控制器(3)和蓄能器(5)，F导线(17)连接控制器(4)和电流表(8)，G导线(18)连接控制器(4)和电极正极(7)，H导线(19)连接电流表(8)和电极负极(6)，电压表(9)通过I导线(20)、J导线(21)连接在正负电极之间，电极安放在盛有电解液的电化学反应器(10)中，再将电化学反应器(10)置于控温装置(11)中；
整个过程是利用太阳能光伏发电系统得到电能，由电解系统将电能转化为化学能，通过水溶液进行电解，消耗阳极获取清洁纯铁的过程。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530920A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 华东理工大学 利用太阳能由液相碳源电热催化合成超长碳纳米线的方法
CN105018971A (zh) * 2015-07-20 2015-11-04 哈尔滨工业大学 一种由铁制备功能性的微纳结构枝状α-Fe基材料的方法
CN105112947A (zh) * 2015-09-14 2015-12-02 攀枝花学院 利用太阳能发电进行直流电解的装置
CN106544695A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 鞍钢股份有限公司 一种无碳制铁方法及装置
CN115642581A (zh) * 2022-12-26 2023-01-24 深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司 一种用于电镀槽的光储直流供电系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530920A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 华东理工大学 利用太阳能由液相碳源电热催化合成超长碳纳米线的方法
CN105018971A (zh) * 2015-07-20 2015-11-04 哈尔滨工业大学 一种由铁制备功能性的微纳结构枝状α-Fe基材料的方法
CN105112947A (zh) * 2015-09-14 2015-12-02 攀枝花学院 利用太阳能发电进行直流电解的装置
CN106544695A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 鞍钢股份有限公司 一种无碳制铁方法及装置
CN106544695B (zh) * 2015-09-17 2018-04-24 鞍钢股份有限公司 一种无碳制铁方法及装置
CN115642581A (zh) * 2022-12-26 2023-01-24 深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司 一种用于电镀槽的光储直流供电系统
CN115642581B (zh) * 2022-12-26 2023-03-17 深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司 一种用于电镀槽的光储直流供电系统

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