CN101781770A - 一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法及装置 - Google Patents

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姚素平
陈波
赵欣
余智艳
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Abstract

本发明公开一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，该方法通过采用大溶液循环量，并使溶液产生平行双向旋转流动，快速补充阴极附近的金属离子，减少浓差极化现象，同时溶液由上向下运动，与溶液中沉淀物的沉降方向一致，减少沉淀物的搅动和漂浮，从而可大幅度提高电解和电积工艺的电流密度，保证阴极质量。实现该方法的装置在阴极上部两边两侧共有4只喷嘴；在阴极的下部设出液孔。双向双侧进液可采用较低的入口流速，降低溶液循环时的动力消耗；溶液的流动方向由上而下有利于沉淀物的沉降，减少沉淀物漂浮对阴极质量的影响。

Description

一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法及装置
技术领域
本发明属于有色金属电解及电积技术领域，主要涉及铜、铅、锌、镍等电解及电积工艺及装置。
背景技术
有色金属中铜、铅、锌、镍的电解和电积过程都基于电化学原理，将阴、阳极置于槽中，通电后在电极上发生电化学反应，阴极上有金属离子不断析出。由于溶液中各种金属离子的电极电位决定了它们在阴极和阳极上反应的顺序，在阴极上优先析出的是电极电位高的金属，而各金属的电极电位由标准电极电位和该金属离子的浓度确定。在生产实践中，当电流密度升高时，在阴极上析出的离子速度加快，往往造成阴极附近的金属离子浓度降低而引起电极电位的降低，即产生了浓差极化，所以该金属则不能在阴极上优先析出，从而导致其它金属(杂质)的析出，影响产品质量，所以浓差极化是导致铜、铅、锌、镍在电解和电积过程电流密度提高受到限制的主要原因。
一般的电解和电积过程采用的循环量小，而且循环方式为溶液从槽底部或端头进入，从槽另一个端头出去，溶液流动慢且分布不均匀，不能保证在阴极附近的金属离子始终处于较高的浓度，当电流密度提高阴极上离子析出加快时，必将产生浓差极化，循环量大时还会引起沉淀物的搅动使溶液混浊或者造成阳极泥漂浮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，该方法通过采用大的溶液循环量，并使溶液产生平行双向旋转流动，及时补充阴极附近的金属离子，减少浓差极化和避免对溶液中沉淀物的搅动，从而可大幅度提高电流密度。本发明的另一目的是提供实现该方法的装置。
本发明的技术方案为：一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，该方法用于铜、铅、锌、镍电解或电积的工艺，通过增加溶液循环量和改变溶液流动方式提高电流密度和产品质量。该方法在每块阴极上部边两侧两边共有4只喷嘴，喷嘴方向平行于阴极的两侧面；阴极下部设有出液孔；电解或电积溶液从喷嘴中沿阴极表面双向喷入槽中，从阴极表面下方出液孔流出，在每组阴极和阳极之间溶液形成双向向下旋转流动轨迹，快速补充阴极表面溶液中的金属离子。溶液从喷嘴中以0.3-0.6升/分的流量和0.2-0.5米/秒的流速喷入槽中。
一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置，该装置在电解或电积槽上部两长侧边设置溶液进口总管道，管道可以在电解或电积槽的壁内预留通道，也可以在槽内侧设置偏平的管道，高度位于槽内溶液液面线下50～100mm，在两长侧溶液进口总管道上设有喷嘴，每对喷嘴的位置平行于槽中阴极的两侧面，每块阴极上部两边两侧共有4只喷嘴。在槽下部两长侧边布置出液管，高度位于阴极底部50-100mm，在出液管上有若干出液孔。出液孔的直径Φ10～Φ20mm，出液孔的位置设在每块阴极和阳极之间。
出液孔的位置有两种布置方式，一种是在每块阴极和阳极之间，一种为与进液喷嘴对应布置，即靠近阴极板的两侧位置。
电解或电积溶液从槽入口进液口沿两侧边溶液进口管道进入，从溶液进口管道上的多组喷嘴中以0.3-0.6升/分的流量和0.2-0.5米/秒的流速沿阴极表面双向喷入槽中，在阴极表面附近向下方两侧出液孔流动，在每组阴极和阳极之间溶液形成双向向下旋转流动轨迹，快速补充阴极表面溶液中的金属离子。溶液由两侧出液孔经下部出液管汇总后从槽口的下部出液口流出槽子。溶液由上向下运动，与溶液中的沉淀物的沉降方向一致。
本发明的优点在于：采用溶液多组平行双向旋转流动方式，最大限度的改善了溶液在槽内流动效果，保证阴极两侧附近的溶液中离子浓度始终接近最高值，减少浓差极化，从而可大幅度提高电流密度；双向双侧进液可采用较低的入口流速，降低溶液循环时的动力消耗；溶液的流动方向由上而下有利于沉淀物的沉降，减少沉淀物漂浮对阴极质量的影响。
附图说明
图1为本发明一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置结构示意图；
图2为本发明的A-A剖视图及双向旋转流动表达图；
图3为本发明溶液进口总管道设置在槽内侧偏平的管道局部放大图。
图中：1-进液口  2-阳极  3-阴极  4(a)-壁内预留通道
4(b)-槽内侧偏平的管道  5-出液管  6-出液口  7-喷嘴  8-出液孔
具体实施方式
在具体实施中，电解装置中的阳极由需提纯的金属浇铸而成，在电积装置中可采用一定厚度的不会发生电化学溶解的合金板。阴极可采用耐腐蚀的3mm左右厚度的金属板制成或采用与产品相同的金属做成的始极片。
实例一：铜电解工艺。
在每个电解槽中放置50块不锈钢阴极板3和51块铜阳极板2，溶液进口总管道从槽子一侧端头进液口1进入，沿电解槽两长侧的液面线下部100mm处布置。在溶液进口总管道上正对每块阴极板3两侧面的位置安装出液喷嘴7，在电解槽两长侧下部即阴极板底部位置附近安装出液管5。在出液管5上正对阴极板3的位置两边开出液孔8，出液孔8直径10mm。溶液通过出液管5汇总后从槽子另一侧端头向上引出到电解槽的出液漏斗6。
电解同极中心距100mm，采用的电流密度380A/m2，每只溶液喷嘴7喷入流量约为0.5升/分，溶液喷入速度约为0.3米/秒。在配备相应的供电系统和溶液循环设施后，即可以实现高电流密度的铜电解生产过程。
实例二：铜电积工艺
在每个电积槽中放置30块铜始极片3作为阴极和31块不溶阳极板2，含铜溶液进口总管道从槽子一侧端头进液口1进入，沿电解槽两长侧的液面线下部50mm处布置。在溶液进口总管道上正对每块始极片3两侧面的位置安装出液喷嘴7，在电积槽两长侧下部即始极片3底部位置附近安装出液管5。在出液管5上正对始极片3的位置两边开出液孔8，出液管孔8直径15mm。溶液通过出液管5汇总后从槽子另一侧端头向上引出到电积槽的出液漏斗。
电积工艺的电流密度280A/m2，每只溶液喷嘴喷入流量约为0.8升/分，溶液喷入速度约为0.3米/秒。通电后溶液反复循环通过电积槽，溶液中的铜离子不断在阴极上析出，直至溶液含铜离子由45-50g/l下降到10-15g/l，在阴极上可产出标准阴极铜产品。

Claims (7)

1.一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，其特征在于：该方法用于铜、铅、锌、镍电解或电积的工艺，通过增加溶液循环量和改变溶液流动方式提高电流密度和产品质量。
2.根据权利要求1所述一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，其特征在于：该方法在每块阴极上部边两侧两边共有4只喷嘴，喷嘴方向平行于阴极的两侧面；阴极下部设有出液孔；电解或电积溶液从喷嘴中沿阴极表面双向喷入槽中，从阴极表面下方出液孔流出，在每组阴极和阳极之间溶液形成双向向下旋转流动轨迹，快速补充阴极表面溶液中的金属离子。
3.根据权利要求1或2所述一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积方法，其特征在于：溶液从喷嘴中以0.3-0.6升/分的流量和0.2-0.5米/秒的流速喷入槽中。
4.一种溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置，其特征在于：该装置在电解或电积槽上部两长侧边设置溶液进口总管道，高度位于槽内溶液液面线下50～100mm，在两长侧溶液进口总管道上设有喷嘴，每对喷嘴的位置平行于槽中阴极的两侧面，每块阴极上部两边两侧共有4只喷嘴；在槽下部两长侧边布置出液管，高度位于阴极底部50-100mm，在出液管上有出液孔。
5.根据权利要求4所述的溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置，其特征在于：出液孔的直径Φ10～Φ20mm，出液孔的位置设在每块阴极和阳极之间。
6.根据权利要求4或5所述的溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置，其特征在于：溶液进口总管道为设置在电解或电积槽的壁内预留通道4a。
7.根据权利要求4或5所述的溶液平行双向旋转流动的电解或电积装置，其特征在于：溶液进口总管道为设置在槽内侧偏平的管道4b。
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