CN102839389A - 一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，利用阳离子选择性隔膜和阴离子选择性隔膜将电解槽依次分隔为阳极室、中隔室、阴极室，阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室和阴极室中，阳极液为稀硫酸溶液，阴极液为酸性金属氯化物溶液，中隔室盛有稀盐酸溶液，通入直流电电解时，金属阳离子在阴极还原并以单质形态析出，同时，阳极发生水氧化反应，得到氧气，中隔室可得到5％～10％盐酸溶液。本发明方法彻底解决常规金属氯化物电积工艺中氯气产生的问题，并且可得到高浓度盐酸副产品，回收再利用，经济价值高，所得金属产品质量好，是符合绿色冶金环保发展方向的一项新方法。

Description

一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法
技术领域
本发明提供一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，是一种将电化学与膜分离有机结合的新工艺技术，属于金属冶炼领域。
背景技术
金属精炼常规的工业规模方法是电积工艺，就是采用高浓高纯的金属电解液，以电化学阴极还原的方式，使电解液中的金属离子在阴极上还原为金属，从而得到高纯度的金属，铜、镍、钴等的精炼均采用此工艺。在电积生产工艺中最常见的金属电解液是氯化电解液，电解液以金属氯化物配制，并以盐酸调节pH，由于电解液中含有高浓度的氯离子，会在电积过程中被阳极氧化为氯气，氯气的产生不仅会改变电解液的性质，影响电钻质量，同时氯气溢出造成生产车间内部环境严重污染，甚至操作人员必须戴防毒面具工作。大量产生的氯气还必须进行收集后采用碱吸收，以消除氯气对外环境的影响，碱吸收又造成了生产成本的进一步提高。目前国内金属氯化电积均采用上述工艺，也均存在上述弊病。为防止氯化电解过程氯气污染，国外普遍采用封闭式无隔膜电解槽技术，以解决氯气污染工作环境问题，但是存在拆卸阴极的操作不便、反复拆卸造成密封面不严或易损坏的问题。
离子膜电解技术是将膜分离与电解相结合的具有综合功能特性技术。利用阳离子交换膜或阴离子交换膜将电解槽分隔为若干个隔室(如：阴极室、阳极室、中隔室)，在电场力和离子交换膜选择透过特性作用下，可将各个隔室电解质溶液阴阳离子选择性地通过或阻挡，以达到物质浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。离子膜电解技术的高效、优质、无污染特性引起了人们的高度关注，已广泛应用于氯碱的生产，海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备等方面，但在金属冶炼行业应用极少。
发明内容
本发明目的在于克服常规金属氯化物电积精炼工艺中所产生氯气环境污染严重、处理成本高、影响金属产品质量等缺点，提供一种从生产源头避免氯气产生、彻底解决氯气污染环境的新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法。
具体的技术方案如下：一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，利用阳离子选择性隔膜和阴离子选择性隔膜将电解槽依次分隔为阳极室、中隔室、阴极室，阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室和阴极室中，阳极液为稀硫酸溶液，阴极液为酸性金属氯化物溶液，中隔室盛有稀盐酸溶液，通入直流电电解时，金属阳离子在阴极还原并以单质形态析出，同时，阳极发生水氧化反应，得到氧气，中隔室可得到5％～10％盐酸溶液。
所述的阳极为铅系合金或钛基半导体塗层电极。
所述的阳极电流密度为100A/m2～500A/m2
所述的酸性金属氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2、CoCl2、ZnCl2溶液，pH＝2～5。
所述的阴极为与阴极液中金属阳离子所对应的镍板、铜板、钴板、锌板。
所述的中隔室中的稀盐酸溶液浓度为0.5％～1％。
具体地说，在直流电场力的牵引下，阴极室中的金属氯化物溶液的金属阳离子受到阴极吸引，向阴极做定向迁移，并在阴极上发生电极还原反应，以金属单质形态析出；而Cl-迁出阴极室穿过阴离子选择性隔膜进入中隔室，并受到阳离子选择隔膜的阻挡被固定于中隔室；阳极室盛有稀硫酸溶液，由于H2O在阳极上的氧化电位低于SO4 2-在阳极上的氧化电位，因而水被氧化，发生电极氧化反应，生成H+和O2；H+受到直流电场力牵引，迁出阳极室穿过阳离子选择性隔膜进入中隔室，由于阴离子选择性隔膜的阻挡作用也被固定于中隔室，从而形成HCl，电化学反应式如(1)、(2)、(3)。
阴极室还原反应：Mn++ne→M↓                (1)
阳极室氧化反应：
Figure BSA00000783201400021
中隔室反应：H++Cl+→HCl                    (3)
本发明具备的优点：
该方法彻底解决常规金属氯化物电积过程氯气产生的问题，避免环境污染；并可将氯离子转化为高浓度盐酸回收再利用，经济价值高；所得金属产品质量好，是符合绿色冶金环保发展方向的一项新方法。
附图说明
图1一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法示意图
图2一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法电化学反应示意图
1-阳离子选择性隔膜，2-阴离子选择性隔膜，3-阳极室，4-中隔室，5-阴极室，6-阳极，7-阴极，8-阳极液，9-阴极液，10-电解槽。
具体实施方式
一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，利用阳离子选择性隔膜和阴离子选择性隔膜将电解槽依次分隔为阳极室、中隔室、阴极室，阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室和阴极室中，阳极液为稀硫酸溶液，阴极液为酸性金属氯化物溶液，中隔室盛有稀盐酸溶液，通入直流电电解时，金属阳离子在阴极还原并以单质形态析出，同时，阳极发生水氧化反应，得到氧气，中隔室可得到5％～10％盐酸溶液。
所述的阳极为铅系合金或钛基半导体塗层电极。
所述的阳极电流密度为100A/m2～500A/m2
所述的酸性金属氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2、CoCl2、ZnCl2溶液，pH＝2～5。
所述的阴极为与阴极液中金属阳离子所对应的镍板、铜板、钴板、锌板。
所述的中隔室中的稀盐酸溶液浓度为0.5％～1％。
电解时电解液温度控制在0℃～70℃。
电解方式可采用单电解槽电积或多电解槽串联电积。
实施例1
以含镍废渣作为电积原料液，经酸溶浸出、离子交换富集得到高浓度NiCl2溶液，NiCl2溶液浓度为40g/L，pH＝4.5。电解方式为单电解槽电积，阳极6选用惰性电极钛塗钌网，阴极7选用纯金属镍板；阳离子选择性隔膜1选用Nafion117，阴离子选择性隔膜2选用JAM-II型均相阴离子交换膜；阳极液8选用0.5％稀硫酸水溶液；阴极液9选用40g/L NiCl2溶液，中隔室4盛有0.5％稀盐酸水溶液；通入直流电电解，阳极电流密度为100A/m2，金属镍离子在阴极7还原并以单质形态析出，经检测其纯度为99.8％；同时中隔室4可得到浓度7％盐酸水溶液，阳极液8中氯离子浓度几乎接近零。
实施例2
以固体氯化钴配制电解液，经净化除浊后作为电积原料液，CoCl2电解液浓度为50g/L，pH＝3.0。电解方式为多电解槽串联电积，阳极6选用铅银合金板，阴极7选用纯金属镍板；阳离子选择性隔膜1选用Nafion234，阴离子选择性隔膜2选用JAM-II型均相阴离子交换膜；阳极液8选用0.8％稀硫酸水溶液；阴极液9选用50g/L CoCl2溶液，中隔室4盛有0.5％稀盐酸水溶液；通入直流电电解，阳极电流密度为200A/m2，金属钴离子在阴极7还原并以单质形态析出，经检测其纯度为99.8％；同时中隔室4可得到浓度8％盐酸水溶液，阳极液8中氯离子浓度几乎接近零。

Claims (6)

1.一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，利用阳离子选择性隔膜和阴离子选择性隔膜将电解槽依次分隔为阳极室、中隔室、阴极室，阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室和阴极室中，阳极液为稀硫酸溶液，阴极液为酸性金属氯化物溶液，中隔室盛有稀盐酸溶液，通入直流电电解时，金属阳离子在阴极还原并以单质形态析出，同时，阳极发生水氧化反应，得到氧气，中隔室可得到5％～10％盐酸溶液。
2.根据权利要求1所述的一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，其特征在于：所述的阳极为铅系合金或钛基半导体塗层电极。
3.根据权利要求1所述的一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，其特征在于：所述的阳极电流密度为100A/m2～500A/m2
4.根据权利要求1所述的一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，其特征在于：所述的酸性金属氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2、CoCl2、ZnCl2溶液，pH＝2～5。
5.根据权利要求1所述的一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，其特征在于：所述的阴极为与阴极液中金属阳离子所对应的镍板、铜板、钻板、锌板。
6.根据权利要求1所述的一种新型膜法金属氯化物电积精炼生产方法，其特征在于：所述的中隔室中的稀盐酸溶液浓度为0.5％～1％。
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