CN103320813B - 旋流电积槽装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋流电积槽装置及其应用，包括阴极筒（1）、阳极筒（2）和绝缘密封管（3），所述阴极筒（1）和阳极筒（2）同轴设置，阴极筒（1）在内，阳极筒（2）在外，绝缘密封管（3）和阳极筒（2）呈上下一体状；在所述阳极筒（2）下面设有进液口（21），上面设有出液口（22），该进液口（21）和出液口（22）分列于阳极筒（2）的两侧；在所述绝缘密封管（3）上设有溢流口（31）和排气口（32），该溢流口（31）在下，排气口（32）在上；电积液从阳极筒（2）的进液口（21）进入阴极筒（1）外周壁和阳极筒（2）内周壁之间的电积槽（4）中旋流电积，目标金属产品沉积附着在阴极筒（1）的外壁。本发明的技术效果在于：使用方法简便，金属产品易于从阴极上剥离，避免了始极片的使用等。

Description

旋流电积槽装置及其应用
技术领域 本发明涉及电积设备的结构和应用，特别是涉及用含铜废液获得的硫酸铜溶液旋流电积的设备结构和使用方法。
背景技术 与使用粗铜作阳极，在电解过程中铜不断溶解，铜离子扩散到阴极，还原金属铜不同，电积使用不溶解（惰性）阳极，在电积过程中所有沉积在阴极上的铜都来源于硫酸铜溶液，溶液中的铜浓度不断下降。电积过程的阴阳极反应分别如下所示：
阳极： H2O - 2e →2H+  + 1/2 O2↑                                （1）
阴极： Cu2+ + 2e →Cu↓                                          （2）
总反应式为： CuSO4 +H2O→ Cu↓+H2SO4 +1/2 O2↑                     （3）
典型的传统电积槽作业主要操作参数如下：同名极距约10cm，阴极表面电积液流速0.12m3/(h·m2)，温度40-50℃左右，电流密度200A/m2左右。新鲜电积液含铜离子 40-60g/L，含H2SO4120-170 g/L。电积的总槽电压在1.9-2.3V之间，电积一吨铜的电能消耗约为2000—2700kW·h。
旋流电积技术是基于各金属离子理论析出电位的差异，即欲被提取的金属只要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较正的金属易于在阴极优先析出。其关键是通过溶液高速流动的手段，来消除传统电解技术中溶液滞留或缓流而带来的目标金属离子浓度逐渐下降，引起浓差极化等对电解的不利因素，避免在传统电解过程受多种因素（离子浓度、析出电位、浓差极化、pH值等）影响的限制，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品。
现有的旋流电积装置，都是阴极在外，阳极在内，二者呈同轴柱状。阴极一般由筒体和始极片两部分共同组成，始极片紧密贴合在阴极筒体内壁上，电积过程中目标金属沉积附着在始极片上。附着了目标金属产品之后的始极片与筒体分离困难，一般靠拔管器施加大力拔出，且可能损坏始极片或金属产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种旋流电积槽装置及其应用。本发明的旋流电积槽装置，使用方法简便，金属产品易于从阴极上剥离，避免了使用始极片。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
设计一种旋流电积槽装置，包括阴极筒、阳极筒和绝缘密封管，所述阴极筒和阳极筒同轴设置，阴极筒在内，阳极筒在外，绝缘密封管和阳极筒呈上下一体状；
在所述阳极筒下面设有进液口，上面设有出液口，该进液口和出液口分列于阳极筒的两侧；在所述绝缘密封管上设有溢流口和排气口，该溢流口在下，排气口在上；
电积液从阳极筒的进液口进入阴极筒外周壁和阳极筒内周壁之间的电积槽中旋流电积，目标金属产品沉积附着在阴极筒的外壁。
进一步地，所述阴极筒上端有第一凸缘，该第一凸缘与绝缘密封管的凸缘借助螺丝固定。
进一步地，所述阴极筒外周壁和阳极筒内周壁之间间距为（2-6）厘米。
进一步地，所述阴极筒的材质为钛材，阳极筒的材质为附着铱涂层的钛材，绝缘密封管的材质为聚丙烯PP。
提出一种利用上述旋流电积槽装置进行旋流电积金属铜的方法，包括步骤，
①在常温条件下，将来源于含铜废液的硫酸铜溶液作为电积液，借助循环泵将该电积液从进液口（21）输入旋流电积槽中进行连续旋流电积，电积液在阴极筒（1）和阳极筒（2）之间的空间内连续、循环流动；
②来源于含铜废液的硫酸铜溶液中铜含量为（15-85）g/L，电积液循环流量为（4-10）m3/h，阴极电流密度（200-1000）A/m2；
③目标产品金属铜沉积附着于阴极筒（1）外壁。
同现有旋流电积设备结构相比较，本发明的技术效果在于：旋流电积槽装置结构简单，阴极和阳极为同轴圆柱筒体，阴极在内，阳极在外，不另外使用始极片，沉积于阴极上的金属产品易于剥离分开，剥离方式简便易行，剥离对阴极和产品均无损。来源于含铜废液的硫酸铜溶液经过该旋流电积槽装置电积生产的金属铜，外观细致均匀、化学纯度高以及阴极电流效率较高。
附图说明
图1是本发明旋流电积槽装置的剖面示意图。
具体实施方式 以下结合具体实施例对发明作进一步详述。
如图1所示，一种旋流电积槽装置，包括阴极筒1、阳极筒2和绝缘密封管3，所述阴极筒1和阳极筒2同轴设置，阴极筒1在内，阳极筒2在外，绝缘密封管和阳极筒呈上下一体状。在所述阳极筒2下面设有进液口21，上面设有出液口22，该进液口21和出液口22分列于阳极筒2的两侧。在所述绝缘密封管3上设有溢流口31和排气口32，该溢流口31在下，排气口32在上。电积液从阳极筒2的进液口21进入阴极筒1外周壁和阳极筒2内周壁之间的电积槽4中旋流电积，目标金属产品沉积附着在阴极筒1的外壁。所述阴极筒1上端有第一凸缘11，该第一凸缘11与绝缘密封管3的凸缘借助螺丝固定，阴极筒1依靠自重和与绝缘密封管之间的固定螺丝来抵抗电积液的浮力和冲力。所述阴极筒1外周壁和阳极筒2内周壁之间间距为（2-6）厘米。
所述阴极筒1的材质为钛材，阳极筒2的材质为附着铱涂层的钛材（底部未附着铱涂层），绝缘密封管3的材质为聚丙烯PP。
目标产品金属沉积附着于阴极筒外壁，阴极筒以及沉积附着的金属铜产品的起吊借助配套的手动葫芦和吊运器。相对现有技术中的目标产品金属附着在阴极内壁，本发明中目标产品金属更容易剥离，且不需始极片。
以下实施例是利用旋流电积槽装置进行旋流电积金属铜的方法：
旋流电积槽装置，阴阳极间距4cm，阴极筒外壁上紧密贴合一条宽度为1-2cm的绝缘塑胶带。阴极有效面积为0.52m2，阴极有效高度53cm。含铜废液经过萃取-反萃工艺获得的反萃液-即硫酸铜溶液用做电积液，在该旋流电积槽中循环旋流的流量为5.5m3/h。
由含铜废液萃取-反萃获得的硫酸铜溶液，经磁力泵从电积液储罐中连续输送至旋流电积槽的进液口21，流经电积槽后由出液口22返回电积液储罐。溢流口31与电积液循环储罐相通，排气口32与尾气收集处置柜相通。
实施例1
1号反萃液硫酸铜溶液中铜含量80.4g/L，H2SO4含量52.2 g/L，经过上述旋流电积槽装置连续旋流电积的过程如下表1所示：
表1  1号溶液旋流电积过程和结果数据
旋流电积后贫电积液铜离子含量为32.3g/L，阴极铜产品易于从阴极筒壁上剥离，外观呈均匀致密性铜红色金属，Cu含量达99.99%。
实施例2
2号反萃液硫酸铜溶液铜含量为26.6g/L，H2SO4含量210g/L，经过上述旋流电积槽装置连续旋流电积5小时，阴极电流密度360 A/m2，阴极电流效率为88.5%。旋流电积后贫电积液Cu含量18.2g/L，阴极铜产品易于从阴极筒壁上剥离，外观呈均匀致密性铜红色金属，Cu含量达99.99%。

Claims (6)

1.一种旋流电积槽装置，其特征在于：包括阴极筒（1）、阳极筒（2）和绝缘密封管（3），所述阴极筒（1）和阳极筒（2）同轴设置，阴极筒（1）在内，阳极筒（2）在外，绝缘密封管和阳极筒呈上下一体状；
在所述阳极筒（2）下面设有进液口（21），上面设有出液口（22），该进液口（21）和出液口（22）分列于阳极筒（2）的两侧；在所述绝缘密封管（3）上设有溢流口（31）和排气口（32），该溢流口（31）在下，排气口（32）在上；
电积液从阳极筒（2）的进液口（21）进入阴极筒（1）外周壁和阳极筒（2）内周壁之间的电积槽（4）中旋流电积，目标金属产品沉积附着在阴极筒（1）的外壁。
2.根据权利要求1所述的旋流电积槽装置，其特征在于：所述阴极筒（1）上端有第一凸缘（11），该第一凸缘（11）与绝缘密封管（3）的凸缘借助螺丝固定。
3.根据权利要求1所述的旋流电积槽装置，其特征在于：所述阴极筒（1）外周壁和阳极筒（2）内周壁之间间距为2-6厘米。
4.根据权利要求1所述的旋流电积槽装置，其特征在于：所述阴极筒（1）的材质为钛材，阳极筒（2）的材质为附着铱涂层的钛材，绝缘密封管（3）的材质为聚丙烯。
5.一种利用如权利要求1所述的旋流电积槽装置进行旋流电积金属铜的方法，其特征在于：包括步骤，
在常温条件下，将来源于含铜废液的硫酸铜溶液作为电积液，该电积液从进液口（21）输入旋流电积槽中进行连续旋流电积，电积液在阴极筒（1）和阳极筒（2）之间的空间内连续、循环流动；
来源于含铜废液的硫酸铜溶液中铜含量为15-85g/L，电积液循环流量为4-10m3/h，阴极电流密度200-1000A/m2；
目标产品金属铜沉积附着于阴极筒（1）外壁。
6.根据权利要求5所述的进行旋流电积金属铜的方法，其特征在于：所述阴极筒（1）的材质采用钛材，阳极筒（2）的材质采用附着铱涂层的钛材，绝缘密封管（3）的材质采用聚丙烯。
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