CN103409771B

CN103409771B - 一种环保型电解镍连续稳定生产工艺

Info

Publication number: CN103409771B
Application number: CN201310350167.6A
Authority: CN
Inventors: 邓智林; 杨思增; 干勇
Original assignee: SICHUAN NI&CO GUORUN NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: SICHUAN NI&CO GUORUN NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: CN103409771A

Abstract

本发明涉及化工技术领域中的电解沉积设备附属设备，属于环保技术领域，具体为一种环保型的电解镍或电解钴连续稳定生产工艺装置及工艺。该装置中阴极框和阳极框均设置在电积槽内，在阴极框和阳极框之间设置渗透膜，阴、阳极框均为密闭结构，所有的阴极框和阳极框均采用螺杆连接在一起，阴极框上设置电解液入口，阳极框上设置的酸雾吸收口与酸雾回收系统连接，阳极框下端设置的阳极液出口与循环系统连接，阴极框内的阴极与阳极框内的阳极，两极之间的极间距为70‑130mm。本发明中的装置和工艺能延长厂房和设备使用寿命的，且能较好的改善工作环境，使电解液能匀速电解，较好的保证电镍质量的一种电解镍或电解钴的装置和工艺。

Description

一种环保型电解镍连续稳定生产工艺

技术领域

本发明涉及化工技术领域中的电解沉积设备附属设备，属于环保技术领域，具体为一种环保型电解镍连续稳定生产工艺。

背景技术

国内比较先进的镍生产方法是采用精炼湿法冶炼工艺生产金属镍，生产过程中，根据镍的化学性质，很容易被电位相近或电位较高的其他金属所污染，采用隔膜式电解结构，用隔膜袋3将电解液分为阴极区1和阳极区2，通过阴极液高位槽，通过自流的方式对阴极区(隔膜袋内)供电解液，保证阴极液液位高出阳极液液位25-30mm。目的是使阴极区的溶液能够流入阳极区，而阳极区的溶液不能够进入阴极区，这样可以保证阴极液的纯净，从而保证电镍的质量。

但是在实际的生产过程中，电解过程中阴阳极极间距的大小直接影响电镍的质量，极间距过大，镍离子析出困难，电镍生产效率低，极间距过小，生产过程中又容易出现阴极板粘结隔膜袋，刺穿隔膜袋等现象，导致电镍板面凹凸不平，气孔等问题，降低电镍的质量。

在专利号为CN 201801606U中曾记载，理论上，通过高位槽自流供液方式，对阴极区添加电解液，能够有效保证阴、阳极液的液位，保证电镍的质量，但是通过实际生产发现，原有溶液通过高位槽自流进供液总管，直接通过PVC软管连接到电解液的分液管上，由于电解槽平面水平不规范，导致高位槽到分液管的高度差不同，供液流量高低不均，供液量低的电解槽，镍离子易贫化，电积过程中形成大量的碱式镍，造成镍板板面发绿发黑，降低电镍质量，供液过快的电解槽，镍离子含量高溶液粘度大，板面析出的氢气很难逸出，造成板面出现气孔。并且流量过大也造成阴极液的浪费。

在传统的电积镍的装置中，由于在阳极H₂O失去电子生成氧气和氢离子，氧气逸出，氢离子逐渐富集，而溶液中的镍离子在阴极上得到电子，析出电积镍，在对电积镍的过程中，阳极区氢离子富集，该过程为造酸反应过程，阳极产生的氧气和蒸汽从液体中溢出，气泡表面在张力作用下将少量的酸带入空气中，形成酸雾，使产生的酸雾直接无组织的排入操作空间，严重影响了生产环境。同时也对钢结构的厂房和设备具有很大的腐蚀性，降低了厂房和设备的使用寿命，也影响工人的身体健康，目前也有研发出的酸雾回收装置，比如申请号为200720187328.4中采用的镍电积酸雾吸收装置中，它采用的是采用集气罩老进行抽取酸雾，这样的话，势必每个阳极上端均需设置集气罩，另外还需要加设抽气管道才能使酸雾排出，这样做，首先，电解过程中，阴极和阳极均会释放出气体，会带出部分酸，酸雾在罩内会形成水雾，然后形成的水滴会滴落到电解装置中的铜排或铜杆上，会腐蚀铜，也会影响产品镍的品质，而且，在阳极加上集气罩，检修人员难以进入里面进行维修，需要吊开盖子后才能操作，这样肯定会增加劳动强度。

发明内容

本发明正是基于以上技术问题，提供一种能延长厂房和设备使用寿命的，且能较好的改善工作环境，使电解液能匀速电解，较好的保证电镍质量的一种环保型的电解镍连续稳定生产工艺装置。

本发明的另外一个目的是提供一种环保型的电解镍连续稳定生产工艺。

本发明的技术方案为：

一种环保型的电解镍连续稳定生产工艺装置，包括电积槽、阴极框、阳极框、循环系统和酸雾回收系统，阴极框和阳极框均设置在电积槽内，在阴极框和阳极框之间设置渗透膜，阴、阳极框均为密闭结构，所有的阴极框和阳极框均采用螺杆连接在一起，阴极框上设置电解液入口，阳极框上设置的酸雾吸收口，酸雾吸收口与酸雾吸收管连接，并通过该酸雾吸收口与酸雾回收系统连接，阳极框下端设置的阳极液出口，每个阳极液到出口与汇流管连接，并通过汇流管与循环系统连接，阴极框内的阴极与阳极框内的阳极，两极之间的极间距为 70-130mm。

循环系统包括高位槽、低位槽和沉镍槽，低位槽通过管道二与电积槽内的阴极液汇流管连接，低位槽分别与沉镍槽和高位槽连接，高位槽通过供液总管进入电积槽内，供液总管与管道二存在高度差，供液总管比管道二高，由于阴极框为密闭框，但是在阴极框上设置电解液入口，电解液通过入口进入阴极框，阴极框和阳极框之间设置渗透膜，该渗透膜的渗透性适中，经多次实验证明采用型号为3751的涤纶布能满足本工艺的需求，电解液通过渗透膜进入阳极框，阴极框和阳极框之间的液面差为15-25mm。由于在电积槽的供液总管与管道二形成U形管状，并且两者之间存在高度差，使得电解液匀速进入电积槽，并由于渗透膜的渗透性的特殊选择，使得电解液匀速进入阳极框进行电解，保证了电镍的质量。

传统的镍电积，在硫酸盐体系中，普遍采用铅合金阳极，该阳极在电解的过程中，表面形成一层氧化铅阳极膜，该膜不是十分致密，容易被电解过程中产生的氧气冲落，悬浮在电解液中的PbO₂微粒也极易附着在电积镍的表面，在电解过程中包裹在阴极镍板内，增加金属镍的含铅量，降低电解镍的质量，所以传统的镍电积都需要采用隔膜的方式将阴阳极分开，已经公开的工艺都采用隔膜袋，要么隔阴极，要么隔阳极，每个电积槽中安置很多的隔膜袋，隔膜袋要用隔膜架支撑十分占位置，不利于增加槽利用率，且采用隔膜袋后，阴阳极之间的极间距会扩大，而采用本电积装置，所有的阴阳极均固定在一起，阴阳极为密闭结构，阴阳极之间不会互相影响，同一宽度电积槽内，本电积装置的电流效率高，在电解的过程中，本电积装置的阴极区的pH值稳定。

酸雾回收系统包括酸雾吸收塔、抽风机和循环槽，酸雾吸收塔通过连接着的抽风机与电积槽内的酸雾吸收管连接，酸雾吸收塔与循环槽连接。由于电积镍的阳极框为密闭结构，在阳极框上设置酸雾排出口，由于在电解镍的时候，阳极区的H₂O失去电子生成氧气和H⁺，而在阳极区，酸浓度逐渐升高，该过程为造酸反应过程，在阴极，镍离子得到电子，电积镍的反应机理如下：

阳极反应：H₂O-2e^-＝1/2O₂↑+2H⁺

阴极反应：Ni²⁺+2e^-＝Ni

然后将产生的酸雾通过酸雾排出口进入抽风通道，该抽风通道的侧面开设小孔，酸雾从小孔进入通道内，在抽风机的作用下全部进入酸雾吸收塔进行处理，该系统还包括循环槽，从酸雾吸收塔出来的物质被泵入循环槽，往循环槽内加入碳酸钠，使酸雾中夹杂的镍离子回收再利用。吸收的原理如下：

Na₂CO₃+H₂SO₄＝Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O

含氧酸雾的成份为H₂SO₄、NiSO₄和O₂,所述的碳酸钠的加入量按照反应式H₂SO₄+Na₂CO₃＝Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑配比后加入。含酸雾的氧气经处理，检测达标后排放。同时回放酸雾中夹杂的硫酸镍，克服了酸雾直接排放造成的工作环境恶劣的缺陷。

从阳极框中直接密闭抽风，而不同于用电解槽上加集气罩，也不同于在阳极上加集气罩进入气体收集管道，采用集气罩来收集酸雾，不仅会占据电解槽空间，使槽内阴阳极放入数量减少，且不好出装操作。如果集气罩内的气体没有及时排出，还会在集气罩形成水滴，掉落在铜排或铜杆上，影响电解镍的质量，产品的质量会大打折扣。

渗透膜为耐腐蚀的涤纶布，渗透膜，作为优选，选用的渗透膜为涤纶布，其型号为3751。渗透膜的选择比较关键，如渗透膜渗透性差，则会影响电积的速度，如果渗透性太好，电解液很快进入阳极框，不能保持液面差，也达不到电积效果。

阴极框和阳极框交叉排列，框间用渗透膜隔开，形成相对独立的阴阳极室，整体用不锈钢拉杆进行紧固，采用压紧螺杆进行连接为一体，这样就方便移动电积槽，无论在什么位置，均可使用，不受场地限制。电积槽的槽体的材质为钢筋混凝土槽体，在槽体的四周采用玻璃钢衬里。所述的阳极框和阴极框均由工程塑料制备。工程塑料由于其具有的高强度、耐冲击性、耐热性、耐腐蚀性、硬度高及抗老化性均优的塑料，运用在本装置中，使得避免了采用金属作为阴极框或阳极框，而使在电积过程中被电解产生的含氧酸雾腐蚀而污染电解液，从而影响电解质量。

所述的阴极框的三面均设置电解液入口，阴极框的三面均与电积槽相通，使电解液可直接进行阴极框。

电解镍的工艺条件为:在所配制的电解液中，镍>75g/L，钴＜0.005g/L，铜＜0.001g/L，锌＜0.001g/L，锰＜0.001g/L，铁＜0.001g/L，镉＜0.001g/L，铅＜0.004g/L，Mg为8.0，Ca＜0.25g/L，Cr＜0.002g/L，Na为20-30g/L，有机物＜0.002g/L，H₃BO₃为8.0-12.0g/L，Cl^-＜0.08g/L，pH＝2.5-4.5(pH试纸测定)；电解条件为：电流密度300～500A/m²，电解液温度60℃，电解液循环量40m³/t镍，槽电压3.6-4.5v，直流电耗4500-5500Kw·h，电流效率＜80％，镍回收率>99％，阴阳极液位差为15mm-25mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(一)、改变了旧电积装置中对于电积过程产生的酸雾直接无组织的排放造成的环境恶劣的情况，避免采用集气罩等抽取酸雾而导致在集气罩上形成的液体滴落到铜排或铜杆上，腐蚀铜而影响产品镍的品质。

(二)、采用负压式抽风，节约资源，也避免了采用较多的在阳极室加集气罩，而使操作现场杂乱无章。

(三)、自流方式使电解液匀速进入电积槽，渗透膜的独特的渗透性使电解液匀速进入阳极框，保证了电解镍的质量。

(四)、两级间间距较小，增大了槽利用率，电积槽内pH值稳定，电流效率高，节约用电，产品质量稳定。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明中的酸雾排出示意图；

其中，1——电解槽、2——抽风管道、4——酸雾吸收塔、5——循环槽、6——阴极框、7— —阳极框、8——渗透膜、9——抽风机、10——高位槽、11——低位槽、12——回调罐、13——沉镍槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例并不限制本发明的范围，本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合。

实施例1：

本发明中的电解镍的装置，包括电积槽、阴极框、阳极框、循环系统和酸雾回收系统，阴极框和阳极框均设置在电积槽内，在阴极框和阳极框之间设置渗透膜，阴、阳极框均为密闭结构，所有的阴极框和阳极框均采用螺杆连接在一起，阴极框上设置电解液入口，阳极框上设置的酸雾吸收口，酸雾吸收口与酸雾吸收管连接，并通过该酸雾吸收口与酸雾回收系统连接，阳极框下端设置的阳极液出口，每个阳极液到出口与汇流管连接，并通过汇流管与循环系统连接，阴极框内的阴极与阳极框内的阳极，两极之间的极间距为70-130mm。

循环系统包括高位槽、低位槽和沉镍槽，低位槽通过管道二与电积槽内的阴极液汇流管连接，低位槽分别与沉镍槽和高位槽连接，高位槽通过供液总管进入电积槽内，供液总管与管道二存在高度差，供液总管比管道二高，由于阴极框为密闭框，但是在阴极框上设置电解液入口，电解液通过电解液入口进入阴极框，阴极框和阳极框之间设置渗透膜，该渗透膜的渗透性适中，经多次实验证明采用型号为3751的涤纶布能满足本工艺的需求，电解液通过渗透膜进入阳极框，阴极框和阳极框之间的液面差为15-25mm。由于在电积槽的供液总管与管道二形成U形管状，并且两者之间存在高度差，使得电解液匀速进入电积槽，并由于渗透膜的渗透性的特殊选择，使得电解液匀速进入阳极框进行电解，保证了电镍的质量。

采用本电积装置，所有的阴阳极均固定在一起，阴阳极为密闭结构，阴阳极之间不会互相影响，同一宽度电积槽内，本电积装置的电流效率高，在电解的过程中，本电积装置的阴极区的pH值稳定。

酸雾回收系统包括酸雾吸收塔、抽风机和循环槽，酸雾吸收塔通过连接着的抽风机与电积槽内的酸雾吸收管连接，酸雾吸收塔与循环槽连接。由于电积镍的阳极框为密闭结构，在阳极框上设置酸雾排出口，然后将产生的酸雾通过酸雾排出口进入抽风通道，该抽风通道的侧面开设小孔，酸雾从小孔进入通道内，在抽风机的作用下全部进入酸雾吸收塔进行处理，该系统还包括循环槽，从酸雾吸收塔出来的物质被泵入循环槽，往循环槽内加入碳酸钠，使酸雾中夹杂的镍离子回收再利用。含酸雾的氧气经处理，检测达标后排放。同时回放酸雾中夹杂的硫酸镍，克服了酸雾直接排放造成的工作环境恶劣的缺陷，选用的渗透膜为涤纶布，其型号为3751。

电解镍的工艺条件为:在所配制的电解液中，镍＞75g/L，钴＜0.005g/L，铜＜0.001g/L，锌＜0.001g/L，锰＜0.001g/L，铁＜0.001g/L，镉＜0.001g/L，铅＜0.004g/L，Mg为8.0g/L，Ca＜0.25g/L，Cr＜0.002g/L，Na为20-30g/L，有机物＜0.002g/L，H₃BO₃为8.0-12.0g/L，Cl^-＜0.08g/L，pH＝2.5-4.5(pH试纸测定)；电解条件为：电流密度300～500A/m²，电解液温度60℃，电解液循环量40m³/t镍，槽电压3.6-4.5v，直流电耗4500-5500Kw·h，电流效率＜80％，镍回收率>99％，阴阳极液位差为25mm。

实施例2：

在所配制的电解液成分中，镍的含量为80g/L，钴0.004g/L，铜0.0005g/L，锌0.0005g/L，锰0.0005g/L，铁0.0005g/L，镉0.0005g/L，铅0.003g/L，Mg为8.0，Ca 0.24g/L，Cr 0.001g/L，Na为25g/L，有机物0.001g/L，H₃BO₃为11.0g/L，Cl^-0.07g/L，pH＝3(pH试纸测定)；电解条件为：电流密度400A/m²，电解液温度60℃，电解液循环量40m³/t镍，槽电压4.0v，直流电耗5000Kw·h，电流效率＜80％，镍回收率>99％，阴阳极液位差为20mm。

电积槽内设置阴极框和阳极框，在阴极框和阳极框之间设置3751的渗透膜，高位槽内的电解液通过供液总管进入电积槽，然后通过阴极框上设置的电解液入口，阴极液进入阴极框，再通过中间设置的渗透膜进入阳极框，电解后的阳极液从阳极框的底部阳极液出口，再通过支管进入汇流管，汇流管与低位槽连接，再在磁力泵的作用下，部分从低位槽出来的液体进入沉镍槽，再加入碳酸钠进行沉积，最后送板框过滤机进行过滤，另一部分液体经过回调进入高位槽，在高位槽内，与来自萃取的纯硫酸镍溶液进行混合，混合为满足前面工艺条件的电解液再次进入供液总管。

阴极框内产生的阴极镍经洗涤成为电解镍产品，电解镍的产品质量稳定。

Claims

1.一种环保型的电解镍连续稳定生产工艺，其特征在于该生产工艺采用了环保型的电解镍连续稳定生产工艺装置，该装置包括电积槽、阴极框、阳极框、循环系统和酸雾回收系统，其特征在于：阴极框和阳极框均设置在电积槽内，在阴极框和阳极框之间设置渗透膜，阴、阳极框均为密闭结构，所有的阴极框和阳极框均采用螺杆连接在一起，阴极框上设置电解液入口，阳极框上设置的酸雾吸收口与酸雾回收系统连接，阳极框下端设置的阳极液出口与循环系统连接，阴极框内的阴极与阳极框内的阳极，两极之间的极间距为70-130mm，所述的阴极框内的液面和阳极框内的液面差为15-25mm；

在所配制的电解液中，镍＞75g/L，钴＜0.005g/L，铜＜0.001g/L，锌＜0.001g/L，锰＜0.001g/L，铁＜0.001g/L，镉＜0.001g/L，铅＜0.004g/L，Mg为8.0g/L，Ca＜0.25g/L，Cr＜0.002g/L，Na为20-30g/L，有机物＜0.002g/L，H₃BO₃为8.0-12.0g/L，Cl^-＜0.08g/L，pH＝2.0-2.5。

2.根据权利要求1所述的环保型的电解镍连续稳定生产工艺，其特征在于：所述的循环系统包括高位槽、低位槽和沉镍槽，低位槽通过U形管与电积槽内的阴极液汇流管连接，低位槽分别与沉镍槽和高位槽连接。

3.根据权利要求1所述的环保型的电解镍连续稳定生产工艺，其特征在于：所述的酸雾回收系统包括酸雾吸收塔、抽风机和循环槽，酸雾吸收塔通过连接着的抽风机与电积槽内的酸雾吸收管连接，酸雾吸收塔与循环槽连接。

4.根据权利要求1所述的环保型的电解镍连续稳定生产工艺，其特征在于：该工艺的工艺条件还包括电解条件为：电流密度180～220A/m²，电解液温度60℃，电解液循环量40m³/t镍，槽电压3.6-4.5V，直流电耗4500-5500Kw·h，电流效率＜80％，镍回收率＞99％。

5.根据权利要求1所述的环保型的电解镍连续稳定生产工艺，其特征在于：所述的工艺中阴阳极的镍浓度差为30-40g/l。