CN104032332A - 一种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置及实现方法，该装置包括电解槽、阴极板和阳极板，阴极板和阳极板上设置有导电棒，阴极板和阳极板放置于电解槽内，电解槽底部安装有循环流进液装置，循环流进液装置包括循环槽、溶液循环通道、循环泵、低位槽和高位槽，低位槽与高位槽间通过萃取反萃系统连接，低位槽通过溢流管与循环槽的一端相连，高位槽通过管道与循环槽的另一端相连构成循环。本发明有益的效果：本发明通过提高阴极液循环流量，增大金属阳离子的迁移速度，从而消除阴极浓差极化，实现阴极高电流密度条件下较高的阴极电流效率以及高品质的阴极产品，以达到通过大幅度提高电流密度，显著增加单位电解装置生产能力的目的。
Description
技术领域
本发明涉及在不溶阳极电解沉积金属领域，主要是一种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置及实现方法。
背景技术
目前，传统的电解沉积技术是将阴阳极放置在电解液缓慢流动的槽体内，在电场的作用下，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，通过控制一定的技术条件，目标金属阳离子在阴极得到电解沉积析出，从而得到高纯的电解产品。由于电极反应速度往往要快于离子的扩散速度，从而形成了浓差极化。在传统的电积槽中，正是由于阴极的浓差极化，造成少量杂质离子或者氢离子与目标金属离子一起在阴极上析出，一方面导致阴极产品质量下降，另一方面造成阴极电流效率大幅度降低，从而增加单位产品能耗。同时，传统的电解沉积技术进行金属的提纯或电解沉积，为了保证较高的阴极电流效率以及阴极产品质量，其电流密度必须控制在较低的范围内，从而造成电解体系庞大、设备投资费用高、生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置及方法，其采用全新的底部多通道进液循环流电解沉积技术，实现电解槽内电解液在阴极周围高速流动，以消除阴极浓差极化，达到阴极电流密度能够大幅度提升的目的。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置，包括电解槽、阴极板和阳极板，该阴极板和阳极板上设置有导电棒，阴极板和阳极板放置于电解槽内，所述的电解槽底部安装有循环流进液装置，该循环流进液装置包括循环槽、溶液循环通道、循环泵、低位槽和高位槽，低位槽与高位槽间通过萃取反萃系统连接，低位槽通过溢流管与循环槽的一端相连，高位槽通过管道与循环槽的另一端相连构成循环；在与低位槽相连的循环槽一端通过管道与回流总管相连，回流总管与溢流斗相连，溢流斗位于电解槽的槽边顶端外侧；在与高位槽相连的循环槽一端通过循环泵、管道与溶液循环通道相连，该溶液循环通道分布于阴极板的底端位置，溶液循环通道上设置有不同孔径的管喷嘴，该管喷嘴正朝向于每块阴极板的底端。
作为优选，所述的溶液循环通道设置在电解槽的阴极板底部，溶液循环通道的形状为圆形或多边形的管状。
本发明采用如上述的底部进液循环高电流密度电解沉积金属装置的实现方法，包括如下步骤：
1：加热电解液，使温度为20-80℃，在电解液中金属离子浓度为20-80g/L的条件下，开启循环流进液装置5内的循环泵53，阴极液在电解槽1内自循环；所述的电解槽1中溢流出来的电解液通过溢流斗59经回流总管58流入循环槽51，循环槽51所收集的电解液通过溢流管57经低位槽54由萃取反萃系统56处理后流入至高位槽55，高位槽55的电解液流入循环槽51；
2：阴极液通过溶液循环通道52上的管喷嘴521均匀、大流量喷入阴极板2表面，使金属离子电解沉积过程中的阴极液循环流量达到150-3000m3/Mt，电流密度达到300-600A/m2，其阴极电流效率达到95％以上；
3：电解3-5天后，取出阴极产品。
本发明的有益效果为：能够在传统电解槽规格不变的条件下，通过大幅度提高阴极电流密度，使电解槽的单位生产能力得到大幅度提升，而阴极电流效率仍然达到96％以上，阴极产品质量不受高电流密度的影响，是一个清洁、高效、环保的先进技术；该技术不同于高电流密度平行流电解技术，平行流电解技术采用阴极侧部进液方式，侧部进液方式适用于可溶阳极电解精炼工艺，其优点是可以避免因阳极泥搅动而影响阴极产品质量的问题，但是其缺点是电解液在阴极表面分布不均匀，液流效果不好；而在不溶阳极电解沉积金属工艺中，由于没有大量阳极泥产生，因此可以实现底部进液方式，该方式电解液分布均匀，消除阴极浓差极化效果好。
附图说明
图1是本发明的循环流进液装置在电解槽中的主视结构示意图。
图2是本发明的循环流进液装置在电解槽中的俯视结构示意图。
图3是本发明的循环流进液装置在电解槽中的侧视结构示意图。
图4是本发明的循环流进液装置布置结构示意图。
附图中的标号分别为：1、电解槽；2、阴极板；3、阳极板；4、导电棒；5、循环流进液装置；51、循环槽；52、溶液循环通道；53、循环泵；54、低位槽；55、高位槽；56、萃取反萃系统；57、溢流管；58、回流总管；59、溢流斗；521、管喷嘴。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：
如附图1至4所示，这种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置，包括电解槽1、阴极板2和阳极板3，该阴极板2和阳极板3上设置有导电棒4，阴极板2和阳极板3放置于电解槽1内，其特征在于：所述的电解槽1底部安装有循环流进液装置5，该循环流进液装置5包括循环槽51、溶液循环通道52、循环泵53、低位槽54和高位槽55，低位槽54与高位槽55间通过萃取反萃系统56连接，低位槽54通过溢流管57与循环槽51的一端相连，高位槽55通过管道与循环槽51的另一端相连构成循环；在与低位槽54相连的循环槽51一端通过管道与回流总管58相连，回流总管58与溢流斗59相连，溢流斗59位于电解槽1的槽边顶端外侧；在与高位槽55相连的循环槽51一端通过循环泵53、管道与溶液循环通道52相连，该溶液循环通道52分布于阴极板2的底端位置，溶液循环通道52上设置有不同孔径的管喷嘴521，该管喷嘴521正朝向于每块阴极板2的底端。所述的溶液循环通道52设置在电解槽1的阴极板2底部，溶液循环通道52的形状为圆形或多边形的管状。
本发明的这种底部进液循环高电流密度电解沉积金属装置的实现方法，包括如下步骤：
1：加热电解液，使温度为20-80℃，在电解液中金属离子浓度为20-80g/L的条件下，开启循环流进液装置5内的循环泵53，阴极液在电解槽1内自循环；所述的电解槽1中溢流出来的电解液通过溢流斗59经回流总管58流入循环槽51，循环槽51所收集的电解液通过溢流管57经低位槽54由萃取反萃系统56处理后流入至高位槽55，高位槽55的电解液流入循环槽51。
2：阴极液通过溶液循环通道52上的管喷嘴521均匀、大流量喷入阴极板2表面，使金属离子电解沉积过程中的阴极液循环流量达到150-3000m3/Mt，电流密度达到300-600A/m2，其阴极电流效率达到95％以上；
3：电解3-5天后，取出阴极产品。
本发明的电解槽1底部安装有循环流进液装置5，该循环流进液装置5内的溶液循环通道52分布于阴极板2的底端，溶液循环通道52上设置有不同孔径的管喷嘴521，实现溶液的有序流动；该管喷嘴521正朝向于阴极板2，每块阴极板2的底端都布置有管喷嘴521；所述的溶液循环通道52在电解槽1的阴极板2底部设置至少有一个，实现电解槽1内阴极液大流量循环流动；溶液循环通道52的形状为圆形或多边形的管状。通过设计电解槽1底部的循环流进液装置5，将电解液均匀、大流量喷入阴极板表面，使溶液在阴极表面强制流动，从而减轻阴极浓差极化现象，使阴极电流密度能够大幅度提升。电解槽中阴极液循环流量由20-50m3/Mt提高到150-3000m3/Mt，则阴极电流密度可由150-300A/m2提高到300-600A/m2，阴极电流效率达到95％以上,每个电解槽金属生产能力则提高50％-150％，而产品质量不受阴极电流密度提升的影响。
本发明的方法，采用高电流密度不溶阳极电解沉积技术进行镍、钴、锰、金、银等金属的电解沉积提取以及提纯，通过在电解槽底部安装多通道进液循环流装置，提高阴极液循环流量，增大金属阳离子的迁移速度，从而消除阴极浓差极化，实现阴极高电流密度条件下较高的阴极电流效率以及高品质的阴极产品，以达到通过大幅度提高电流密度，显著增加单位电解装置生产能力的目的，在实现大幅度降低电解精炼系统投资的同时，有效降低生产运行费用。
实施例一：
将硫酸铜溶液加温至20-60℃，加入硫酸至100-180g/L，开启循环流进液装置5内的循环泵53，使阴极液在电解槽1内自循环，并在每块阴极板2表面形成循环流。当阴极液自循环流量达到1500m3/Mt，将阴极电流密度提升至350A/m2，电解4天后，取出阴极产品，其阴极电流效率达到96％，单槽阴极产品产量较电流密度为200A/m2时提高75％。
实施例二：
将硫酸铜溶液加温至20-60℃，加入硫酸至100-180g/L，开启循环流进液装置5内的循环泵53，使阴极液在电解槽1内自循环，并在每块阴极板2表面形成循环流。当阴极液自循环流量达到1200m3/Mt，将阴极电流密度提升至300A/m2，电解4天后，取出阴极产品，其阴极电流效率达到98％，单槽阴极产品产量较电流密度为200A/m2时提高50％。
实施例三：
将硫酸铜溶液加温至20-60℃，加入硫酸至100-180g/L，开启循环流进液装置5内的循环泵53，使阴极液在电解槽1内自循环，并在每块阴极板2表面形成循环流。当阴极液自循环流量达到1800m3/Mt，将阴极电流密度提升至400A/m2，电解4天后，取出阴极产品，其阴极电流效率达到95.5％，单槽阴极产品产量较电流密度为200A/m2时提高100％。
实施例四：
将硫酸铜溶液加温至20-60℃，加入硫酸至100-180g/L，开启循环流进液装置5内的循环泵53，使阴极液在电解槽1内自循环，并在每块阴极板2表面形成循环流。当阴极液自循环流量达到2000m3/Mt，将阴极电流密度提升至450A/m2，电解4天后，取出阴极产品，其阴极电流效率达到95％，单槽阴极产品产量较电流密度为200A/m2时提高125％。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置，包括电解槽(1)、阴极板(2)和阳极板(3)，该阴极板(2)和阳极板(3)上设置有导电棒(4)，阴极板(2)和阳极板(3)放置于电解槽(1)内，其特征在于：所述的电解槽(1)底部安装有循环流进液装置(5)，该循环流进液装置(5)包括循环槽(51)、溶液循环通道(52)、循环泵(53)、低位槽(54)和高位槽(55)，低位槽(54)与高位槽(55)间通过萃取反萃系统(56)连接，低位槽(54)通过溢流管(57)与循环槽(51)的一端相连，高位槽(55)通过管道与循环槽(51)的另一端相连构成循环；在与低位槽(54)相连的循环槽(51)一端通过管道与回流总管(58)相连，回流总管(58)与溢流斗(59)相连，溢流斗(59)位于电解槽(1)的槽边顶端外侧；在与高位槽(55)相连的循环槽(51)一端通过循环泵(53)、管道与溶液循环通道(52)相连，该溶液循环通道(52)分布于阴极板(2)的底端位置，溶液循环通道(52)上设置有不同孔径的管喷嘴(521)，该管喷嘴(521)正朝向于每块阴极板(2)的底端。
2.根据权利要求1所述的底部进液循环高电流密度电解沉积金属的装置，其特征在于：所述的溶液循环通道(52)设置在电解槽(1)的阴极板(2)底部，溶液循环通道(52)的形状为圆形或多边形的管状。
3.一种采用权利要求1所述的底部进液循环高电流密度电解沉积金属装置的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)：加热电解液，使温度为20-80℃，在电解液中金属离子浓度为20-80g/L的条件下，开启循环流进液装置(5)内的循环泵(53)，阴极液在电解槽(1)内自循环；所述的电解槽(1)中溢流出来的电解液通过溢流斗(59)经回流总管(58)流入循环槽(51)，循环槽(51)所收集的电解液通过溢流管(57)经低位槽(54)由萃取反萃系统(56)处理后流入至高位槽(55)，高位槽(55)的电解液流入循环槽(51)；
2)：阴极液通过溶液循环通道(52)上的管喷嘴(521)均匀、大流量喷入阴极板(2)表面，使金属离子电解沉积过程中的阴极液循环流量达到150-3000m3/Mt，电流密度达到300-600A/m2，其阴极电流效率达到95％以上；
3)：电解3-5天后，取出阴极产品。
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