CN104357881B - 一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其包括全密封选择性粉体电解装置(A)和辅助装置，其中，所述辅助装置包括阴极液储槽(B)、溶液输送泵(C)、溶液循环槽(D)、溶液循环泵(E)、硅整流直流电源(I)、压缩空气罐(K)和废气收集罐(L)。该电解系统能有效改善传统平板(框)式电解装置在电解过程中存在的电解电流密度小、电流分布不均匀、溶液除杂难度大、工艺流程长、生产成本高、产品不好收集、总体效率低等问题，能够在复杂溶液成份下进行电解，且高效、可靠、工艺流程简单、操作简便、成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于粉体电解技术领域，涉及一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其用于在各类酸性体系(硫酸、盐酸、硝酸及氰化物等)中进行铜、钴、镍、锌、金、银、铂及其它有价金属粉体的生产和回收，混合金属溶液的分离及含重金属离子废水的处理等，特别适合于冶金行业对低浓度，成份复杂溶液的选择性粉体电解(电积)分离和提纯，以及将废水中重金属离子进行剥离。
背景技术
粉体电解系统用于在各类酸性体系，例如硫酸、盐酸、硝酸及氰化物等中进行铜、钴、镍、锌、金、银、铂及其它有价金属粉体的生产和回收，也可以用于混合金属溶液的分离及含重金属离子废水的处理等。
目前，国内粉体电解系统主要采用平板(框)式电解装置。在这种平板式电解装置中，电解溶液在阴极和阳极间缓慢流动。为防止浓差极化，保证产品质量，工艺过程要求严格，其中主要的要求如下：1、电解液中被电解金属的浓度要保持在很高的水平；2、电解液要非常纯净，其中的杂质成份要保持在极低的水平，要对电解液进行不间断的净化处理；3、对阴极套隔膜袋；4、采用被电解金属作为阴极进行电解；5、采用较低的电流密度；6、生产产品人工收集。因此，现有的粉体电解系统存在装备复杂，加工制作繁琐，制作成本高，电能消耗大，生产成本高等缺点。并且，现有的粉体电解系统不适于冶金行业对低浓度，成份复杂溶液的选择性粉体电解(电积)分离和提纯。
为此，目前急需一种结构简单、能耗少、工艺简单、成本低，且适于对低浓度、成份复杂溶液的选择性粉体电解分离和提纯的粉体电解系统。
发明内容
本发明的目的就是为了有效改善传统平板(框)式电解技术在电解过程中存在的电解电流密度小、电流分布不均匀、溶液除杂难度大、工艺流程长、生产成本高、总体效率低等问题，提供一种能在复杂溶液成份下进行电解，且高效、可靠、工艺流程简单、操作简便、成本低廉的电解技术方案，其具有操作简单、低能耗、高效环保、产品自动收集、便于操作、生产成本低的特点。
为此，本发明提供如下技术方案：一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其包括全密封选择性粉体电解装置和辅助装置，其中，所述全密封选择粉体电解装置包括圆柱型阴极桶、放置在所述圆柱型阴极桶内并紧贴所述圆柱型阴极桶的内壁的振动阴极片、带有贵金属陶瓷涂层的阳极、与所述圆柱型阴极桶的上法兰相连接的上连接器和与所述圆柱型阴极桶的下法兰相连接的下连接器，所述上连接器与所述上法兰之间设置有上法兰面密封，所述下连接器与所述下法兰之间设置有下法兰面密封，且所述上连接器上设置有排气口和溶液出口，所述下连接器上设置有压缩空气入口和溶液入口，所述阳极穿过所述下连接器和所述圆柱型阴极桶并从所述下连接器中突出；所述辅助装置包括阴极液储槽、溶液输送泵、溶液循环槽、溶液循环泵、硅整流直流电源、压缩空气罐和废气收集罐，其中，所述阳极与所述硅整流直流电源的正极相连，所述振动阴极片通过所述圆柱型阴极桶与所述硅整流直流电源的负极相连，所述溶液出口通过管道与所述溶液循环槽相连，所述溶液入口经由所述溶液循环泵与所述溶液循环槽相连，所述压缩空气入口通过阀门与所述压缩空气罐相连，所述排气口通过排气装置与所述废气收集罐相连，所述溶液循环槽通过所述溶液输送泵与所述阴极液储槽相连。
进一步地，其中，所述辅助装置进一步包括过滤装置，电解后的金属粉体要经过所述过滤装置过滤，最终形成粉体产品。
更进一步地，其中，所述辅助装置进一步包括变频控制器和可编程控制器，所述溶液循环泵与所述变频控制器相连，且所述变频控制器、溶液输送泵、和硅整流直流电源都与所述可编程控制器相连，以在所述可编程控制器的控制下实现自动电解。
另一方面，其中，所述圆柱型阴极桶由不锈钢管或钛管制成。
进一步地，其中，所述阳极由钛、钛铜复合材料或钛铝复合材料制成基体，并在所述基体上涂覆贵金属陶瓷涂层制成，且所述阳极的直径为5-150mm。
更进一步地，其中，所述振动阴极片由富有弹性的不锈钢板或钛板制成。
再进一步地，其中，所述振动阴极片的导电面积为0.15m2-1m2。
此外，其中，所述上连接器和下连接器由PVC、ABS、PP、或塑料合金制成。
进一步地，其中，所述上法兰面密封和下法兰面密封为X型橡胶圈密封。
与已有的粉体电解系统相比，本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统具有如下显著优点：
1、应用领域广泛，可用于冶金、废弃回收、环保等多个行业；
2、广泛的原料适应性，同一电机系统可处理多种金属，可选择性地对金属进行电解沉积；
3、灵性多样，可根据生产需求，针对性的进行工艺设计；
4、采用便携式、模块化组件，装配方便，模组化安装，占地小，空间利用率高；
5、金属回收、分离彻底，可进行ppm级的金属回收和分离；
6、很容易将回收的溶液中的金属离子浓度降到100ppm以下，并将需要回收的有价金属制成高纯粉状产品(＞99.5％)；
7、溶液闭路循环，能有效地回收溶液里的酸，避免酸雾排放，安全环保；
8、具有较高的电流密度及电流效率；
9、流程简化，大大降低运营成本，降低技术风险；
10、工艺过程全自动化控制，产品自动收集。
附图说明
图1是本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统的示意图。
图2是本发明的电解系统中的全密封选择性粉体电解装置的示意图。
其中，A、粉体电解装置；B、阴极液储槽；C、溶液输送泵；D、溶液循环槽；E、溶液循环泵；F、变频控制器；G、可编程控制器；H、过滤装置；I、硅整流直流电源；J、粉体产品；K、压缩空气罐；L、废气收集罐；1、上连接器；2、圆柱型阴极桶；3、上法兰面密封；4、振动阴极片；5、压缩空气入口；6、下连接器；7、下法兰面密封；8、阳极；9、排气口；10、溶液入口；11、溶液出口。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不是对本发明的保护范围的限制。
本发明涉及一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统。图1示出了本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统的示意图。如图1所示，本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统包括犬密封选择性粉体电解装置A和辅助装置。
图2示出了本发明的电解系统中的全密封选择性粉体电解装置的示意图。如图2所示，所述全密封选择性粉体电解装置包括圆柱型阴极桶2。在本发明中，优选地，所述圆柱型阴极桶2由不锈钢管或者钛管制成。在进行溶液电解形成粉体时，该圆柱型阴极桶2与硅整流直流电源的负极相连。所述圆柱型阴极桶2内放置有振动阴极片4，并且所述振动阴极片4紧贴所述圆柱型阴极桶2的内壁。由于所述圆柱型阴极桶2与硅整流直流电源的负极相连且所述振动阴极片4紧贴所述圆柱型阴极桶2的内壁，因此，所述振动阴极片4也能与所述硅整流直流电源的负极连通。在本发明中，优选地，所述振动阴极片4由富有弹性的不锈钢板或钛板制成，并且，更优选地，所述振动阴极片4的导电面积为0.15m2-1m2。由于所述振动阴极片4由富有弹性的不锈钢板或钛板制成，因此，在外力作用下其会发生振动，从而将电解后的、附着在所述振动阴极片4上的金属粉体震落掉，实现金属粉体的回收。
所述圆柱型阴极桶2的上法兰上设置有上连接器1，且所述上连接器1与所述上法兰之间设置有上法兰面密封3。所述圆柱型阴极桶2的下法兰上设置有下连接器6，且所述下连接器6与所述下法兰之间设置有下法兰面密封7。由于设置有上连接器1、上法兰面密封3、下连接器6和下法兰面密封7，所以在所述圆柱型阴极桶2内形成一个密闭的空间。所述上连接器1上设置有排气口9和溶液出口11。所述排气口9与排气装置相连，并通过排气装置将电解过程中产生的气体排到废气收集罐中，然后对废气进行统一的处理。因此，在电解过程中，无废气排放，实验操作环境好、安全、环保。所述溶液出口11用于排出电解后的溶液。所述下连接器6上设置有压缩空气入口5和溶液入口10。所述压缩空气入口5与压缩空气罐连接，用以在电解结束后向所述圆柱型阴极桶2中输入压缩空气，从而使得附着在所述振动阴极片4上的粉体脱落，便于实现金属粉体的收集。所述溶液入口10用于供待电解的溶液进入所述圆柱型阴极桶2。在本发明中，优选地，所述上连接器1和下连接器6由PVC、ABS、PP、或塑料合金等制成。此外，在本发明中，优选地，所述上法兰面密封3和下法兰面密封7可以是″X″型橡胶圈密封、″O″型橡胶圈密封及平垫橡胶圈密封。
带有贵金属陶瓷涂层的阳极8穿过所述下连接器6和所述圆柱型阴极桶2并从所述下连接器6突出。所述阳极8穿过所述圆柱型阴极桶2并与所述振动阴极片4间隔开一定距离。优选地，所述阳极8位于所述圆柱型阴极桶2的中心。同时，所述阳极8与硅整流直流电源的正极相连，从而使得溶液通过所述圆柱型阴极桶2时能够被电解。在本发明中，优选地，所述阳极8由钛、钛铜复合材料或钛铝复合材料等制成基体，并在所述基体上涂覆贵金属陶瓷涂层制成。此外，更优选地，所述阳极8的直径为5-150mm，且所述阳极8的直径依据所述圆柱型阴极桶2的直径而定，要确保所述阳极8插入所述圆柱型阴极桶2中之后使得所述阳极8与所述振动电极片4之间能间隔开一定距离，以便于进行电解。
继续参考图1，所述辅助装置包括阴极液储槽B、溶液输送泵C、溶液循环槽D、溶液循环泵E、硅整流直流电源I、压缩空气罐K和废气收集罐L。其中，如图1所示，当使用本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统进行溶液电解生成粉体时，所述阳极8与所述硅整流直流电源I的正极相连，所述振动阴极片4通过所述圆柱型阴极桶2与所述硅整流直流电源I的负极相连。所述溶液出口11通过管道与所述溶液循环槽D相连。所述溶液入口10经由所述溶液循环泵E与所述溶液循环槽D相连。所述压缩空气入口5通过阀门与所述压缩空气罐K相连。所述排气口9通过排气装置与所述废气收集罐L相连。同时，所述溶液循环槽D通过溶液输送泵C与阴极液储槽B相连。
此外，在本发明中，优选地，所述辅助装置进一步包括过滤装置H。电解后的金属粉体要经过所述过滤装置H过滤，最终形成粉体产品J。通过所述过滤装置H，可以获得质量更优的金属粉体。
并且，在本发明中，优选地，所述辅助装置进一步包括变频控制器F和可编程控制器G。其中，所述溶液循环泵E与所述变频控制器F相连，且所述变频控制器F、溶液输送泵C、和硅整流直流电源I都与所述可编程控制器G相连，以在所述可编程控制器G的控制下实现自动电解。
该基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统的作业过程为：前段工序处理好的待电解溶液被存储在阴极液储槽B中，阴极液(待电解溶液)在所述溶液输送泵C的作用下从所述阴极液储槽B输送到所述溶液循环槽D中。所述溶液循环槽D中的溶液在所述溶液循环泵E的作用下被输送到所述圆柱型阴极桶2中。其中，通过所述可编程控制器G可以控制所述溶液输送泵C，从而可以控制是否向所述溶液循环槽D中输送阴极液。通过向所述溶液循环槽D中输送阴极液，可以保证所述溶液循环槽D中具有一定的金属离子浓度，从而有利于得到金属粉体。并且，通过所述可编程控制器G控制所述变频控制器F，并通过所述变频控制器F控制所述溶液循环泵E，可以控制是否向所述圆柱型阴极桶2中供给溶液以及向所述圆柱型阴极桶2中供给的溶液的量的大小。溶液进入所述圆柱型阴极桶2中之后，在所述圆柱型阴极桶2内高速快速流动，从而在所述振动阴极片4和所述阳极8之间快速流过。同时，所述硅整流直流电源I打开，使得所述振动阴极片4和所述阳极8通电。因此，溶液在所述振动阴极片4和所述阳极8之间流动时，能在所述振动阴极片4上析出金属粉体。由于采用惰性阳极，因此在所述阳极8上析出气体。该气体通过所述排气口9和与所述排气口9连接的排气装置排出，进入所述废气收集罐L进行收集，进行后序处理，对操作环境完全没有污染。电解后的溶液通过所述溶液出口11流回到所述溶液循环槽D中，使得溶液可以进行多次循环电解，从而能够确保溶液得到充分电解，确保金属粉体的充分回收。在电解一段时间之后，一般为3-6个小时，所述振动阴极片4上会积累一定量的粉体。此时，停止向所述圆柱型阴极桶2中供给溶液，并排空所述圆柱型阴极桶2中的溶液，同时要使得所述硅整流直流电源I断电。然后，通过所述压缩空气入口5将压缩空气从所述压缩空气罐K输入到所述圆柱型阴极桶2中。所述振动阴极片4在所述压缩空气的作用下振动，从而将其上沉积的粉体震落。然后，打开所述下连接器6，将粉体取出。取出的金属粉体经过所述过滤装置H过滤，形成粉体产品J，从而完成粉体的收集。之后，重新放入所述阳极8和所述振动阴极片4后继续输送溶液进行电解。
本发明的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统不同于传统的平板(框)式粉体电解装置，其采用圆柱结构，电解液快速流过阴极与阳极之间的间隙，电解过程主要基于各金属离子理论析出电位(E￠)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。其关键是通过流动的液流，消除了对电解的不利因素，避免了传统电解(电积)方式在电解过程中受多种因素(离子浓度、离子基本电位、阴阳极电位、浓差极化、pH值、超电位等)影响的不利情况，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品。同时，该全密封选择性粉体电解装置可完成传统电解装置不能完成的宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)、高电流密度(400A/m2以上)情况下的金属电解。该全密封选择性粉体电解装置可有效解决传统工艺电解过程中电解电流密度小、溶液除杂难度大、工艺流程长、生产成本高、总体效率低、产品不好收集、现场有酸雾挥发等问题。
具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其包括全密封选择性粉体电解装置(A)和辅助装置，其中，
所述全密封选择粉体电解装置(A)包括圆柱型阴极桶(2)、放置在所述圆柱型阴极桶(2)内并紧贴所述圆柱型阴极桶(2)的内壁的振动阴极片(4)、带有贵金属陶瓷涂层的阳极(8)、与所述圆柱型阴极桶(2)的上法兰相连接的上连接器(1)和与所述圆柱型阴极桶(2)的下法兰相连接的下连接器(6)，所述上连接器(1)与所述上法兰之间设置有上法兰面密封(3)，所述下连接器(6)与所述下法兰之间设置有下法兰面密封(7)，且所述上连接器(1)上设置有排气口(9)和溶液出口(11)，所述下连接器(6)上设置有压缩空气入口(5)和溶液入口(10)，所述阳极(8)穿过所述下连接器(6)和所述圆柱型阴极桶(2)并从所述下连接器(6)中突出；
所述辅助装置包括阴极液储槽(B)、溶液输送泵(C)、溶液循环槽(D)、溶液循环泵(E)、硅整流直流电源(I)、压缩空气罐(K)和废气收集罐(L)，其中，所述阳极(8)与所述硅整流直流电源(I)的正极相连，所述振动阴极片(4)通过所述圆柱型阴极桶(2)与所述硅整流直流电源(I)的负极相连，所述溶液出口(11)通过管道与所述溶液循环槽(D)相连，所述溶液入口(10)经由所述溶液循环泵(E)与所述溶液循环槽(D)相连，所述压缩空气入口(5)通过阀门与所述压缩空气罐(K)相连，所述排气口(9)通过排气装置与所述废气收集罐(L)相连，所述溶液循环槽(D)通过所述溶液输送泵(C)与所述阴极液储槽(B)相连，所述辅助装置进一步包括过滤装置(H)，电解后的金属粉体要经过所述过滤装置(H)过滤，最终形成粉体产品(J)，所述辅助装置进一步包括变频控制器(F)和可编程控制器(G)，所述溶液循环泵(E)与所述变频控制器(F)相连，且所述变频控制器(F)、溶液输送泵(C)、和硅整流直流电源(I)都与所述可编程控制器(G)相连，以在所述可编程控制器(G)的控制下实现自动电解。
2.如权利要求1所述的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其中，所述圆柱型阴极桶(2)由不锈钢管或钛管制成。
3.如权利要求2所述的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其中，所述阳极(8)由钛、钛铜复合材料或钛铝复合材料制成基体，并在所述基体上涂覆贵金属陶瓷涂层制成，且所述阳极(8)的直径为5-150mm。
4.如权利要求3所述的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其中，所述振动阴极片(4)由富有弹性的不锈钢板或钛板制成。
5.如权利要求4所述的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其中，所述振动阴极片(4)的导电面积为0.15m2-1m2。
6.如权利要求5所述的基于全密封选择性粉体电解装置的电解系统，其中，所述上连接器(1)和下连接器(6)由PVC、ABS、PP或塑料合金制成。
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