CN104451784A - 一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置，包括：阳极筐、进液通道、电源、阳极泥通道、阳极泥收集槽、阴极，阴极内设置阳极筐且两者之间有间隙，阳极筐中装入金属复合废料且整体作为阳极，阳极筐中设有进液通道；电解液经进液通道流向通道外的金属复合废料中，与金属复合废料充分接触并反应，然后进一步透过阳极筐进入阳极、阴极之间间隙后流出，金属复合废料中的所需电解提纯金属在其特定的电极电势下以离子形式溶解并在阴极析出，低电极电势的金属虽然在阳极溶解，但在阴极不能析出，而高电极电势的金属在阳极被保留下来作为阳极泥，经阳极泥通道流入阳极泥收集槽。本发明能实现金属的高效率、零污染、低成本分离和回收。

Description

一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置

技术领域

本发明涉及金属复合废料分离回收技术，具体地说，涉及的是一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置。

背景技术

目前金属废料回收已成为人们的共识，国内现有的金属废料回收方法主要有火法冶金法、机械浮选法、溶解法、电积法和传统电解法等。火法冶金法二次污染严重、回收率低、处理设备昂贵；机械浮选法设备昂贵、工艺流程繁琐、回收率低；溶解法成本高，酸耗大，环境污染严重，某些金属再生困难；传统电解法虽然对环境无污染，但能耗大、成本高、生产周期长，且会出现浓差极化和阳极钝化等现象，严重影响电解效率。

有些技术通过采用大溶液循环量，设置喷嘴使溶液产生以对流传质为主的流动，快速补充阴极附近的金属离子，减少浓差极化现象，缺点是电余液中金属离子如铜离子浓度仍较高。

专利WO92/14865和美国专利US5849172A最先报道了旋流电积技术。旋流电积技术通过高速溶液流动消除了浓差极化等对电积不利的因素，避免了传统电积过程受多种因素(离子浓度、析出电位、浓差极化、超电位、pH值等)影响的限制。但是旋流电积技术在电积分离纯金属之前，仍需对金属废料进行酸溶制备金属的盐溶液，酸耗较大，并造成一定的环境污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置，利用阳极筐实现对金属复合废料的直接电解分离提纯，降低能耗和酸耗；利用高速流动的电解液和阳极泥收集槽消除浓差极化和阳极钝化，提高电解效率，实现金属的高效率、零污染、低成本分离和回收。

为实现上述目的，本发明所述分离回收金属复合废料的旋流电解装置，包括：阳极筐、进液通道、电源、阳极泥通道、阳极泥收集槽、阴极，其中：阴极内设置阳极筐且两者之间有间隙，阳极筐中装入金属复合废料且整体作为阳极，阳极筐中设有一电解液的进液通道，阳极筐下方设有阳极泥通道，阳极泥通道下接阳极泥收集槽，电源为整个装置供电。电解液经进液通道流向通道外的金属复合废料中，与金属复合废料充分接触并反应，然后进一步透过阳极筐进入阳极、阴极之间间隙后流出，金属复合废料中的所需电解提纯金属在其特定的电极电势下以离子形式溶解并在阴极析出，低电极电势的金属虽然在阳极溶解，但在阴极不能析出，而高电极电势的金属在阳极被保留下来作为阳极泥，经阳极泥通道流入阳极泥收集槽。

作为一个优选方式，所述阳极筐，其材料为绝缘材料，外表面覆有防金属粉末泄漏但电解液可透过的膜层。

作为一个优选方式，所述进液通道，其材料为绝缘材料，内表面覆有防金属粉末泄漏但电解液可透过的膜层。

作为一个优选方式，所述装置进一步包括进液口和出液口，所述进液口连接进液通道，出液口位于阳极筐、阴极之间间隙。

作为一个优选方式，所述装置进一步包括上端盖，所述上端盖为实体，在该实体内设置电解液通道，该通道连接进液口和进液通道、出液口。

作为一个优选方式，所述装置进一步包括外槽体，所述阴极紧密地附在所述外槽体上。

更好的，所述装置进一步设有上部连接器，该上部连接器连接所述外槽体和所述上端盖，所述上部连接器与所述外槽体间有防止电解液泄漏的密封块。

作为一个优选方式，所述阴极与所述外槽体上端设置有起固定作用的阴极固定板。

更好的，所述装置进一步设有下部连接器，下部连接器连接外槽体和电源，同时阳极筐通过上端盖和下部连接器固定。

作为一个优选方式，所述电源位于阳极筐下方，所述进液通道和电源固定，所述电源内设有阳极泥通道。

本发明中：特定的电极电势是针对各种金属复合废料中的金属而言，不同的金属有不同的电极电势，对应于不同的电压和电流密度。本发明适用于现在能够采用电解提纯的所有金属复合废料的提纯分离回收，具体电解液根据金属复合废料的类型确定。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：利用阳极筐实现对金属复合废料的直接电解提纯，降低能耗和酸耗；利用高速流动的电解液和阳极泥收集槽消除浓差极化和阳极钝化，提高电解效率，实现金属的高效率、零污染、低成本分离和回收。

附图说明

图1是本发明一较优实施例中的旋流电解装置结构示意图；

图中：上端盖1，进液口2，阴极固定板3，上部连接器4，密封块5，外槽体6，阴极7，阳极筐壁8，阳极筐9，进液通道壁10，进液通道11，下部连接器12，密封圈13，阳极泥通道14，接正极铜15(连接电源)，阳极泥收集槽16，出液口17；

图2是本发明另一实施例中的旋流电解装置结构示意图；

图中：阴极7、阳极筐9、进液通道11、阳极泥通道14、阳极泥收集槽16、电源20。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，为本发明一较优实施例的旋流电解装置结构示意图，其包括上端盖1、进液口2、阴极固定板3、上部连接器4、密封块5、外槽体6、阴极7、阳极筐9、阳极筐壁8(阳极筐9的壁)、进液通道11、进液通道壁10(进液通道11的壁)、下部连接器12、密封圈13、阳极泥通道14、接正极铜15、阳极泥收集槽16、出液口17。阳极筐9中装入金属复合废料且整体作为阳极；上端盖1为实体，内开通电解液通道分别与进液口2和出液口17相连，上端盖1通过上部连接器4与外槽体6相连，上部连接器4与外槽体6间有防止电解液泄漏的密封块5，外槽体6内覆有阴极7，阴极7与外槽体6上端装有起固定作用的阴极固定板3；阴极7中设有装金属废料的阳极筐9，且阴极7、阳极(装金属废料的阳极筐9)之间有间隙，阳极筐壁8通过上端盖1和下部连接器12固定；阳极筐9中心有一进液通道11，进液通道壁10通过上端盖1和接正极铜15固定；接正极铜15内开通有阳极泥通道14，下接阳极泥收集槽16。

作为一个优选方式，所述阳极筐，其材料为绝缘材料，外表面覆有防金属粉末泄漏(防止从阳极筐中进入阴极和阳极的间隙等)但电解液可透过的膜层。这样电流才能完全通过金属废料，使金属废料更好的电解。

作为一个优选方式，所述进液通道，其材料为绝缘材料，内表面覆有防金属粉末泄漏(防止从阳极筐中进入进液通道)但电解液可透过的膜层。这样电流才能完全通过金属废料，使金属废料更好的电解。

所述的膜层可以采用现有技术实现，比如阳极袋，通常用的是涤纶或丙纶布。该膜层须耐酸碱腐蚀或耐氧化，不易被金属废料刺破，可透过溶液，但金属粉末无法透过。

作为一个优选方式，本实施例中，上端盖1，其作用是使电解液闭路循环，可有效防止有害气体的排放，上端盖1在与上部连接器接触部分是实体的，该实体内开设有电解液通道，该通道起到连接进液口和进液通道、出液口和出液通道的作用，同时设有固定阳极筐壁和进液通道壁的环形槽。进一步的，所述实体内设有固定阳极筐壁和进液通道壁的环形槽。

本实施例中，上部连接器4，起到连接上端盖和外槽体的作用。

本实施例中，密封块5，起到防电解液泄漏的作用。

本实施例中，外槽体6，起到固定阴极的作用。

本实施例中，阴极7，所要电解提纯的金属离子会在阴极得电子生成金属单质，并吸附在阴极。

本实施例中，阳极筐9及其阳极筐壁8是作为一个部件，这里分开是为了将原理表述的更为清楚，它们的作用是装入金属废料，采用孔洞状，以便电解液可以透过，材料是耐酸碱和电化学腐蚀的绝缘材料。

本实施例中，进液通道11及其进液通道壁10实际上是一个部件，作用是使电解液通过，采用孔洞状，以便电解液可以透过，材料是耐酸碱腐蚀和电化学腐蚀的绝缘材料。

本实施例中，下部连接器12，起到连接外槽体和接正极铜的作用，同时下部连接器12上端开有固定阳极筐的环形槽，材料上要求耐酸碱腐蚀。

本实施例中，密封圈13，防电解液泄漏，材料上要求耐酸碱腐蚀。

本实施例中，阳极泥通道14，阳极泥通过该通道漏到阳极泥槽中，材料上要求防酸碱和电化学腐蚀。

本实施例中，接正极铜15，连接电源起导电作用。

本实施例中，阳极泥收集槽16，收集电解产生的阳极泥。

将金属废料每隔一定时间装入阳极筐9中，电解液自进液口2经进液通道11及进液通道壁10流向通道外的金属废料中，与金属废料充分接触并反应，并进一步透过阳极筐壁8进入阳极筐9、阴极7之间，最后经出液口17流出，整个过程电解液高速流动。同时金属废料中的所需电解提纯金属在其特定的电极电势(根据金属类型具体设定)下以离子形式溶解，并在阴极7析出，较低电极电势的金属(是指相对所需电解提纯金属而言)虽然在阳极溶解，但在阴极7不能析出，而较高电极电势的金属(是指相对所需电解提纯金属而言)在阳极被保留下来作为阳极泥，经阳极泥通道14流入阳极泥收集槽16。

采用上述装置，以分离回收银铜复合废料为例进行应用说明，以上实施例中没有详细说明的内容可以根据现有技术确定：

第一步，将银铜复合废料装入覆有涤纶布的聚四氟乙烯阳极筐9作为阳极，采用不锈钢板作为阴极7，采用含铜40～55g/L、H₂SO₄100～150g/L的CuSO₂+H₂SO₄溶液作为电解液(添加盐酸300～500ml/吨铜，温度58～65℃)，在阴极电流密度为160～400A/m²，槽电压为0.7～1.0V的条件下通电电解。

第二步，电解过程中电解液自上端盖1中的进液口2进，并在覆有涤纶布的聚四氟乙烯进液通道11、阳极筐9中的银铜复合废料间和两极间以流速400～2000L/h流动，最后经另一侧的上端出液口17流出。同时每隔4～16h向阳极筐9中补加8～50kg银铜复合废料，银铜复合废料中的金属银被保留下来，其中有极少量银以离子形式溶解，溶解的银与电解液中的盐酸反应生成氯化银沉淀，银单质和氯化银共同形成阳极泥，而铜则完全以离子形式进入电解液，并在固定在外槽体6的阴极7析出，每隔6～24h取出在阴极7析出的铜板。而电解液通过补加盐酸可循环使用。

第三步，阳极泥通过阳极筐9下端镀银的接正极铜15(导电用)中阳极泥通道14流到阳极泥收集槽16中，收集的阳极泥加入足量氨水溶解AgCl，过滤，回收未溶解物银粉，并向滤液中加水合肼还原银氨络合物得到银粉，通过水洗获得纯银粉。

实施例2

如图2所示，为本发明一分离回收金属复合废料的旋流电解装置的实施例结构示意图，该装置包括：阴极7、阳极筐9、进液通道11、阳极泥通道14、阳极泥收集槽16、电源20，其中：阴极7内设置阳极筐9且两者之间有间隙，阳极筐9中装入金属复合废料且整体作为阳极，阳极筐9中设有一进液通道11，阳极筐9下方设有阳极泥通道14，阳极泥通道14下接阳极泥收集槽16，电源20为整个装置供电；阳极泥通道14下接阳极泥收集槽16；电解液经进液通道11流向通道外的金属复合废料中，与金属复合废料充分接触并反应，然后进一步透过阳极筐9进入阳极、阴极7之间间隙后流出，金属复合废料中的所需电解提纯金属在其特定的电极电势下以离子形式溶解并在阴极7析出，低电极电势的金属虽然在阳极溶解，但在阴极7不能析出，而高电极电势的金属在阳极被保留下来作为阳极泥，经阳极泥通道14流入阳极泥收集槽16。

作为一个优选方式，所述电源20位于阳极筐9下方，进液通道11通过电源20固定，电源20内设有阳极泥通道14。

本实施例中电解液在进液通道、阳极筐内的金属复合废料间、阳极和阴极间以流速100～3000L/h流动，最后流出。

本实施例结构更为简单，各部件的要求以及工作原理等与实施例1中相似，不再赘述。

本发明上述装置提纯的金属纯度很高，回收率也相当高，电解液经处理后可重复循环使用。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于，包括：阳极筐、进液通道、电源、阳极泥通道、阳极泥收集槽、阴极，其中：阴极内设置阳极筐且两者之间有间隙，阳极筐中装入金属复合废料且整体作为阳极，阳极筐中设有一电解液的进液通道，阳极筐下方设有阳极泥通道，阳极泥通道下接阳极泥收集槽，电源为整个装置供电；电解液经进液通道流向通道外的金属复合废料中，与金属复合废料充分接触并反应，然后进一步透过阳极筐进入阳极、阴极之间间隙后流出，金属复合废料中的所需电解提纯金属在其特定的电极电势下以离子形式溶解并在阴极析出，低电极电势的金属虽然在阳极溶解，但在阴极不能析出，而高电极电势的金属在阳极被保留下来作为阳极泥，经阳极泥通道流入阳极泥收集槽。

2.根据权利要求1所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述阳极筐，其材料为绝缘材料，外表面覆有防金属粉末泄漏但电解液可透过的膜层。

3.根据权利要求1所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述进液通道，其材料为绝缘材料，内表面覆有防金属粉末泄漏但电解液可透过的膜层。

4.根据权利要求1-3任一项所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述装置进一步包括进液口和出液口，所述进液口连接进液通道，出液口位于阳极筐、阴极之间间隙。

5.根据权利要求4所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述装置进一步包括上端盖，所述上端盖与上部连接器接触部分是实体的，在该实体内设置电解液通道，该通道连接进液口和进液通道、出液口。

6.根据权利要求5所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述上端盖与上部连接器接触部分是实体的，在该实体内设有固定阳极筐壁和进液通道壁的环形槽。

7.根据权利要求4所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述装置进一步包括外槽体，所述阴极紧密地附在所述外槽体上。

8.根据权利要求7所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述装置进一步设有上部连接器，该上部连接器连接所述外槽体和所述上端盖，所述上部连接器与所述外槽体间有防止电解液泄漏的密封块。

9.根据权利要求6所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述阴极与所述外槽体上端设置有起固定作用的阴极固定板。

10.根据权利要求1-3任一项所述的分离回收金属复合废料的旋流电解装置，其特征在于：所述装置进一步设有下部连接器，下部连接器连接外槽体和电源，所述电源位于阳极筐下方，所述进液通道和电源固定，所述电源内设有阳极泥通道。