CN105040035A - 一种平行射流电解工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行射流电解工艺，电解液经加压后，从阴极底部且靠近阴极表面的位置以0.5m/s～2.5m/s的速度平行射入阴极与阳极间隙；在生产过程中，电解液加压后沿阴极表面平行射入，在阴极一侧电解液自下而上流动，同时在阳极一侧自上而下运动，以达到对阴、阳极的侧切功能，在阴、阳极之间形成内循环，补充阴极处的Cu²⁺，加快阳极处的Cu²⁺扩散速度，消除浓差极化；同时电解液在阳极处的自上而下的侧切流动，能够大大提高阳极泥的沉降速度，避免其粘附在阳极上形成阳极泥层，从而避免阳极钝化。本发明还公开了一种平行射流电解装置。

Description

一种平行射流电解工艺及装置

技术领域

本发明涉及有色金属冶炼技术领域，特别涉及一种平行射流电解工艺及装置。

背景技术

电解精炼工艺主要适用于铜、铅、镍等金属的电解精炼提纯，由粗金属作阳极，纯金属作阴极，含有该金属离子的溶液作电解液，金属从阳极溶解，在阴极沉淀。粗金属中的杂质，不活泼的杂质不溶解，成为阳极泥，活泼的杂质虽然在阳极溶解，但由于在阴极上优先析出的是电极电位较高的金属，而各金属的电极电位是由标准电极电位和该金属离子的浓度确定的，活泼杂质的离子浓度较小，故不能在阴极沉淀。

金属在电解过程中遵守法拉第定律，以铜为例，其电解析出量可以用下式表示：

m_Cu＝n×1.1852×i×A×t(1)

式中：m_Cu为析出的金属的质量(g)，i为电流密度(A/m²)，t为时间(s)，A为阴极板面积(m²)，n为电解槽(1)个数。

由(1)式可以看出，在现有工艺设备和技术的前提下，若要提高产能，唯一的途径就是提高电流密度。但在生产实践中，若单纯的只提高电流密度，在阴极上析出金属的速度加快，这往往会造成阴极附近的金属Cu²⁺浓度降低，即产生了浓差极化，从而引起电极电位的降低，使主要的金属不能在阴极上优先析出，导致杂质金属的析出，影响产品质量。在阳极上电流密度的提高，促使阳极溶解过快，使阳极溶解产生的Cu²⁺不能迅速离开阳极-溶液界面向阴极区扩散，同样也导致浓差极化，若阳极区Cu²⁺浓度到达饱和或过饱和，将产生铜的氧化物或难溶性的盐沉积于阳极表面，就会阻滞阳极反应，阳极电位升高，造成大量杂质离子溶解进入电解液中污染电解液，严重时甚至造成阳极钝化，增大了能耗。

此外，含有大量Pb、As、Sb、Bi、Ni等杂质的高杂阳极板在电解过程中阳极板表面会沉积较厚的阳极泥层，若不能够及时沉降，即影响Cu²⁺的迁移扩撒，严重时会造成阳极钝化。因此，浓差极化及阳极钝化是导致电解精炼过程中电流密度提高受到限制的主要因素

因此，如何提供一种电解工艺，使其能够消除浓差极化，避免阳极钝化现象的发生，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种平行射流电解工艺及装置，以达到使其能够消除浓差极化，避免阳极钝化现象的发生的目的。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：

一种平行射流电解工艺，电解液经加压后，从阴极底部且靠近阴极表面的位置以0.5m/s～2.5m/s的速度平行射入阴极与阳极间隙。

优选的，电解液由输送泵输送至增压装置加压，电解液的压力为0.5-1Mpa。

优选的，电解液分两股射入阴极与阳极间隙，第一股呈扁平状平行于阴极表面射入，贴近阴极表面形成扇形液幕墙；第二股自第一股远离阴极的一侧射入，在阴极侧电解液自下而上沿阴极表面流动，同时在阳极侧沿阳极表面自上而下运动，形成内循环。

优选的，电解液自阴极底部一侧水平射入，或者，电解液自阴极底部两侧同时水平射入。

优选的，电解液自阴极底部呈扁平状平行于阴极表面垂直向上射入，贴近阴极表面形成扇形夜幕墙。

优选的，电流密度为400～600A/㎡。

优选的，所述输送泵与所述增压装置之间设置有换热器。

一种平行射流电解装置，包括：

设置于电解槽内的平行射流装置，其上设置有多组喷嘴，每组喷嘴均指向阴极与阳极间隙，每组喷嘴的位置平行并靠近阴极的侧面，用于将电解液从底部靠近阴极表面平行射入阴极与阳极间隙；

用于将电解装置循环槽内的电解液输送至所述平行射流装置的泵送装置，包括沿所述循环槽至所述平行射流装置方向依次连接的输送泵及增压装置。

优选的，所述喷嘴上并排设置有第一出液通道以及第二出液通道，所述第一出液通道呈扁平形状，其长度方向与阴极表面平行且相对于所述第二出液通道更加靠近阴极。

优选的，所述平行射流装置设置于所述电解槽的内侧壁的一侧或两侧上，所述喷嘴水平指向阴极与阳极间隙。

优选的，所述喷嘴上设置扁平的出液通道。

优选的，所述平行射流装置设置在所述电解槽的底部，所述喷嘴向上指向阴极与阳极间隙。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的平行射流电解工艺，电解液经加压后，从阴极底部且靠近阴极表面的位置以0.5m/s～2.5m/s的速度平行射入阴极与阳极间隙；本发明还提供了一种平行射流电解装置，包括平行射流装置以及泵送装置，其中，平行射流装置设置于电解槽内，其上设置有多组喷嘴，每组喷嘴均指向阴极与阳极间隙，每组喷嘴的位置平行并靠近阴极的侧面，用于将电解液从底部靠近阴极表面平行射入阴极与阳极间隙；泵送装置用于将电解装置循环槽内的电解液输送至平行射流装置，包括沿循环槽至平行射流装置方向依次连接的输送泵及增压装置；通过上述平行射流电解工艺及装置，在生产过程中，加压后的电解液从底部靠近阴极表面的位置平行射入，因此在阴极一侧电解液自下而上沿阴极表面流动，同时在阳极一侧，由于金属离子浓度较高，比重较大，旧的电解液会有向下运动的趋势，因此在补充进来的比重较小的新的电解液的推动下，电解液沿阳极表面自上而下运动，从而达到对阴、阳极的侧切功能，在阴、阳极之间形成强制内循环，补充阴极处的Cu²⁺，加快阳极处的Cu²⁺扩散速度，消除浓差极化；同时电解液在阳极处的自上而下的侧切流动，能够大大提高阳极泥的沉降速度，避免其粘附在阳极上形成阳极泥层，从而避免阳极钝化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的平行射流电解工艺的流程图；

图2为本发明实施例提供的平行射流电解装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的平行射流电解装置阴、阳极间电解液运动轨迹示意图；

图4为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置喷嘴的结构示意图；

图5为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的俯视图；

图6为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的主视图；

图7为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的侧视图；

图8为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置喷嘴的结构示意图；

图9为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的主视图；

图10为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的侧视图。

具体实施方式

本发明提供了一种平行射流电解工艺及装置，以达到使其能够消除浓差极化，避免阳极钝化现象的发生的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的平行射流电解工艺的流程图。

本发明提供了一种平行射流电解工艺，电解液经加压后，从阴极底部且靠近阴极表面的位置以0.5m/s～2.5m/s的速度平行射入阴极与阳极间隙。

与现有技术相比，本发明提供的平行射流电解工艺，由于加压后的电解液从底部沿阴极板面平行射入，因此在阴极一侧电解液自下而上沿阴极表面流动，同时在阳极一侧，由于金属离子浓度较高，比重较大，旧的电解液会有向下运动的趋势，因此在补充进来的比重较小的新的电解液的推动下，电解液沿阳极表面自上而下运动，从而达到对阴、阳极的侧切功能，在阴、阳极之间形成强制内循环，补充阴极处的Cu²⁺，加快阳极处的Cu²⁺扩散速度，消除浓差极化，从而能够以提高电流密度的方式提高产能；同时电解液在阳极处的自上而下的侧切流动，能够大大提高阳极泥的沉降速度，避免其粘附在阳极上形成阳极泥层，从而避免阳极钝化。

进一步的，电解液自循环槽中被输送泵输送至增压装置加压，电解液的压力为0.5-1Mpa。

输送泵可以采用多种结构，在本发明实施例中，输送泵为变频泵，通过使用变频泵，在生产过程中可根据生产需要对变频泵的运行参数进行调整，以达到控制电解液流速使其满足生产需要的目的。

电解液中漂浮的阳极泥容易机械附着在阴极表面，影响电解铜质量，为了避免这一现象的发生，在本发明一种实施例中，电解液分两股射入阴极与阳极间隙，第一股呈扁平状平行于阴极表面射入，贴近阴极表面形成扇形液幕墙；第二股自第一股远离阴极的一侧射入，在阴极侧电解液自下而上沿阴极表面流动，同时在阳极侧沿阳极表面自上而下运动，形成内循环。由此可见，通过将射入的电解液分成两股，第一股通过新的电解液在阴极表面形成扇形液幕墙，保护阴极免受阳极泥的污染，同时第二股驱动阴阳极之间的电解液形成内循环，消除浓差极化。

当采用上述射流方式时，电解液可以自阴极底部一侧水平射入，或者，电解液自阴极底部两侧同时水平射入。

当然，平行射流电解工艺也可以采用其他的射流方式，在本发明另一种实施例中，电解液成一股射入阴极与阳极间隙，电解液呈扁平状平行于阴极表面射入，贴近阴极表面形成扇形夜幕墙，进一步的，当采用上述射流方式时，电解液需要自阴极底部垂直向上射入。

电流密度低是限制现有技术中电解工艺产能的主要因素，但是本发明提供的平行射流电解工艺能够在阴阳极之间形成强制内循环，促进阴阳极之间Cu²⁺的交换补充，因此，本发明提供的平行射流电解工艺能够提高电流密度至400～600A/㎡，较传统工艺280A/㎡的电流密度提高了200％以上，从而能够大幅提高产能。

进一步的，为了节约能源，降低排放，在本发明实施例中，输送泵与增压装置之间设置有换热器。

本发明提供的平行射流电解工艺可处理化学成分为Cu≥97％、Pb≤1％、As≤1％、Bi≤0.5％、Ni≤0.5％的高杂阳极板；与传统工艺相比，可以处理阳极铜杂质含量高出5-10倍，电流效率高达99.0％以上，残极率低至13％，阴极铜品位在99.9975％以上。

请参阅图2-图3，图2为本发明实施例提供的平行射流电解装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的平行射流电解装置阴、阳极间电解液运动轨迹示意图。

本发明还提供了一种平行射流电解装置，包括平行射流装置4以及泵送装置。

其中，平行射流装置4设置于电解槽1内，其上设置有多组喷嘴41，每组喷嘴41均指向阴极3与阳极2间隙，每组喷嘴41的位置平行并靠近阴极3的侧面，用于将电解液从底部靠近阴极3板面平行射入阴极3与阳极2间隙；泵送装置用于将电解装置循环槽7内的电解液输送至平行射流装置4，包括沿循环槽7至平行射流装置4方向依次连接的输送泵6及增压装置5。

与现有技术相比，本发明提供的平行射流电解装置，在生产过程中，由于加压后的电解液在增压装置5中加压后，经平行射流装置4从底部沿阴极3板面平行射入，因此在阴极3一侧电解液自下而上沿阴极3表面流动，同时在阳极2一侧，由于金属离子浓度较高，比重较大，旧的电解液会有向下运动的趋势，因此在补充进来的比重较小的新的电解液的推动下，电解液沿阳极2表面自上而下运动，从而达到对阴、阳极的侧切功能，在阴、阳极之间形成强制内循环，补充阴极3处的Cu²⁺，加快阳极2处的Cu²⁺扩散速度，消除浓差极化，从而能够以提高电流密度的方式提高产能；同时电解液在阳极2处的自上而下的侧切流动，能够大大提高阳极泥的沉降速度，避免其粘附在阳极2上形成阳极泥层，从而避免阳极2钝化。

近年来伴随着全球精矿的开采，富精矿存量逐渐减少，各国冶炼厂投料的精矿品位降低，产出的阳极2中Pb、As、Sb、Bi、Ni等杂质含量大大升高，其中，As、Sb、Bi等杂质形成的阳极泥由于比重小，会形成漂浮阳极泥悬浮于电解液中，极易机械附着于阴极3表面，影响电解铜质量，因此，为了避免漂浮阳极泥附着于阴极3，在本发明实施例中，请参阅图4，图4为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置喷嘴的结构示意图，喷嘴41上并排设置有第一出液通道41a以及第二出液通道41b，第一出液通道41a呈扁平形状，其长度方向与阴极3表面平行且相对于第二出液通道41b更加靠近阴极3，电解液经扁平的第一出液通道41a射入阴、阳极之间时会形成扇形的液幕墙，能够有效的阻止漂浮阳极泥与到达阴极3，避免漂浮阳极泥附着于阴极3，提高电解铜质量。而经第二出液通道41b射入阴、阳极之间的电解液能够带动在阴极3一侧电解液自下而上沿阴极3表面流动，同时在阳极2一侧沿阳极2表面自上而下运动，形成内循环，由此可见，经上述喷嘴41射出的电解液不仅能够带动阴、阳极间的内循环，增加循环量，消除浓差极化，还能够形成液幕墙，防止漂浮阳极泥附着于阴极3上，改善电解铜质量。

进一步的，在本发明实施例中，第一出液通道41a横截面为长方形或者椭圆形，第二出液通道41b横截面为圆形或者椭圆形，当然，第一出液通道41a也可以采用其他形状，只要能够保证其为扁平形状以形成扇形液幕墙即可。

请参阅图5-图7，图5为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的俯视图；图6为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的主视图；图7为本发明一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的侧视图；当采用如上所述的喷嘴41时，平行射流装置4采用侧进上出的循环方式，其设置于电解槽1的内侧壁的一侧或两侧上，喷嘴41水平指向阴极3与阳极2间隙，这样，电解液由阴极3板侧面底部沿水平方向射入，在阴、阳极板之间沿阴极3上升，沿阳极2板板面下降形成内循环，两侧进液能够在阴、阳极较宽时保证良好的内循环效果。优选的，喷嘴41与阴极3底部的垂直距离不小于10cm。

当然喷嘴41也可以采用其他结构，比如，在本发明另一种实施例中，请参阅图8，图8为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置喷嘴的结构示意图，喷嘴41上只设置有一个扁平的出液通道41c。

当采用上述的只具有一个出液通道41c的喷嘴41时，由于其只能够将电解液以扇形喷出，所以为了能够实现阴、阳极之间的内循环，本发明提供的平行射流电解装置不能够采用侧进上出的循环方式，而需要改为采用底进上出的循环方式，即平行射流装置4设置于电解槽1底部，请参阅图9和图10，图9为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的主视图；图10为本发明另一种实施例提供的平行射流电解装置电解槽的侧视图，在这种循环方式中，喷嘴41向上指向阴极3与阳极2间隙，电解液经喷嘴41自下而上的贴近阴极3板板面射入阴、阳极间隙。

在本发明实施例中，为了简化结构，便于制造，平行射流装置4包括供液管道以及设置于供液管道上的喷嘴41，同时，为了便于喷嘴41的更换，喷嘴41与供液管道之间为螺纹连接。喷嘴41可以采用多种材料进行制作，如PVC材料、不锈钢等等。

为了保证内循环以及液幕墙的形成，电解液必须以较高的速度射入，因此，在本发明实施例中，泵送装置除了输送泵6外，还有增压装置5以提高电解液压力，提高其流速，实现高速射流，增压装置5可以采用不同的结构以实现对电解液的增压，比如孔板或者增压泵。

为了使电解液的流速能够根据生产的需要进行随时的调整，在本发明实施例中，输送泵6为变频泵，通过变频泵与增压装置5的配合，电解液能够以0.5m/s～2.5m/s的速度流入电解槽1，保证内循环以及液幕墙的形成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种平行射流电解工艺，其特征在于，电解液经加压后，从阴极底部且靠近阴极表面的位置以0.5m/s～2.5m/s的速度平行射入阴极与阳极间隙。

2.根据权利要求1所述的平行射流电解工艺，其特征在于，电解液由输送泵输送至增压装置加压，电解液的压力为0.5-1Mpa。

3.根据权利要求1所述的平行射流电解工艺，其特征在于，电解液分两股射入阴极与阳极间隙，第一股呈扁平状平行于阴极表面射入，贴近阴极表面形成扇形液幕墙；第二股自第一股远离阴极的一侧射入，在阴极侧电解液自下而上沿阴极表面流动，同时在阳极侧沿阳极表面自上而下运动，形成内循环。

4.根据权利要求3所述的平行射流电解工艺，其特征在于，电解液自阴极底部一侧水平射入，或者，电解液自阴极底部两侧同时水平射入。

5.根据权利要求1所述的平行射流电解工艺，其特征在于，电解液自阴极底部呈扁平状平行于阴极表面垂直向上射入，贴近阴极表面形成扇形夜幕墙。

6.根据权利要求1所述的平行射流电解工艺，其特征在于，电流密度为400～600A/㎡。

7.根据权利要求1所述的平行射流电解工艺，其特征在于，所述输送泵与所述增压装置之间设置有换热器。

8.一种平行射流电解装置，其特征在于，包括：

设置于电解槽(1)内的平行射流装置(4)，其上设置有多组喷嘴(41)，每组喷嘴(41)均指向阴极(3)与阳极(2)间隙，每组喷嘴(41)的位置平行并靠近阴极(3)的侧面，用于将电解液从底部靠近阴极(3)表面平行射入阴极(3)与阳极(2)间隙；

用于将电解装置循环槽(7)内的电解液输送至所述平行射流装置(4)的泵送装置，包括沿所述循环槽(7)至所述平行射流装置(4)方向依次连接的输送泵(6)及增压装置(5)。

9.根据权利要求8所述的平行射流电解装置，其特征在于，所述喷嘴(41)上并排设置有第一出液通道(41a)以及第二出液通道(41b)，所述第一出液通道(41a)呈扁平形状，其长度方向与阴极(3)表面平行且相对于所述第二出液通道(41b)更加靠近阴极(3)。

10.根据权利要求9所述的平行射流电解装置，其特征在于，所述平行射流装置(4)设置于所述电解槽(1)内侧壁的一侧或两侧上，所述喷嘴(41)水平指向阴极(3)与阳极(2)间隙。

11.根据权利要求8所述的平行射流电解装置，其特征在于，所述喷嘴(41)上设置扁平的出液通道(41c)。

12.根据权利要求11所述的平行射流电解装置，其特征在于，所述平行射流装置(4)设置在所述电解槽(1)的底部，所述喷嘴(41)向上指向阴极(3)与阳极(2)间隙。