CN105696016A - 高铁酸钾连续化电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高铁酸钾连续化电解槽，它包括电解槽和电解电极，电解槽下端连通沉泥收集室，沉泥收集室通过阀门连接沉泥仓，沉泥仓高位处通过回流管连通电解槽，回流管由循环泵提供回流动力，电解槽包括阳极室、阴极室、隔膜组件和温控装置，阳极室内安装竖向设置的搅拌器，搅拌器的搅拌轴上依次安装有电刷、螺旋叶片和铁电极，阳极室的上侧部开设高铁酸钾排料口，螺旋叶片对应高铁酸钾排料口设置，电刷连接直流电源的正极，直流电源的负极连接设于阴极室中的石墨电极。该高铁酸钾连续化电解槽具有设计科学、电解液循环利用、自动收集高铁酸钾粗料、能够持续不间断生产、电解效率高的优点。

Description

高铁酸钾连续化电解槽

技术领域

本发明涉及一种化学制备设备，具体的说，涉及了一种高铁酸钾连续化电解槽。

背景技术

随着社会经济的发展、城市规模的扩大和人口的不断增长，水资源紧缺及废水的处理成为社会最主要的问题之一。在地震等突发事件中，也需要解决饮水安全问题。改善水资源和提升引用水安全水平的最佳方案是投放水处理剂，新型高效多功能绿色水处理剂——高铁酸钾正是理想的产品，较氯气等饮用水消毒剂，其优点突出：高安全性、多功能性、宽pH范围、高效性、方便性。另外，高铁酸钾在电子与国防工业中（例如：纳米电池等）潜在的应用发展也异常迅速。所以，高铁酸钾开发和应用具有重要意义。

目前高铁酸钾的制备方法主要有：高温熔融法、次氯酸盐氧化法、电解法。高温熔融法时早期制备方法，较成熟，但反应温度高，产品纯度低，制备过程有爆炸危险，现已很少采用；次氯酸盐氧化法为湿式制备方法，流程复杂，次氯酸盐不稳定，其利用率偏低，同时高铁酸钾收获率不高，初级产品纯度较低，容器受腐蚀严重；电解法操作方便灵活，所需原料少，产品收集与处理比较方便，可考察的参数比较多，研究空间大。

然而在电解法生产过程中，阳极沉泥需要定期清理这一过程都需要停机操作，且清理时间过长，严重影响生产高铁酸钾的效率。

另外，高铁酸钾初级固体产物需要定期排出，也会影响生产效率。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、电解液循环利用、自动收集高铁酸钾粗料、能够持续不间断生产、电解效率高的高铁酸钾连续化电解槽。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高铁酸钾连续化电解槽，它包括电解槽和电解电极，所述电解槽下端连通沉泥收集室，所述沉泥收集室通过阀门连接沉泥仓，所述沉泥仓高位处通过回流管连通所述电解槽，所述回流管由循环泵提供回流动力。

基上所述，所述电解槽包括阳极室、阴极室、隔膜组件和温控装置。

基上所述，所述阳极室内安装竖向设置的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴上依次安装有电刷、螺旋叶片和铁电极，所述阳极室的上侧部开设高铁酸钾排料口，所述螺旋叶片对应所述高铁酸钾排料口设置，所述电刷连接直流电源的正极，所述直流电源的负极连接设于阴极室中的石墨电极，所述阳极室的下端连通所述沉泥收集室。

基上所述，所述阳极室和所述沉泥收集室之间设置孔板，所述搅拌器的搅拌轴下端对应所述孔板安装刮泥器，所述刮泥器下端面以所述搅拌轴为中心成互补的不对称凹凸状结构。

基上所述，所述隔膜组件包括相互紧贴的临时隔板和隔膜板。

基上所述，所述电解槽的槽壁上设置两个紧贴的竖向滑槽，所述临时隔板和所述隔膜板分别安装在对应的竖向滑槽内，所述竖向滑槽中设置密封条。

基上所述，所述隔膜板包括两块孔夹板和夹设在两所述空夹板之间的电解膜。

基上所述，所述温控装置包括包围所述电解槽设置的恒温室和控制所述恒温室温度的恒温控制器。

基上所述，所述沉泥收集室外侧、所述回流管道外侧均覆盖有保温层。

基上所述，所述铁电极包括多块可拆卸安装在所述搅拌轴上的铁丝网。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明电解槽下端设置沉泥收集室，收集反应产生的沉积泥，沉积泥积攒一定数量后，打开阀门，流入沉泥仓，进行澄清，沉泥仓高位处连接回流管，由循环泵提供回流动力，将澄清的电解液送至电解槽内，继续使用。整个沉淀、清理过程自动完成，循环往复，不需要停机，实现连续不间断操作。

进一步的，阳极室内设置竖向的搅拌器，铁电极随搅拌轴转动，有利于固液表面及时更新和传质；螺旋叶片将电解生成的漂浮在液面上的高铁酸钾推向外周，通过高铁酸钾排料口排出；电刷连接直流电源正极为铁电极供电。该部分能够自动排出高铁酸钾，进一步的提升了生产效率。

进一步的，孔板将沉泥与电解液隔开，避免搅拌的干扰，刮泥器的互补凹凸结构使得孔板无死角。

进一步的，设置临时隔板和隔膜板，工作时，抽出临时隔板，阴极室和阳极室的电解液，经隔膜选择性通过氢氧根离子，而隔断高铁酸根，使高铁酸根在阳极室富集。更换隔膜板时，插入临时隔板，防止两侧电解室的电解液互混，快速换入新的隔膜板后，再将临时隔板抽出即完成换膜。

进一步的，恒温室保证了电解槽内温度的稳定，保温层防止回流过程中的热量流失。

其具有设计科学、电解液循环利用、自动收集高铁酸钾粗料、能够持续不间断生产、电解效率高的优点。

附图说明

图1是本发明中高铁酸钾连续化电解槽的结构示意图。

图中：1.阳极室；2.阴极室；3.铁电极；4.石墨电极；5.沉泥仓；6.循环泵；7.阀门；8.回流管；9.沉泥收集室；10.隔膜组件；11.恒温控制器；12.搅拌器；13.电刷；14.螺旋叶片；15.高铁酸钾排料口；16.固体收集箱；18.直流电源；19.孔板；20.刮泥器；21.保温层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种高铁酸钾连续化电解槽，它包括电解槽和电解电极，所述电解槽下端连通沉泥收集室9，所述沉泥收集室9通过阀门7连接沉泥仓5，所述沉泥仓5高位处通过回流管8连通所述电解槽，所述回流管8由循环泵6提供回流动力。

该部分实现沉泥的自动清理，沉泥在沉泥收集室9内积攒一定程度后，打开阀门7，沉泥进入沉泥仓5，澄清电解液，澄清后的电解液在循环泵6的作用下回流到电解槽内继续使用，避免停机清理，提升生产效率。

所述电解槽包括阳极室1、阴极室2、隔膜组件10和温控装置。所述阳极室1内安装竖向设置的搅拌器12，所述搅拌器12的搅拌轴上依次安装有电刷13、螺旋叶片14和铁电极3，所述铁电极3包括2-6块可拆卸安装在所述搅拌轴上的铁丝网，所述阳极室1的上侧部开设高铁酸钾排料口15，高铁酸钾排料口15伸出向下倾斜，出口处设置固体收集箱16，所述螺旋叶片14对应所述高铁酸钾排料口15设置，所述电刷13连接直流电源18的正极，所述直流电源18的负极连接设于阴极室2中的石墨电极4，所述阳极室1的下端连通所述沉泥收集室9。

该部分主要用于提升反应效率，以及自动收集产出的高铁酸钾初级固体产物。直流电源18的正极通过电刷13连接铁电极3，阴极直连石墨电极4，保证电解反应的发生，铁电极3采用2-6块铁丝网，随搅拌轴转动，与电解液发生反应，有利于固液表面及时更新和传质，反应效率更高；而螺旋叶片14将电解生成的漂浮在液面上的高铁酸钾推向外周，通过高铁酸钾排料口15排出，完成高铁酸钾的自动收集，螺旋叶片14可以通过套接的方式安装在搅拌轴上，随时调整其高度，通常情况下，工作状态的螺旋叶片14与高铁酸钾排料口15以及液面处于同一水平面上。

更优选的，为了防止搅拌动作对沉泥的扰动，所述阳极室1和所述沉泥收集室9之间设置孔板19，所述搅拌器12的搅拌轴下端对应所述孔板19安装刮泥器20，刮泥器20靠近电解槽底部并留有2~5mm间隙，所述刮泥器20下端面以所述搅拌轴为中心成互补的不对称凹凸状结构，刮泥过程无死角，将沉泥、铁屑刮入沉泥收集室9沉降。

更优选的，所述隔膜组件10包括相互紧贴的临时隔板和隔膜板。所述电解槽的槽壁上设置两个紧贴的竖向滑槽，所述临时隔板和所述隔膜板分别安装在对应的竖向滑槽内，所述竖向滑槽中设置密封条。工作时，抽出临时隔板，阴极室2和阳极室1的电解液，经隔膜选择性通过氢氧根离子，而隔断高铁酸根，使高铁酸根在阳极室1富集。更换隔膜板时，插入临时隔板，防止两侧电解室的电解液互混，快速换入新的隔膜板后，再将临时隔板抽出即完成换膜。

所述隔膜板包括两块孔夹板和夹设在两所述空夹板之间的电解膜，电解膜为半透膜，由孔夹板零应力支撑。

所述温控装置包括包围所述电解槽设置的恒温室和控制所述恒温室温度的恒温控制器11。所述沉泥收集室9外侧、所述回流管8外侧均覆盖有保温层21。恒温室结合恒温控制器11保证电解槽内的温度恒定，保温层21主要用于保持回流和沉泥处理过程的热量不流失。

工作过程及原理：

工作时，调节电机，搅拌器12以适当转速旋转，直流电源18正极通过电刷13稳定可靠连接到旋转轴，并通过旋转着的铁电极3对阳极室1的电解液进行电解放电，铁电极3上的铁丝逐渐消耗，一部分转化为高铁酸根进入电解液，一部分以阳极泥和铁屑形式沉淀，直流电源18的负极连接电解槽阴极室2的阴极，电解膜为半透膜，由隔膜孔板19零应力支撑，选择性通过氢氧根离子和氢离子，使电解电路形成回路，但不允许高铁酸根离子通过。

高铁酸根在阳极室1形成并富集，与电解液中的钾离子结合生成高铁酸钾，以紫色固体晶体颗粒形式漂浮在阳极室1电解液液面，旋转的螺旋叶逐渐将固体颗粒推向四周，最终在排料口处沿向下倾斜的排料口滑入固体收集器内。

沉泥通过孔板19上的孔进入沉泥收集室9，部分积存到电解槽底部孔板19上，旋转的刮泥器20将之刮入孔内并滑落进沉泥收集室9，继而通过开启的阀门7落入沉泥仓5。循环泵6通过管路将沉泥仓5上端的电解液抽走，并经回液管重新送至电解槽阳极室1内，促进电解液的循环利用效率。

恒温室及恒温控制器11给阴极室2和阳极室1内的电解液加热并保持温度恒定。保温层21辅助节能和减少温度波动。

该发明可以连续不断进行电解制备高铁酸钾操作，铁电极上的铁丝网消耗完毕或需要更新时，降低搅拌器转速，取出旧网，挂上新网即完成换网；半透膜也有损耗或破损情况，更换时须先自上而下插入临时隔板，对阴极室和阳极室的电解液进行临时隔阻，抽出旧隔膜板，换上新隔膜板后，再将临时隔板抽出即完成换膜操作。在工作过程中，该电解槽需通风环境并适时添加电解液，使之保持一定试剂浓度和液面高度。从固体收集器内收集到的高铁酸钾进行后续洗涤和提纯处理程序，本发明实现了不间断电解制备高铁酸钾，提高生产效率。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种高铁酸钾连续化电解槽，它包括电解槽和电解电极，其特征在于：所述电解槽下端连通沉泥收集室，所述沉泥收集室通过阀门连接沉泥仓，所述沉泥仓高位处通过回流管连通所述电解槽，所述回流管由循环泵提供回流动力。

2.根据权利要求1所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述电解槽包括阳极室、阴极室、隔膜组件和温控装置。

3.根据权利要求2所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述阳极室内安装竖向设置的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴上依次安装有电刷、螺旋叶片和铁电极，所述阳极室的上侧部开设高铁酸钾排料口，所述螺旋叶片对应所述高铁酸钾排料口设置，所述电刷连接直流电源的正极，所述直流电源的负极连接设于阴极室中的石墨电极，所述阳极室的下端连通所述沉泥收集室。

4.根据权利要求3所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述阳极室和所述沉泥收集室之间设置孔板，所述搅拌器的搅拌轴下端对应所述孔板安装刮泥器，所述刮泥器下端面以所述搅拌轴为中心成互补的不对称凹凸状结构。

5.根据权利要求2-4任一项所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述隔膜组件包括相互紧贴的临时隔板和隔膜板。

6.根据权利要求5所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述电解槽的槽壁上设置两个紧贴的竖向滑槽，所述临时隔板和所述隔膜板分别安装在对应的竖向滑槽内，所述竖向滑槽中设置密封条。

7.根据权利要求5所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述隔膜板包括两块孔夹板和夹设在两所述空夹板之间的电解膜。

8.根据权利要求2或3或4或6或7所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述温控装置包括包围所述电解槽设置的恒温室和控制所述恒温室温度的恒温控制器。

9.根据权利要求8所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述沉泥收集室外侧、所述回流管道外侧均覆盖有保温层。

10.根据权利要求3或4所述的高铁酸钾连续化电解槽，其特征在于：所述铁电极包括多块可拆卸安装在所述搅拌轴上的铁丝网。