CN107059054B - 一种镓电解用冷却电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镓电解用冷却电极，包括阴极电极板、环形阳极板、循环进水口、循环出水口和电极圈，所述环形阳极板上设有截断口，且所述环形阳极板的内部密闭中空，所述循环进水口、循环出水口分别设置在环形阳极板位于截断口处的两端，且均与环形阳极板内部连通，所述循环进水口、循环出水口通过管道与通水装置相连，所述通水装置与循环进水口之间的管道上设有流量调节阀，所述电极圈与环形阳极板连接并与所述截断口相对设置。本发明电解得到的金属镓纯度为4N,电能利用率高、极板使用寿命长、生产成本低且生产效率高。

Description

一种镓电解用冷却电极
技术领域
本发明涉及镓电解回收技术领域，尤其涉及一种镓电解用冷却电极。
背景技术
镓，元素符号为Ga，原子质量为69.72。金属镓的熔点仅为29.78±
0.005℃，沸点为2403℃，是液态区间最长的物质。镓在自然界的元素丰度较低(约为0.0015％左右)，并且在地壳中的分布极其分散，几乎没有形成具有工业开采价值的独立矿床，常以同晶型的杂质状态与铅土矿、黄铜矿、闪锌矿等矿物紧密共生。镓是一种对高科技产业发展极其重要的金属元素，镓与VA族元素磷、砷等形成具有半导体性质的化合物，在光电器件上具有特殊的应用价值，广泛地应用于电子工业、仪器工业、催化剂、医学、冶金工业、材料科学等领域。
近年来镓及其化合物的研究在半导体领域取得了突出的进展，以砷化镓和氮化镓为代表的镓化合物的优良特性不断被发现，应用范围不断扩大，被广泛应用于LED、光敏元件、微波通信、高速大规模集成电路、第三代太阳能电池等方面，高纯镓的市场需求迅速增加。
对于镓的回收，常用的处理方法有：化学法、物理化学法、生物化学法、电化学法、浮选法、膜处理技术和微波技术等，由于镓离子浓度较高时化学沉淀法必然导致沉淀产物在体系中溶解度增大，致使处理后废水中的重金属含量超标；在强酸条件下，物理吸附法无论采用活性炭、沸石等吸附剂，均会极大降低吸附效果；生物处理法对于常规重金属离子的处理效果较好，但培养适合高镓条件下的菌种则是难以逾越的障碍；膜处理法对尽管重金属离子的处理比较成熟，但镓离子浓度升高时，膜的损坏和更换将成为限制性环节。针对现有技术问题，开发一种新型镓用电极，特别是能够降温的电解尤为重要。
目前,镓电解用电极板装置采用电极材料有铂板、不锈钢板、镍板、铁板，铂板存在成本较高的缺点，其他材料很容易造成回收过程中金属镓中杂质含量的升高，而这些杂质是提纯过程中比较难以除去的杂质之一，存在污染较大，为下一步高纯镓的制取增加难度，不适于高纯镓生产过程中镓废液的电解。且其电能利用率低，产生大量的热量。一方面导致电解液以蒸汽形式挥发出来，形成浪费并污染空气。一方面，电极板受热，热力和应力集中，发生变形或开裂现象，极板使用寿命低，生产成本大且生产效率低下。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种镓电解用冷却电极，回收得到纯度为4N的金属镓、且电能利用率高、极板使用寿命长、生产成本低、生产效率高。
根据本发明实施例的一种镓电解用冷却电极，包括阴极电极板、环形阳极板、循环进水口、循环出水口和电极圈，所述环形阳极板上设有截断口，且所述环形阳极板的内部密闭中空，所述循环进水口、循环出水口分别设置在环形阳极板位于截断口处的两端，且均与环形阳极板内部连通，所述循环进水口、循环出水口通过管道与通水装置相连，所述通水装置与循环进水口之间的管道上设有流量调节阀，所述电极圈与环形阳极板连接并与所述截断口相对设置。
在本发明的一些实施例中，所述阴极电极板、环形阳极板的材质均为钛合金。
在本发明的一些实施例中，所述通水装置包括壳体、设置在壳体内的循环泵，所述循环泵的出水口通过管道与循环进水口连接。
一种废料镓回收方法，包括如下步骤：
步骤一：将NaOH溶液溶解废料后得到NaGaO2溶液，备用；
步骤二：以上述NaGaO2溶液作为电解液加入电解槽中，在电解槽中插入阴极电极板、环形阳极板，调整电流密度为1500～1800A/m2；
步骤三：电解结束后，捞取电解槽中沉积的镓。
优选的，所述步骤二中通过通水装置提供循环水，带走电解反应过程中阳极板产生的热量，以降低环形阳极板温度。
回收反应原理：将NaOH溶液溶解废料后得到NaGaO2溶液作为电解液，电解过程发生的反应：阳极4OH--4e→2H2O+O2↑；阴极GaO2-+2H2O+3e→Ga↓+4OH-；本发明中，通水装置的设置：循环进水口、循环出水口，与流量调节阀配合，提供冷循环水，带走电解反应过程中阳极板产生的热量，形成制冷降温效果。
与现有技术相比较，本发明有益技术效果在于：
1、循环装置的设置，有效控制电解温度，特别是使得阳极板的温度，保证了最佳生产的温度。
2提高电解效率，由50％提高至70％；提高电能利用率，由75％提高至85％，电解液充分电解，由于阳极板的温度的恒定，避免极板受热变形或开裂，延长极板使用寿命，使得极板的寿命延长至5倍，进而降低了生产成本。
3、电解过程中产生的气体较少，避免浪费，节能环保。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种镓电解用冷却电极的结构示意图。
图中：1阴极电极板、2环形阳极板、3循环进水口、4循环出水口、5电极圈、6截断口。
具体实施方式
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。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，一种镓电解用冷却电极，包括阴极电极板1、环形阳极板2、循环进水口3、循环出水口4和电极圈5，所述环形阳极板2上设有截断口6，且所述环形阳极板2的内部中空，所述循环进水口3、循环出水口4分别设置在环形阳极板2位于截断口6处的两端，且均与环形阳极板2内部连通，所述循环进水口3、循环出水口4通过管道与通水装置相连，所述通水装置与循环进水口3之间的管道上设有流量调节阀，所述电极圈5与环形阳极板2连接并与所述截断口4相对设置。
其中，所述阴极电极板1、环形阳极板2的材质均为钛合金，所述通水装置包括壳体、设置在壳体内的循环泵，所述循环泵的出水口通过管道与循环进水口3连接。
一种废料镓回收方法，包括如下步骤：
步骤一：将NaOH溶液溶解废料后得到NaGaO2溶液，备用；
步骤二：以上述NaGaO2溶液作为电解液加入电解槽中，在电解槽中插入阴极电极板1、环形阳极板2，调整电流密度为1800A/m2，所述步骤二中通过通水装置提供循环水供环形阳极板2降温制冷；
步骤三：电解结束时，捞取电解槽中沉积的4N金属镓。
上述实施例中由于循环进水口3、循环出水口4，与流量调节阀配合，能有效控制电解温度，保证最佳生产温度，保证电解效率；环形阳极板2具有以下几方面的优点：电子从环形阳极板2表面移动传送给电解液，使电解液充分电解，提高了电能利用率，热量降低，从而保护极板，环形阳极板2中间为开放设置，一方面保证电流的均匀性，避免表面区域电流密度过高，另一方面加大与电解液接触面积，使电解液充分电解，提高电能利用率；镓离子向阴极电极板1移动，在阴极电极板1得到电子，以镓单质形式沉淀下来，能有效与杂质隔离开得到4N镓。
环形阳极板2中间是密闭空心设置，水流可在环形阳极板2中间循环流动，加快电子交换速率，提高生产效率，制得的金属镓纯度为4N、电能利用率高,由75％提高至85％、极板使用寿命长,寿命是现有的5倍、生产成本低。
实施例2
装置、方法同实施例1，不同的工艺参数在于：步骤二：以上述NaGaO2溶液作为电解液加入电解槽中，在电解槽中插入阴极电极板、环形阳极板，调整电流密度为1500A/m2。
实施例3
装置、方法同实施例1，不同的工艺参数在于：步骤二：以上述NaGaO2溶液作为电解液加入电解槽中，在电解槽中插入阴极电极板、环形阳极板，调整电流密度为1650A/m2。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种镓电解用冷却电极，其特征在于：包括阴极电极板、环形阳极板、循环进水口、循环出水口和电极圈，所述环形阳极板上设有截断口，且所述环形阳极板的内部密闭中空，所述循环进水口、循环出水口分别设置在环形阳极板位于截断口处的两端，且均与环形阳极板内部连通，所述循环进水口、循环出水口通过管道与通水装置相连，所述通水装置与循环进水口之间的管道上设有流量调节阀，所述电极圈与环形阳极板连接并与所述截断口相对设置。
2.根据权利要求1所述的镓电解用冷却电极，其特征在于：所述阴极电极板、环形阳极板的材质均为钛合金。
3.根据权利要求1所述的镓电解用冷却电极，其特征在于：所述通水装置包括壳体、设置在壳体内的循环泵，所述循环泵的出水口通过管道与循环进水口连接。
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