CN108486612A - 一种电化学溶解金属或合金的装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学溶解金属或合金的装置及其工作方法，电化学溶解金属或合金的装置包括电解槽、若干导电杆、阴极网板、阳极网袋、电源和废气收集与处理系统；沿电解槽上沿架设导电杆，阴极网板和阳极网袋相间悬挂在导电杆下，悬挂阴极网板的导电杆均与电源的负极连接，悬挂阳极网袋的导电杆均与电源的正极连接；废气收集与处理系统包括集气罩、风机和喷淋塔。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构简单，设计合理，符合环保要求，且较传统电解过程的电流效率高，节约能耗，能有效解决镍、钴等金属及其合金废料在单一的硫酸或盐酸体系中溶解慢易钝化等问题；同时也避免采用传统化学溶解方法使用双氧水、硝酸等氧化剂助溶。

Description

一种电化学溶解金属或合金的装置及其工作方法

技术领域

本发明属于废旧金属资源回收与综合利用领域，涉及一种电化学溶解金属或合金的装置及其工作方法。

技术背景

镍、钴等金属及其合金广泛应用于航天、军工、电子电镀、民用机械制造、石油化工等国民经济各个领域，是我国重要的战略储备金属资源。在当前全球面临资源枯竭、能源危机及环境污染等多重压力和背景下，发展新能源已经成为各发达国家最重要的能源战略。我国是全球镍消费量最大的国家，随着我国国民经济的快速发展，以锂离子电池为代表的绿色动力电池制造已经成为了新时期我国新能源发展战略的重大方向，因此硫酸镍和硫酸钴等电池原料的需求与日俱增。据报道我国目前镍钴资源的对外依存度分别超过80%和90%，因此综合开发与合理利用含镍、钴等金属的二次资源，是弥补我国当前镍钴资源严重不足和需求迅猛的一种有效途径和必然的选择。

目前废镍、钴等二次资源的回收有两种方法，第一种以火法或火法与湿法结合的工艺为主，即将金属或合金高温还原，然后用酸进行浸出、萃取后电解精炼得到金属，这种方法能耗高，流程长，工艺复杂，污染治理要求高，环保压力大；第二种为纯湿法工艺，即将废金属或合金通过酸浸或电化学溶解的方法使待回收金属以离子的形式进入溶液，然后再将不同金属离子进行分离后加以提取，这种回收工艺流程相对较短，设备要求也较火法工艺简单，还可消除因火法冶炼而产生的能源消耗和污染治理费用，有一定的技术优势。近几年来也公开了少数几个废镍钴及其合金资源化回收新技术的专利，如专利申请号为201510125711.6公开了“一种从镍基合金废料中再生高纯硫酸镍的方法”，该方法将镍基合金用热熔和喷雾的方法制成金属粉末，然后利用酸将粉末进行两段浸出，浸出液经过沉淀除杂、萃取分离镍钴、硫酸反萃、吸附除油等工序后，得到纯硫酸镍溶液，然后经蒸发结晶后制得高纯硫酸镍。专利申请号为201611265644.9公开了“从镍渣中回收硫酸镍的工艺”，该工艺是将镍渣破碎成粉末后在70-85℃高温下用硫酸溶解，过滤除渣后冷却结晶，然后将结晶粗品用纯水溶解，将溶解后的溶液进一步通入双氧水或氧气后，加氢氧化钠调节并沉淀杂质，然后过滤得到纯硫酸镍溶液，然后进行重结晶得到纯硫酸镍。这些专利中，金属的溶解均采用传统的酸溶技术，未涉及到金属的电化学溶解技术，且用酸溶解金属原料的前提是需将原料进行预处理制成粉末后才能进行进一步进行溶解，工艺流程繁琐。另一方面从研究报道来看，目前国内仅有柳松、李波的两篇文献报道了镍基高温合金废料的电化学溶解技术及蒙斌用隔膜电解法从镍基合金废料中回收镍的研究，这些报道中的金属电化学溶解均采用实验室内进行小试的简易电解槽，并没有考虑将来的工业化生产实际以及电化学溶解过程的废气治理等诸多问题。

因此，针对废旧金属或合金等二次资源的回收利用，采用电化学溶解方法具有工艺简单、溶解效率高等技术优势，但目前尚没有一套工业化的适用于金属电化学溶解的装置和系统，因此开发一种操作简便且符合环保要求的金属电化学溶解装置，在金属废料资源化利用领域显得十分迫切。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的一些不足，本发明的目是提供一种高效的电化学溶解金属或合金的装置及其工作方法，主要解决镍、钴等金属及其合金废料在单一的硫酸或盐酸体系中易钝化，溶解速率慢，效率低等问题，同时避免使用双氧水、硝酸等氧化剂助溶，节省以金属废料作原料生产金属或金属盐的成本。本发明可大大简化金属或合金溶解工艺流程，提高金属或合金的溶解效率，设备简单、操作简便、可控性强且符合环保要求，具有良好的实用价值和经济效益。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种电化学溶解金属或合金的装置，包括电解槽、若干导电杆、阴极网板、阳极网袋、电源和废气收集与处理系统；电解槽的一侧底部有进液口，另一侧上部有溢液口，电解槽两侧上沿，沿电解槽的纵向等距离对称设置若干对绝缘卡槽，绝缘卡槽的对数为奇数，导电杆横跨电解槽，且卡于成对设置的卡槽内，阴极网板和阳极网袋分别通过其上方的挂钩相间悬挂在导电杆下，且阴极网板的数量比阳极网袋的数量多一个，悬挂阴极网板的导电杆均与电源的负极连接，悬挂阳极网袋的导电杆均与电源的正极连接；废气收集与处理系统包括2个集气罩、2个风机和喷淋塔，2个集气罩分别设于电解槽的两端，并分别与风机连接，2个风机均与喷淋塔连接。

电解槽为长方体槽，电解槽的材质为耐腐蚀材料，采用玻璃钢或PVC。

导电杆间的间距为10-30cm。

导电杆采用无氧铜杆。

阴极网板上的挂钩的材质与阴极网板的材质相同，阳极网袋上的挂钩的材质与阳极网袋的材质相同，阴极网板采用不锈钢网板或金属钛网板，阳极网袋采用金属钛网袋，阳极网袋的宽度为10-20cm，阳极网袋的底部和侧高5-10cm为密实板，其余部分的网孔小于10目。

通入电解槽中的电化学溶液为硫酸或盐酸溶液，其浓度为0.5-2.0mol/L。

电源为高频开关电源。

喷淋塔为填料塔，喷淋液体为碱性溶液，喷淋塔顶部设有排气口。

一种电化学溶解金属或合金的装置的溶解方法，包括以下步骤：

（1）通过进液口向电解槽内注入电化学溶液，电化学溶液流速为0.5-5.0 L/min；

（2）向阳极网袋内倒入需要溶解的金属或合金，打开电源，阴极网板和阳极网袋通电，电流密度为10-60mA/cm²；

（3）金属或合金在阳极网袋电流的作用下逐渐溶解进入电化学溶液内，电化学溶液中金属离子浓度不断升高，最终从溢液口流出；

（4）金属或合金在电化学溶解过程产生的废气通过电解槽左右两侧的集气罩收集后，由风机送入喷淋塔，用碱液进行喷淋处理后达标排放，碱液质量浓度2-8%，喷淋速度5-30L/min；

（5）金属或合金在电化学溶解过程中，不溶性的杂质颗粒自然沉降到阳极网袋底部，当不溶性的杂质颗粒积累到接近阳极网袋开口处时，取出阳极网袋清理其中的杂质颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构简单，设计合理，符合环保要求，且较传统电解过程的电流效率高，槽电压低，节约能耗，能有效解决镍、钴等金属及其合金废料在单一的硫酸或盐酸体系中易钝化，溶解速率慢，效率低等问题；同时也避免采用传统化学溶解方法使用双氧水、硝酸等氧化剂助溶，节省了以金属废料作原料生产金属或金属盐的成本。

附图说明

图1是本发明的电化学溶解金属或合金的装置的结构示意图；

图2是电解槽的侧视剖面图；

图3是阴极网板的结构示意图；

图4是阳极网袋的正视图；

图5是阳极网袋的侧视图。

其中：1-进液口；2-电解槽；3-导电杆；4-阴极网板；5-阳极网袋；6-溢液口；7-电源；8-集气罩；9-风机；10-喷淋塔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，显然，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图中包括以下部件：1-进液口；2-电解槽；3-导电杆；4-阴极网板；5-阳极网袋；6-溢液口；7-电源；8-集气罩；9-风机和10-喷淋塔。

如图1-5所示，一种电化学溶解金属或合金的装置，包括电解槽、若干导电杆、阴极网板、阳极网袋、电源和废气收集与处理系统；电解槽的一侧底部有进液口，另一侧上部有溢液口，电解槽两侧上沿，沿电解槽的纵向等距离对称设置若干对绝缘卡槽，绝缘卡槽的对数为奇数，导电杆横跨电解槽，且卡于成对设置的卡槽内，阴极网板和阳极网袋分别通过其上方的挂钩相间悬挂在导电杆下，且阴极网板的数量比阳极网袋的数量多一个，悬挂阴极网板的导电杆均与电源的负极连接，悬挂阳极网袋的导电杆均与电源的正极连接；废气收集与处理系统包括2个集气罩、2个风机和喷淋塔，2个集气罩分别设于电解槽的两端，并分别与风机连接，2个风机均与喷淋塔连接。

电解槽为长方体槽，电解槽的材质为耐腐蚀材料，采用玻璃钢或PVC。

导电杆间的间距为10-30cm。

导电杆采用无氧铜杆。

阴极网板上的挂钩的材质与阴极网板的材质相同，阳极网袋上的挂钩的材质与阳极网袋的材质相同，阴极网板采用不锈钢网板或金属钛网板，阳极网袋采用金属钛网袋，阳极网袋的宽度为10-20cm，阳极网袋的底部和侧高5-10cm为密实板，其余部分的网孔小于10目。

通入电解槽中的电化学溶液为硫酸或盐酸溶液，其浓度为0.5-2.0mol/L。

电源为高频开关电源。

喷淋塔为填料塔，喷淋液体为碱性溶液，喷淋塔顶部设有排气口。

一种电化学溶解金属或合金的装置的溶解方法，包括以下步骤：

（1）通过进液口向电解槽内注入电化学溶液，电化学溶液流速为0.5-5.0 L/min；

（2）向阳极网袋内倒入需要溶解的金属或合金，打开电源，阴极网板和阳极网袋通电，电流密度为10-60mA/cm²；

（3）金属或合金在阳极网袋电流的作用下逐渐溶解进入电化学溶液内，电化学溶液中金属离子浓度不断升高，最终从溢液口流出；

（4）金属或合金在电化学溶解过程产生的废气通过电解槽左右两侧的集气罩收集后，由风机送入喷淋塔，用碱液进行喷淋处理后达标排放，碱液质量浓度2-8%，喷淋速度5-30L/min；

（5）金属或合金在电化学溶解过程中，不溶性的杂质颗粒自然沉降到阳极网袋底部，当不溶性的杂质颗粒积累到接近阳极网袋开口处时，取出阳极网袋清理其中的杂质颗粒。

实施例

接通装置电源，控制一定的电流密度，金属或合金在阳极网袋电流的作用下溶解进入电解槽液，电解槽液中金属离子浓度不断升高，最终沿着溶液流动方向从电解槽的溢液口排出。金属或合金在电化学溶解过程中，不溶性的杂质颗粒在较低的电解槽液流速下，自然沉降到阳极网袋底部，以避免其进入电解槽体或被槽液带出溢液口。当金属不溶杂质积累到接近阳极网袋开孔处时，取出网袋清理其中的杂质颗粒。

金属或合金在电化学溶解过程中，因电解槽液酸性强而会产生酸雾及其他气体，一部分气体会以微小气泡的形式黏附在阴极网板表面，随着电解槽液从网孔中穿流而过，会将气泡从阴极网板表面剥离，从而向电解槽液面运移继而排出。这种网板式阴极网板结构设计一方面能有效降低因极板表面气泡附着而产生的电阻，电阻增大会使槽电压提高，从而使槽液升温，更容易产生酸雾；另一方面气泡从阴极网板表面的剥离也降低了运行过程的槽电压，不仅降低了能耗，还提高了金属的电化学溶解效率。装置运行过程中产生的废气被通过与风机相连的电解槽体上方左右两侧设置的一对侧吸式集气罩抽出，排入与风机出口管路相连的喷淋塔中，开启喷淋塔，酸性废气被喷淋塔中稀碱液中和，最终废气被净化后从喷淋塔排气口排出。

本发明并不局限于金属或合金的电化学溶解装置及实例所描述的情形，它的描述是非限制性的。本发明的权限由权利要求所限定，本技术领域人员依据本发明通过变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：包括电解槽、若干导电杆、阴极网板、阳极网袋、电源和废气收集与处理系统；电解槽的一侧底部有进液口，另一侧上部有溢液口，电解槽两侧上沿，沿电解槽的纵向等距离对称设置若干对绝缘卡槽，绝缘卡槽的对数为奇数，导电杆横跨电解槽，且卡于成对设置的卡槽内，阴极网板和阳极网袋分别通过其上方的挂钩相间悬挂在导电杆下，且阴极网板的数量比阳极网袋的数量多一个，悬挂阴极网板的导电杆均与电源的负极连接，悬挂阳极网袋的导电杆均与电源的正极连接；废气收集与处理系统包括2个集气罩、2个风机和喷淋塔，2个集气罩分别设于电解槽的两端，并分别与风机连接，2个风机均与喷淋塔连接。

2.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：电解槽为长方体槽，电解槽的材质为耐腐蚀材料，采用玻璃钢或PVC。

3.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：导电杆间的间距为10-30cm。

4.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：导电杆采用无氧铜杆。

5.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：阴极网板上的挂钩的材质与阴极网板的材质相同，阳极网袋上的挂钩的材质与阳极网袋的材质相同，阴极网板采用不锈钢网板或金属钛网板，阳极网袋采用金属钛网袋，阳极网袋的宽度为10-20cm，阳极网袋的底部和侧高5-10cm为密实板，其余部分的网孔小于10目。

6.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：通入电解槽中的电化学溶液为硫酸或盐酸溶液，其浓度为0.5-2.0mol/L。

7.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：电源为高频开关电源。

8.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置，其特征在于：喷淋塔为填料塔，喷淋液体为碱性溶液，喷淋塔顶部设有排气口。

9.根据权利要求1所述的一种电化学溶解金属或合金的装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）通过进液口向电解槽内注入电化学溶液，电化学溶液流速为0.5-5.0 L/min；

（2）向阳极网袋内倒入需要溶解的金属或合金，打开电源，阴极网板和阳极网袋通电，电流密度为10-60mA/cm²；

（3）金属或合金在阳极网袋电流的作用下逐渐溶解进入电化学溶液内，电化学溶液中金属离子浓度不断升高，最终从溢液口流出；

（4）金属或合金在电化学溶解过程产生的废气通过电解槽左右两侧的集气罩收集后，由风机送入喷淋塔，用碱液进行喷淋处理后达标排放，碱液质量浓度2-8%，喷淋速度5-30L/min；

（5）金属或合金在电化学溶解过程中，不溶性的杂质颗粒自然沉降到阳极网袋底部，当不溶性的杂质颗粒积累到接近阳极网袋开口处时，取出阳极网袋清理其中的杂质颗粒。