CN110373686A - 一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法及系统。本发明通过在正常电解过程中向槽内的电解液及阳、阴极板上施加一定超声频率和功率密度的超声，达到控制其表面析出氧气和氢气气泡尺寸、数量及运动速度与方向的目的，进而控制由氧、氢气泡随后在电解液自由液面爆破释放酸雾液滴的过程，从源头上减少因气泡在电解液自由液面处爆破溅射所造成的大量酸雾的产生及高价值资源损失，显著减低了末端治理设施投入和高昂的运行费用，避免了酸雾处理渣二次污染的产生，减轻槽面酸雾对车间内工人健康的损害以及车间外生态环境的破坏；同时可提高电解电流效率，降低电能消耗。普遍适用于电解锌、电解锰、电解镍等湿法电解过程槽面酸雾的源头防控。

Description

一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法及系统

技术领域

本申请涉及湿法冶金领域，尤其涉及一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生 产方法及系统。

背景技术

锌、锰、铜和镍等金属的湿法电解过程产生大量酸雾，这些酸雾主要是由 电解过程阴阳两极产生的氢氧气体在电解液面发生气泡爆破而释放到车间大 气环境中。以锌电解为例，阳极上H₂O失电子生成H⁺和O₂；阴极上Zn²⁺得电子 生成Zn，同时发生副反应生成H₂。O₂和H₂以气泡的形式上升至电解液表面后就 会爆破并产生酸雾。电解车间的酸雾不仅会腐蚀车间设备，而且严重危害车间 工人和周边居民的身体健康，硫酸的毒理学作用主要表现为急性毒作用和慢性 毒作用。急性毒作用表现为刺激和腐蚀皮肤及粘膜组织，可引起结膜炎、结膜 水肿、角膜混浊，以致失明；刺激呼吸道，重者发生呼吸困难和肺水肿等疾病。 慢性毒作用表现为牙齿酸蚀症、鼻癌、喉癌、慢性支气管炎、肺气肿、肺硬化、 肺癌。同时更为严重的是，酸雾中富集了高浓度的铅、铬、镉等一类重金属污 染物，具有典型的“致癌、致畸、致突变”的三致效应，加重了其环境危害， 也是外环境大气雾霾的重要来源。酸雾所含的大量重金属及酸等污染组分导致 了其环境毒性远远高于常规大气细颗粒物，因此，必须对其进行严控。

目前处理酸雾的主要技术包括向电解液中添加酸雾抑制剂、电解液面放置 漂浮物、槽面加装收集罩或垫子、槽面强制通风等四种方式。(1)酸雾抑制剂 主要通过调控电解液表面张力的方式实现酸雾减排，其减排效率可以达到20％ 至98％，效果明显。但是，该技术实施费用高、添加的酸雾抑制剂会影响阴极 金属产品的纯度和电积效率，容易使槽况恶化；(2)添加漂浮物则是通过添加 塑料小球或玻璃粉等辅助物减少电解液的表面积降低酸雾的排放，该技术减排 效率在30％至60％，优点是廉价，但是这种方式会堵塞管道和循环泵等设施， 还会污染阴极产品，使其变厚难于剥离；(3)设置收集罩或垫子是通过集中收集或直接阻止酸雾进入车间空气中，这一措施容易破坏正常电解平衡条件，导 致电解过程紊乱，而且影响日常人工巡槽和出入槽操作，过程复杂，费时费力； (4)强制通风技术是先将槽面酸雾收集后再集中吸收处理，目前应用较多， 虽然不会对产品造成影响，但是通风量要求足够大，整个收集处理系统的电耗 高达电解电耗的20％左右，而且酸雾吸收碱性试剂消耗大，吸收酸后产生了大 量含重金属杂质的硫酸盐浓液，尚无好的利用途径，因此，该法运行成本较高。 总而言之，上述不同技术方法的弊端限制了其在实际车间中应用。另外，降低 电流密度也是一种酸雾减排的方法，但是该方法直接影响目标金属的产量和电 耗，较难在实际应用中进行推广。而目前通过调控酸雾形成过程从源头减少酸 雾削减的清洁生产技术缺乏。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种电解车间槽面酸雾源削减清 洁生产方法及系统。

本发明实施例第一方面提供了一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方 法，所述方法包括：

按照电解生产要求，向电解槽中放入阳极板和阴极板，并向所述电解槽中 连续通入一定组成、浓度和温度的电解液；

在预设的电解电流密度、超声频率和功率密度下同时开启电解和超声进行 连续生产。

优选地，所述超声的频率为20kHz至500MHz。

优选地，所述超声的功率密度为5kw/m³至200kw/m³。

优选地，所述超声施加在所述极板上，并同时将超声传递至电解液中。

优选地，所述超声施加在所述电解槽的外侧壁上，以使所述超声传递到电 解液、阳极板和阴极板上。

优选地，所述超声自电解开始至电解结束持续施加在电解过程中。

本发明实施例第二方面提供了一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产系 统，所述系统包括电解槽和超声发生器；

电解槽，其内部放置有用于电解的电解液、阳极板和阴极板，并在所述电 解槽中进行电解；

超声发生器，用于在所述电解槽中进行电解时，以预设的超声频率和功率 密度施加超声。

优选地，所述超声的超声频率为20kHz至500MHz；所述超声的功率密度为 5kw/m³至200kw/m³。

本发明的有益效果如下：本发明是基于对酸雾释放过程机理充分掌握之后 所提出的，槽面酸雾一般是由阳阴两极氧氢气泡在自由液面处爆破产生了膜液 滴和喷射液滴释放到槽面空间形成，气泡的尺寸、数量、速度和运动方向对释 放酸雾的量有显著影响，自由液面处气泡速度和尺寸越小，释放酸雾液滴越少， 通过在电解过程中施加一定频率和功率密度的超声，利用超声射流脱气效应促 进极板表面气泡在小尺寸时即从极板表面脱离，而且减少了小气泡向液面运移 过程聚并的发生，同时通过声压作用还可将大气泡撕裂为小气泡，超声作用改 变了气泡的运动方向，促使气泡更容易向垂直极板方向主体液相区域运动，动 能被逐渐耗散，与传统气泡直接向液面表面加速运动比较，运动至自由液面处 时速度大大减小，由此，超声的加入实现了控制极板表面氢氧气泡的尺寸、数 量、速度和方向的目的，进而实现了控制氢氧气泡在电解液自由液面爆破释放 酸雾液滴的过程，与传统酸雾产生之后再进行末端处理，本法结合酸雾产生机 制，从源头上对导致酸雾产生的气泡因素进行有效调控，大幅减少了酸雾的产 生量，减少了高价值电解液资源的损失，显著减低了末端治理设施投入和高昂 的运行费用，避免了酸雾处理渣二次污染的产生，减轻槽面酸雾对车间内工人 健康的损害以及车间外生态环境的破坏；同时可提高电解电流效率，降低电能 消耗。普遍适用于电解锌、电解锰、电解镍等湿法电解过程槽面酸雾的源头防 控。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分， 本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限 定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法的流 程图；

图2为本发明实施例2所述的电解车间槽面酸雾源削减清洁生产系统的原 理示意图。

附图标记：

1、电解槽，2、电解液，3、极板，4、超声发生器。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对 本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本 申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的 情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法， 所述方法包括：

S101、按照电解生产要求，向电解槽中放入阳极板和阴极板，并向所述电 解槽中连续通入一定组成、浓度和温度的电解液；；

S102、在预设的电解电流密度、超声频率和功率密度下同时开启电解和超 声进行连续生产。

具体的，本实施例中，超声方式为连续超声，超声的频率为20kHz至500MHz； 超声的功率密度为5kw/m³至200kw/m³。并且超声施加的过程贯穿于整个电解 过程，即，在开始电解直至结束电解，超声一直施加在电解过程当中。

为了实现待生产材料的电解，在电解槽中放置有电解过程中所必需的电解 液和极板。超声可直接施加在电解液或极板上，也可以施加在电解槽的外侧壁 上，还可以将电解槽放置在超声水浴中，然后将超声施加在超声水浴中来实现 本实施例所提出的方法。

为了说明本实施例所提出的方法在酸雾源削减方面的效果，本实施例通过 以下三个具体的实例来进行阐述：

首先在进行试验之前，确定电解槽中电解液的组成以及电解工艺是完全相 同的，其中，电解液采用电解锌溶液，在电解过程中的阴极使用压延铝板，阳 极使用铅银合金板，合金板的铅含量在95％以上，电解锌溶液的组成如表1所 示：

表1

成分	Zn<sup>2+</sup>	Mn<sup>2+</sup>	H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	骨胶	SrCO<sub>3</sub>
						含量(g/L)	45	3	160	0.02	0.2

电解锌工艺参数具体为：电解液温度40℃，极距60mm，阳极电流密度 500A/m²，阴极电流密度为-450A/m²。

以上材料的选用和参数的设定均为举例说明而设置的，在实际应用中，由 于环境因素和实验条件的不同，对材料的选用和参数的设定会有所不同，本实 施例不做限制。

实例一

超声发生器加载在电解槽阴阳极板上，选择超声功率密度为200.0kw/m³， 超声频率为20kHz，超声方式为连续超声，开启超声，随即开启电解。参数基 本稳定后，用装有滤膜的膜托以16.7L/min的采样速度在电解槽上方1.0m处 进行采样，33min为一组，连续采集6组。经恒温恒湿48h小时后，称量滤膜 质量后，对滤膜做预处理后分析硫酸雾的排放强度。

与未经超声处理的对照组相比，总悬浮颗粒物和硫酸雾排放强度削减80％ 至100％，电耗降低3.4％至5.7％，电效增加约4.2％。

实例二

超声发生器加载在电解槽的底部，选择超超声功率密度为100.0kw/m³， 声频率为40.0kHz，超声方式为连续超声，开启超声，随即开启电解。参数基 本稳定后，用装有滤膜的膜托以16.7L/min的采样速度在电解槽上方1.0m处 进行采样，33min为一组，连续采集6组。经恒温恒湿48h小时后，称量滤膜 质量后，对滤膜做预处理后分析硫酸雾的排放强度。

与未经超声处理的对照组相比，总悬浮颗粒物和硫酸雾排放强度削减60％ 至75％，电耗降低2.5％至8.7％，电效增加约1.6％至5.8％。

实例三

超声发生器加载在电解槽的侧壁，选择超超声功率密度为5.0kw/m³，声频 率为500MHz，超声方式为连续超声，开启超声，随即开启电解。参数基本稳定 后，用装有滤膜的膜托以16.7L/min的采样速度在电解槽上方1.0m处进行采 样，33min为一组，连续采集6组。经恒温恒湿48h小时后，称量滤膜质量后， 对滤膜做预处理后分析硫酸雾的排放强度。

与未经超声处理的对照组相比，总悬浮颗粒物和硫酸雾排放强度削减15.0％ 至35.0％，电耗降低0.44％至3.67％，电效增加约0.16％。

由此可以看出，本实施例所提出的方法从源头上减少电解槽内电解液通过 气泡在自由液面处爆破溅射所造成的大量酸雾产生及高价值资源损失，显著降 低了末端治理设施投入和高昂的运行费用，避免了酸雾处理渣二次污染的产生， 减轻槽面酸雾对车间内工人健康的损害以及车间外生态环境的破坏；同时利用 超声高温、高压和微射流促进分子碰撞，强化传质效应，从而促进电沉积结晶， 可提高电解电流效率，降低电能消耗。

实施例2

如图2所示，本实施例提出了一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产系统， 所述系统包括电解槽1和超声发生器4；

电解槽1，其内部放置有用于电解的电解液2和极板3，并在所述电解槽1 中进行电解；

超声发生器4，用于在所述电解槽1中进行电解时，以预设的超声频率和 功率密度施加超声。

具体的，本实施例中，超声方式为连续超声，超声的频率为20kHz至500MHz； 超声的功率密度为5kw/m³至200kw/m³。并且超声施加的过程贯穿于整个电解 过程，即，在开始电解直至结束电解，超声一直施加在电解过程当中。

在电解槽1中放置有电解过程中所必需的电解液2和极板3。超声可直接 施加在电解液2或极板3上，也可以施加在电解槽1的外侧壁上。

本实施例通过在电解过程中施加一定频率和功率密度的超声，以调控阴阳 极电极反应。达到控制极板3表面析出氢氧气泡的尺寸、数量、速度和方向的 目的。进而控制氢氧气泡在电解液2自由液面爆破释放酸雾液滴的过程，从源 头上减少电解槽1内电解液2通过气泡在自由液面处爆破溅射所造成的大量酸 雾产生及高价值资源损失，显著减低了末端治理设施投入和高昂的运行费用， 避免了酸雾处理渣二次污染的产生，减轻槽面酸雾对车间内工人健康的损害以 及车间外生态环境的破坏；同时可提高电解电流效率，降低电能消耗。普遍适 用于电解锌、电解锰、电解镍等湿法电解过程槽面酸雾的源头防控。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申 请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及 其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产方法，其特征在于，所述方法包括：

按照电解生产要求，向电解槽中放入阳极板和阴极板，并向所述电解槽中连续通入一定组成、浓度和温度的电解液；

在预设的电解电流密度、超声频率和功率密度下同时开启电解和超声进行连续生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声的频率为20kHz至500MHz。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声的功率密度为5kw/m³至200kw/m³。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声施加在所述极板上，并同时将超声传递至电解液中。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声施加在所述电解槽的外侧壁上，以使所述超声传递到电解液、阳极板和阴极板上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述超声自电解开始至电解结束持续施加在电解过程中。

7.一种电解车间槽面酸雾源削减清洁生产系统，其特征在于，所述系统包括电解槽和超声发生器；

电解槽，其内部放置有用于电解的电解液、阳极板和阴极板，并在所述电解槽中进行电解；

超声发生器，用于在所述电解槽中进行电解时，以预设的超声频率和功率密度施加超声。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述超声的超声频率为20kHz至500MHz；所述超声的功率密度为5kw/m³至200kw/m³。