CN110656357B - 除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除碳和回收废WC‑Co合金中钴和钨的装置和方法，该装置包括电源组件、高温导电电解槽组件、钴电解回收组件和钨电解回收组件，设置在高温导电电解槽组件空腔内侧的钴电解回收组件包括第一阴极杆和钴绝缘收集槽，第一阴极杆下端与钴绝缘收集槽内侧底部连接且两者之间存在空隙，设置在高温导电电解槽组件空腔内侧的钨电解回收组件包括第二阴极杆和钨绝缘收集器，第二阴极杆下端伸入钨绝缘收集器的内侧，浸入熔盐中的钨绝缘收集器的下半部四周设有流通孔；该方法包括，将钴电解回收组件和钨电解回收组件下部浸入中，将第一阴极杆或第二阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度，即能回收沉积的钴和钨。

Description

除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置和方法
技术领域
本发明涉及熔盐电解领域，具体涉及一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置和方法。
背景技术
钴不仅在硬质金属和超合金方面具有十分强劲的需求，另外，钴在电池领域的消费量增长率十分迅速，市场对金属钴的需求呈直线上升的趋势。
钨是重要的稀有难熔金属之一，具有熔点高，高温强度高，硬度高，电子功函数小，化学稳定性好等特性，由于钨的独特性质，它被认为是电子工业，聚变装置和航空航天应用的优良材料，是当代不可或缺的战略金属。
WC-Co硬质合金在我国工业上的应用广泛，我国每年的WC-Co硬质合金报废量十分巨大，因此，废硬质合金是钨、钴金属提取的宝贵二次资源。
熔盐电解法同其他硬质合金的回收方法相比，具有可直接获得再生钴、钨金属粉末的优势；然而，电解过程中产生的碳，可能导致阴极和阳极短路、再生产品中碳及碳化物杂质偏多等问题，单单依靠电解参数调控，这些杂质无法完全出尽。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置和方法。
本发明一方面提供了一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置，包括电源组件、高温导电电解槽组件、钴电解回收组件和钨电解回收组件。
其中：
所述电源组件的正极与所述高温导电电解槽组件电连接；
所述高温导电电解槽组件的设置有顶盖；
所述钴电解回收组件设置在所述高温导电电解槽组件的空腔内侧，包括第一阴极杆和钴绝缘收集槽，所述第一阴极杆的下端穿过所述顶盖，并与所述钴绝缘收集槽的内侧底部固定连接，所述第一阴极杆下端与所述钴绝缘收集槽内侧之间存在空隙；
所述钨电解回收组件设置在所述高温导电电解槽组件的空腔内侧，包括第二阴极杆和钨绝缘收集器，所述第二阴极杆的下端穿过所述顶盖，并伸入所述钨绝缘收集器的内侧，所述第二阴极杆与所述钨绝缘收集器的上端活动连接，所述钨绝缘收集器的中下部四周设有流通孔。
在上述技术方案中，所述第一阴极杆的底部为圆盘状，所述第一阴极杆的圆盘状底部与所述钴绝缘收集槽的内侧底部固定连接。
进一步地，在上述技术方案中，所述第一阴极杆的上端外侧涂覆有绝缘层。
在上述技术方案中，所述流通孔的孔径为0.05-2mm。
在上述技术方案中，所述第二阴极杆的中部设有外螺纹结构，所述钨绝缘收集器的上端设有内螺纹结构，所述第二阴极杆的中部外螺纹与所述钨绝缘收集器的上端内螺纹配合连接。
进一步地，在上述技术方案中，所述第二阴极杆的上端外侧涂覆有绝缘层。
在上述技术方案中，所述高温导电电解槽组件包括导电底座、导电槽体和电解炉，所述导电底座与所述电源组件的正极电连接，所述导电槽体和所述电解炉设置在所述导电底座的上方，所述电解炉包括设置在所述导电槽体外周的加热件和保温件，所述保温件设置在所述加热件的外侧，所述顶盖盖设在所述电解炉的顶部。
优选地，在上述技术方案中，所述钴电解回收组件的数量为多个，多个所述钴电解回收组3为并联设置。
优选地，在上述技术方案中，所述钨电解回收组件的数量为多个，多个所述钨电解回收组件为并联设置。
本发明另一方面提供了利用上述装置除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的和方法，包括：
S1、将废WC-Co合金置于高温导电电解槽组件内，并加入熔盐，加热熔融；
S2、将钴电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第一阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度，反应完成后，提升钴绝缘收集槽，收集钴绝缘收集槽内沉积的钴，具体地，电解回收金属钴时的阳极电流密度为5-20mA/cm2；
S3、将钨电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第二阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度，使钨在所述钨绝缘收集器内沉积，而碳会被阻挡在收集器外的熔盐表层，反应完成后，提升钨绝缘收集器，熔融态WC-Co合金通过流通孔流出，收集钨绝缘收集器内沉积的钨，具体地，电解回收金属钨时的阳极电流密度为80-150mA/cm2；
其中，S2和S3可调换顺序。
本发明的优点：
本发明所提供的装置对于WC-Co硬质合金废料的回收处理过程方便简单，可应用于大规模的废硬质合金的电解回收中，并且，凭借收集器的独特结构，具有屏蔽碳的作用，因而可以获得纯度很高形貌良好的金属钴、钨产品；第一阴极杆底部的圆盘状设计，具有降低电流密度的作用，可有效抑制钴枝晶。
附图说明
图1为本发明实施例中一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置的钴电解回收组件的俯视图；
图3为本发明实施例中一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置的钨电解回收组件的俯视图；
图中：
电源组件1，高温导电电解槽组件2，顶盖21，导电底座22，导电槽体23，电解炉24，加热件241，保温件242，钴电解回收组件3，第一阴极杆31，钴绝缘收集槽32，钨电解回收组件4，第二阴极杆41，钨绝缘收集器42，流通孔43。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
若未特别指明，本发明实施例中所用的装置和材料等均可市售获得。
若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本发明实施例提供了一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置，其具体结构如图1所示，包括电源组件1、高温导电电解槽组件2、钴电解回收组件3和钨电解回收组件4。
详细地，所述电源组件1为带控制开关的直流电源。
具体地，所述高温导电电解槽组件2包括导电底座22、导电槽体23和电解炉24，该导电底座22与电源组件1的正极电连接，导电槽体23和电解炉24设置在所述导电底座22的上方，其中，导电槽体23设置在电解炉24的内侧，电解炉24包括紧密设置在导电槽体23四周的加热件241和紧密包裹在加热件241外侧的保温件242，此外，在该电解炉24的顶部还盖设有顶盖21。
具体地，如图1和2所示，所述钴电解回收组件3由第一阴极杆31和钴绝缘收集槽32组成，该第一阴极杆31的下端穿过顶盖21，并与钴绝缘收集槽32的内侧底部固定连接，该钴绝缘收集槽32设置在所述高温导电电解槽组件2的空腔内侧，需要注意的是，第一阴极杆31下端与钴绝缘收集槽32内侧之间存在空隙，上述第一阴极杆31经铸造加工而成，上述钴绝缘收集槽32的材质为氮化硼。
详细地，为了优化电解回收钴的效率和避免枝晶，可将第一阴极杆31的底部设置为圆盘状结构。
具体地，如图1和3所示，所述钨电解回收组件4由第二阴极杆41和钨绝缘收集器42组成，该第二阴极杆41的下端穿过顶盖21，并伸入钨绝缘收集器42的内侧，第二阴极杆41的中部设有外螺纹结构，钨绝缘收集器42的上端设有内螺纹结构，第二阴极杆41的中部外螺纹与钨绝缘收集器42的上端内螺纹配合连接，该钨绝缘收集器42为设置在所述高温导电电解槽组件2内侧的空腔结构，需要注意的是，钨绝缘收集器42的中下部四周设有流通孔43，上述钨绝缘收集器42的材质为氮化硼。
详细地，该流通孔43的孔径为0.05mm。
具体地，为了提高该装置的使用安全性，在所述第一阴极杆31和所述第二阴极杆41的上端外侧涂覆有绝缘层。
同时，根据实际应用的需要，上述钴电解回收组件3或钨电解回收组件4可以为多个，多个钴电解回收组件3或钨电解回收组件4为并联设置。
采用上述装置除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的和方法，具体包括：
S1、将废WC-Co合金置于高温导电电解槽组件内，并加入熔盐，加热熔融；
S2、将钴电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第一阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度为5mA/cm2，电解反应完成后，提升钴绝缘收集槽，收集钴绝缘收集槽内沉积的钴；
S3、将钨电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第二阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度为80mA/cm2，熔盐通过流通孔进入钨绝缘收集器，在第二阴极杆下端还原，使钨在所述钨绝缘收集器内沉积，此时，杂质碳在底部产生，然后向上漂浮、然后聚集，实现金属钨与杂质碳的分离，反应完成后，提升钨绝缘收集器，熔融态WC-Co合金通过流通孔流出，收集钨绝缘收集器内沉积的钨；
其中，S2和S3可调换顺序。
实施例2
本发明实施例提供了一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置，其结构与实施例1类似，区别在于，其中的钴绝缘收集槽32和钨绝缘收集器42的材质为氧化铝，且钨绝缘收集器42上的流通孔43的孔径为0.1mm。
采用上述装置除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的和方法，与实施例1的方法类似，区别在于，电解回收钴的电流密度为10mA/cm2，电解回收钨的电流密度为100mA/cm2。
实施例3
本发明实施例提供了一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的装置，其结构与实施例1类似，区别在于，其中的钴绝缘收集槽32的材质为氧化铝，其中的钨绝缘收集器42的材质为氮化硼，且钨绝缘收集器42上的流通孔43的孔径为0.5mm；此外，该钴电解回收组件的数量为3个，上述3个钴电解回收组件为并联设置，该钨电解回收组件的数量为4个，上述4个钨电解回收组件为并联设置。
采用上述装置除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的和方法，与实施例1的方法类似，区别在于，
并联设置的3个钴电解回收组件的第一阴极杆分别与电源组件的负极电连接，并联设置的4个钨电解回收组件的第二阴极杆分别与电源组件的负极电连接，电解回收钴的电流密度为20mA/cm2，电解回收钨的电流密度为150mA/cm2。
对比例1
本发明对比例采用现有常规的装置电解回收WC-Co合金中的钴和钨，且电解回收钴的电流密度为10mA/cm2，电解回收钨的电流密度为100mA/cm2。
利用XRD结构精修的方式测定实施例2和对比例1所回收得到的钴和钨的纯度，结果如下表1所示。
表1 实施例2和对比例1所回收得到的钴和钨的纯度结果对照表
Figure BDA0002175951130000071
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的方法，其特征在于，
所利用的装置包括电源组件、高温导电电解槽组件、钴电解回收组件和钨电解回收组件；
其中，所述电源组件的正极与所述高温导电电解槽组件电连接；所述高温导电电解槽组件设置有顶盖；所述钴电解回收组件设置在所述高温导电电解槽组件的空腔内侧，包括第一阴极杆和钴绝缘收集槽，所述第一阴极杆的下端穿过所述顶盖，并与所述钴绝缘收集槽的内侧底部固定连接，所述第一阴极杆下端与所述钴绝缘收集槽内侧之间存在空隙；所述钨电解回收组件设置在所述高温导电电解槽组件的空腔内侧，包括第二阴极杆和钨绝缘收集器，所述第二阴极杆的下端穿过所述顶盖，并伸入所述钨绝缘收集器的内侧，所述第二阴极杆与所述钨绝缘收集器的上端活动连接，所述钨绝缘收集器的中下部四周设有流通孔；
所述除碳和回收废WC-Co合金中钴和钨的方法包括：
S1、将废WC-Co合金置于高温导电电解槽组件内，并加入熔盐，加热熔融；
S2、将钴电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第一阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度，反应完成后，提升钴绝缘收集槽，收集钴绝缘收集槽内沉积的钴，电解回收金属钴时的阳极电流密度为5-20mA/cm2；
S3、将钨电解回收组件下部浸入熔盐中，并将第二阴极杆与电源组件的负极电连接，调节电源组件的电流密度，使钨在所述钨绝缘收集器内沉积，而碳会被阻挡在收集器外的熔盐表层，反应完成后，提升钨绝缘收集器，熔盐通过流通孔流出，收集钨绝缘收集器内沉积的钨，电解回收金属钨时的阳极电流密度为80-150mA/cm2；
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