CN111675284A - 一种用于处理废铜废液的三维电解装置 - Google Patents

一种用于处理废铜废液的三维电解装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于处理废铜废液的三维电解装置，包括电解箱、电极组件、清理组件和曝气组件；电解箱上设有进水口、出水口、废液排放口，电极组件包括阳极电极板、阴极电极板、三维导电粒子和恒压电源，阳极电极板和阴极电极板设在电解箱内部，三维导电粒子设在两个电极板之间，恒压电源分别与两个电极板电连接；清理组件与阴极电极板两端的卡槽活动卡接，清理组件用于将阴极电极板上金属单质刮除并收集；曝气组件包括鼓风机和曝气盘，曝气盘与固定板导通，曝气盘通过连接管与鼓风机连接；本发明结构设计合理，电解效率高，能够对废铜废液中的金属污染物彻底清除，降低重金属对土壤和水域造成污染的风险，适宜大量推广。

Description

一种用于处理废铜废液的三维电解装置
技术领域
本发明涉及重金属离子废水处理技术领域，具体涉及一种用于处理废铜废液的三维电解装置。
背景技术
随着电子行业的回暖，我国线路板行业的发展随之也普遍回升，但是在线路板或电路板的制作过程中，比如印制电路板、电镀等工序，在工作中都会产生大量的铜粉、铜颗粒和铜离子，这些铜粉、铜颗粒和铜离子都需要大量的清洁水进行清洁，而清洁后的含铜废水内含有大量的铜离子，极容易对环境造成污染，而且这些废液、废水中含有大量价格昂贵的铜离子，若不进行提炼回收，将造成有价值资源大量损失。
现有技术中，通常采用电解法去除废铜废液中的铜离子，但是传统的电解装置在使用过程中普遍存在着电解效率低、铜离子回收不完全的缺陷，而且现有的电解装置的电极大都是固定不变的，这就导致现有的电解装置传质效率低，电解效果不理想。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种电解效率高、电极间距可调的用于处理废铜废液的三维电解装置。
本发明的技术方案为：一种用于处理废铜废液的三维电解装置，包括电解箱、电极组件、清理组件和曝气组件；电解箱包括箱体和上盖，箱体上设置有进水口、出水口和废液排放口，箱体内部靠下位置设置有固定板，固定板上设置有微孔，微孔的孔径为2mm，上盖活动扣接在箱体上，上盖上设置有阳极接线柱和阴极接线柱；电极组件包括阳极电极板、阴极电极板、三维导电粒子和恒压电源，阳极电极板和阴极电极板均为石墨电极板，阳极电极板和阴极电极板竖直平行设置在电解箱内部，且阳极电极板和阴极电极板的上下两端分别与上盖和固定板活动卡接，阳极电极板通过导线与阳极接线柱连接，阴极电极板通过导线与阴极接线柱连接，阴极电极板的两端设置有卡槽，卡槽上设置有齿牙，三维导电粒子填充设置在阳极电极板和阴极电极板之间，恒压电源固定设置在箱体一侧，恒压电源的分别通过导线与阳极接线柱和阴极接线柱连接；清理组件与阴极电极板两端的卡槽活动卡接，清理组件用于将阴极电极板上析出金属单质刮除并收集；曝气组件包括鼓风机和曝气盘，鼓风机固定设置在箱体另一侧，曝气盘设置在箱体内部，且位于固定板下端，曝气盘与固定板上的微孔导通，曝气盘通过连接管与鼓风机连接。
进一步地，阳极电极板和阴极电极板的上下两端均活动铰接有移动轮，固定板上设置有条形槽，阳极电极板和阴极电极板底部的移动轮分别与固定板上的条形槽卡接，阳极电极板和阴极电极板顶部的移动轮分别与上盖活动卡接，阳极电极板和阴极电极板的顶部均设置有连接齿板，且阳极电极板上的连接齿板与阴极电极板上的连接齿板齿面相对，上盖上活动铰接有调节齿杆，调节齿杆分别与两个连接齿板啮合连接，通过转动调节齿杆，带动两个连接齿板反向或者同向运动，进而使得阳极电极板和阴极电极板之间的间距增大或者缩小，使得废铜废液中的杂质离子能够更好的被电离析出，提高废铜废液处理效率和效果。
进一步地，清理组件包括U型件、收集槽和清理毛刷，U型件、收集槽和清理毛刷均设置有两个，两个U型件的开口处均设置有主齿轮，且两个U型件内部均设置有微型电机，微型电机的输出轴与主齿轮啮合连接，微型电机由外部电源供电，两个U型件分别通过主齿轮与卡槽上的齿牙啮合连接，两个收集槽分别连接在两个U型件上，且位于阴极电极板的两侧，两个清理毛刷分别连接在两个U 型件上，两个清理毛刷的端部都设置有连接齿轮，清理毛刷通过连接齿轮与主齿轮啮合连接；通过微型电机带动主齿轮转动，使得U型件、收集槽和清理毛刷一同在阴极电极板上移动，主齿轮转动过程中，带动连接齿轮转动，使清理毛刷将阴极电极板表面吸附的单质铜刷除，通过收集槽对单质铜进行收集，避免阴极电极板表面吸附的铜单质过多而影响电解反应速率，同时有利于回收铜。
进一步地，阴极电极板的两面均为锯齿状结构，通过设置锯齿结构的阴极电极板，增加了阴极电极板的有效面积，提高了面体比，进而提高阴极电极板的电流效率，降低了能耗。
进一步地，固定板上设置有通孔，通孔上端开口处设置有隔网，通孔下端开口与曝气盘导通，通孔内部旋转设置有叶轮；通过设置叶轮，当鼓风机启动时，产生的气流带动叶轮旋转，使得箱体中的废铜废液产生波动，进而使得三维导电粒子悬浮在废铜废液中，提高传质效率和电流效果。
进一步地，三维导电粒子为活性炭颗粒与陶瓷颗粒按照质量比4:1组成的混合物，活性炭颗粒上负载有金属活性组分铁，金属活性组分铁的负载量为活性炭颗粒质量的2％，活性炭颗粒上负载金属活性组分铁的方法为：①、活性炭颗粒研磨细化，然后与去离子水混合配制成2mg/L的活性炭粉末水溶液；②、将2 倍体积活性炭粉末水溶液的乙醇溶液加入活性炭粉末水溶液中，并通过超声波震荡，得到混合液；③、向混合液中加入金属活性组分铁，搅拌均匀后，置于200℃反应釜中保温处理15h，得到凝胶状活性炭；④、将凝胶状活性炭冷冻干燥处理，得到负载有金属活性组分铁的活性炭颗粒；陶瓷颗粒上负载有金属活性成分锡，金属活性成分锡的负载量为陶瓷颗粒质量的3％；陶瓷颗粒上负载金属活性成分锡的方法为：①、将陶瓷颗粒进行酸洗，然后用超纯水洗涤至中性，烘干；②、将金属活性成分锡加入到无水乙醇中，然后加入醋酸，在搅拌条件下逐滴缓慢滴加超纯水，搅拌均匀后得到凝胶溶液；③、将步骤1处理后的陶瓷颗粒的将步骤加入到步骤2所得凝胶溶液中，超声震荡3h，干燥处理后即得负载有金属活性组分锡的陶瓷颗粒；采用由活性炭颗粒与陶瓷颗粒组成的混合三维导电粒子，活性炭颗粒与陶瓷颗粒上均负载有金属活性组分，即提高了传质效果和单位时空处理率，同时陶瓷颗粒对活性炭颗粒起到分散作用，减少了曝气时所需要的能量。
本发明的工作原理为：使用时，将装置与外部电源连接，将阳极电极板通过阳极接线柱与恒压电源的正极连接，将阴极电极板通过阴极接线柱与恒压电源的负极连接；将废铜废液通过进水口注入箱体中，废铜废液中的金属铜离子在电离作用下在阴极接线柱表面以单质铜的形式析出，装置运行一段时间后，启动微型电机，通过微型电机带动主齿轮转动，使得两个收集槽和清理毛刷一同在阴极电极板上移动，清理毛刷将阴极电极板表面吸附的单质铜刷除，通过收集槽对单质铜进行收集；由于箱体和上盖可拆卸连接，所以可以对收集槽内收集到的金属铜进行转移；处理完毕后，通过出水口将经过电解后的废铜废液排出再次利用，通过废液排放口废铜废液中的非金属沉淀物排出即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构设计合理，通过设置设置间距可调的阳极电极板和阴极电极板，同时在阳极电极板和阴极电极板间填充由活性炭颗粒和陶瓷颗粒混合而成的三维导电粒子，大大提高了装置的传质效率，同时提高了电解效果，使得废铜废液中的金属铜离子彻底清除，提高了废铜废液处理效果；通过设置锯齿状结构的阴极电极板，增加了阴极电极板的有效面积，提高了面体比，进而提高阴极电极板的电流效率，降低了能耗；本发明通过在阴极电极板上设置清理组件，不仅能够对阴极电极板进行定期清理，确保阴极电极板长时间高效运行，同时能够对阴极电极板上析出的金属铜进行回收利用，节约了资源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的阳极电极板和阴极电极板在箱体内的分布图；
图3是本发明的通孔在固定板上的分布图；
图4是本发明的阴极电极板的结构示意图；
图5是本发明的阴极电极板的截面图；
图6是本发明的阳极电极板和阴极电极板的连接示意图；
其中，1-电解箱、10-箱体、100-进水口、101-出水口、102-废液排放口、 11-上盖、110-阳极接线柱、111-阴极接线柱、112-调节齿杆、12-固定板、120- 条形槽、121-通孔、122-隔网、123-叶轮、2-电极组件、20-阳极电极板、200- 移动轮、201-连接齿板、21-阴极电极板、210-卡槽、22-三维导电粒子、23-恒压电源、3-清理组件、30-U型件、31-收集槽、32-清理毛刷、4-曝气组件、40- 鼓风机、41-曝气盘。
具体实施方式
实施例：如图1所示的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，包括电解箱1、电极组件2、清理组件3和曝气组件4；电解箱1包括箱体10和上盖11，箱体10上设置有进水口100、出水口101和废液排放口102，箱体10内部靠下位置设置有固定板12，固定板12上设置有微孔，微孔的孔径为2mm，上盖11活动扣接在箱体10上，上盖11上设置有阳极接线柱110和阴极接线柱111；
如图1、2、4、5、6所示，如图电极组件2包括阳极电极板20、阴极电极板21、三维导电粒子22和恒压电源23，阳极电极板20和阴极电极板21均为石墨电极板，阳极电极板20和阴极电极板21竖直平行设置在电解箱1内部，且阳极电极板20和阴极电极板21的上下两端分别与上盖11和固定板12活动卡接，阳极电极板20通过导线与阳极接线柱110连接，阴极电极板21通过导线与阴极接线柱111连接，阴极电极板21的两端设置有卡槽210，卡槽210上设置有齿牙，三维导电粒子22填充设置在阳极电极板20和阴极电极板21之间，三维导电粒子22为活性炭颗粒与陶瓷颗粒按照质量比4:1组成的混合物，活性炭颗粒的粒径为4mm，孔径为5×104nm，比表面积为800m2/g，活性炭颗粒上负载有金属活性组分铁，金属活性组分铁的负载量为活性炭颗粒质量的2％，活性炭颗粒上负载金属活性组分铁的方法为：①、活性炭颗粒研磨细化，然后与去离子水混合配制成2mg/L的活性炭粉末水溶液；②、将2倍体积活性炭粉末水溶液的乙醇溶液加入活性炭粉末水溶液中，并通过超声波震荡，得到混合液；③、向混合液中加入金属活性组分铁，搅拌均匀后，置于200℃反应釜中保温处理15h，得到凝胶状活性炭；④、将凝胶状活性炭冷冻干燥处理，得到负载有金属活性组分铁的活性炭颗粒；陶瓷颗粒的粒径为6mm，陶瓷颗粒上负载有金属活性成分锡，金属活性成分锡的负载量为陶瓷颗粒质量的3％；陶瓷颗粒上负载金属活性成分锡的方法为：①、将陶瓷颗粒进行酸洗，然后用超纯水洗涤至中性，烘干；②、将金属活性成分锡加入到无水乙醇中，然后加入15％的醋酸，在搅拌条件下逐滴缓慢滴加超纯水，搅拌均匀后得到凝胶溶液，其中金属活性成分锡、无水乙醇和醋酸的质量比为1:2:1，超纯水的滴加量为混合溶液总体积的15％；③、将步骤1处理后的陶瓷颗粒的将步骤加入到步骤2所得凝胶溶液中，超声震荡3h，干燥处理后即得负载有金属活性组分锡的陶瓷颗粒；采用由活性炭颗粒与陶瓷颗粒组成的混合三维导电粒子，活性炭颗粒与陶瓷颗粒上均负载有金属活性组分，即提高了传质效果和单位时空处理率，同时陶瓷颗粒对活性炭颗粒起到分散作用，减少了曝气时所需要的能量；
如图1、4、6所示，清理组件3包括U型件30、收集槽31和清理毛刷32， U型件30、收集槽31和清理毛刷32均设置有两个，两个U型件30的开口处均设置有主齿轮，且两个U型件30内部均设置有微型电机，微型电机由外部电源供电，微型电机的输出轴与主齿轮啮合连接，两个U型件30分别通过主齿轮与卡槽210上的齿牙啮合连接，两个收集槽31分别连接在两个U型件30上，且位于阴极电极板21的两侧，两个清理毛刷32分别连接在两个U型件30上，两个清理毛刷32的端部都设置有连接齿轮，清理毛刷32通过连接齿轮与主齿轮啮合连接；通过微型电机33带动主齿轮转动，使得U型件30、收集槽31和清理毛刷32一同在阴极电极板21上移动，主齿轮转动过程中，带动连接齿轮转动，使清理毛刷32将阴极电极板21表面吸附的单质铜刷除，通过收集槽31对单质铜进行收集，避免阴极电极板21表面吸附的铜单质过多而影响电解反应速率，同时有利于回收铜；
如图1、2、3所示，曝气组件4包括鼓风机40和曝气盘41，鼓风机40固定设置在箱体10另一侧，曝气盘41设置在箱体10内部，且位于固定板12下端，曝气盘41与固定板12上的微孔导通，曝气盘41通过连接管与鼓风机40连接；固定板12上设置有通孔121，通孔121上端开口处设置有隔网122，通孔121 下端开口与曝气盘41导通，通孔121内部旋转设置有叶轮123；通过设置叶轮，当鼓风机40启动时，产生的气流带动叶轮123旋转，使得箱体10中的废铜废液产生波动，进而使得三维导电粒子22悬浮在废铜废液中，提高传质效率和电流效果。
使用时，将装置与外部电源连接，将阳极电极板20通过阳极接线柱110与恒压电源23的正极连接，将阴极电极板21通过阴极接线柱111与恒压电源23 的负极连接；将废铜废液通过进水口100注入箱体10中，废铜废液中的金属铜离子在电离作用下在阴极接线柱111表面以单质铜的形式析出，装置运行一段时间后，启动微型电机，通过微型电机带动主齿轮转动，使得两个收集槽31和清理毛刷32一同在阴极电极板21上移动，清理毛刷32将阴极电极板21表面吸附的单质铜刷除，通过收集槽31对单质铜进行收集；由于箱体10和上盖11可拆卸连接，所以可以对收集槽31内收集到的金属铜进行转移；处理完毕后，通过出水口101将经过电解后的废铜废液排出再次利用，通过废液排放口102废铜废液中的非金属沉淀物排出即可。
实验例：应用本发明对我国南方某电子厂电镀废水进行电解处理，设置处理量为3t，电解处理时间为1h，处理前测得电镀废水中铜离子浓度为2.5mg/L；电解处理完成后，测得出水中铜离子浓度为0.05mg/L，铜离子的去除率高达98％。出水符合国家一级排放标准，而且可以重复利用。

Claims (7)

1.一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，包括电解箱(1)、电极组件(2)、清理组件(3)和曝气组件(4)；所述电解箱(1)包括箱体(10)和上盖(11)，所述箱体(10)上设置有进水口(100)、出水口(101)和废液排放口(102)，箱体(10)内部靠下位置设置有固定板(12)，所述固定板(12)上设置有微孔，所述上盖(11)活动扣接在箱体(10)上，上盖(11)上设置有阳极接线柱(110)和阴极接线柱(111)；所述电极组件(2)包括阳极电极板(20)、阴极电极板(21)、三维导电粒子(22)和恒压电源(23)，所述阳极电极板(20)和阴极电极板(21)均为石墨电极板，阳极电极板(20)和阴极电极板(21)竖直平行设置在电解箱(1)内部，且阳极电极板(20)和阴极电极板(21)的上下两端分别与上盖(11)和固定板(12)活动卡接，阳极电极板(20)通过导线与所述阳极接线柱(110)连接，所述阴极电极板(21)通过导线与阴极接线柱(111)连接，阴极电极板(21)的两端设置有卡槽(210)，所述卡槽(210)上设置有齿牙，所述三维导电粒子(22)填充设置在阳极电极板(20)和阴极电极板(21)之间，所述恒压电源(23)固定设置在箱体(10)一侧，恒压电源(23)分别通过导线与阳极接线柱(110)和阴极接线柱(111)连接；所述清理组件(3)与阴极电极板(21)两端的卡槽(210)活动卡接，清理组件(3)用于将阴极电极板(21)上析出的金属单质刮除并收集；所述曝气组件(4)包括鼓风机(40)和曝气盘(41)，所述鼓风机(40)固定设置在箱体(10)另一侧，所述曝气盘(41)设置在箱体(10)内部，且位于固定板(12)下端，曝气盘(41)与固定板(12)上的微孔导通，曝气盘(41)通过连接管与鼓风机(40)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述阳极电极板(20)和阴极电极板(21)的上下两端均活动铰接有移动轮(200)，所述固定板(12)上设置有条形槽(120)，阳极电极板(20)和阴极电极板(21)底部的移动轮(200)分别与固定板(12)上的条形槽卡接，阳极电极板(20)和阴极电极板(21)顶部的移动轮(200)分别与上盖(11)活动卡接，阳极电极板(20)和阴极电极板(21)的顶部均设置有连接齿板(201)，且阳极电极板(20)上的连接齿板(201)与阴极电极板(21)上的连接齿板(201)齿面相对，上盖(11)上活动铰接有调节齿杆(112)，所述调节齿杆(112)分别与两个连接齿板(201)啮合连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述所清理组件(3)包括U型件(30)、收集槽(31)和清理毛刷(32)，所述U型件(30)、收集槽(31)和清理毛刷(32)均设置有两个，两个U型件(30)的开口处均设置有主齿轮(300)，且两个U型件(30)内部均设置有微型电机(33)，所述微型电机(330)的输出轴与主齿轮(300)啮合连接，两个U型件(30)分别通过所述主齿轮(300)与卡槽(210)上的齿牙啮合连接，两个所述收集槽(31)分别连接在两个U型件(30)上，且位于阴极电极板(21)的两侧，两个所述清理毛刷(32)分别连接在两个U型件(30)上，两个清理毛刷(32)的端部都设置有连接齿轮(320)，清理毛刷(32)通过所述连接齿轮(320)与主齿轮(300)啮合连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述阴极电极板(21)的两面均为锯齿状结构。
5.根据权利要求4所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述固定板(12)上设置有通孔(121)，所述通孔(121)上端开口处设置有隔网(122)，通孔(121)下端开口与所述曝气盘(41)导通，通孔(121)内部旋转设置有叶轮(123)。
6.根据权利要求1所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述三维导电粒子(22)为活性炭颗粒与陶瓷颗粒按照质量比4:1组成的混合物，所述活性炭颗粒上负载有金属活性组分铁，所述金属活性组分铁的负载量为活性炭颗粒质量的2％，活性炭颗粒上负载金属活性组分铁的方法为：1、活性炭颗粒研磨细化，然后与去离子水混合配制成2mg/L的活性炭粉末水溶液；2、将2倍量所述活性炭粉末水溶液的乙醇溶液加入活性炭粉末水溶液中，并通过超声波震荡，得到混合液；3、向所述混合液中加入金属活性组分铁，搅拌均匀后，置于200℃反应釜中保温处理15h，得到凝胶状活性炭；4、将所述凝胶状活性炭冷冻干燥处理，得到负载有金属活性组分铁的活性炭颗粒；所述陶瓷颗粒上负载有金属活性成分锡，所述金属活性成分锡的负载量为陶瓷颗粒质量的3％；陶瓷颗粒上负载金属活性成分锡的方法为：1、将陶瓷颗粒进行酸洗，然后用超纯水洗涤至中性，烘干；2、将金属活性成分锡加入到无水乙醇中，然后加入醋酸，在搅拌条件下逐滴缓慢滴加超纯水，搅拌均匀后得到凝胶溶液；3、将步骤1处理后的陶瓷颗粒的将步骤加入到步骤2所得凝胶溶液中，超声震荡3h，干燥处理后即得负载有金属活性组分锡的陶瓷颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种用于处理废铜废液的三维电解装置，其特征在于，所述阴极电极板(21)的为锯齿状结构。
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