CN113881974B - 一种湿法冶金电解模拟实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法冶金电解模拟实验系统及方法，涉及工业电化学过程模拟技术领域。本发明的湿法冶金电解模拟实验系统，包括电解池、电极板和母排，电解池至少设置有两个，每一个电解池中呈阵列设置有七个电极板，还包括称重机构，两个称重机构呈对称设置在七个电极板的两侧，称重机构主要由称重器、牵引绳、竖直板和横板组成，竖直板的一侧面上端位置设置有凸形块，横板的两端顶面上呈对称设置有U形卡板，且电极板滑动插合在两个U形卡板中；凸形块和称重器的感应端之间通过牵引绳固定连接。本发明在实验过程中，可以对电极板的重量变化、电回路电流及电解池电压进行实时便捷的检测，且可以实现多方向数据采集，实用性高。
Description
技术领域
本发明属于工业电化学过程模拟技术领域，特别是涉及一种湿法冶金电解模拟实验系统及方法。
背景技术
湿法冶金的电解过程，实质上是阳极和阴极在电解槽中进行电积的过程，在实际的冶金过程中，为了达到不同的工业需求，降低电解的能耗，人们逐渐对电解过程中的较优数据进行探索，以便于提高工业生产的效率和技艺，但是，在实际操作过程中，如果直接通过工业设备进行数据优化，必然造成生产资源的浪费，目前，国内外的解决方法主要是通过模拟试验来实现数据优化；
如现有公开文献CN106283124A-一种湿法冶金用模拟电解系统和方法，公开了包括高位储液槽、电解槽、过滤器、钢架、低位储液槽、磁力泵和加热器，高位储液槽、电解槽和低位储液槽按照从高到低的顺序放置在钢架上，它们之间分别通过管道相互连通，电解槽和低位储液槽之间的管道上设置过滤器，高位储液槽和低位储液槽之间的管道上设置磁力泵，加热器设置在高位储液槽中。本发明模拟电解系统耐蚀性好、强度高、不易破碎，结构合理、使用方便，易于推广应用。本发明模拟电解系统和方法可以在类似于湿法冶金的实际工业环境中，对实验室制备得到的阳极材料是否适用于工业化应用进行验证。
上述公开文献的模拟试验，为湿法冶金技术数据的优化提供了一个方向，但是，上述模拟试验在实际的使用过程中依然存在以下的不足；
1.现有的公开文献在实际的使用过程中，工作人员对阴极的重量变化测量方式麻烦，很难在电解的过程中，对电极板重量的变化进行实时的检测，实验数据参考性较差且操作麻烦；
2.现有的公开文献在实际的使用过程中，测量的数据较为单一，只能用于试验阳极板的适用性，无法对各种因素进行综合考量（如不同成分含量的阴极板所需较优条件的实验），整体实用性较差；
因此，有必要对现有技术进行改进，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实验中电极板重量变化测量便捷且可以进行多方向试验的湿法冶金电解模拟实验系统及方法，解决了现有的模拟实验系统在实际的使用过程中存在电极板重量变化测量不便和无法进行多方向数据采集的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种湿法冶金电解模拟实验系统，包括电解池、电极板和母排，所述电解池至少设置有两个，每一个电解池中呈阵列设置有七个电极板，还包括称重机构，两个称重机构呈对称设置在七个电极板的两侧，所述称重机构主要由称重器、牵引绳、竖直板和横板组成，所述竖直板的一侧面上端位置设置有凸形块，所述横板的两端顶面上呈对称设置有U形卡板，且电极板滑动插合在两个U形卡板中；所述凸形块和称重器的感应端之间通过牵引绳固定连接；
所述电解池的两对称内壁上均设置有导向杆，所述导向杆上沿竖直方向设置有上端开口并用于与凸形块间隙配合的凸形槽；
七个电极板由四个阳极板和三个阴极板组成，且四个阳极板和三个阴极板呈交替设置，用于与四个阳极板配合的横板通过连接板固定连接在其中一个竖直板的下端位置，用于与三个阴极板配合的横板通过连接板固定连接在另一个竖直板的下端位置。
本发明通过上述改进，在电解时，当电极板重量方式变化之后，连接板承受的重量发生相应的变化，在牵引绳的牵引作用下，称重机构中的称重器会对重量进行实时检测，从而在电解的过程中，亦可以对电极板的重量变化进行实时检测。
进一步地，所述称重器的内部设置有微型处理器、转换模块、压力传感器和压力块，所述微型处理器通过传导线分别与转换模块和压力传感器电线连接，压力块底面上设置有感应端，且压力块压合在压力传感器上，微型处理器与重量在线监测装置电性连接。
进一步地，所述导向杆的顶面四个拐角位置均设置有盲孔，同时称重器的底面上设置有与多个盲孔一一间隙配合的插柱。
进一步地，所述U形卡板内侧的横板上并列设置有多个贯穿槽。
进一步地，所述称重机构和导向杆的外表面上均涂覆有绝缘层。
进一步地，所述电解池的一侧面下端位置连通设置有排料管，所述排料管上固定安装有开关阀。
进一步地，每一个电极板的顶面上均夹持固定有导电夹，且导电夹上固定连接有电线，同一电解池中的四个阳极板均通过电线与一母排固定连接，同一电解池中的三个阴极板均通过电线与另一母排固定连接，相邻的两个电解池中的阳极板和阴极板共用一个母排，组成一个电回路；
电回路的两端连接在直流电流在线监测装置上，同时相邻两个电解池之间的母排上连接有直流电压在线监测装置。
本发明还提供了一种湿法冶金电解模拟实验系统的操作方法，操作方法具体包括以下步骤：
S1：向至少两个电解池中加入等浓度等体积的含锌离子电解液，并对浓度进行记录；
S2：将电极板插合在两个U形卡板中，其中，同一电解池中的阳极板为等含量的含银电极板，相邻的电解池中的阳极板含银量呈递增或递减设置；
S3：对整个回路进行通电,通过直流电流在线监测装置对整个电回路的电流进行检测，通过直流电压在线监测装置对各电解池的电压进行检测，通过重量在线监测装置对各电解池中的电极板重量进行检测，并对检测数据进行记录。
本发明通过上述改进，在相同浓度的电解液下，可以对整个电回路进行电流检测的同时，还可以对各电解池中的电压进行测量，在配合以重量的变化，可以检测出在同一浓度电解液下，不同含量电极板的电解较优方案。
进一步地，含银的电极板还可以通过含锡的电极板代替。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的模拟实验系统在使用时，可以实时对电极板的重量变化进行了解，避免原模拟实验在使用时重量变化检测麻烦，无法进行实时数据检测，整体的实用性较高。
2、本发明的模拟实验方法在使用时，可以实现相同浓度电解液下，不同含量的电极板重量的变化，较优解的电解作用下，电解池的电流和电压数据，在实际的使用中，通过该多方向的数据参考，可得出提高电解的效率并降低电解的能耗的方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中电解池、称重机构和电极板的连接体的结构示意图；
图2为本发明中电解池的结构示意图；
图3为本发明中两个称重机构的配合示意图；
图4为本发明中两个称重机构的待配合图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电解池；2、称重机构；3、电极板；101、排料管；102、导向杆；201、称重器；202、牵引绳；203、竖直板；204、连接板；205、横板；206、U形卡板；207、凸形块；1011、开关阀；1021、盲孔；1022、凸形槽；2011、插柱；2051、贯穿槽。
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。
请参阅图1-3所示，本发明为一种湿法冶金电解模拟实验系统，包括电解池1、电极板3和母排，电解池1至少设置有两个，每一个电解池1中呈阵列设置有七个电极板3，七个电极板3由四个阳极板和三个阴极板组成，且四个阳极板和三个阴极板呈交替设置，用于与四个阳极板配合的横板205通过连接板204固定连接在其中一个竖直板203的下端位置，用于与三个阴极板配合的横板205通过连接板204固定连接在另一个竖直板203的下端位置，电解池1的一侧面下端位置连通设置有排料管101，排料管101上固定安装有开关阀1011，排料管101的设置用于电解之后的电解液排出，而开关阀1011的设置可以控制排料管101的通断；
每一个电极板3的顶面上均夹持固定有导电夹，且导电夹上固定连接有电线，同一电解池1中的四个阳极板均通过电线与一母排固定连接，同一电解池1中的三个阴极板均通过电线与另一母排固定连接，相邻的两个电解池1中的阳极板和阴极板共用一个母排，组成一个电回路；
电回路的两端连接在直流电流在线监测装置上，同时相邻两个电解池1之间的母排上连接有直流电压在线监测装置；
本发明通过上述改进，直流电流在线监测装置可以在电回路的两端对整个回路的电流进行检测，直流电压在线监测装置用于对每个电解池1的电压进行检测，至少两个电解池1在整个回路中呈串联设置，该电回路中还串联有直流供电装置，用于供电。
请参阅图2-4所示，还包括称重机构2，两个称重机构2呈对称设置在七个电极板3的两侧，称重机构2主要由称重器201、牵引绳202、竖直板203和横板205组成，竖直板203的一侧面上端位置设置有凸形块207，横板205的两端顶面上呈对称设置有U形卡板206，且电极板3滑动插合在两个U形卡板206中；凸形块207和称重器201的感应端之间通过牵引绳202固定连接；
U形卡板206内侧的横板205上并列设置有多个贯穿槽2051，该设置可以实现电极板3的底面与电解液的接触，提高电解的效率；凸形块207和称重器201的感应端之间通过牵引绳202固定连接，称重机构2和导向杆102的外表面上均涂覆有绝缘层，该设置可以避免漏电造成安全隐患及对电器设备的损坏；
电解池1的两对称内壁上均设置有导向杆102，导向杆102上沿竖直方向设置有上端开口并用于与凸形块207间隙配合的凸形槽1022，该设置可以对凸形块207的移动起到限位导向的作用；
导向杆102的顶面四个拐角位置均设置有盲孔1021，同时称重器201的底面上设置有与多个盲孔1021一一间隙配合的插柱2011，该设置一方面便于将称重机构2取出，同时也便于称重器201和导向杆102之间的配合定位；
称重器201的内部设置有微型处理器、转换模块、压力传感器和压力块，微型处理器通过传导线分别与转换模块和压力传感器电线连接，压力块底面上设置有感应端，且压力块压合在压力传感器上，微型处理器与重量在线监测装置电性连接；
上述设置在使用时，通过母排外接直流电源来实现对电回路的通电，在通电的情况下，阴极板的重量发生变化，此时，连接板204对阴极板的重量变化进行承受，在通过牵引绳202进行牵引，实现称重器201对阴极板的重量进行实时检测。
实施例一
本发明还提供了一种湿法冶金电解模拟实验系统的操作方法，操作方法具体包括以下步骤：
S1：向至少两个电解池1中加入等浓度等体积的含锌离子电解液，并对浓度进行记录，在实际的实验过程中，电解液的成分并不局限与锌离子电解液，也可以根据工业生产需求，选择其它离子电解液；
S2：将电极板3插合在两个U形卡板206中，其中，同一电解池1中的阳极板为等含量的含银电极板3，相邻的电解池1中的阳极板含银量根据实际试验需要呈递增或递减设置；
S3：对整个回路进行通电,通过直流电流在线监测装置对整个电回路的电流进行检测，通过直流电压在线监测装置对各电解池1的电压进行检测，通过重量在线监测装置对各电解池1中的电极板3重量进行检测，并对检测数据进行记录。
实施例二
本发明还提供了一种湿法冶金电解模拟实验系统的操作方法，操作方法具体包括以下步骤：
S1：向至少两个电解池1中加入等浓度等体积的含锌离子电解液，并对浓度进行记录，在实际的实验过程中，电解液的成分并不局限与锌离子电解液，也可以根据工业生产需求，选择其它离子电解液；
S2：将电极板3插合在两个U形卡板206中，其中，同一电解池1中的阳极板为等含量的含锡电极板3，相邻的电解池1中的阳极板含锡量根据实际试验需要呈递增或递减设置；
S3：对整个回路进行通电,通过直流电流在线监测装置对整个电回路的电流进行检测，通过直流电压在线监测装置对各电解池1的电压进行检测，通过重量在线监测装置对各电解池1中的电极板3重量进行检测，并对检测数据进行记录。
以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进，均属于在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种湿法冶金电解模拟实验系统，包括电解池（1）、电极板（3）和母排，所述电解池（1）至少设置有两个，每一个电解池（1）中呈阵列设置有七个电极板（3），其特征在于：还包括称重机构（2），两个称重机构（2）呈对称设置在七个电极板（3）的两侧，所述称重机构（2）主要由称重器（201）、牵引绳（202）、竖直板（203）和横板（205）组成，所述竖直板（203）的一侧面上端位置设置有凸形块（207），所述横板（205）的两端顶面上呈对称设置有U形卡板（206），且电极板（3）滑动插合在两个U形卡板（206）中；所述凸形块（207）和称重器（201）的感应端之间通过牵引绳（202）固定连接；
所述电解池（1）的两对称内壁上均设置有导向杆（102），所述导向杆（102）上沿竖直方向设置有上端开口并用于与凸形块（207）间隙配合的凸形槽（1022）；
七个电极板（3）由四个阳极板和三个阴极板组成，且四个阳极板和三个阴极板呈交替设置，用于与四个阳极板配合的横板（205）通过连接板（204）固定连接在其中一个竖直板（203）的下端位置，用于与三个阴极板配合的横板（205）通过连接板（204）固定连接在另一个竖直板（203）的下端位置。
2.如权利要求1所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，所述称重器（201）的内部设置有微型处理器、转换模块、压力传感器和压力块，所述微型处理器通过传导线分别与转换模块和压力传感器电线连接，压力块底面上设置有感应端，且压力块压合在压力传感器上，微型处理器与重量在线监测装置电性连接。
3.如权利要求2所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，所述导向杆（102）的顶面四个拐角位置均设置有盲孔（1021），同时称重器（201）的底面上设置有与多个盲孔（1021）一一间隙配合的插柱（2011）。
4.如权利要求3所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，所述U形卡板（206）内侧的横板（205）上并列设置有多个贯穿槽（2051）。
5.如权利要求1或2所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，所述称重机构（2）和导向杆（102）的外表面上均涂覆有绝缘层。
6.如权利要求5所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，所述电解池（1）的一侧面下端位置连通设置有排料管（101），所述排料管（101）上固定安装有开关阀（1011）。
7.如权利要求6所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统，其特征在于，每一个电极板（3）的顶面上均夹持固定有导电夹，且导电夹上固定连接有电线，同一电解池（1）中的四个阳极板均通过电线与一母排固定连接，同一电解池（1）中的三个阴极板均通过电线与另一母排固定连接，相邻的两个电解池（1）中的阳极板和阴极板共用一个母排，组成一个电回路；
电回路的两端连接在直流电流在线监测装置上，同时相邻两个电解池（1）之间的母排上连接有直流电压在线监测装置。
8.如权利要求1、2、3、4、6和7中任意一项所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统的操作方法，其特征在于，操作方法具体包括以下步骤：
S1：向至少两个电解池（1）中加入等浓度等体积的含锌离子电解液，并对浓度进行记录；
S2：将电极板（3）插合在两个U形卡板（206）中，其中，同一电解池（1）中的阳极板为等含量的含银电极板（3），相邻的电解池（1）中的阳极板含银量呈递增或递减设置；
S3：对整个回路进行通电,通过直流电流在线监测装置对整个电回路的电流进行检测，通过直流电压在线监测装置对各电解池（1）的电压进行检测，通过重量在线监测装置对各电解池（1）中的电极板（3）重量进行检测，并对检测数据进行记录。
9.如权利要求8所述的一种湿法冶金电解模拟实验系统的操作方法，其特征在于，含银的电极板（3）还可以通过含锡的电极板（3）代替。
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2021
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Denomination of invention: A simulation experimental system and method for wet metallurgical electrolysis Effective date of registration: 20231123 Granted publication date: 20230602 Pledgee: Hua Xia Bank Co.,Ltd. Kunming Branch Pledgor: YUNNAN DAZE ELECTRODE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023530000067 |
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