CN201176452Y - 超声波强化电氧化分解工艺的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种超声波强化电氧化分解工艺的装置，无隔膜电解槽体(3)设有进料口(1)和出料口(6)，在所述的无隔膜电解槽体(3)内按阳极—阴极—阳极—阴极的顺序纵向交替排列有惰性阳极(2)和惰性阴极(4)，在所述的无隔膜电解槽体(3)上设置有超声波发生装置(5)，所述的超声波发生装置(5)直接与溶液接触或通过所述的无隔膜电解槽体(3)槽体壁面与溶液间接接触。本实用新型充分利用超声波的化学效应、机械效应等，强化电氧化过程如分解硫化矿物、废水中有机物、有机电合成等中的传质，促进还原性物质的彻底氧化分解，提高电解过程电流效率。

Description

超声波强化电氧化分解工艺的装置
技术领域
本实用新型涉及一种超声波电氧化的装置，属于化工、冶金等领域的一种氧化分解设备。
背景技术
电化学方法可提供及强的氧化、还原能力，并能通过改变电化学因素，如电流密度、电极电位、电催化活性及选择性等较为方便地控制、调节反应的方向、限度、速率。因此，电氧化法广泛用于化工、冶金、环保等领域，氧化分解硫化矿物、高浓有机废水分解或降解、有机电合成等，是电化学方法在环保、冶金等工业中的又一重大应用。
随着环保要求的日趋严格，以及金属综合回收的迫切需要，硫化矿物的湿法氧化浸出所占比例越来越大。易氧化分解的硫化矿物如铜、铅、锌等，其氧压煮分解工艺已成功应用于工业生产(CN1465723)，能实现多金属的环保和高效回收。为了降低对设备的依赖性，专利CN1266908介绍的一种锌、铜、镉、铅混合硫化矿物等的湿法冶金处理方法，通过利用强氧化剂(过硫酸铵+氨水)来氧化分解并浸出金属硫化物，然后经络合置换，铜镉分离、锌的离析等工序将有价金属锌、铜、镉、铅分别回收，该方法既可提高金属的提取回收率，也可减少冶金过程对环境的污染，但是氧化剂价格较贵且消耗量过大，造成生产成本偏高。
对于辉钼矿等难氧化分解一类的硫化矿物，目前大多采用传统焙烧-氨浸工艺，存在环境污染严重、Mo及伴生Re的回收率不高等弊端。而氧压煮工艺则需要高温高压(氧分压1.7～2.5Mpa，温度180～250℃，见US6149883、US4551313)条件，生产技术难度大，对设备要求苛刻。电氧化分解工艺是在NaClO分解工艺基础之上发展起来的，通过电解产生强氧化剂(如NaClO、氯气等)来氧化分解硫化矿物，它继承了浸出率高、反应条件温和、无污染的特点。该工艺消耗的主要是电能，原料消耗大为降低，但其主要缺点是电流效率不高(喻庆华，陈庭章.从选钼尾矿中同收钼[J].矿冶工程，1992，12(2))，其原因是电氧化过程中传质效果不佳、电极表面易沉积异物所引起因此(Gupta C K.Extractive metallurgy of molybdenum[M].London：CRC Press，1992.)。
同样的，有机物电化学合成工艺中，常采用氧化还原电对(如Br2/Br-、Mn3+/Mn2+、Ce4+/Ce3+等)间接电氧化制备有机酸类等化合物。尽管电氧化合成工艺简单，原料消耗低、反应选择性好等优点，但由于电化学过程反应复杂，产物与生成物的扩散往往成为控制步骤，导致电流效率不高，难以兼顾环境效益与经济效益(CN1940140)。
电氧化工艺在处理各种高浓有机废水、难生化降解的高浓度有机废水的预处理等方面有较多报道。电氧化工艺是通过惰性阳极产生氧化基团降解水中的有机物，能有效地破坏难生物降解有机物的稳定结构，使污染物彻底降解，因此已成为现代高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes)研究领域的一个热点。专利CN2307782公布了一种处理水溶性COD与色度的电氧化塔，其特点是在塔内第一反应室中部横向平置若干层铂系金属制成的阳性电极板和不锈钢制成的阴电极，在直流电源通电情况下，利用废液中自有电解质产生多种强氧化剂，分别在第一、二反应室氧化水溶性COD与色度物质，并使污染的活性炭再生。该设备占地小、操作稳定，可广泛适用于对工业废水的深度处理，但是该设备在电氧化过程中电流效率不高，COD等溶解性杂质指标的去除效果不佳，其主要原因在于电解过程传质效果不佳、氧化作用时间不够等。
近年来，超声波在化工、冶金等领域得到了广泛的应用。在固-液体系中，超声空化产生的声冲击波引起体系的宏观湍动和固体颗粒的高速冲撞，使边界层减薄、增大传质效率(湍动效应)，超声空化的微扰动可能使固液传质过程的瓶颈-微孔扩散得以强化(微扰效应)，超声空化产生的微射流对固体表面的剥离、凹蚀作用创造了新的活性表面，增大了传质面积(界面效应)，超声空化的能量聚积产生的局部高温高压能使物质分子与固体表面分子结合键断裂而活化，实现传质(聚能效应)，另一方面，超声空化作用能产生氧化性极强的羟基自由基(·OH，φ°＝2.8v)，可以直接氧化分解硫化矿物、降解废水中的有机污物，或者促进电氧化合成过程。超声空化所形成的异乎寻常的高温、高压等极端条件为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的特殊的物理化学环境，在化工、冶金等领域得到了广泛的应用。基于此，我们提出采用超声波来强化电氧化过程，通过超声波与电场的耦合，提高电解电流效率和目标物质的氧化分解率。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电解电流效率高和目标物质的氧化分解率高的超声波强化电氧化分解工艺的装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的超声波强化电氧化分解工艺的装置，无隔膜电解槽体设有进料口和出料口，在所述的无隔膜电解槽体内按阳极-阴极-阳极-阴极的顺序纵向交替排列有惰性阳极和惰性阴极，在所述的无隔膜电解槽体上设置有超声波发生装置，所述的超声波发生装置直接与溶液接触或通过所述的无隔膜电解槽体槽体壁面与溶液间接接触。
采用上述技术方案的超声波强化电氧化分解工艺的装置，由无隔膜电解槽体、惰性阳极、惰性阴极、超声波发生装置等构成，超声波发生装置可直接与溶液接触，也可以通过电解槽体壁面与溶液间接接触，超声波的发射与电解氧化同时作用；通过超声波场和电场的耦合作用，强化电氧化(如硫化矿物的氧化浸出、废水中有机物的氧化分解或降解、有机电合成)过程，提高电流效率和被氧化对象的分解率。
本实用新型的具体实施方案中，所使用的惰性阳极可以是氯碱工业中常用DSA阳极(即形稳阳极)、石墨材质阳极、钛材质阳极或不锈钢阳极等；所使用的惰性阳极可以是石墨材质阴极、钛材质阴极、不锈钢阴极、铁阴极等；惰性阳极与惰性阴极之间的连接方式可以为复极式，或者单极式。
本实用新型的具体实施方案中，适用的超声波发生装置可以是超声波探头，也可以是超声波换能器和超声波发生器振盒等；超声波探头可以直接插入电解溶液中；超声波换能器和超声波发生器振盒等可以置于电解槽体的外壁面或内壁面。
本实用新型适合于硫化矿物的电氧化浸出，废水中有机物的氧化分解或降解，以及有机电合成等。
综上所述，本实用新型充分利用超声波的化学效应、机械效应等，强化电氧化过程如分解硫化矿物、废水中有机物、有机电合成等中的传质，促进还原性物质的彻底氧化分解，提高电解过程电流效率，是一种电解电流效率高和目标物质的氧化分解率高的超声波强化电氧化分解工艺的装置。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本实用新型另一结构示意图；
图4是图3的俯视图。
具体实施方式
本实用新型由下列实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。
本实用新型的一种结构形式，参见图1和图2，无隔膜电解槽体3设有进料口1和出料口6，在无隔膜电解槽体3内按阳极-阴极-阳极-阴极的顺序纵向交替排列有惰性阳极2和惰性阴极4，惰性阳极2与惰性阴极4之间按单极式连接方式(并联)，惰性阳极2可以是DSA阳极、石墨材质阳极、钛材质阳极或不锈钢阳极，惰性阴极4可以是石墨材质阴极、钛材质阴极、不锈钢阴极或铁阴极，在无隔膜电解槽体3上设置有超声波发生装置5，超声波发生装置5为超声波探头，超声波探头直接深入无隔膜电解槽体3中。
当无隔膜电解槽体3中加满料后通电电解，并设置好超声波作用方式(包括作用时间、频率、功率等)，则可开始超声电解氧化。通过超声波场和电场的耦合作用，强化电氧化(如硫化矿物的氧化浸出、废水中有机物的氧化分解或降解、有机电合成)过程，提高电流效率和被氧化对象的分解率。
本实用新型的另一结构形式，参见图3和图4，无隔膜电解槽体3设有进料口1和出料口6，在无隔膜电解槽体3内按阳极-阴极-阳极-阴极的顺序纵向交替排列有惰性阳极2和惰性阴极4，惰性阳极2与惰性阴极4之间按复极式连接方式(串联)，惰性阳极2可以是DSA阳极、石墨材质阳极、钛材质阳极或不锈钢阳极，惰性阴极4可以是石墨材质阴极、钛材质阴极、不锈钢阴极或铁阴极，超声波发生装置5是超声波换能器或超声波发生器振盒，超声波换能器或超声波发生器振盒置于无隔膜电解槽体3的外壁面。电氧化过程同实施例1。

Claims (4)

1、一种超声波强化电氧化分解工艺的装置，其特征是：无隔膜电解槽体(3)设有进料口(1)和出料口(6)，在所述的无隔膜电解槽体(3)内按阳极-阴极-阳极-阴极的顺序纵向交替排列有惰性阳极(2)和惰性阴极(4)，在所述的无隔膜电解槽体(3)上设置有超声波发生装置(5)，所述的超声波发生装置(5)直接与溶液接触或通过所述的无隔膜电解槽体(3)槽体壁面与溶液间接接触。
2、根据权利要求1所述的超声波强化电氧化分解工艺的装置，其特征是：所述的惰性阳极(2)是DSA阳极、石墨材质阳极、钛材质阳极或不锈钢阳极；所述的惰性阴极(4)是石墨材质阴极、钛材质阴极、不锈钢阴极或铁阴极。
3、根据权利要求1所述的超声波强化电氧化分解工艺的装置，其特征是：所述的惰性阳极(2)与所述的惰性阴极(4)之间的连接方式为复极式，或者单极式。
4、根据权利要求1所述的超声波强化电氧化分解工艺的装置，其特征是：所述的超声波发生装置(5)是超声波探头、超声波换能器或超声波发生器振盒。
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