CN203200349U - 一种制备高纯钴的隔膜电解槽 - Google Patents

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刘丹
贺昕
熊晓东
李轶轁
滕海涛
陈斐
吴聪
吴松
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Abstract

本实用新型属于高纯金属制备设备技术领域，特别涉及一种制备高纯钴的隔膜电解槽。该电解槽内设计有可供便捷拆卸隔膜板的凹槽，隔膜板完全嵌入凹槽中，凹槽和隔膜板将电解槽分隔成数量与极间距相等且间隔排列的多个阴极区与阳极区；电解液经净化，进入阴极区，再通过隔膜板的上部溢流孔流入阳极区，阳极区的电解液循环到槽外进行净化处理。电解槽内的阴极区和阳极区的电解液被完全隔开，防止了电解液的交叉污染，有效阻止了可溶阳极杂质阳离子污染阴极产品。上述装置结构简单，可操作性强，防止了传统隔膜袋阴极区电解液被阳极区电解液污染现象，提高了电流效率，并且提升了产品的纯度，可制备出纯度>99.999%的高纯钴。

Description

一种制备高纯钴的隔膜电解槽
技术领域
本实用新型属于高纯金属制备设备技术领域，特别涉及一种制备高纯钴的隔膜电解槽。
背景技术
钴是重要的高纯金属材料之一，是制备磁记录磁头、光电器件、磁传感器和集成电路等元器件的重要材料。纯度为99.9%~99.99%的钴已经广泛应用于磁性材料、超级合金的制造，99.999%甚至更高纯度钴，则用来作为先进电子元件的靶材。
制备高纯钴的原料一般是工业电解钴和钴化合物等，应用的冶金技术主要是湿法冶金、火法冶金和电化学冶金等技术。与工业生产相比，制备高纯钴的工艺条件更加苛刻，具体来讲，高纯钴的制备应用技术有萃取、离子交换、膜分离、电解精炼、真空烧结脱气和真空熔炼等。离子交换或者萃取是分离金属杂质元素的主要方法，高纯钴中的金属杂质主要在这一湿法冶金过程中被分离；真空熔炼可以得到金属锭，同时进一步分离碱金属和碱土金属等。
在钴的电解精炼过程中，阳极上除钴以外的金属杂质（铁、镍、铜、锌和铅等），由于电化学溶解而在电解液中累积，累积到一定浓度时，就会在阴极上析出而降低沉积钴的纯度。因此在电解过程中应先将阳极液进行净化除杂，净化后的电解液补充到被隔膜分隔开的阴极区，其目的是使电解液成分始终保持在高纯钴电解技术条件的范围之内。
专利号为“CN2054040U”的“银电解造液净液隔膜电解槽”通过在槽中固定法兰夹持阴离子交换膜分离阴极区和阳极区，再通过定期抽走阳极液和补加阴极液的方式进行电解沉积，可以得到高纯银，但是操作的灵活性差，加大了劳动强度。专利号为“CN1121965A”的“改进的离子交换膜法或隔膜法电解槽”针对不可溶阳极产生气体产物的隔膜电解槽，利用隔膜间的压力差形成液体的流动，但是阴阳极没有完全被分隔开，阳极区电解液还是会进入阴极区，影响产品的纯度。专利为“JP11193483”的“高纯度电积钴的制备方法”，公开了一种采用二次电积精炼和电子熔炼相结合制备高纯钴的方法，但是二次电解增加了残极率，浪费了能耗。
文献（materials science and engineering A334(2002)127-133）介绍了一种采用CoCl2.6H2O为原料，盐酸溶解、离子交换、钴解析、电解精炼和等离子、电子束熔炼制备高纯钴的方法；文献申勇峰（湿法冶金 3（1999）54-58）的“离子交换-电积法制取高纯钴”利用分液装置进入阴极隔膜区进行高纯钴的制备。这些装置利用维持隔膜袋中阴极液面差的压力向阳极区渗透电解液，从而达到高纯钴制备的目的，但是由于钴的内应力大，常常会出现粘袋现象，造成成品率低和电流效率低等问题，为了防止电解钴板与隔膜袋粘袋现象的发生，隔膜袋的尺寸需要比理论值大50%左右，阴极框也会占电解槽很大的空间，使得电解槽的利用率降低。
实用新型内容
针对现有技术不足，本实用新型提供了一种制备高纯钴的隔膜电解槽。
槽体中均匀分布多个凹槽，每个凹槽上固定一个隔膜板；隔膜板下部为隔膜，上部设置有一排均匀分布的上部溢流孔；凹槽与隔膜板将槽体均匀分割成数量与极间距相等且间隔排列的阴极区和阳极区，每个阳极区下部的槽体后壁上设置有一个底部溢流孔；位于一端的阴极区的凹槽不与槽体底板接触，其余凹槽均与槽体底板相连；槽体后壁外接溢流槽，溢流槽外接出水管。
凹槽和隔膜板的宽度均为10 mm。
凹槽和隔膜板所采用的材料都是硬质的PP材料。
上部溢流孔的直径为20 mm。
隔膜所采用的材料是阴离子交换膜或阴离子交换纤维材料。
隔膜板下部隔膜占隔膜板尺寸的2/3。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型利用槽体内可便捷拆卸的隔膜板，以及嵌入隔膜板的凹槽，可以完全分隔阴极区和阳极区的电解液，操作简单。凹槽中的隔膜板，防止了传统隔膜袋电解中电解液相互污染现象的发生，可以得到平整的钴板，提升了产品的成品率，并且提高了电流效率。隔膜板中的隔膜，采用阴离子交换膜或阴离子交换纤维，可以有效阻止可溶阳极板溶解的杂质阳离子（如Fe2+、Ni2+、Cu2+）迁移到阴极影响钴的纯度。同时充分利用了电解槽内空间，提高产量，节约能源，提升了产品的成品率并且提高了电流效率，保证制备得到纯度>99.999%的高纯钴，能实现湿法电解高纯钴的大规模工业化生产。
附图说明
图1为实用新型隔膜电解槽的正视图。
图2为实用新型隔膜电解槽的俯视图。
图3为实用新型隔膜电解槽的隔膜板装置示意图。
图中标号：1-槽体；2-凹槽；3-底部溢流孔；4-阴极区；5-阳极区；6-隔膜板；7-隔膜；8-上部溢流孔；9-螺孔；10-溢流槽；11-出水管。
具体实施方式
本实用新型提供了一种制备高纯钴的隔膜电解槽，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
如图1~图3所示，槽体1中均匀分布多个凹槽2，每个凹槽2上固定一个隔膜板6；隔膜板6下部为隔膜7，上部设置有一排均匀分布的上部溢流孔8；凹槽2与隔膜板6将槽体1均匀分割成数量与极间距相等且间隔排列的阴极区4和阳极区5，每个阳极区5下部的槽体1后壁上设置有一个底部溢流孔3；位于一端的阴极区4的凹槽2不与槽体1底板接触，其余凹槽2均与槽体1底板相连；槽体1后壁外接溢流槽10，溢流槽10外接出水管11。
凹槽2和隔膜板6的宽度均为10 mm。
凹槽2和隔膜板6所采用的材料都是硬质的PP材料。
上部溢流孔8的直径为20 mm。
隔膜7所采用的材料是阴离子交换膜或阴离子交换纤维材料。
隔膜板6下部隔膜7占隔膜板6尺寸的2/3。
如图所示：电解液经净化后，进入阴极区4，再通过隔膜板6上部的溢流孔8流入阳极区5，阳极区5的电解液通过电解槽中间挡板底部溢流孔3进入到溢流槽10中，溢流槽10中充斥的全部是阳极区5的电解液，再通过槽体出水管11流出槽外进行净化处理，净化后的电解液再返回到阴极，这样阴极区4和阳极区5的电解液就完全被分隔开，防止了可溶阳极中溶解的阳离子杂质进入阴极区4交叉污染，有效阻止了对阴极产品质量的影响，所制备的高纯钴的纯度>99.999%。

Claims (6)

1.一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：槽体（1）中均匀分布多个凹槽（2），每个凹槽（2）上固定一个隔膜板（6）；隔膜板（6）下部为隔膜（7），上部设置有一排均匀分布的上部溢流孔（8）；凹槽（2）与隔膜板（6）将槽体（1）均匀分割成数量与极间距相等且间隔排列的阴极区（4）和阳极区（5），每个阳极区（5）下部的槽体（1）后壁上设置有一个底部溢流孔（3）；位于一端的阴极区（4）的凹槽（2）不与槽体（1）底板接触，其余凹槽（2）均与槽体（1）底板相连；槽体（1）后壁外接溢流槽（10），溢流槽（10）外接出水管（11）。
2.根据权利要求1所述的一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：所述凹槽（2）和隔膜板（6）的宽度均为10 mm。
3.根据权利要求1所述的一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：所述凹槽（2）和隔膜板（6）所采用的材料都是硬质的PP材料。
4.根据权利要求1所述的一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：所述上部溢流孔（8）的直径为20 mm。
5.根据权利要求1所述的一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：所述隔膜（7）所采用的材料是阴离子交换膜或阴离子交换纤维材料。
6.根据权利要求1所述的一种制备高纯钴的隔膜电解槽，其特征在于：所述隔膜板（6）下部隔膜（7）占隔膜板（6）尺寸的2/3。
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