CN208413867U - 一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，包括槽体、阴离子交换膜子系统和阳离子交换膜子系统；阴离子交换膜子系统、阳离子交换膜子系统将槽体分隔成三个区域：反应室、阳极室和阴极室；所述反应室位于阳离子交换膜子系统和阴离子交换膜子系统之间；所述阳极室是阴离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，其中设有阳极；所述阴极室是阳离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，其中设有阴极；阴极室和反应室之间设置有回流装置，用于将阴极室内碱液泵送回流反应室内继续反应。整个双极膜电解槽，可实现碱液连续循环，极大减少碱液用量，促进硅微粉充分转化为高纯硅溶胶产品，开拓硅微粉回收利用新领域，提高其整体回收附加价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及硅微粉回收利用及硅溶胶制备装置领域，尤其涉及一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽。
背景技术
硅微粉是工业冶炼金属硅或硅铁过程中通过高温除尘收集的高含量的二氧化硅(含量>88％)微细轻质固体粉尘。目前，冶炼1000kg硅铁和1000kg的工业硅分别会产生300-500kg 的硅微粉废弃物，在我国能够通过除尘设备收集到的硅微粉达到总年产量的三分之一。收集到的硅微粉通常采用堆放的形式处理，不仅造成大面积的土地浪费，而且在堆放储存时，极易形成扬尘，对整个生产车间及空气质量破坏大。
为此，如何将收集到的硅微粉进行有效回收利用已成为现有工业的研究热点。现有工业技术中，对硅微粉最常见的回收利用方法，是将收集到的硅微粉作为水泥原料之一回收利用。该回收方法简便直接，因而得到广泛使用。但现有回收利用方法存在回收利用量小，对硅微粉的回收价值不高，从而造成对硅微粉整体回收不充分问题。
因此，提供一种能够实现硅微粉高附加值回收利用的装置已成为目前亟待解决的技术问题之一。
实用新型内容
针对现有技术中所存在的上述不足，本实用新型目的在于提供一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，依据本实用新型所述的双极膜电解槽，不仅能够在不添加碱液之外的其他化学物质下，通过电解实现硅微粉与硅溶胶之间的充分转化，提高硅微粉的整体回收附加价值，还能将碱液进行多次循环使用，极大减少酸碱用量，操作简便、环保高效。
为了实现上述实用新型目的，发明人提供了以下技术方案：
一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，所述双极膜电解槽包括槽体、阴离子交换膜子系统和阳离子交换膜子系统；
所述阳离子交换膜子系统、阴离子交换膜子系统将槽体分隔成三个区域，分别是反应室、阳极室和阴极室；
所述反应室位于阳离子交换膜子系统和阴离子交换膜子系统之间；
所述阳极室是阴离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，在阳极室内设置有阳极；
所述阴极室是阳离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，在阴极室内设置有阴极；
所述阴极室和反应室之间设置有回流装置，用于将阴极室的碱液泵送回流至反应室内继续反应。
依据本实用新型提供的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，待处理的硅微粉在位于阴离子交换膜子系统和阳离子交换膜子系统之间的反应室内与碱液充分混合浆化反应得到硅酸根离子和阳离子；同时，连接在两电极上的电压形成的电场对反应室内的溶液离子起到定向驱动作用，使反应室内的硅酸根离子在电场作用下，透过阴离子交换膜子系统，进入阳极室内与阳极电解产生的H+结合，转化为硅酸溶液，随硅酸溶液浓度增大，则水解转化为硅溶胶；同时，反应室中的阳离子则在电场作用下，透过阳离子交换膜子系统，进入阴极室。由于阴极电解产出的氢氧根，所以阳离子进入阴极室以后，阴极室的溶液转化为可用于硅微粉混合浆化的碱液，得到碱液。同时，阴极室内得到的碱液通过设置在所述阴极室和反应室之间的回流装置，定向回流至反应室内循环反应，从而实现对碱液的充分循环利用，减少外加碱液用量，并确保整体反应的连续性。
总体而言，本实用新型双极膜电解槽装置用于硅微粉浆化电解制硅溶胶，可有效将双极膜电渗析法与硅微粉复合反应相结合，通过双极膜电解槽的分离作用，使得反应室内的硅酸根阴离子和阳离子得到有效分离，促进硅微粉与碱溶液之间的反应平衡向正方向移动，从而提高硅溶胶的产率。并巧妙借助双极膜电解槽中选择性透过膜的选择性过滤作用，同步达到硅溶胶的分离提纯的协同增强效果。并且，在本实用新型所述双极膜电解槽中的阴极室和反应室分别对应碱液的生产和碱液的消耗，通过用于连通阴极室和反应室的回流装置还能进一步实现碱液的定向运输，循环利用，确保整体反应的连续性。整个双极膜电解槽装置具有操作简便易控、无粉尘、无酸污染，环保高效等优点，无需加入除碱溶液之外的化学试剂下，通过一步电解即可实现硅微粉到高纯硅溶胶之间的充分转化，有效提高硅微粉整体回收附加利用价值，具有广阔的工业应用前景。
优选地，所述回流装置包括连接管，所述连接管连通反应室和阴极室。独立的连接管实现电解获得碱液的输送应用。
优选地，所述连接管上设置有离心泵和止回阀，所述止回阀用于控制连接管中液体流动方向。
所述离心泵用于将阴极室内重新得到的碱液，泵送回流至反应室内继续反应。离心泵和止回阀可以方便的控制连接管内液体流动方向，通过止回阀开闭使得碱液能够泵送到反应室中，并避免反应室内溶液回流至阴极室，实现碱液的连续泵送或批次输送。
进一步优选地，所述反应室内设置有搅拌装置，用于反应室内硅微粉和碱液的混合搅拌，促进反应室内硅微粉和碱液的充分混合反应。
优选地，在所述电解槽反应室上端口连接有硅微粉物料输入管道，所述输入管道另一端与硅微粉收纳装置连通。
优选地，所述输入管道上设置有泵送机构和控制阀门，所述泵送机构用于辅助硅微粉输送，所述控制阀门用于调节硅微粉输送流量大小。
进一步，所述阴离子交换膜子系统包括至少一层阴离子交换膜。
优选地，所述阴离子交换膜子系统包括两层及以上的阴离子交换膜，多层阴离子交换膜等间距依次排列。进一步，优选2-6层阴离子交换膜等间距排列组成阴离子交换膜子系统。
其中，优选多个，进一步优选2-6层阴离子交换膜等间距排列组成阴离子交换膜子系统，旨在增强并利用所述阴离子交换膜对硅酸根离子的单向选择透过作用，进而提高最终阳极室内得到的硅溶胶产品品位。
进一步，所述阳离子交换膜子系统包括至少一层阳离子交换膜。
优选地，所述阳离子交换膜子系统包括两层及以上的阳离子交换膜，多层阳离子交换膜等间距依次排列。进一步优选2-6层阳离子交换膜等间距排列组成阳离子交换膜子系统。
同理，优选多个，进一步优选2-6层阳离子交换膜等间距排列组成阳离子交换膜子系统，也是旨在增强并利用所述阳离子交换膜对阳离子的单向选择透过作用，进而提高阴极室内碱液纯度。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、本实用新型所述的双极膜电解槽用于硅微粉浆化电解制硅溶胶时，可有效将双极膜电渗析法与硅微粉复合反应相结合，通过双极膜电解槽的分离作用，使得反应室内的硅酸根阴离子和阳离子得到有效分离，促进硅微粉与碱溶液之间的反应平衡向正方向移动，从而提高硅溶胶的产率。并巧妙借助双极膜电解槽中选择性透过膜的选择性过滤作用，同步达到硅溶胶的分离提纯的协同增强效果。
2、此外，本实用新型所述双极膜电解槽用于硅微粉浆化电解制硅溶胶时，所述双极膜电解槽的阴极室和反应室，分别对应着碱液的生产和碱液的消耗，通过在所述阴极室和反应室之间设置回流装置，将阴极室内碱液定向回流至反应室内继续循环利用，从而实现对碱液的充分循环利用，减少碱液用量，并确保整体反应的连续性。
3、进一步，依据本实用新型所述双极膜电解槽装置，相对于现有技术而言，该双极膜电解槽装置具有操作简便易控、无粉尘、无酸污染，环保高效等优点，无需加入除碱溶液之外的化学试剂，通过一步电解即可实现硅微粉到高纯硅溶胶之间的充分转化，硅微粉整体回收转化利用率高。
4、整个双极膜电解槽，可实现碱液连续循环，极大减少碱液用量，促进硅微粉充分转化为高纯硅溶胶产品，开拓硅微粉回收利用新领域，提高其整体回收附加价值，具有广阔的工业应用前景。
附图说明：
图1为本实用新型实施例1所述硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽装置结构示意图。
图2为本实用新型实施例2所述硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽装置结构示意图。
图3为本实用新型实施例3所述硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽装置结构示意图。
图中标记：1-槽体；2-阳极板；3-阴极板；4-阴离子交换膜子系统；5-阳离子交换膜子系统；6-回流装置；601-连接管；602-止回阀；603-离心泵；7-搅拌装置；701-电机；702-搅拌轴；703-搅拌叶片；8-硅微粉收纳装置；9-输送管道；901-控制阀门；902-输送泵；I- 阳极室；II-反应室；III-阴极室。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽装置，所述双极膜电解槽包括槽体(1)，所述槽体(1)两端分别设置有阳极板(2)和阴极板(3)，所述阳极板(2)与外部电源正极相连，所述阴极板(3)与外部电源负极相连；在所述槽体(1) 内沿阳极板(2)至阴极板(3)顺序，依次设置有阴离子交换膜子系统(4)和阳离子交换膜子系统(5)，其中，所述阴离子交换膜子系统(4)与阳离子交换膜子系统(5)分别由单层阴离子交换膜和阳离子交换膜组成。所述阴离子交换膜子系统(4)与阳极板(2)之间为阳极室(I)；阴离子交换膜子系统(4)与阳离子交换膜子系统(5)之间为中间反应室(II)；阳离子交换膜子系统(5)与阴极板(3)之间为阴极室(III)。所述阴极室(III)与反应室(II) 之间设置有回流装置(6)，所述回流装置(6)包括连通阴极室(III)和中间反应室(II)的连接管(601)，所述连接管(601)上设置有止回阀(602)和离心泵(603)。进一步，所述反应室(II)内配套设置有搅拌装置(7)，所述搅拌装置包括固定在反应室(II)的电动机(701)，与电动机(701)下端连接的搅拌轴(702)，以及设置在搅拌轴上的搅拌叶片(703)。
实施例2
如图2所示，本实施例提供另外一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，所述双极膜电解槽包括槽体(1)，所述槽体(1)两端分别设置有阳极板(2)和阴极板(3)，所述阳极板(2)与外部电源正极相连，所述阴极板(3)与外部电源负极相连；在所述槽体(1) 内沿阳极板(2)至阴极板(3)顺序，依次设置有阴离子交换膜子系统(4)和阳离子交换膜子系统(5)，其中，所述阴离子交换膜子系统(4)由3层等间距排列的阴离子交换膜组成；所述阳离子交换膜子系统(5)由3层等间距排列的阳离子交换膜组成。所述阴离子交换膜子系统(4)与阳极板(2)之间为阳极室(I)；阴离子交换膜子系统(4)与阳离子交换膜子系统(5)之间为中间反应室(II)；阳离子交换膜子系统(5)与阴极板(3)之间为阴极室(III)。所述阴极室(III)与反应室(II)之间设置有回流装置(6)，所述回流装置(6)包括连通阴极室(III)和中间反应室(II)的连接管(601)，所述连接管(601)上设置有止回阀(602) 和离心泵(603)。进一步，所述反应室(II)内配套设置有搅拌装置(7)，所述搅拌装置包括固定在反应室(II)的电动机(701)，与电动机(701)下端连接的搅拌轴(702)，以及设置在搅拌轴上的搅拌叶片(703)。
实施例3
如图3所示，本实施例还提供一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，该双极膜电解槽相对于实施例2中所述双极膜电解槽装置的区别在于：在实施例2所述的双极膜电解装置结构基础上，再增加如下结构特征：
在所述电解槽反应室(II)上端口连接有硅微粉物料输入管道(9)，所述输入管道(9) 另一端与硅微粉收纳装置(8)连通。通过增设所述输送管道(8)装置，方便工厂内硅微粉收纳装置(8)与双极膜电解槽相连通，进一步起到抑制扬尘，并促进工业实用中，硅微粉回收制备硅溶胶的自动化和连续化操作。进一步，所述输入管道(9)上设置有输送泵(902)，用于辅助硅微粉输送。进一步，所述输送管道(9)上还设置有控制阀门(901)，用于对硅微粉输入量进行可控化操作。
依据实施例1-3所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其工作原理大致简述如下：待处理的硅微粉(包括从硅微粉收纳装置(8)中，经输送管道(9)输送进反应室(II)内的待处理硅微粉)在位于阴离子交换膜子系统(4)和阳离子交换膜子系统(5)之间的反应室(II)内与碱液充分混合浆化反应得到硅酸根离子和阳离子；同时，连接在两电极上的电压形成的电场对反应室内的溶液离子起到定向驱动作用，使反应室(II)内的硅酸根离子在电场作用下，透过设置在阳极端的阴离子交换膜子系统(4)，进入阳极室(I)内与阳极电解产生的H+结合，转化为硅酸溶液，随硅酸溶液浓度增大，则转化为硅溶胶；同时，反应室(II)中的阳离子则在电场作用下，透过设置在阴极端的阳离子交换膜子系统(5)，进入阴极室(III)。由于阴极板(3)电解产出的氢氧根，所以阳离子进入阴极室(III)以后，阴极室(III)的溶液转化为可用于硅微粉混合浆化的碱液，得到碱液。同时，阴极室(III) 内生产得到的碱液通过设置在所述阴极室(III)和反应室(II)之间的回流管道(601)，定向回流至反应室(II)内循环反应，从而实现对碱液的充分循环利用，减少碱液用量，并确保整体反应的连续性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述双极膜电解槽包括槽体、阴离子交换膜子系统和阳离子交换膜子系统；
所述阳离子交换膜子系统、阴离子交换膜子系统将槽体分隔成三个区域，分别是反应室、阳极室和阴极室；
所述反应室位于阳离子交换膜子系统和阴离子交换膜子系统之间；
所述阳极室是阴离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，在阳极室内设置有阳极；
所述阴极室是阳离子交换膜子系统和槽体隔离形成的腔室，在阴极室内设置有阴极；
所述阴极室和反应室之间设置有回流装置，用于将阴极室的碱液泵送回流至反应室内继续反应。
2.根据权利要求1所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述回流装置包括连接管，所述连接管连通反应室和阴极室。
3.根据权利要求2所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述连接管上设置有离心泵和止回阀，所述止回阀用于控制碱液回流开闭。
4.根据权利要求1所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述反应室内设置有搅拌装置，用于反应室内硅微粉和碱液的混合搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，在所述电解槽反应室上端口连接有硅微粉物料输入管道，所述输入管道另一端与硅微粉收纳装置连通。
6.根据权利要求5所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述输入管道上设置有泵送机构和控制阀门，所述泵送机构用于辅助硅微粉输送，所述控制阀门用于调节硅微粉输送流量大小。
7.根据权利要求1所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述阴离子交换膜子系统包括至少一层阴离子交换膜。
8.根据权利要求7所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述阴离子交换膜子系统包括两层及以上的阴离子交换膜，多层阴离子交换膜等间距依次排列。
9.根据权利要求1所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述阳离子交换膜子系统包括至少一层阳离子交换膜。
10.根据权利要求9所述的一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽，其特征在于，所述阳离子交换膜子系统包括两个及以上的阳离子交换膜，所述阳离子交换膜等间距依次排列。
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| CN201820639541.2U CN208413867U (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108467044A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-08-31 | 眉山顺应动力电池材料有限公司 | 一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽 |
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- 2018-04-28 CN CN201820639541.2U patent/CN208413867U/zh active Active
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| CN108467044A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-08-31 | 眉山顺应动力电池材料有限公司 | 一种硅微粉浆化电解制硅溶胶的双极膜电解槽 |
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