CN101250726B - 密闭式电解槽及电解*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭式电解槽及电解***，该电解槽包括：两个端板、阳极组件、阴极组件、密封件和压紧装置；两个端板上均设有流液口，阳极组件与阴极组件上对应设有流液通孔，阳极组件与阴极组件间隔设置在两端板之间，阳极组件与阴极组件之间形成极室，阳极组件、阴极组件与端板接触处均设置密封件，阳极组件、阴极组件与端板通过压紧装置压紧后形成密闭结构。该电解槽结构简单、可以提高电解液循环流速，有效地降低了过电位，提高了电解时阴阳极电流密度，增大了单位电解槽的产能，可广泛的适用于各种金属的电积，以及低浓度金属溶液的电积。且密闭结构避免了电解过程中放出的气体对厂房内环境的影响。

Description

密闭式电解槽及电解***

技术领域

本发明涉及一种电解槽技术，尤其涉及一种适合金属电积的密闭电解槽及电解***。

背景技术

在现有的生产技术中，通用的电解槽为敞开式电解槽，由于电解液的流速慢，液体很难保证均匀流速，容易出现流量不匀和死角现象，不仅使电极上的电流分布不均匀，造成电解电流密度下降，而且由于流速较慢，电极表面的层流层较宽，使得电解液在极板面上的浓度变低，从而导致浓差极化，槽电压升高，增加了副反应发生机会，从而限制了电解时的电流密度提高；在电解工程中，电解槽是投资的关键，尤其是电极的面积导致电解槽的成本增加，所以在保证一定规模的装置情况下，提高单位产能，减少电极面积是降低投资的关键；另外现有的电解槽为敞开式，电解时产生的气体会夹带电解液挥发到厂房内，造成电解厂房的操作环境较差。

发明内容

本发明提供了一种密闭式电解槽及电解***。其目的在于解决上述问题，提出一种密闭结构，装卸方便、电解效率高、生产能力大，具有良好的电极电势分布的可广泛适用于各种金属的电积的电解槽。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种密闭式电解槽，该电解槽包括：

两个端板、阳极组件、阴极组件、密封件和压紧装置；两个端板上均设有流液口，一个端板的流液口设置在该端板上端，另一个端板的流液口设置在该端板的下端，阳极组件与阴极组件上对应设有流液通孔，阳极组件与阴极组件间隔设置在两端板之间，所述阳极组件与阴极组件的极板间距为20～100mm，相邻的阳极组件与阴极组件之间形成极室，阳极组件、阴极组件与端板接触处均设置密封件，阳极组件、阴极组件与端板通过压紧装置压紧后形成密闭结构；

其中，所述阳极组件包括：导电排、阳极板和两个绝缘板框，阳极板采用金属板或碳板，流液通孔设置在阳极板的下端，阳极板设置在两绝缘板框之间，阳极板一端设置导电排；

所述阴极组件包括：导电排和阴极板，阴极板采用金属板或碳板，流液通孔设置在阴极板的上端，阴极板一端设置导电排。

所述阳极板包括：板体为矩形结构，板体边长尺寸在1200mm以下。

所述阴极板包括：板体为矩形结构，板体边长尺寸在1200mm以下。

所述流液通孔包括：一个圆形通孔或方形通孔；或多个圆形通孔和/或方形通孔。

所述阳极组件和阴极组件均为多个。

所述密封件包括：耐电解液腐蚀的绝缘材料制成的胶条、或塑料橡胶板、或橡胶垫片或橡胶圈。

所述阳极组件与阴极组件的极板间距为20～100mm。

本发明提供一种上述的电解槽的电解***，该***包括：

采用上述的电解槽，所述电解槽的一个端板的流液口通过流量计、循环泵与循环槽连接；

所述电解槽的另一个端板的流液口直接连接到循环槽；

所述循环槽上设有气体吸收装置。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过将阳极组件与阴极组件间隔设置来形成极室，两端设有流液端板，并通过密封件对各部件接触处进行密封处理，经压紧装置压紧后形成密闭结构的电解槽，这种密闭体系结构的电解槽可增加电解液流速，并可使电解液均匀的分布到极板上，避免了槽内死角的出现，且由于电解液流速的增加，减轻了电解过程的浓差极化，增加其极限电流密度，进而减少了副反应发生的机会，并降低槽电压。所以在应用到生产过程中，在相同金属离子浓度下电解，和常规电解槽相比，大大提高了电解的电流密度，从而提高单位产能。在相同的电解条件下，可适合更低浓度的金属离子的电解液进行电解，从而使电解槽的适应能力更强。且可以大大降低电解液的挥发，电解液在管道和电解槽内均为密闭循环，只有循环槽为敞开槽，电解液气体挥发在此处集中处理，可达到洁净厂房的目的。该电解槽可广泛适用于各种金属的电积，其结构简单、紧凑、易装易卸，电解效率高、生产能力大，具有良好的电极电势分布的密闭板框式电解槽。

附图说明

图1为本发明实施例的电解槽的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例的阳极组件的侧向结构示意图；

图3为本发明实施例的阳极组件的正向结构示意图；

图4为本发明实施例的阴极组件的正向结构示意图；

图5为本发明实施例的阴极组件的侧向结构示意图；

图6为本发明实施例的电解***的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种密闭式电解槽及电解***，通过将阳极组件与阴极组件间隔设置在两端板之间，相邻的阳极组件与阴极组件之间形成极室，阳极组件、阴极组件与端板接触处均设置密封件，阳极组件、阴极组件与端板通过压紧装置压紧后形成密闭结构的电解槽。该电解槽结构简单、紧凑、易装易卸，电解效率高、生产能力大，具有良好的电极电势分布的密闭板框式电解槽。可广泛适用于各种金属的电积。且电解液在管道和电解槽内均为密闭循环，不会污染厂房的空气。

为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明的电解槽进行说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种密闭式的电解槽，具体用于对各种金属进行电积，具体包括：

两个端板1、5、阳极组件3、阴极组件2、密封件4和压紧装置6；两个端板1、5上均设有流液口7、8，阳极组件3与阴极组件2上对应设有流液通孔，阳极组件3与阴极组件2在两端板1、5之间间隔设置，相邻的阳极组件与阴极组件之间形成极室，根据实际使用需要的不同，可以设置多个阳极组件和阴极组件，这样便可以形成多个极室，具体设置时可以使所述阳极组件与阴极组件的极板间距在20～100mm范围内。阳极组件3、阴极组件2与端板1、5接触处均设置密封件4进行密封，密封件可以采用耐电解液腐蚀的绝缘材料制成的胶条或塑料橡胶板、橡胶垫片等，阳极组件、阴极组件与端板通过压紧装置7压紧后形成密闭结构的电解槽。压紧装置6可以采用常规的压紧装置，起到固定各部件形成的密闭结构的电解槽即可。

如图2、3所示，其中，上述电解槽中的阳极组件具体包括：导电排A2、阳极板A3和两个绝缘板框，阳极板A3采用金属板或碳板，流液通孔A5设置在阳极板A3上，阳极板A3设置在两绝缘板框之间，板框与阳极板之间的接触处设置密封圈A4(如：橡胶圈)，阳极板A3一端设有用于连接电源正极的导电排A2。

如图4、5所示，其中，上述电解槽中的阴极组件具体包括：导电排B3和阴极板B2，阴极板B2采用金属板或碳板，流液通孔B1设置在阴极板B2上，阴极板B2一端设有用于连接电源负极的导电排B3。

实际使用中，阳极板和阴极板的板体可以设计为矩形结构，板体边长尺寸在1200mm以下，这样在等同规模的情况下，可以减少极板面积，从而降低了生产装置的投资费用。

上述阳极组件的阳极板和阴极组件的阴极板上的流液通孔可以为一个圆形通孔或方形通孔；也可以设置多个圆形通孔和/或方形通孔。

为了更清楚，下面通过结合图1对上述电解槽进行具体说明：电解槽由进液端板、出液端板、多个阴极组件、多个阳极组件由压紧***压紧后构成，其中，阴极组件为八块，阳极组件为九块，电解还原金属，阳极比阴极多一块，从而保证电解还原金属的质量，阴极组件与阳极组件数量可以根据产能的需要，增加或减少，不构成对本发明的限制。阳极组件的阳极板外面设有两个绝缘板框，这样阳极组件与阴极组件在间隔设置在两端板之间时，使阴极组件的阴极板与阳极板通过板框形成极室，极室成为阴极与阳极之间的电解液通道，板框与极板接触部分可以用密封件进行密封(如：胶条或塑料橡胶板、或橡胶垫片或橡胶圈等)，以防漏液。由于进液端板1上设有进液口7，出液端板5上设有出液口8，为使电解液能均匀的由一个极室流入下一个极室，在阴、阳极板上下靠近板框处，设置流液通道，流液通道可以为圆形孔、方形孔、矩形孔，可以设置一个也可以设置多个，阴极板与阳极板互为对应，阴极板在上方开孔，阳极板则在下方开孔，反之亦然。这样便形成一个可以使电解液在进液口、各极室和出液口之间流动的密闭式电解槽。

其中，对于阳极板、阴极板可以根据不同的电解工艺条件要求，选择带有一定强度的金属板材或碳板作为阴、阳极；进、出液端以及阳极板的板框可以选用具有一定强度的、耐电解液腐蚀的非金属绝缘材料(如聚丙烯)。

由于上述的电解槽为密闭体系，可增加电解液流速，且板框式结构，使得电解液可均匀的分布到极板上，从而避免了槽内死角的出现，达到电流均匀分布的目的。同时随着电解液流速的增加，  减轻了电解过程的浓差极化，增加其极限电流密度，进而减少了副反应发生的机会，并降低槽电压。所以在应用到生产过程中，在相同金属离子浓度下电解，和常规电解槽相比，大大提高了电解的电流密度，从而提高单位产能。在等同规模的情况下，可以减少极板面积，从而降低了生产装置的投资费用；在相同的电解条件下，可适合更低浓度的金属离子的电解液进行电解，从而使电解槽的适应能力更强。同时由于本发明的电解槽为密闭电解槽，所以可大大降低电解液的挥发，电解液在管道和电解槽内均为密闭循环，只有循环槽为敞开槽，电解液气体挥发在此处集中处理，可达到洁净厂房的目的。

实施例二

如图6所示，本发明实施例还提供了一种基于实施例一中所述的电解槽的电解***，该***包括：

采用实施例一中所述的电解槽C1，所述电解槽C1的进液端板的进液口通过管路、流量计C2、循环泵C3与循环槽C4连接，循环槽C4内放置电解用的溶液；

所述电解槽C1的出液端板的出液口通过管路直接连接到循环槽C4中；

所述循环槽C4上设有气体吸收装置C5，气体吸收装置C5对电解槽C1工作时产生的经管路流回到循环槽C4的气体进行处理。

为保证电解液的流速，电解液由循环泵从进液端板压入，由出液端板流出，电解液流过各阴阳极室断面流速控制在0.5～1m/s，从而强化传质，提高反应速率，保证电极电势分布均匀，所以可以增加阴、阳极电流密度，提高单位产能。

下面结合实际应用对本发明实施例中的电解***进行说明，但并不因此限定本发明的应用范围。

用上述电解***应用于铜电积，图6为电解***的结构示意图，其中，该***中的电解槽的板框，管道，进、出液端板均采用聚丙烯材料制备，密封圈为耐酸橡胶圈，阴极为316L/2B不锈钢板，厚度在2～3mm，阳极为银铅板，厚度为5～6mm，阴、阳极板之间的极距为35mm，阴、阳极板上的导电排均为纯铜板。

操作时启动循环泵将溶液泵入电解槽，当回液管开始回液时，开始通电电解，并通过流量计控制电解液流速。其适宜的工艺条件为：

①电解液中铜浓度控制在30～50g/L左右时，电解液循环流速为0.08～0.1m/s，电解液温度为40～50℃，电流密度可达到500A/m²，槽电压为2.2～2.4伏。电流效率为95％以上，电解周期为4天，得到电解铜板致密。

②电解液中铜浓度控制在10～15g/L左右时，电解液循环流速为0.1～0.15m/s，电解液温度为40～50℃，电流密度可达到150A/m²，槽电压为2.2～2.4伏。电流效率为90％以上，电解周期为6天，得到电解铜板致密。

综上所述，本发明实施例中以阳极组件与阴极组件间隔设置形成极室，设置在两端板之间，通过密封件进行密封处理，经压紧装置压紧后形成密闭结构的电解槽。其中各阴极与阳极之间无隔板或膜结构。本发明的电解槽可广泛的适用于各种金属的电积，以及低浓度金属溶液的电积。该电解槽结构简单、紧凑、易装易卸，电解效率高、生产能力大，具有良好的电极电势分布的密闭电解槽。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种密闭式电解槽，其特征在于，该电解槽包括：

两个端板(1、5)、阳极组件(3)、阴极组件(2)、密封件(4)和压紧装置(6)；两个端板(1、5)上均设有流液口(7、8)，一个端板(1)的流液口(7)设置在该端板(1)上端，另一个端板(5)的流液口(8)设置在该端板(5)的下端，阳极组件(3)与阴极组件(2)上对应设有流液通孔，阳极组件(3)与阴极组件(2)间隔设置在两端板(1、5)之间，阳极组件与阴极组件的极板间距为20～100mm，阳极组件(3)与阴极组件(2)之间形成极室，阳极组件(3)、阴极组件(2)与端板(1、5)接触处均设置密封件(4)，阳极组件(3)、阴极组件(2)与端板(1、5)通过压紧装置(6)压紧后形成密闭结构；

其中，所述阳极组件包括：导电排(A2)、阳极板(A3)和两个绝缘板框(A1)，阳极板(A3)采用金属板或碳板，流液通孔(A5)设置在阳极板(A3)的下端，阳极板(A3)设置在两绝缘板框之间，阳极板(A3)一端设置导电排(A2)；

所述阴极组件包括：

导电排(B3)和阴极板(B2)，阴极板(B2)采用金属板或碳板，流液通孔(B1)设置在阴极板(B2)的上端，阴极板(B2)一端设置导电排(B3)。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述阳极板包括：板体为矩形结构，板体边长尺寸在1200mm以下。

3.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述阴极板包括：板体为矩形结构，板体边长尺寸在1200mm以下。

4.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述流液通孔包括：

一个圆形通孔或方形通孔；或多个圆形通孔和/或方形通孔。

5.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述阳极组件和阴极组件均为多个。

6.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述密封件包括：耐电解液腐蚀的绝缘材料制成的胶条、或塑料橡胶板、或橡胶垫片或橡胶圈。

7.一种基于权利要求1～6中任一项所述的电解槽的电解***，其特征在于，该***包括：

采用权利要求1～6中任一项所述的电解槽，所述电解槽的一个端板的流液口通过流量计、循环泵与循环槽连接；

所述电解槽的另一个端板的流液口直接连接到循环槽；

所述循环槽上设有气体吸收装置。

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