CN102560560B - 圆筒状射流态直接电沉积设备及使用其电积金属的方法 - Google Patents

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Abstract

一种圆筒状射流态直接电沉积设备及使用其电积金属的方法，其中设备包括外层阴极管、内层阳极管、进料液管和出料口，所述外层阴极管套设在所述内层阳极管之外；所述内层阳极管的一端密封，另一端与所述进料液管密封连通；所述外层阴极管靠近所述进料液管的一端与同一端的内层阳极管之间密封连接，所述外层阴极管的另一端连通所述出料口；所述内层阳极管上开设有连通所述外层阴极管和所述内层阳极管的阳极管壁小孔。本发明可在大规模电沉积生产中的应用，可实现自动化、连续化、大规模化工业生产，又可实现矿石低品位，产出高品质，低投资成本、高产出、低能耗、低碳排放、低污染环境友好型新技术。

Description

圆筒状射流态直接电沉积设备及使用其电积金属的方法
技术领域
本发明涉及湿法冶金重金属高度精炼电积技术领域，尤其涉及一种能够环保、节能、低碳排放的圆筒状射流态直接电沉积设备及使用其电积金属的方法。 
背景技术
金属从溶液中直接电沉积，属于湿法冶金的范围，从矿石到原料，从原料到材料，涉及十分广泛的电化学现象和应用，理论与应用互相促进，推动了冶金电化学科技的发展。在湿法冶金过程中，从金属的浸出、净化、提取、精炼的目前应用技术来看，周期表中的大部分金属均可由电解方法制备出来，但目前工业上大规模化电解生产的金属约有二、三十种。 
电解(Electrolysis)是将电流通过电解质溶液或熔融态物质，(又称电解液)，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程。 
电解广泛应用于冶金工业中，如从矿石或化合物提取金属(电解冶金)或提纯金属(电解提纯)，以及从溶液中沉积出金属(电镀)。电解是一种非常强有力的促进氧化还原反应的手段，许多很难进行的氧化还原反应，都可以通过电解来实现。例如：可将熔融的氟化物在阳极上氧化成单质氟，熔融的锂盐在阴极上还原成金属锂。电解工业在国民经济中具有重要作用，许多有色金属(如钠、钾、镁、铝等)和稀有金属(如锆、铪等)的冶炼及金属(如铜、锌、铅等)的精炼，基本化工产品(如氢、氧、烧碱、氯酸钾、过氧化氢、乙二腈等)的制备，还有电镀、电抛光、阳极氧化等，都是通过电解实现的。目前，国内外业界为解决冶金电解过程中所带来的环境污染、能源消耗大等诸多弊端，正研究开发新的电解电积技术和设备。 
电沉积(electrodeposition)是金属或合金从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中电化学沉积的过程，是金属电解冶炼、电解精炼、电镀、电铸过程的基础。这些过程在一定的电解质和操作条件下进行。 
现有技术中的电沉积大多采用电解工艺，要求浸出液金属要达到45g/l～50g/l的浓度，而采用圆筒状射流态直接电积工艺，从连续吸附交换床解吸下来的溶液含金属量只要求达到5g/L，便可直接生产高纯度金属材料。 
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的圆筒状射流态直接电沉积设备，解决上述问题。 
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 
一种圆筒状射流态直接电沉积设备，包括外层阴极管、内层阳极管、进料液管和出料口，所述外层阴极管套设在所述内层阳极管之外；所述内层阳极管的一端密封，另一端与所述进料液管密封连通；所述外层阴极管靠近所述进料液管的一端与同一端的内层阳极管之间密封连接，所述外层阴极管的另一端连通所述出料口；所述内层阳极管上开设有连通所述外层阴极管和所述内层阳极管的阳极管壁小孔。 
还包括电解液池和液体泵，所述进料液管通过所述液体泵连通到所述电解液池。 
所述液体泵为蠕动泵。 
所述外层阴极管和所述内层阳极管之间同圆心设置，所述外层阴极管的内壁和所述内层阳极管的外壁之间的距离为10mm-30mm，所述阳极管壁小孔的直径为1mm-3mm；所述外层阴极管为不锈钢材质，所述内层阳极管为钛管镀铑材质。 
所述外层阴极管的内壁和所述内层阳极管的外壁之间的距离为20mm。 
所述内层阳极管的一端由PVC材质密封，另一端与所述进料液管也由PVC材质密封连通；所述外层阴极管靠近所述进料液管的一端与同一端的内层阳极管之间也由PVC材质密封连接。 
最上所述排阳极管壁小孔和最下排所述阳极管壁小孔之间的所述内层阳极管的长度构成电沉积筒有效长度，所述电沉积筒有效长度为0.8m-1.2m。 
一种使用所述圆筒状射流态直接电沉积设备电沉积金属的方法，其特征在于，包括如下步骤： 
第一步，将所述外层阴极管和所述内层阳极管分别电连接到电源负极和电源正极，接通电源； 
第二步，含金属离子溶液在所述液体泵的作用下，从所述内层阳极管的中间自下而上以一定的压力和流量进入所述内层阳极管内；所述含金属离子溶液从所述阳极管壁小孔中喷射到所述外层阴极管内壁的表面，破坏了阴极表面的浓差极化使金属离子顺利地沉积在阴极表面，并起到使所述含金属离子溶液搅拌混合的作用，在所述外层阴极管内壁上形成单质金属。 
本发明的有益效果可以总结如下： 
1，本发明的设备和方法从连续吸附交换床解吸下来的溶液含金属量只要求达到5g/L，便可直接电积生产高纯度金属材料。 
2，本发明可在大规模电沉积生产中的应用，它同装有重金属吸附材料的连续吸附交换设备的结合，使湿法冶金，从矿石到精炼电积，其主体工艺成为只要溶浸、纯化富集---直接电沉积这三个工序，同时可实现自动化、连续化、大规模化工业生产，又可实现矿石低品位，产出高品质(以铜为例可达到99.99％以上)，低投资成本、高产出、低能耗、低碳排放、低污染环境友好型新技术。 
3，本发明能有效克服阴极表面的浓差极化，从而使金属离子在阴极上顺利地还原沉积在阴极表面。 
附图说明
图1为本设备的结构示意图； 
图2为本发明中内层阳极管的结构示意图。 
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 
如图1和图2所示的一种圆筒状射流态直接电沉积设备，包括外层阴极管1、内层阳极管2、进料液管3、出料口4、电解液池和液体泵，所述外层阴极管1套设在所述内层阳极管2之外；所述内层阳极管2的一端密封，另一端与所述进料液管3密封连通，所述进料液管3通过所述液体泵连通到所述电解液池；所述外层阴极管1靠近所述进料液管3的一端与同一端的内层阳极管2之间密封连接，所述外层阴极管1的另一端连通所述出料口4；所述内层阳极管2上开设有连通所述外层阴极管1和所述内层阳极管2的阳极管壁小孔5；所述外层阴极管1和所述内层阳极管2之间同圆心设置，所述外层阴极管1的内壁和所述内层阳极管2的外壁之间的距离为10mm-30mm，所述阳极管壁小孔5的直径为1mm-3mm；所述外层阴极管1为不锈钢材质，所述内层阳极管2为钛管镀铑材质；最上所述排阳极管壁小孔5和最下排所述阳极管壁小孔5之间的所述内层阳极管2的长度构成电沉积筒有效长度，所述电沉积筒有效长度为0.8m-1.2m。 
在其他优化的实施例中，所述液体泵为蠕动泵；所述外层阴极管1的内壁和所述内层阳极管2的外壁之间的距离为20mm；所述内层阳极管2的一端由PVC材质密封，另一端与所述进料液管3也由PVC材质密封连通；所述外层阴极管1靠近所述进料液管3的一端与同一端的内层阳极管2之间也由PVC材质密封连接。 
一种使用上述圆筒状射流态直接电沉积设备电沉积金属的方法，包括如下步骤： 
第一步，将所述外层阴极管1和所述内层阳极管2分别电连接到电源负极和电源正极，接通电源； 
第二步，含金属离子溶液在所述液体泵的作用下，从所述内层阳极管2的中间自下而上以一定的压力和流量进入所述内层阳极管2内；所述含金属离子溶液从所述阳极管壁小孔5中喷射到所述外层阴极管1内壁的表面，破坏了阴极表面的浓差极化使金属离子顺利地沉积 在阴极表面，并起到使所述含金属离子溶液搅拌混合的作用，在所述外层阴极管1内壁上形成单质金属。 
本发明涉及一种高效节能的新型圆筒状射流态直接电沉积装置，能有效克服阴极表面的浓差极化，从而使金属离子在阴极上顺利地还原沉积在阴极表面。 
本实施例的圆筒状射流态直接电沉积新设备，是将每个电沉积筒由阴极管(外层阴极管1)和筒内同心管即阳极管(内层阳极管2)组成。阳极管的材质为钛管镀铑，阴极管为不锈钢，电沉积筒有效长0.8～1.2米，上下用PVC材质密封，阳极与阴极同心且相对固定在阴极管中间，阳极和阴极间距为20毫米左右；阳极为空心管，与进料液从底部相连，阳极空心管上钻有1～23毫米的若干小孔，当含金属离子溶液在泵的作用下，从阳极管中间自下而上以一定的压力和流量进入阳极空心管内，液体就会从1～3毫米的小孔中喷射到阴极表面，这样，首先破坏了阴极表面的浓差极化，使金属离子能顺利地沉积在阴极表面，同时它还起到使液体搅拌混合的作用。电解液从底部通过蠕动泵抽提流过电积池(即圆筒状射流态直接电沉积设备)。在电积池的阳极和阴极之间通电，金属在阴极上开始形成金属板。 
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种圆筒状射流态直接电沉积设备，其特征在于：包括外层阴极管、内层阳极管、进料液管和出料口，所述外层阴极管套设在所述内层阳极管之外；所述内层阳极管的一端密封，另一端与所述进料液管密封连通；所述外层阴极管靠近所述进料液管的一端与同一端的内层阳极管之间密封连接，所述外层阴极管的另一端连通所述出料口；所述内层阳极管上开设有连通所述外层阴极管和所述内层阳极管的阳极管壁小孔；
还包括电解液池和液体泵，所述进料液管通过所述液体泵连通到所述电解液池；所述液体泵为蠕动泵；所述外层阴极管和所述内层阳极管之间同圆心设置，所述阳极管壁小孔的直径为1mm-3mm；所述外层阴极管为不锈钢材质，所述内层阳极管为钛管镀铑材质；所述外层阴极管的内壁和所述内层阳极管的外壁之间的距离为20mm；
所述内层阳极管的一端由PVC材质密封，另一端与所述进料液管也由PVC材质密封连通；所述外层阴极管靠近所述进料液管的一端与同一端的内层阳极管之间也由PVC材质密封连接；最上所述排阳极管壁小孔和最下排所述阳极管壁小孔之间的所述内层阳极管的长度构成电沉积筒有效长度，所述电沉积筒有效长度为0.8m-1.2m。
2.一种使用权利要求1所述圆筒状射流态直接电沉积设备电沉积金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将所述外层阴极管和所述内层阳极管分别电连接到电源负极和电源正极，接通电源；
第二步，含金属离子溶液在所述液体泵的作用下，从所述内层阳极管的中间自下而上以一定的压力和流量进入所述内层阳极管内；所述含金属离子溶液从所述阳极管壁小孔中喷射到所述外层阴极管内壁的表面，破坏了阴极表面的浓差极化使金属离子顺利地沉积在阴极表面，并起到使所述含金属离子溶液搅拌混合的作用，在所述外层阴极管内壁上电积形成单质高纯度金属。
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