CN112725834A - 一种固废金属粉末的直接电解工艺 - Google Patents

一种固废金属粉末的直接电解工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固废金属粉末的直接电解工艺，属于金属粉末电解工艺技术领域，包括步骤S1‑步骤S7；本发明提出的直接电解工艺在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；不需要高温熔化，能耗更低、不需要用酸和氧化剂溶解，化学原料消耗少，操作更简单安全、阳极不产生氯气或氧气，更安全、电解槽电压更低，节省电耗、设备简单占地小，电解液循环使用；解决了高温熔化能耗高的问题，还解决了化学溶解需要消耗大量酸和氧化剂的问题，以及后续电解槽电压较高、阳极大量析氯或者析氧的问题。

Description

一种固废金属粉末的直接电解工艺
技术领域
本发明属于金属粉末电解工艺技术领域，更具体地说，尤其涉及一种固废金属粉末的直接电解工艺。
背景技术
固体废弃物，是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。其中固体废弃物中还包括大量的金属粉末。没有“利用价值”而遗弃的固体或半固体物质。固体废弃物的种类繁多，大体可分为工业废弃物、农业废弃物和生活废弃物三大类。工业废弃物，包括采矿废石、冶炼废渣、各种煤矸石、炉渣及金属切削碎块、建筑用砖、瓦、石块等；农业废弃物等。所谓废弃物，多指固体废弃物或含多量固体的废弃物，被丢弃的废弃物有可能成为生产的原材料、燃料或消费物品，这是固体废弃物资源化处理的基础。
因响应国家环保政策，近年来电镀厂都采用环保电解退挂取代以前的硝酸退挂，电解退挂会产生大量的含单质铜、镍、铬、金、银、锌等多成分的金属粉末固废；电镀废水处理过程中，也会还原出大量的金属泥(粉末)。
现有技术中，粉末状的金属，堆积状态导电性很差，不能直接作为阳极电解，目前主要有两种方法进行处理：(1)先将金属粉末固废高温熔化塑形成块状的金属，然后将所得金属作为阳极进行电解提纯。该方法由于需要高温，能耗较高；(2)先将金属粉末用无机酸加氧化剂溶解，然后再进行电解。该方法需要用较多的设备，酸和氧化剂的消耗量大；电解槽电压较高，阳极有大量氧气或者氯气析出，因此我们需要提出一种固废金属粉末的直接电解工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；不需要高温熔化，能耗更低、不需要用酸和氧化剂溶解，化学原料消耗少，操作更简单安全、阳极不产生氯气或氧气，更安全、电解槽电压更低，节省电耗、设备简单占地小，电解液循环使用，解决了高温熔化能耗高的问题，还解决了化学溶解需要消耗大量酸和氧化剂的问题，以及后续电解槽电压较高、阳极大量析氯或者析氧的问题，而提出的一种固废金属粉末的直接电解工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固废金属粉末的直接电解工艺，包括如下步骤：
步骤S1、在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；
步骤S2、通过使用特定目数的滤布将阳极和阴极之间进行分隔，以避免或者减少“液态阳极”中的金属粉末接触阴极板；
步骤S3、悬浊液状态的阳极用循环泵或者空气搅拌，保证“液态阳极”分散相的稳定；
步骤S4、通过惰性导电材料制成阳极网，并将“液态阳极”通过阳极网与导线连接；
步骤S5、电解过程中，“液态阴极”中的金属粉末微粒，在搅拌作用下不断地与阳极网接触，发生阳极溶解转变为铜离子，铜离子通过滤布在阴极析出；
步骤S6、“液态阳极”中金属粉末含量要保持在合适的含量，可以保证金属微粒与阳极网的充分接触；
步骤S7、在电解的过程中，发生的基本反应为：阳极Cu-2e-→Cu2+、阴极Cu2++2e-→Cu；用滤布将阳极和阴极分隔后，阳极在搅拌的作用下，将金属粉末分散在无机酸中，形成“液态阳极”，从而使粉末状的金属能直接发生阳极溶解。
优选的，步骤S1中，金属固废经过电解从粉末状转变为块状，同时实现了金属固废的初步提纯。
优选的，步骤S2中，所述阳极与阴极之间粉末使用滤布设置为100-200目的滤布。
优选的，步骤S2中，所述“液态阳极”中金属粉末的合适含量为25-50g/L，从而保证金属微粒与阳极网的充分接触。
优选的，步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用循环泵进行搅拌，所述循环泵设置为CDLF立式多级循环泵，CDLF立式多级循环泵为非自吸立式多级离心泵，采用标准立式电机和快装式机械密封。
优选的，所述循环泵的轴承采用材料为硬质合金及氟橡胶的机械密封，可提高泵运行的可靠性及输送介质的温度，循环泵的过流部分均采用不锈钢(304\316)材料制成，可适用于轻度腐蚀性介质，则CDLF型轻型不锈钢立式多级泵可替代同类产品。
优选的，步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用空气搅拌，所述空气搅拌使用的设备为鼓泡器，所述鼓泡器对悬浊液状态的阳极中通入气体以保证“液态阳极”分散相的稳定。
优选的，所述鼓泡器使用的气体为压缩空气、二氧化碳、氮气中的一种或多种的混合物。
优选的，所述鼓泡器的管道由管壁开有许多小孔的管子构成，使气泡能在槽体截面上均匀分布，小孔直径为3～6mm，所述鼓泡器安装在容器底部，气体从小孔吹出，在“液态阳极”中鼓泡从而进行搅拌。
优选的，步骤S3中，所述惰性导电材料支撑的阳极网设置为Pb-Ag-Ca合金阳极网。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种固废金属粉末的直接电解工艺，与现有技术相比；本发明提出的直接电解工艺在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；不需要高温熔化，能耗更低、不需要用酸和氧化剂溶解，化学原料消耗少，操作更简单安全、阳极不产生氯气或氧气，更安全、电解槽电压更低，节省电耗、设备简单占地小，电解液循环使用；解决了高温熔化能耗高的问题，还解决了化学溶解需要消耗大量酸和氧化剂的问题，以及后续电解槽电压较高、阳极大量析氯或者析氧的问题。
附图说明
图1为本发明的固废金属粉末的直接电解工艺的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种固废金属粉末的直接电解工艺，包括如下步骤：
步骤S1、在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；
步骤S2、通过使用特定目数的滤布将阳极和阴极之间进行分隔，以避免或者减少“液态阳极”中的金属粉末接触阴极板；
步骤S3、悬浊液状态的阳极用循环泵或者空气搅拌，保证“液态阳极”分散相的稳定；
步骤S4、通过惰性导电材料制成阳极网，并将“液态阳极”通过阳极网与导线连接；
步骤S5、电解过程中，“液态阴极”中的金属粉末微粒，在搅拌作用下不断地与阳极网接触，发生阳极溶解转变为铜离子，铜离子通过滤布在阴极析出；
步骤S6、“液态阳极”中金属粉末含量要保持在合适的含量，可以保证金属微粒与阳极网的充分接触；
步骤S7、在电解的过程中，发生的基本反应为：阳极阳极Cu-2e-→Cu2+、阴极Cu2++2e-→Cu；用滤布将阳极和阴极分隔后，阳极在搅拌的作用下，将金属粉末分散在无机酸中，形成“液态阳极”，从而使粉末状的金属能直接发生阳极溶解。
本发明提出的直接电解工艺在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；
发明提出的直接电解工艺不需要高温熔化，能耗更低、不需要用酸和氧化剂溶解，化学原料消耗少，操作更简单安全、阳极不产生氯气或氧气，更安全、电解槽电压更低，节省电耗、设备简单占地小，电解液循环使用；解决了高温熔化能耗高的问题，还解决了化学溶解需要消耗大量酸和氧化剂的问题，以及后续电解槽电压较高、阳极大量析氯或者析氧的问题。
步骤S1中，金属固废经过电解从粉末状转变为块状，同时实现了金属固废的初步提纯；步骤S2中，所述阳极与阴极之间粉末使用滤布设置为100-200目的滤布；步骤S2中，所述“液态阳极”中金属粉末的合适含量为25-50g/L，从而保证金属微粒与阳极网的充分接触；步骤S3中，所述惰性导电材料支撑的阳极网设置为Pb-Ag-Ca合金阳极网。
步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用循环泵进行搅拌，所述循环泵设置为CDLF立式多级循环泵，CDLF立式多级循环泵为非自吸立式多级离心泵，采用标准立式电机和快装式机械密封；所述循环泵的轴承采用材料为硬质合金及氟橡胶的机械密封，可提高泵运行的可靠性及输送介质的温度，循环泵的过流部分均采用不锈钢(304\316)材料制成，可适用于轻度腐蚀性介质，则CDLF型轻型不锈钢立式多级泵可替代同类产品。
承上述循环泵，循环泵采用优良的水力模型和先进的制造工艺，大大提高泵的性能及使用寿命；由于轴封采用材料为硬质合金及氟橡胶的机械密封，可提高泵运行的可靠性及输送介质的温度；泵的过流部分采用不锈钢板冲压焊接而成，使得泵可适用于轻度腐蚀性介质；整体结构紧凑、体积小、重量轻、噪声低、节能效果显著，检修方便；泵的进水口与出水口位于泵座同一水平线上，可直接用于管路当中；采用标准电机，用户可方便地根据需要配备电机；可根据用户需要配备智能保护器，对泵干转、缺相、过载等进行有效保护。
进一步的，循环泵的具体技术参数为：流量：1-120m3/h；扬程：6-232m；功率：0.37-75kw；转速：2900r/min；口径：φ25-φ50；温度范围：-15℃至+120℃。
步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用空气搅拌，所述空气搅拌使用的设备为鼓泡器，所述鼓泡器对悬浊液状态的阳极中通入气体以保证“液态阳极”分散相的稳定；所述鼓泡器使用的气体为压缩空气、二氧化碳、氮气中的一种或多种的混合物；所述鼓泡器的管道由管壁开有许多小孔的管子构成，使气泡能在槽体截面上均匀分布，小孔直径为3～6mm，所述鼓泡器安装在容器底部，气体从小孔吹出，在“液态阳极”中鼓泡从而进行搅拌。
气流搅拌装置简单，无运动部件，适宜于搅拌高温或具腐蚀性的液体，也可用于临时性设施或搅拌要求不高的场合。但是，要达到同样的混合程度，气流搅拌的功率消耗高于机械搅拌，气流还会带走液体中的挥发组分，或造成雾沫夹带，损耗物料。在具体的固废金属粉末的直接电解工艺中，可通过选择循环泵与空气搅拌的方式对“液态阳极”进行搅拌，从而获得合适的效果与效益。
综上所述，本发明提出的直接电解工艺在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；不需要高温熔化，能耗更低、不需要用酸和氧化剂溶解，化学原料消耗少，操作更简单安全、阳极不产生氯气或氧气，更安全、电解槽电压更低，节省电耗、设备简单占地小，电解液循环使用；解决了高温熔化能耗高的问题，还解决了化学溶解需要消耗大量酸和氧化剂的问题，以及后续电解槽电压较高、阳极大量析氯或者析氧的问题。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、在循环泵或者空气搅拌的作用下，以金属粉末为分散相，以无机酸为分散介质，以悬浊液的状态形成“液态阳极”，部分金属成分直接发生阳极溶解，然后在阴极析出；
步骤S2、通过使用特定目数的滤布将阳极和阴极之间进行分隔，以避免或者减少“液态阳极”中的金属粉末接触阴极板；
步骤S3、悬浊液状态的阳极用循环泵或者空气搅拌，保证“液态阳极”分散相的稳定；
步骤S4、通过惰性导电材料制成阳极网，并将“液态阳极”通过阳极网与导线连接；
步骤S5、电解过程中，“液态阴极”中的金属粉末微粒，在搅拌作用下不断地与阳极网接触，发生阳极溶解转变为铜离子，铜离子通过滤布在阴极析出；
步骤S6、“液态阳极”中金属粉末含量要保持在合适的含量，可以保证金属微粒与阳极网的充分接触；
步骤S7、在电解的过程中，发生的基本反应为：阳极Cu-2e-→Cu2+、阴极Cu2++2e-→Cu；用滤布将阳极和阴极分隔后，阳极在搅拌的作用下，将金属粉末分散在无机酸中，形成“液态阳极”，从而使粉末状的金属能直接发生阳极溶解。
2.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S1中，金属固废经过电解从粉末状转变为块状，同时实现了金属固废的初步提纯。
3.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S2中，所述阳极与阴极之间粉末使用滤布设置为100-200目的滤布。
4.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S2中，所述“液态阳极”中金属粉末的合适含量为25-50g/L，从而保证金属微粒与阳极网的充分接触。
5.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用循环泵进行搅拌，所述循环泵设置为CDLF立式多级循环泵，CDLF立式多级循环泵为非自吸立式多级离心泵，采用标准立式电机和快装式机械密封。
6.根据权利要求5所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：所述循环泵的轴承采用材料为硬质合金及氟橡胶的机械密封，可提高泵运行的可靠性及输送介质的温度，循环泵的过流部分均采用不锈钢(304\316)材料制成，可适用于轻度腐蚀性介质，则CDLF型轻型不锈钢立式多级泵可替代同类产品。
7.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S3中，所述悬浊液状态的阳极采用空气搅拌，所述空气搅拌使用的设备为鼓泡器，所述鼓泡器对悬浊液状态的阳极中通入气体以保证“液态阳极”分散相的稳定。
8.根据权利要求7所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：所述鼓泡器使用的气体为压缩空气、二氧化碳、氮气中的一种或多种的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：所述鼓泡器的管道由管壁开有许多小孔的管子构成，使气泡能在槽体截面上均匀分布，小孔直径为3～6mm，所述鼓泡器安装在容器底部，气体从小孔吹出，在“液态阳极”中鼓泡从而进行搅拌。
10.根据权利要求1所述的一种固废金属粉末的直接电解工艺，其特征在于：步骤S3中，所述惰性导电材料支撑的阳极网设置为Pb-Ag-Ca合金阳极网。
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