专利名称：电解还原系统及电解还原方法
技术领域：
本发明涉及电化学技术，尤其涉及一种电解还原系统及电解还原方法。
背景技术：
电沉积技术为利用金属或合金从其溶液中经还原形成沉积的电化学过程实现材料加工和处理的技术。电沉积技术适用于生产比表面积大、粒度小、活性高的金属，该金属适用于生产电极材料。但目前电沉积设备均为小型、单一的间歇式电解还原设备，没有完整成型的系统设备，产能量无法满足大批量金属电极材料制造和金属电极二次还原重复利用的需要。而且现有常用的间歇式电解还原设备在操作过程中会随电解进程而使的电解液浓度不均匀，导致在阴、阳极板面上电解质浓度极化大(极化现象)。阴、阳极板上电解质浓度的极化控制不利出现的问题主要有导(1)极板上电流分布不均匀，槽电压升高，电流效率降低，能耗升高，电解沉积成本高昂；(2)电沉积速度不稳定，制备的电沉积金属表面为团絮状，表面积小，电化学性能不佳；(3)无法实现电沉积金属的工业化生产。
设计和研发更加合理的电解还原系统，在保证一定规模产能下，减少能源消耗，尤其是工业化批量生产出高比表面积、高活性的电沉积金属，成为一亟待解决的问题。发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有电沉积设备能耗高、无法满足工业化生产，且制备出的电沉积比较面积小、活性低的问题，提出一种电解还原系统，以实现能耗低、满足电沉积金属的大规模工业化生产，且制备的电沉积金属均匀性好、比表面积大、活性高的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电解还原系统，包括控制装置、 溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，
所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口 ；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口 ；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口 ；所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口 ；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述 电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端；
所述溶解罐液体出口与固液分尚装置入口连通，所述固液分尚装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪， 所述电解槽出口与收集罐连通；
所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接；所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压，以使溶液在高电流效率下实现电沉积。
进一步地，所述固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，所述溢流口与溶解罐入口连通，所述收集罐设置有收集罐液体出口，所述收集罐液体出口与溶解罐入口连通。
进一步地，所述溶解罐内部或外部设置有加热机构和搅拌机构。
进一步地，所述固液分离装置为离心分离机。当电解槽容量为3m3-15m3时，所述离心分离机内溶液流量O. 5m3/h 5m3/h,所述离心分离机一方面能使未溶解的金属或金属化合物与溶液分离，同时能使未溶解的金属或金属化合物进一步溶解在溶液中。
进一步地，所述电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶，所述锥形桶桶壁与轴线的夹角为10° 30°。
进一步地，所述阳极板和阴极板与地面垂直。
进一步地，所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边，防止阳极板和阴极板边缘有电解锌析出，不方便铲除，导致极板间短路，优选的所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边20mm。
进一步地，所述阴极板和阳极板的间距为40mm 100mm。所述阴极板和/或阳极板面积为O. 2m2 1. 5m2。
进一步地，所述阴极板为镁合金板、铅合金板或喷涂有氧化物的钛合金板的一种； 所述阳极板为镍合金板。还可以选择其他析气量小的合金板作为阴极板或阳极板。
进一步地，所述阴极板为孔板式阴极板，所述阳极板为孔板式阳极板，所述阴极板和/或阳极板上的通孔均匀分布，所述孔板式阴极板和所述孔板式阳极板实现了电解液的均匀快速流动；所述孔板式阴极板和/或孔板式阳极板的穿孔率为2% 10%，孔径为 08 ~ 030mm ；
进一步地，所述阴极板与电源采用导电铜排插槽式连接，以减少接触电阻，防止接点腐蚀，达到长时可靠的连接。
本发明电解还原系统的工作原理将溶质金属或金属化合物添加至灌装有溶剂的溶解罐中，经金属或金属化合物与溶剂的反应成为电解液(含有金属离子的溶液)；所述电解液自溶解罐液体出口进入固液分离装置，固液分离装置对电解液中可能含有的未反应的金属或金属化合物进行分离；分离得到的电解液自固液分离装置液体出口进入流动式电解槽；设置在固液分离装置液体出口与流动式电解槽间的浓度监测仪检测电解液中金属离子的浓度；控制装置根据电解液中金属离子浓度控制流动式电解槽内电压，在流动式电解槽内电压的作用下，电解液在阴极板上析出电沉积金属，电沉积金属在重力的作用下自阴极板脱落，自流动式电解槽底部进入收集罐。
本发明的另一目的还提供了一种电解还原方法，实现了快速有效的制备电沉积金属。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电解还原方法，包括以下步骤
(I)、将溶质金属或金属化合物与溶剂(所述溶剂为可以与金属或金属化和物反应的碱溶液)在溶解罐内混合，所述金属或金属化合物与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液(电解液);
( 2 )、在固液分离装置中将溶液中的固体(包括未溶解的金属或金属化合物，或其他固体杂质)与溶液分离；
(3)、通过浓度监测仪检测溶液中金属离子的浓度，调节电解槽内阳极板和阴极板间的电压；
( 4)、将溶液置于流动式电解槽中电解，在阴极板电沉积的金属在重力的作用下下行堆积在流动式电解槽底部；
( 5 )、将流动式电解槽底部的物料排出，得到电沉积金属。
进一步地，所述加热机构将溶解罐内溶液加热至30°C 10(TC，所述搅拌机构转速20转/分 50转/分。
进一步地，将所述步骤(2)中分离出的固体输送回步骤(I)作为溶质，所述流动式电解槽底部分离得到的液体输送回步骤(I)作为溶剂，用于溶解金属或金属化合物。
进一步地，步骤(3)溶液中的金属或金属化合物的金属为锌，所述锌离子的浓度为 30g/L 45g/L，所述流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压为2. OV 3. 0V。
进一步地，所述溶质为氧化锌，所述溶剂为氢氧化钾。
进一步地，所述流动式电解槽中的溶液上覆盖有防止溶液与外界接触的隔离液。 所述隔离液能防止电解液被空气中有害元素污染。所述隔离液为油。
本发明的另一目的还提供了一种电沉积金属，该电沉积金属为枝状、海绵状金属， 具有较大的比较面积，适用于制作高活性的电极。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电沉积金属采用上述电解还原方法制备而成。
本发明的另一个目的还提供了一种电极，该电极适用于大电流密度放电。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电极采用上述电沉积金属制备 。
本发明的另一个目的还提供了一种空气电池，该空气电池具有循环周期长，不易膨胀和变形的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种空气电池采用上述电极。
本发明电解还原系统简单、紧凑，所述电解还原方法科学、合理，与现有技术相比较具有以下几方面优点
(I)流动式电解槽内的溶液能在阳极板、阴极板、电解槽和/或槽底间自由流动， 使电解还原系统中阴、阳极板面上电解质浓度较均匀，使阴、阳极板上电流分布均匀，电流效率高，降低了电解沉积成本；
(2)电解还原系统的控制装置能根据浓度监测仪检测到的溶液中电解质浓度，依据预先设定的浓度与电压的对应关系，随时控制电解槽内阴、阳极板电压；保持最高的电解电流效率，实现高效节能；
(3)极板上电解质浓度均匀，极板间电压保证最高的电解电流效率，使流动式电解槽内极板上的电沉积过程持续、稳定，利用本发明的电解还原系统生产得到的电沉积金属为枝状、海绵状金属，其具有较大的比表面，适用于制作高活性电极，采用该电极的空气电池具有循环周期长，不易膨胀和变形的优点；
( 4)本发明的电解还原系统能实现自动化或半自动化批量生产电沉积金属。
图1为实施例1公开 的电解还原系统的结构示意图2为实施例2公开的电解还原系统的结构示意图3为本发明离心分离机的结构示意图4为对照例电解还原得到的锌粉的电镜示意图5为本发明电解还原系统电解得到的锌粉的电镜示意图。
具体实施方式
实施例1
图1为实施例1公开的电解还原系统的结构示意图。
本实施例公开了一种电解还原系统，如图1所示，该电解还原系统包括控制装置、 溶解罐1、固液分离装置2、浓度监测仪3、流动式电解槽4和收集罐5，
溶解罐I设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口，溶解罐I内还设置有用于加速金属或金属化合物溶解的加热机构(例如夹套)和搅拌机构。
固液分离装置2采用常规固液分离设备，如过滤分离设备，该固液分离装置2设置有固液分尚装置入口、固液分尚装置液体出口和固液分尚装置固体出口。固液分尚装置固体出口与金属回收罐6连通，金属回收罐6用于存放固液分离装置2分离出的未溶解的金属或金属化合物，或其他固体杂质。
流动式电解槽4设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口。溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口 ；电解槽内间隔平行设置有多块与地面垂直的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板与流动式电解槽4槽壁和槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；阳极板和阴极板与电源连接，所述电源为直流电源；流动式电解槽4还设置有电压调节装置，电压调节装置与电源连接；本实施例中阴极板为钛合金板，阳极板为镍合金板；阴极板与阳极板的间距为60mm 90mm ;阴极板和阳极板面积为O. 5m2 1. Om2。
电解槽出口设置在流动式电解槽底端，用于排放自阴极板上脱落的电沉积金属； 电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶，锥形桶桶壁与锥形桶轴线的夹角为20°，锥形桶的设置便于电沉积金属的有效收集。
溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有用于检测自固液分离装置液体出口流出的溶液中溶质浓度的浓度监测仪，电解槽出口与收集罐5连通；
控制装置分别与浓度监测仪和电解槽的电压调节装置连接；控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度，控制流动式电解槽内电压，以使溶液在高电流效率下实现电沉积。
本实施例电解还原系统的工作原理将溶质金属或金属化合物添加至灌装有溶剂的溶解罐I中，金属或金属化合物在加热和搅拌的条件下与溶剂发生 反应形成含有金属离子的溶液(电解液);溶液自溶解罐液体出口进入固液分离装置2，固液分离装置2将溶液中可能含有的未反应的金属或金属化合物与溶液分离；当加入的金属为回收的金属电极时， 固液分离装置2分离得到的未溶解的金属可直接用于金属极板的制作；固液分离装置2分离得到的溶液自固液分离装置液体出口进入流动式电解槽，设置在固液分离装置液体出口与流动式电解槽间的浓度监测仪检测溶液中金属离子的浓度，控制装置根据溶液浓度，依据预先设定的浓度与电压的对应关系，控制流动式电解槽内阴极板与阳极板间的电压；在流动式电解槽内电压的作用下，阴极板上析出电沉积金属，电沉积金属在重力和溶液的冲击作用下自阴极板脱落堆积在流动式电解槽4底部，并自流动式电解槽4底部进入具有固液分离功能的收集罐5，最后经收集罐5固液分离得到电沉积金属。
实施例2
图2为实施例2公开的电解还原系统的结构示意图；图3为本发明离心分离机的结构示意图。
本实施例公开了一种电解还原系统，如图2所示，包括控制装置、溶解罐1、固液分离装置2、浓度监测仪3、流动式电解槽4和收集罐5，
溶解罐I设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口，溶解罐I内部或外部还设置有用于加速金属或金属化合物溶解的加热机构和搅拌机构。该加热机构为设置在溶解罐I外围的加热套，加热套中设置有导热油，通过电加热方式加热导热油，将溶解罐内溶液加热至 30°C 100°C，具体可根据溶质和溶剂任意调节加热温度；该搅拌机构为板式搅拌机构和/ 或推进式搅拌机构，该搅拌机构转速能在20转/分 50转/分内任意调节。
固液分尚装置2设置有固液分尚装置入口、固液分尚装置液体出口和固液分尚装置固体出口，固液分离装置2为离心分离机。如图3所示，本实施例中的离心分离机为卧式分离机，包括同轴套设的内转鼓7和外转鼓8，内转鼓7和外转鼓8的内壁上均设置有螺旋的凸起，所述内转鼓7侧壁上设置有用于分离未溶解溶质的筛孔。离心分离机使用时，电机驱动内转鼓7和外转鼓8向相反方向旋转，离心分离机内转鼓内溶液流量为O. 5m3/h 5m3/h,溶液进入离心分离机一方面能加速溶质溶解，另一方面能将未溶解的溶质与溶液分离。该固液分离装置2的固液分离装置固体出口(离心分离机内转鼓7出口)分别与金属回收罐6和溶解罐I连通，自固液分离装置2分离出的未溶解的金属或金属化合物可输送至金属回收罐6中存放,也可输送回溶解罐I中继续参与反应。
流动式电解槽4设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口。所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口。溶液自电解槽入口进入电解槽，在各个阴阳极板间流动，并在阴极板上沉积，溶液中的金属离子浓度不断下降，且随着溶液不断进入流动式电解槽，溶液液位不断升高，当液位高于溢流口时，金属离子浓度下降的溶液自溢流口排出。
流动式电解槽4内间隔平行设置有多块与地面垂直的阳极板和阴极板，多块阳极板和阴极板的设置有利于提高电流密度，降低直流能耗。该阳极板和阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边20mm,阴极板和阳极板的间距为40mm 100mm,阴极板和阳极板面积为O. 2m2 1.5m2。阴极板为镁合金板，阳极板为镍合金板。上述阴极板为孔板式阴极板，阳极板为孔板式阳极板，孔板式阴极板和孔板式阳极板的穿孔率均为2% 10%，孔径为08 ~ θ3Omme 阴极板与直流电源的连接采用导电铜排插槽式连接，以减少接触电阻，防止接点腐蚀，达到长时可靠的连接。阳极板和阴极板与流动式电解槽4槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；阳极板和阴极板与电源连接；流动式电解槽4还包括有电压调节装置，该电压调节装置与电源连接。
电解槽出口设置在流 动式电解槽4底端；电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶，锥形桶桶壁与轴线的夹角为10° 30°，以便于电沉积金属的收集。
收集罐5为固液分离装置，用于将来自流动式电解槽4的物料分离得到沉积金属。
溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通。固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪3，电解槽出口与收集罐连通；
控制装置分别与浓度监测仪3和电解槽的电压调节装置连接；控制装置能根据浓度监测仪3检测的溶液浓度，控制流动式电解槽I内阳极板和阴极板间的电压，以使溶液在高电流效率下实现电沉积。
本实施例中的电解还原系统实现了物料的多个循环，实现各物料的高效利用和循环，具体地固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，固液分离装置2分离得到的未溶解的金属或金属化合物返回溶解罐I中继续溶解；电解槽的溢流口与溶解罐入口连通，溢流口流出的溶液返回到溶解罐I中继续作为溶剂溶解金属或金属化合物；收集罐5设置有收集罐液体出口，收集罐液体出口与溶解罐入口连通。收集罐5分离得到的溶液返回到溶解罐I中继续作为溶剂溶解金属或金属化合物。
为了增加电解还原系统的产值，还可将流动式电解槽4顶端封闭，并设置气体回收装置，收集电沉积过程中产生的气体，最后将气体收集纯化得到副产品，如溶质为氧化锌，溶剂为氢氧化钾时，副产品为氧气。
本发明电解还原系统的工作原理将溶质金属或金属化合物添加至承装有溶剂的溶解罐I中，金属或金属化合物在加热和搅拌的条件下与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液(电解液)；溶液自溶解罐液体出口进入固液分离装置2，固液分离装置2将溶液中可能含有的未反应的金属或金属化合物与溶液分离，具体当固液分离装置2为离心分离机时，溶液在内转鼓7的旋转下自筛孔分离至外转鼓8中，未溶解溶质无法通过筛孔留在内转鼓7内，并在内转鼓7的旋转下自内转鼓7的端部排出；未溶解的溶质在外转鼓8的旋转下自外转鼓8的端部排出。分离得到的金属或金属化合物输送回溶解罐I中继续溶解；分离得到的溶液自固液分离装置液体出口进入流动式电解槽4，设置在固液分离装置液体出口与流动式电解槽间的浓度监测仪，检测溶液中金属离子的浓度，控制装置根据溶液浓度，控制流动式电解槽内阴极板与阳极板间的电压，在流动式电解槽4内电压的作用下，溶液在阴极板上析出电沉积金属，电沉积金属在重力和溶液冲击的作用下自阴极板脱落，堆积在流动式电解槽4底部；堆积在流动式电解槽4底部的物料进入收集罐5，经收集罐5将物料中的电沉积金属和溶液分离，分离得到的溶液被输送回溶解罐I中继续循环使用。
本发明电解还原系统简单、紧凑。电解质在溶解槽内经过加热搅拌，并且通过离心分离机的液固分离，进入电解槽的溶液中电解质浓度均匀；电解槽内极板与电解槽有间隙，可实现溶液在电解槽内的自由流动；阴、阳极板采用孔板式阴、阳极板，进一步加快了溶液在电解槽中的流动，上述条件使该电解还原系统中阴、阳极板面上浓度较均匀，使阴、阳极板上电流分布均匀，电流效率低，降低了电解沉积成本；控制装置根据浓度监测仪检测到的溶液中电解质浓度，随时控制流动式电解槽内电压，提高了电沉积金属效率，节约直流能耗，实现了自动化或半自动化批量生产电沉积金属。
实施例3
本实施例提供了一种电解还原方法，采用实施例1所述电解还原系统，包括以下步骤
(I)、将溶质金属或金属化合物与溶剂在溶解罐内混合，金属或金属化合物与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液(电解液);加热机构将溶 解罐内溶液加热至500°C，搅拌机构转速30转/分。本实施例中溶质为氧化锌，溶剂为氢氧化钾。
( 2 )、在固液分离装置中将溶液中未反应的氧化锌或其他固体杂质与溶液分离。
(3)、通过浓度监测仪检测溶液中锌离子的浓度，调节电解槽内阳极板和阴极板间的电压，通常流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压为2. OV 3. OV ;溶液中的锌离子浓度为1. 108g/cm3 1. 58g/cm3。
(4)、将溶液输送至流动式电解槽中电解，在阴极板电沉积的金属锌在重力的作用下下行堆积在流动式电解槽底部。
(5)、将流动式电解槽底部的物料排出，得到电沉积金属锌。
实施例4
本实施例提供了一种电解还原方法，采用实施例2所述电解还原系统，包括以下步骤
(I)、将溶质金属或金属化合物与溶剂在溶解罐内混合，金属或金属化合物与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液(电解液)；加热机构将溶解罐内溶液加热至80°C，搅拌机构转速50转/分。本实施例中溶质为氧化锌，溶剂为氢氧化钾。
(2)、在固液分离装置中通过旋风分离法将溶液中未反应的氧化锌或其他固体杂质与溶液分离。离心分离机一方面能使未溶解的氧化锌与溶液分离，同时能使未溶解的氧化锌进一步溶解在溶剂中。分离出的氧化锌被输送回步骤(I)中继续与溶剂反应。
(3)、通过浓度监测仪检测溶液中锌离子的浓度，电压调节装置调节电源，进而调节电解槽内阳极板和阴极板间的电压，通常流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压为 2. OV 3. OV ;溶液中的锌离子浓度为30g/L 45g/L。
(4)、将溶液输送至流动式电解槽中电解，在阴极板电沉积的金属在重力和溶液冲击的作用下下行堆积在流动式电解槽底部，电解槽出口自上而下开口缩小的锥形桶，可使电沉积金属不断堆积；所述流动式电解槽底溢流口流出的液体输送回步骤(I)作为溶剂继续与金属或金属化合物反应。所述流动式电解槽中电解液上覆盖有防止溶液与外界接触的隔离液，该隔离液不与溶质和溶剂反应、不溶于电解液、且密度小于电解液，隔离液的设置可有效防止电解液被空气中有害元素污染，本实施例中采用油作为隔离液。
(5)、将堆积在流动式电解槽底部的物料排放到收集罐中，经收集罐固液分离得到的固体为电沉积金属，分离得到的液体输送回步骤(I)作为溶剂继续溶解金属或金属化合物。
对照例
图4为对照例 电解还原得到的锌粉的电镜示意图。
对照例中锌粉是在市场购买的株洲冶炼集团股份有限公司生产的电池专用锌粉。 如图4可见对照例中的锌粉为团絮状。
实施例5
图5为本发明电解还原系统电解得到的锌粉的电镜示意图。
本实施例提供了一种电沉积金属采用实施例4所述电解还原方法制备而成，如图 5所示。对比图4和图5可见，本实施例制备的电沉积金属为枝状、海绵状金属，具有较大的比较面积，适用于制作高活性电极。
实施例6
本实施例提供了一种电极，该电极采用实施例5中的电沉积金属通过常规方法制备而成，因该电沉积金属具有较大比表面积，则制备的电极也具有较大的比较面积，使该电极适用于大电流密度放电。
实施例7
本实施例提供了一种空气电池，该空气电池采用实施例6所述电极，该电极为负极。由于该负极是由电解还原的锌粉制备而成，电解还原的锌粉纯度高，没有杂质，降低了负极的自放电，使该电极不易膨胀变形。进而延长了空气电池的循环周期。
最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行 等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种电解还原系统，其特征在于，包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐， 所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口 ；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口 ；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口，所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口 ；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端； 所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通； 所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接，所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压。
2.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，所述溢流口与溶解罐入口连通，所述收集罐设置有收集罐液体出口，所述收集罐液体出口与溶解罐入口连通。
3.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述溶解罐内部或外部设置有加热机构和搅拌机构。
4.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述固液分离装置为离心分离机。
5.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶。
6.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阳极板和阴极板与地面垂直。
7.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边。
8.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阴极板为镁合金板、铅合金板或喷涂有氧化物的钛合金板的一种；所述阳极板为镍合金板。
9.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阴极板为孔板式阴极板，所述阳极板为孔板式阳极板，所述孔板式阴极板和/或孔板式阳极板的穿孔率为2% 10%，孔径为08 ~ 03Omm
10.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阴极板与电源采用导电铜排插槽式连接。
11.一种电解还原方法，其特征在于，使用权利要求1-10任一项所述的电解还原系统，包括以下步骤 (I )、将溶质金属或金属化合物与溶剂在溶解罐内混合，所述金属或金属化合物与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液； (2)、在固液分离装置中将溶液中固体与溶液分离； (3)、通过浓度监测仪检测溶液中金属离子的浓度，调节电解槽内阳极板和阴极板间的电压；(4)、将溶液置于流动式电解槽中电解，在阴极板电沉积的金属在重力的作用下下行堆积在流动式电解槽底部； (5 )、将流动式电解槽底部的物料排出，得到电沉积金属。
12.根据权利要求11所述电解还原方法，其特征在于，所述加热机构将溶解罐内溶液加热至30°C 100°C。
13.根据权利要求11所述电解还原方法，其特征在于，将所述步骤(2)中分离出的固体输送回步骤(I)作为溶质，所述流动式电解槽底部分离得到的液体输送回步骤(I)作为溶齐U。
14.根据权利要求11所述电解还原方法，其特征在于，步骤(3)溶液中的金属或金属化合物的金属为锌，所述锌离子的浓度为30g/L 45g/L，所述流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压为2. OV 3. 0V。
15.根据权利要求11所述电解还原方法，其特征在于，所述溶质为氧化锌，所述溶剂为氢氧化钾或氢氧化钠。
16.根据权利要求11所述电解还原方法，其特征在于，所述流动式电解槽中的溶液上覆盖有防止溶液与外界接触的隔离液。
17.根据权利要求16所述电解还原方法，其特征在于，所述隔离液为油。
18.—种电沉积金属，其特征在干，采用权利要求11-17任意一项所述电解还原方法制备而成。
19.一种电极，其特征在干，采用权利要求18所述电沉积金属制备而成。
20.ー种空气电池，其特征在干，采用权利要求19所述的电扱。
全文摘要
本发明提供一种电解还原系统及电解还原方法。该电解还原系统包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通；所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接，所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压。本发明还公开了一种电解还原方法。本发明解决了现有技术中技术问题，实现了能耗低，制备的电沉积金属均匀性好、比表面积高、活性高的优点。
文档编号C25C7/00GK103046084SQ20121055917
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者刘伟春, 刘鹏飞, 许文 申请人:北京九能京通新能源科技有限公司