一种湿法冶金用模拟电解系统和方法与流程

本发明涉及一种湿法冶金用模拟电解系统和方法，该模拟电解系统和方法使用领域广泛，如湿法冶金中的电积锌、电积铜以及电化学废水处理等领域，属于工业电化学过程模拟技术领域。

背景技术：

湿法冶金的电解过程，实质上是阳极和阴极在电解槽中进行电积的过程。电解槽是湿法冶金生产过程中的重要设备。

随着众多研究学者对阳极材料的不断研究，制备并得到了多种性能优异的不溶性阳极材料。但是，在实验室中制备得到的阳极材料直接应用于有色金属冶炼厂仍具有一定的风险，这不仅无益于新型阳极材料的推广应用，而且不利于湿法冶炼技术的进一步提升。目前，国内外的解决方法主要是通过建立模拟中试线，对实验室制备得到的阳极材料是否适用于大规模的工业化应用进行验证。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种湿法冶金用模拟电解系统。本发明模拟电解系统能够将实验室制备得到的阳极材料，在类似于实际工业环境中进行模拟实验，从而验证新型阳极材料在湿法冶金实际工业生产中的适用性。

本发明所采用的技术方案是：

一种湿法冶金用模拟电解系统，该系统包括高位储液槽、电解槽、过滤器、钢架、低位储液槽、磁力泵和加热器等，所述的高位储液槽、电解槽和低位储液槽按照从高到低的顺序放置在钢架上，它们之间分别通过管道相互连通，所述的电解槽和低位储液槽之间的管道上设置过滤器，所述的高位储液槽和低位储液槽之间的管道上设置磁力泵，所述的加热器设置在高位储液槽中。

所述的电解槽、高位储液槽和低位储液槽中装有电解液，所述的电解液在高位储液槽、电解槽和低位储液槽三个槽中进行循环。

所述的电解槽内部设置有隔板，所述的隔板分布在电解槽的两侧，位于电解液进口和出口的两端，防止进出口位置的液流影响电解槽中电解液的稳定性。

所述的电解槽上部安装有导电铜排，以悬挂阴极板和阳极板并连接直流电源。

所述的湿法冶金用模拟电解系统还包括温控装置，所述的温控装置与设置在高位储液槽中的加热器连接。

所述的电解槽的材质为耐酸聚氯乙烯；所述的钢架为碳钢材，表面喷有防腐漆；所述的加热器为不锈钢棒材。

本发明的另一目的是提供一种湿法冶金用模拟电解方法。该方法采用上述的模拟电解系统，将阳极材料在类似于实际工业环境中进行模拟实验，从而验证阳极材料在湿法冶金实际工业生产中的适用性。

一种湿法冶金用模拟电解方法，包括如下步骤：

1)将电解液加入到高位储液槽、电解槽和低位储液槽中，开启磁力泵使电解液在三个槽中进行循环流动；

2)开启加热器，并通过温控装置调节电解液温度；

3)将待测试的新型阳极与对比(工业生产中使用的)阳极制作成相同大小的模拟阳极板；

4)将模拟阳极板和模拟阴极板悬挂于导电铜排上，并连接直流电源进行电积模拟实验；模拟实验过程中的电解液成分、pH值、电流密度、电解液温度和电解液循环速率等实验参数均采用工业生产中的实际数值，以保证电积模拟实验环境与工业生产环境的一致性；

5)实验过程中，定期对槽电压、电耗和阴极产量等数据进行记录；将待测试的新型阳极与对比阳极的模拟实验数据进行比对，判断新型阳极的性能，验证新型阳极材料在湿法冶金实际工业生产中的适用性，并从中选出性能更加优异的阳极材料。

本发明的有益效果：

1)本发明模拟电解系统耐蚀性好，强度高，不易破碎。

2)本发明模拟电解系统结构合理，使用方便，易于推广应用。

本发明模拟电解系统耐蚀性好、强度高、不易破碎，结构合理、使用方便，易于推广应用。本发明模拟电解系统和方法可以在类似于湿法冶金的实际工业环境中，对实验室制备得到的阳极材料是否适用于工业化应用进行验证。本发明模拟电解系统和方法适用领域广泛，如湿法冶金中的电积锌、电积铜以及电化学废水处理等领域。

附图说明

图1是本发明模拟电解系统的结构示意图；

图2是本发明电解槽结构示意主视图；

图3是本发明电解槽结构示意俯视图。

主要附图标记：

1 高位储液槽 2 电解槽

3 电解液 4 过滤器

5 钢架 6 低位储液槽

7 磁力泵 8 加热器

9 隔板 10 导电铜排

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其具体实施方式做进一步详细说明：

参见图1，本发明提供了一种湿法冶金用模拟电解系统，该系统包括高位储液槽1、电解槽2、过滤器4、钢架5、低位储液槽6、磁力泵7、加热器8和温控装置等，高位储液槽1、电解槽2和低位储液槽6按照从高到低的顺序放置在钢架5上，三个槽彼此之间均通过管道互相连通，电解槽2和低位储液槽6之间的管道上设置过滤器4，高位储液槽1和低位储液槽6之间的管道上设置磁力泵7。在电解槽2内部设置有隔板9，上部设置有导电铜排10。

在本发明中，电解槽2、高位储液槽1和低位储液槽6中装有电解液3；高位储液槽1和低位储液槽6之间设置有磁力泵7，电解液3通过磁力泵7在高位储液槽1、电解槽2和低位储液槽6之间进行循环，从而使电解槽2中电解液3的离子浓度稳定性较好。

电解槽2和低位储液槽6之间设置有过滤装置—过滤器4，以去除电解液3中的杂质。过滤装置可定期更换。

高位储液槽1内部设置有加热装置—加热器8，并连接温控装置，使这种电解槽系统能够在某一特定温度下进行模拟实验。

参见图2，在本发明中电解槽2内部的电解液3的进出口两端安装有隔板9，使得进出口位置的电解液不会影响电解槽中电解液的稳定性。

参见图3，在本发明中电解槽2的上部安装有导电铜排10，用于连接模拟阳极和模拟阴极并通过铜导线与直流电源连接。

在本发明中，电解槽2的材质为耐酸聚氯乙烯板材；钢架5为碳钢材，表面喷有防腐漆；加热器8为不锈钢棒材。

下面采用本发明系统，进行电积锌用铅合金阳极的模拟对比实验。

实施例1：电积锌用铅合金阳极的模拟对比实验。

将电解液3加入到电解槽2、高位储液槽1和低位储液槽6中，电解液成分为H₂SO₄：160g/L，Zn²⁺：60g/L，Mn²⁺：4g/L；开启磁力泵7，使电解液3在三个槽中进行循环流动，循环速率为30L/h；开启加热器8，并通过温控装置将电解液3 温度保持在40℃；每周向储液槽中添加新的电解液3，以保证电解液3中离子浓度的稳定性；模拟实验过程中的电解液3成分、pH值、电流密度、电解液温度和电解液循环速率等实验参数均采用工业生产中的实际数值，以保证电积模拟实验环境与工业生产环境的一致性；分别将实验室中制备得到的新型铅银合金阳极和某企业电积锌生产过程中使用的铅银钙锶合金阳极切割成250mm×150mm×6mm大小的模拟阳极板，以进行模拟对比实验，采用尺寸大小为250mm×150mm×4mm的铝板作为模拟阴极板；将模拟阳极板和模拟阴极板悬挂于导电铜排10上，并连接直流电源进行电积实验，实验时间为3个月；在实验过程中，每日将阴极板从电解槽2中取出并剥下表面的锌片，将锌片进行称重并最终计算阴极锌的总产量；使用万用表对每天的槽电压进行记录，通过电表对最终的电耗进行记录。对新型铅银合金阳极和铅银钙锶合金阳极在相同电积环境中的电耗、槽电压和阴极锌产量等实验数据进行对比，使用较低电耗而产出更多阴极锌的阳极为性能更加优异的阳极材料。

电积锌用铅合金阳极的对比实验结果如表1所示。与铅银钙锶合金阳极相比，

新型铅银合金阳极在电积过程中的槽电压更低，电耗较低，阴极锌产量更高。

表1电积锌用铅合金阳极的模拟对比实验结果

实施例2：锌电积过程不同Mn²⁺浓度的模拟对比实验方法

分别配置含不同浓度Mn²⁺的电积锌电解液，并加入到电解槽2、高位储液槽1和低位储液槽6中，电解液成分为H₂SO₄：160g/L，Zn²⁺：60g/L，Mn²⁺：1～4g/L；开启磁力泵7，使电解液3在三个槽中进行循环流动，循环速率为30L/h；开启加热器8，并通过温控装置将电解液3温度保持在40℃；每周向储液槽中添加新的电解液3，以保证电解液3中离子浓度的稳定性；模拟实验的电解液中H₂SO₄和Zn²⁺的浓度、pH值、电解液温度和电解液循环速率等实验参数均采用工业生产中的实际数值，以保证电积模拟实验环境与工业生产环境的一致性；将某企业电积锌生产过程中使用的铅银钙锶合金切割成210mm×150mm×6mm大小，作为模拟阳极板，采用尺寸大小为210mm×150mm×4mm的铝板作为模拟阴极板；将模拟阳极板和模拟阴极板悬挂于导电铜排10上，并连接直流电源进行电积实验，实验时间为15天；在实验过程中，每日将阴极板从电解槽中取出并剥下表面的锌片，将锌片进行称重并最终计算阴极锌的总产量；使用万用表对每天的槽电压进行记录，通过电表对最终的电耗进行记录。在相同的电积环境下，研究电解液中不同Mn²⁺浓度对电耗、 槽电压和阴极锌产量等数据的影响，最终得出更有利于实际工业生产的电解液中Mn²⁺浓度。

锌电积过程不同Mn²⁺浓度的对比实验结果如表2所示。从表中可以看出，当电解液中含有4g/L的Mn²⁺时，锌电积过程的槽电压和电耗更低，阴极锌产量更高，更有利于电积反应的发生。

表2锌电积过程不同Mn²⁺浓度的对比实验结果

本发明模拟电解系统和方法，结构合理、使用方便，可以在类似于湿法冶金的实际工业环境中，对实验室制备得到的阳极材料是否适用于工业化应用进行验证，适用于湿法冶金中的电积锌、电积铜以及电化学废水处理等领域。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明的技术方案及附图内容所作的等效替换或简单变换，均属于本发明所附的权利要求保护范围。