铜粉电解装置及电解方法与流程

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种铜粉电解装置及电解方法。

背景技术：

铜粉是粉末冶金工业的重要基础原材料，其生产方法很多，有还原法、雾化法、机械研磨法、电解法等,不同的生产方法得到的铜粉有着不同的特征。电解铜粉具有树枝状发达、比表面积大、松装密度低、成形性好等优点；广泛应用于粉末冶金零部件、电碳、金刚石工具等领域。此外，电解铜粉还应用于电工合金、射孔弹等领域。铜粉的性质可以通过调节电解工艺条件、电解液组成、电极的表面性质等来改变，如控制粉末粒度，可以生产超细粉末，并且可以实现生产的连续化和自动化。

电解铜粉的制取工艺流程为：可溶性铜阳极→电解→刮粉→收集铜粉→过滤→洗涤→防氧化处理→干燥→筛分→产品。

电解过程是制备电解铜粉的重要工序。电解铜粉的主要生产厂家，一般以电解精炼铜板为阳极，紫铜板为阴极采用硫酸铜和硫酸组成的溶液为电解液，将电极相互平行排列在电解槽中，电解槽为衬铅槽、衬橡皮槽、塑料槽和玻璃钢槽等。电解液循环采用“下进上出”方式，溶液的流动方向与电极表面垂直。首先将电解液泵到一个高位贮液槽，电解液依靠重力从贮液槽中流入电解槽底部(也可以由泵直接注入到电解槽底部)，再从上面溢液口流出，流入到地下的贮液槽中，用于再循环，通过阀门控制电解液的流量。

电解过程是一种借助电流作用实现化学反应的过程，即由电能转变为化学能的过程。由于阴极放电反应的结果，界面上铜离子的浓度不断降低，这种消耗被从溶液中扩散来的铜离子所补偿，随着电流密度的增大，铜粉的析出，使得阴极界面上的铜离子迅速贫乏，产生浓差极化，传统电解铜粉的电解液流动方式难以消除这种极化现象，极易造成阴极电流效率低，使得电解铜粉的生产成本增加。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种铜粉电解装置及电解方法，为减少电解铜粉过程中产生的浓差极化现象，采用一种改变了电解液进液方式的电解槽，电解槽采用传统进液加侧面多孔辅助进液方式，侧面多孔进液方向平行于极板。该进液方式通过控制侧面多孔进液速度可有效减少阴阳极之间的“死区”，降低浓差极化，提高电流效率，并进一步降低槽电压，实现在保持原有铜粉性能的前提下，提高电流效率，减低电解直接能耗。

本发明的铜粉电解装置，包括用于储存电解液的电解槽和放置于电解槽内的多个极板；所述电解槽内还安装有箱式进液器；所述箱式进液器内设有至少两个内腔，各个内腔之间通过分布器依次连通，其中位于首端的内腔与箱式进液器的进液口相通，位于末端的内腔与箱式进液器的出液口相通；箱式进液器包括箱体和固定于箱体内的隔板，使箱体内部被隔板分隔为两个内腔，分别为上腔和下腔，隔板上设有沿箱体长向排列的多个分布孔，形成所述分布器，上腔和下腔通过隔板上的分布孔相通，箱式进液器的进液口与上腔相通，箱式进液器的出液口与下腔相通，将箱式进液器的进液口连接电解液供液装置，电解液注入上腔内之后，在分布器的作用下均匀流入到下腔内，再由箱式进液器的出液口流入电解槽内，能够均匀的向电解槽内补充电解液，降低浓差极化，提高电流效率。

进一步，所述电解槽的宽向两侧内壁分别安装一个箱式进液器，两个箱式进液器以相对的方式安装在电解槽的内壁，可采取单侧进液或双侧进液的方式，满足生产需要。

进一步，所述箱式进液器设有多个出液口，各出液口沿箱式进液器长向均匀分布，能够均匀的向电解槽内补充电解液，降低浓差极化，提高电流效率。

进一步，所述箱式进液器的出液口朝水平方向并且与极板平行，该进液方式通过控制箱式进液器的出液速度可有效减少阴阳极之间的“死区”，提高电流效率，减低电解直接能耗。

进一步，所述箱式进液器沿竖直插接于电解槽的相应侧内壁，便于箱式进液器的安装和取出，利于设备维护，箱式进液器的两端均设有卡块，所述卡块与箱式进液器靠近电解槽的相应侧内壁的一侧相平，电解槽的相应侧内壁对应卡块设有插槽；箱式进液器通过卡块沿竖直插接于相应插槽内，插槽的下端设有用于对卡块进行限位的限位块，能够保持箱式进液器稳定的处于相应高度。

进一步，两个箱式进液器的高度不同，双侧同时进液时，使电解液的补充更加均匀，同时利用对流效果能使电解液充分混合。

进一步，所述电解槽设有进液口和出液口，并且电解槽的进液口和出液口以低进高出的方式布置于电解槽的长向两侧，使电解液利用更充分。

进一步，所述极板沿电解槽长向均匀排列，电解槽的宽向两侧壁的上边部设有用于卡接极板的卡槽，极板为T形板，安装时将其卡接在卡槽内，结构稳定，便于拆装。

进一步，所述电解槽为衬铅槽、衬橡皮槽、塑料槽或者玻璃钢槽。

本发明的铜粉电解方法，应用上述铜粉电解装置电解铜粉，以硫酸铜和硫酸组成的溶液为电解液，电解参数如下：阴极电流密度1300～1700A/m2，温度30～50℃，二价铜离子浓度6～13g/L，硫酸浓度120～160g/L，极间距3～80mm，刷粉周期20～40min，两个箱式进液器出液口的流速分别为0～150cm/s和150～0cm/s，箱式进液器的出液口到极板边部的垂直距离均为2-6mm；两个箱式进液器出液口的流速分别为0～150cm/s和150～0cm/s是指两个箱式进液器出液口的流速和为0～150cm/s，可采用单侧进液和双侧进液的方式；箱式进液器的出液口到极板边部的垂直距离均为2-6mm是指箱式进液器的出液口到到各个极板相应侧边部所在的平面的垂直距离为2-6mm，采用侧面进溶液，出液口5位置位于阴阳极之间，靠近阴极面；参数发生了变化，电流效率得以提高，能耗降低。

本发明的有益效果是：本发明的铜粉电解装置及电解方法，采用一种改变了电解液进液方式的电解槽，电解槽采用传统进液加侧面多孔辅助进液方式，侧面多孔进液方向平行于极板，该进液方式通过控制侧面多孔进液速度可有效减少阴阳极之间的“死区”，降低浓差极化，提高电流效率，并进一步降低槽电压，实现在保持原有铜粉性能的前提下，提高电流效率，减低电解直接能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的左视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1-4所示，本实施例的铜粉电解装置，包括用于储存电解液的电解槽1和放置于电解槽1内的多个极板2；所述电解槽1为衬铅槽、衬橡皮槽、塑料槽或者玻璃钢槽；所述电解槽1设有进液口8和出液口9，并且电解槽1的进液口8和出液口9以低进高出的方式布置于电解槽1的长向两侧，使电解液利用更充分；所述极板2沿电解槽1长向均匀排列，电解槽1的宽向两侧壁的上边部设有用于卡接极板2的卡槽3，极板2为T形板，安装时将其卡接在卡槽3内，结构稳定，便于拆装；所述电解槽1的宽向两侧内壁分别安装一个箱式进液器4，两个箱式进液器4以相对的方式安装在电解槽1的内壁，可采取单侧进液或双侧进液的方式，满足生产需要；所述箱式进液器4内设有至少两个内腔，各个内腔之间通过分布器6依次连通，其中位于首端的内腔与箱式进液器4的进液口10相通，位于末端的内腔与箱式进液器4的出液口5相通；所述箱式进液器4设有多个出液口5，各出液口5沿箱式进液器4长向均匀分布，能够均匀的向电解槽1内补充电解液，所述箱式进液器4的出液口5朝水平方向并且与极板2平行，该进液方式通过控制箱式进液器4的出液速度可有效减少阴阳极之间的“死区”，提高电流效率，减低电解直接能耗，降低浓差极化，提高电流效率；箱式进液器4包括箱体和固定于箱体内的隔板，使箱体内部被隔板分隔为两个内腔，分别为上腔和下腔，隔板上设有沿箱体长向排列的多个分布孔形成所述分布器6，上腔和下腔通过隔板上的分布孔相通，箱式进液器4的进液口10与上腔相通，箱式进液器4的出液口5与下腔相通，将箱式进液器4的进液口10连接电解液供液装置，电解液注入上腔内之后，在分布器6的作用下均匀流入到下腔内，再由箱式进液器4的出液口5流入电解槽1内，能够均匀的向电解槽1内补充电解液，降低浓差极化，提高电流效率。

本实施例中，所述箱式进液器4沿竖直插接于电解槽1的相应侧内壁，便于箱式进液器4的安装和取出，利于设备维护，两个箱式进液器4的高度不同，双侧同时进液时，使电解液的补充更加均匀，同时利用对流效果能使电解液充分混合，箱式进液器4的两端均设有卡块，所述卡块与箱式进液器4靠近电解槽1的相应侧内壁的一侧相平，电解槽1的相应侧内壁对应卡块设有插槽7；箱式进液器4通过卡块沿竖直插接于相应插槽7内，插槽7的下端设有用于对卡块进行限位的限位块，能够保持箱式进液器4稳定的处于相应高度。

实施例二：

本实施例的铜粉电解方法，应用上述铜粉电解装置电解铜粉，以硫酸铜和硫酸组成的溶液为电解液，电解参数如下：阴极电流密度1300～1700A/m2，温度30～50℃，二价铜离子浓度6～13g/L，硫酸浓度120～160g/L，极间距3～80mm，刷粉周期20～40min，两个箱式进液器4出液口55的流速分别为0～150cm/s和150～0cm/s，箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为2-6mm；两个箱式进液器4出液口55的流速分别为0～150cm/s和150～0cm/s是指两个箱式进液器4出液口55的流速和为0～150cm/s，可采用单侧进液和双侧进液的方式；箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为2-6mm是指箱式进液器4的出液口5到到各个极板2相应侧边部所在的平面的垂直距离为2-6mm，采用侧面进溶液，出液口5位置位于阴阳极之间，靠近阴极面；参数发生了变化，电流效率得以提高，能耗降低。

实施例三：

电解槽1内部尺寸为150cm×150cm，电极有效面积为0.84cm²，电流密度为1500A/m²，极距为3cm，电解液温度为30℃，Cu²⁺浓度为12g/L，硫酸浓度为160g/L，流量是2.0L/min，在电解液流量为2L/min，传统进液方式条件下制备电解铜粉的电流效率为83.59％，能耗为1013.78Kw.h/t；采用上述铜粉电解装置电解铜粉，以“传统进液+侧面平行于极板2进液”的方式，箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为3mm，在总流量为2L/min，电解槽1的进口流量是1.0L/min，箱式进液器4的出液流速均为58.98cm/S，其他条件不变的条件下，电流效率为95.53％％，能耗为809.4Kw.h/t。

实施例四：

电解槽1内部尺寸为150cm×150cm，电极有效面积为0.64cm²，电流密度为1500A/m²，极距为3cm，电解液温度为40℃，Cu²⁺浓度为10g/L，硫酸浓度150g/L，电解温度40℃，刮粉周期30min；在电解液流量为2L/min，传统进液方式条件下的电流效率是90.56％，电能消耗846.2428kw·h/t；采用上述铜粉电解装置电解铜粉，以“传统进液+侧面平行于极板2进液”的方式，箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为3mm，在总流量为2L/min，电解槽1的进口流量是1.0L/min，箱式进液器4的出液流速均为58.98cm/S，电流效率为95.53％，电能消耗为703.6275kw·h/t。

实施例五：

电解槽1内部尺寸130cm×130cm，电极有效面积为0.64cm²，电流密度为1500A/m²，极距为3cm，电解液温度为40℃。Cu²⁺浓度为10g/L，硫酸浓度为155g/L，在电解液流量为0.74l L/min，传统进液方式条件下的电流效率为80.61％，能耗为987.111Kw.h/t；采用上述铜粉电解装置电解铜粉，以“采用传统进液+侧面平行于极板2进液”的方式，箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为2.5mm，在总流量是0.741L/min，电解槽1的进口流量是0.37l L/min，箱式进液器4的出液流速均为52.00cm/S，电流效率为98.83％，能耗为746.27Kw.h/t。

实施例六：

电解槽1内部尺寸130cm×130cm，电极有效面积为0.64cm²，电流密度I＝1500A/m²，极距为3cm，电解液温度为40℃。Cu²⁺浓度为10g/L，硫酸浓度为155g/L，流量为0.74l L/min，传统进液方式条件下的电流效率为80.61％，能耗为987.111Kw.h/t；采用上述铜粉电解装置电解铜粉，以“采用传统进液+侧面平行于极板2进液”的方式，箱式进液器4的出液口5到极板2边部的垂直距离均为2.5mm，在总流量为0.741L/min，电解槽1的进口流量是0.178L/min，箱式进液器4的出液流速均为52.00cm/S，电流效率为100％，能耗为715.56Kw.h/t。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。