一种直接电沉积设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及湿法冶金和从金属离子溶液里生产金属的技术领域。
【背景技术】
[0002]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，从原料到金属材料，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，金属的浸出、净化、提取到精炼，从目前应用技术来看，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、二十种。
[0003]电解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。
[0004]电沉积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。
[0005]金属的还原析出与阴极极化密切相关。依据电沉积过程中所产生原因的不同，极化又分为浓差极化、电化学极化等类型。不同极化类型控制下的电沉积过程，将有不同的特征；浓差极化:在电沉积过程中，参加反应的粒子在电极表面上沉积，或电极反应生成物在电极表面附近积累，都会导致电极表面附近反应粒子的浓度发生变化，使电极表面附近与溶液本体的浓度出现差值。因浓度差引起的电极电位的改变，称为浓差极化。浓差极化有如下特点:随电极电流密度的增加浓差极化增加，当达到某一电位后，将出现不随电极电位变化的极限电流；搅拌溶液可以大大降低浓差极化，提高极限电流密度。在电沉积过程中，由简单金属盐组成的溶液，电极过程受浓差极化控制时，电极表面获得的金属沉积层往往比较粗糙；电化学极化:金属离子沉积时，液相的离子必须克服或越过某一能垒才能在阴极上沉积，由此引起的电极电位的改变称电化学极化。影响电化学极化的主要因素有:电极材料，不同的电极材料对电化学反应有不同的催化活性；现有技术中的电沉积大多采用电解工艺，要求浸出液金属离子的浓度高，酸度大，只适用于精炼；而采用直接电积设备，可从含金属离子的溶液中直接生产出金属，而且纯度高，节能环保。
【发明内容】
[0006]为了使大部分金属离子溶液中的金属离子能通过电化学的方法，直接在阴极了生成金属，还要能耗低，环保，生产的金属纯度高，电能转化效率高。我们发明了本直接电沉积设备，采取的主要方案是阳极和阴极都为空心管，下端盖和上端盖固定安装在阴极两端，阳极通过下端盖和上端盖帽同心固定安装在阴极管内，阳极管壁上钻了若干个I毫米左右的斜小孔，小孔的的排列方式为:轴向从阳极进液管到阳极帽方向，孔距为等差数列，公差为正；径向均布排列若干列，相邻两列各孔为错位排列，每个孔都在其相邻两孔轴向的中间；小孔轴线与阳极管外圆柱面的交点处的切面和小孔的轴线成45°左右夹角；与此切面垂直且通过小孔轴线的平面与阳极管轴线成向上15°左右的夹角。阳极进液管处有导流板和导流档板，阳极材料为钛基涂烧结铱钽合金；阴极内壁装有阴极内衬，材料都为不锈钢，设置阴极内衬的目的是沉积在阴极内衬上的金属方便从阴极管取出，取出的阴极内衬在自身弹力的作用下与沉积的金属管分离，再把阴极内衬装入阴极管内继续沉积金属；电积电源正极与阳极连接，负极与阴极连接。
[0007]循环罐内的电沉积液经循环泵以一定的压力和流速打入阳极管内经导流板和导流挡板，使其在阳极管内部旋转起来，再从阳极管壁上的斜小孔喷射向阴极内衬面和沿阴极内衬内壁旋转各上流动，然后经上端盖出液孔流入循环罐中，形成回流，使金属离子不断在阴极内衬上不断被还原而沉积。
[0008]阳极管内的导流板和导流挡板，使液流在阳极管内部旋转起来，再从阳极管壁上的斜小孔喷射向阴极内衬面，因阳极管壁上的斜小孔孔距从下到上为等差排列，消除了电沉积装置内下部压力大于上部压力而带来对液流的影响，使大部分液流从阳极管底部的小孔喷出，绕阴极内衬内壁旋转向上流动，使阳极和阴极内衬之间的电沉积液从下到上均匀地喷射和旋转，从而保证了沉积在阴极内衬的金属不管从厚度，致密度，光洁度，纯度等都保持均匀一致，很好得克服了电沉积过程中的浓差极化。由于阳极采用了钛基涂烧结铱钽合金，可有效克服电沉积过程中的电化学极化，
由于本直接电沉积设备能很好地克服电沉积过程中的浓差极化和电化学极化，所以可使很多金属都能进行电沉积，电积液金属离子浓度低(只要几克/升就可电积)，添加剂用量少，电沉积后的电积液金属离子含量极小(可小于I克/升)，电沉积液循环流量小，压力低，电积金属纯度高，电能转化效率高；电沉积液在密封的容器内循环，无酸雾和废气自由排放，可实现自动化、连续化生产；真正的低能耗、低污染环境的新型直接电沉积设备。由于本直接电沉积设备可单个使用，也可若干个并联或串联使用。
[0009]本发明的技术方案如下(图1):一种直接电沉积设备，包括阴极管10、阴极内衬4、压环16、阳极管9、阳极帽15、上端盖13，上端盖帽14、下端盖5、排料阀24等；上端盖13，上端盖帽14，下端盖5和阳极帽15都为耐腐蚀的非金属绝缘材料注塑而成；上端盖13上有多头外螺纹和出液孔12，，中心有通孔，出液孔12在其外壁上，轴线与其外切圆切线平行，方向与阳极管9上的小孔8液流方向一致；上端盖帽14上有多头内螺纹；下端盖5内底面为斜面，斜面的最低处有排料孔23，可接排料阀24 ;下端盖5上端有凸台22，有下盖密封槽19，有预埋内螺母20 ;有阳极支撑柱25，密封槽21 ;下端盖5底面到另一端端面的距离大于阳极支撑柱25的端面的距离；凸台22外边有比较大的倒角；预埋螺母20是在注塑成型时预先埋好的；阴极内衬4为厚度为0.6左右的不锈钢板卷制而成，装入阴极管10内时直径和长度与阴极管10的内径和长度相等；自同状态下为轴向开口的半圆板；阳极管9和阳极帽15组成阳极，阳极管9 一端有阳极进液管1，另一端与阳极帽15套接；阳极管9内有导流板6和导流档板7，阳极管9壁上有若干个小孔8，套装阳极帽15 —端阳极管总长的五分之一左右没有小孔；阳极管9壁上的若干个小孔的排列方式为:轴向从阳极进液管I到阳极帽15方向，孔距为等差数列，公差为正；径向相邻两列各孔为错位排列，每个小孔都在其相邻两孔轴向的中间；通过小孔8轴线与阳极管9外圆柱面的交点的切面和小孔8的轴线成45°左右夹角；与此切面垂直且通过小孔8轴线的平面与阳极管9轴线成向上15°左右的夹角；导流板6为流线孤形板，以阳极管9轴线为中心，均布焊接在阳极管9端板的内平面上，导流板6孤线的切线方向与阳极壁小孔8的轴线方向一致，导流挡板7为一圆板，板的一面为平面(或其它光滑面)，另一面的中间为内圆孤锥面，外围为平环面，平环面与导流板6点焊连接。