一种电解系统装置及电解铜的方法与流程

本发明涉及化学领域，具体涉及一种电解系统装置及电解铜的方法。

背景技术

传统电积技术是将阴、阳极放置在缓慢流动或停滞的电解槽体内，在电场的作用下，金属离子向阴极定向移动，在阴极得到电子而沉积析出金属产品。在目标金属离子浓度较低的情况下，传统的电积技术易发生阴极的浓差极化现象，造成少量杂质离子与目标金属离子一起在阴极上析出，导致阴极产品质量严重下降，而且浓差极化导致电解率下降，回收成本增加。

另外还有一种旋流电解技术，该技术的关键是通过高速液流消除浓差极化对电效的影响，能够高效的回收废液中的金属，特别适用于低浓度含铜废液中铜的资源化回收。

而电解工艺在阴极还原回收金属产品的同时，在阳极区会产生氧气，电解液中溶解的氧气会迁移至阴极表面，氧化被电解还原的金属，特别是旋流电解工艺的离心作用，会导致氧气在阴极区域富集，进而导致电解的金属产品被氧化，抑制电解，导致电解的效率低。

在电解过程金属离子浓度会越来越低，恒定电流密度电解会导致阴极金属致密性变差，电解产氢副反应增加，而且含金属废液旋流速度太快会对阴极产生反溶作用，整体上表现为电解效率下降，阴极金属产品质量下降。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种电解效率高，收回金属质量高，同时能将电解产生的气体排走的电解系统装置及其工艺。

为解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案如下：

一种电解系统装置，包括溶液存储器、循环机构、电解机构和回收机构，所述溶液存储器、循环机构、电解机构和回收机构依次相连，所述溶液存储器和电解机构相连，所述电解机构包括供电装置、电解装置和搅拌装置，所述电解装置分别与供电装置和搅拌装置相连，通过循环机构将溶液存储器内的预处理了的金属离子溶液泵入电解装置中电解，由供电装置提供电解所需电，经电解装置处理后的金属溶液返回溶液存储器，形成一个封闭循环的电解，而金属溶液经电解装置回收后，返回上游预处理步骤，然后电解产生的废气通过回收机构吸收处理，整个过程不但快速有效，电解过程调整电流密度及旋流搅拌速度，不会因离子浓度降低从而导致电解的效率降低，而且电解过程中，产生的气体能排出到回收机构中，防止气体在电解过程中再与离子发生反应，使得回收到金属的质量大大提高。

在第一方案中，所述电解装置与溶液存储器连接管上设有过滤器，所述电解装置设有主体架，所述主体架包括主体支架、阳极体和阴极体，所述阴极体固定在主体支架上，所述阳极体固定在主体支架内，通过主体支架将阴极体和阳极体固定好，将整个电解的过程在封闭的环境中完成，避免外界影响到电解，使电解出来的金属质量变差。

在第一方案中，所述主体支架底部设有支脚，所述主体支架两侧设有进出口，所述主体支架顶部设有盖板，所述主体支架内部设有保护套，支脚让主体架存放更稳定，主体支架的两个进出口一个为进口，另一个为出口，将电解产生的气体排出电解装置，而保护套用于保护在电解装置内的搅拌机构，避免搅拌机构腐蚀。

在第一方案中，所述主体支架所用材质为塑料材质，塑料材质能避免主体支架与阳极体和阴极体发生反应。

在第一方案中，所述供电装置与一个或多个电解装置并联连接使用，所述电解装置阴极体与供电装置负极相连，阳极体与供电装置正极相连，能按照实际需求将多个电解装置并联，能进一步提高电解的效率。

在第一方案中，所述阳极体为外层涂有钌、铱贵金属涂层的金属钛板，所述阴极体为薄铜板阳，所述阴极体电流密度为20a/m²-300a/m²，两个极体所用的材质能大大提高电解的效率。

在第一方案中，所述阳极体和阴极体同轴设置，两个极体距离为30-100mm。

在第一方案中，所述搅拌装置包括传动机构和搅拌机构，所述传动机构至少与一个搅拌机构相连，可以按照实际需要，调整搅拌机构的数量。

在第一方案中，所述搅拌机构设有搅拌轴，所述搅拌轴与传动机构相连，所述搅拌轴通过轴承固定，所述搅拌轴设有叶轮，所述搅拌轴通过连接筒与叶轮相连，所述连接筒通过固定件与搅拌轴相连，由传动机构带动叶轮产生旋流，在旋流中能提高电解的效率。

在第一方案中，所述搅拌轴所用材质为金属钢材。

本发明的第二个方案提供了一种使用电解系统装置电解铜的方法，所述方法包括具体以下步骤：

s1.将含铜废液、含铜废渣作预处理得到铜溶液；

s2.将转化了的铜溶液放置到溶液存储器中；

s3.开启循环机构和供电装置，进行封闭循环电解；

s4.观察测量铜溶液浓度的变化，当铜溶液浓度低于0.1g/l，关闭循环机构和供电装置，停止电解；

s5.取出金属铜，完成电解。

在第二方案中，所述步骤s1中对含铜废液、含铜废渣作预处理生成硫酸铜溶液。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)本发明提出的电解系统装置能有效提高电解的速率，并且将产生到的废气经过回收机构吸收掉，避免其他在溶液中再次与金属发生反应，也能大大提高电解回收到金属的质量。

(2)由于本发明的阴极体在旋转阳极体外侧，更有利于搅拌装置的旋流产生的离心力使离子向阴极扩散，提高电解效率。

(3)本发明能通过控制阳极体、阴极体距离，旋流电解主体筒体尺寸、尾气吸收功率等，减少阳极电解过程产生氧气对阴极回收铜产品质量影响。

(4)本发明能通过监测溶液存储器中离子浓度调节旋转轴旋转速度及调整电解电流密度，提高电效及回收金属质量,通过旋转轴带动叶轮转动产生旋流，旋转轴由传动电机带动，通过变频控制，转速可调，进而保证旋流电解筒体内旋流速度可调。

附图说明

图1为电解系统装置结构示意图。

图2为电解装置结构示意图。

图3为电解装置顶部缩放结构示意图。

图4为阳极体和阴极体结构示意图。

图5为旋转轴结构示意图。

图中：溶液存储器1、循环机构2、回收机构3、供电装置4、电解装置5、搅拌装置6、主体支架7、阳极体8、阴极体9、支脚10、进口11、出口12、盖板13、保护套14、传动机构15、搅拌轴16、传动齿轮17、轴承18、叶轮19、连接筒20、固定件21，供电装置电源端201。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。实施例1

本实施例结合离子浓度为40g/l的铜离子溶液作例子，本发明提供的一种电解系统装置，如图1所示，包括溶液存储器1、循环机构2、电解机构和回收机构3，而溶液存储器1、循环机构2、电解机构和回收机构3依次连接，电解机构包括供电装置4、电解装置5和搅拌装置6，电解装置5与溶液存储器1相连。在电解时，先将含铜溶液加入双氧水作预处理后倒入溶液存储器1中，由循环机构2将铜溶液抽到电解装置5内，开启供电装置4和搅拌装置6，搅拌装置6进行搅拌，铜溶液在电解装置5内进行电解，整个电解过程封闭循环，析出铜，在电解装置5与溶液存储器1的连接管路上装有过滤器，能过滤电解装置产生的铜渣及阳极泥，然后电解装置内电解产生气体从电解装置5流走到回收机构3中，整个过程简单快速，既能快速有效地进行电解，同时电解过程中不会让铜与氧气再次发生反应，生产黑色的氧化铜，导致电解装置5堵塞，并且析出的铜质量好，杂质少。

其中溶液存储器1是由pvc材料焊制的箱体，容积约为4000l，循环机构2为废液循环泵。

而电解机构包括供电装置4、电解装置5和搅拌装置6，其中电解装置5和搅拌装置6如图2-3所示，电解装置5设有主体架，主体架包括主体支架7、阳极体8和阴极体9，阴极体9固定在主体支架7上，阳极体8固定在主体支架7内，在主体支架7底部设有支脚10，主体支架7两侧设有进出口，两个进出口分别为进口11与出口12，进口11在主体支架7底侧，出口12在主体支架7上侧，进口11负责让溶液进入电解装置内，出口12负责排出铜与气体，电解装置5通过出口12与溶液存储器1相连，在主体支架7的顶部还设有盖板13，并且在主体支架7内部设有保护套14，用于保护搅拌装置6，避免析出的铜吸附在搅拌装置6上。

而主体支架7所用材质为塑料材质，要求耐酸碱、70℃左右不易变形，并且具有一定的机械强度，所用的供电装置4为直流电源，供电装置可以与一个或多个电解装置并联连接使用，在安装时，电解装置阴极体与直流电源负极相连，阳极体与直流电源正极相连，能根据实际应用的需求对电解装置进行调整。

另外阳极体8和阴极体9与供电装置电源端201的连接如图4所示，阳极体8为外层涂有钌、铱贵金属涂层的金属钛板，阴极体9为薄铜板阳，阴极体电流密度为20a/m²-300a/m²，阴极体9形状与主体支架7相同，并且主体支架7、阳极体8和阴极体9同轴设置，阳极体8和阴极体9两个极体距离为30-100mm。

而搅拌装置6由搅拌机构与传动机构15组成，传动机构15至少与一个搅拌机构相连，可以根据实际需求进行调整，而搅拌机构设有搅拌轴16，如图5示，搅拌轴16通过传动齿轮17与传动机构15相连，而在搅拌轴的头位两端各设有一个轴承18，搅拌轴16,通过轴承18固定，并且在搅拌轴16上设有叶轮19，搅拌轴16通过连接筒20与叶轮19连接，带动叶轮19产生旋流，加快电解的速度，而连接筒20通过固定件21与搅拌轴16固定，所用的固定件21为固定螺母，所用搅拌轴16的材质为金属钢材，所用的传动机构15为可调速电机。

搅拌轴16在电解装置5内由保护管14保护，溶液在进口11方向进入，而保护管14外壁与主体支架7内壁之间形成的空间充满铜溶液，保护管14使搅拌轴16不与铜溶液直接接触。铜溶液从进口11进入，经过从下而上旋流并从出口12回流至溶液存储器1中。

另外，处理的铜离子溶液最佳浓度范围为0.1g/l-40g/l，阴极电流密度、可调速电机转速随铜离子浓度变化进行调整。

经过电解后，可以将离子浓度为40g/l的铜离子溶液，降低到铜离子浓度为0.1g/l以下。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。