一种环流电解装置的制作方法

本实用新型属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种环流电解装置。

背景技术：

水溶液电解工艺在电解过程中，是将阴阳极放置在电解液缓慢流动的槽体内，在电场的作用下，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，通过控制一定的技术条件，目标金属阳离子在阴极得到电解沉积析出，从而得到高纯的电解产品。

金属在水溶液电解过程中遵守法拉第定律，以铜为例，其电解析出量可以用下式表示：

mCu＝1.1852·i·A·t

式中：mCu：析出的铜质量(g)，i：电流密度(A/m²)，A：阴极通电面积(m²)，t：通电时间(s)。

由上式，在通电面积不变的情况下，要想在单位时间内提高阴极铜产量只有提高电流密度。

在生产实践中，当电流密度较高时，应采用较大的循环速度，以减少浓差极化。但是循环速度过快，又会使阳极泥不易沉降，且造成贵金属的损失增加，有时还会导致阴极质量恶化和板面大量长粒子。高电流密度下，电解液浓差极化现象更加严重，因此需要选取合适的循环方式。

目前，在水溶液电解冶金生产中，主要采用的循环方式有以下几种：

第一种，上进下出式循环，电解液从电解槽一端直接进入电解槽的上部，在电解槽另一端设有出水袋(或出水隔板)，将电解槽下部的电解液导出。

第二种，下进上出式循环，电解液从电解槽一端的进液管(或进水隔板内)导入电解槽的下部，在槽内由下向上流动，从电解槽另一端上部溢流管溢出。

第三种，中央底管小孔进液循环，两端溢流出液。

第四种，平行射流电解工艺(中国专利CN2068512U)，电解液经加压后从电解槽侧面底部进液，两端溢流出液。

第五种，顶部进液双向平行流电解工艺(中国专利CN104831319A)，电解液从电解槽槽体顶部两侧同时进液，且采取上进下出的循环进液方式。

上述几种循环方式在水溶液电解冶金生产中会存在如下技术缺点：

1)上述第一种循环方式。在上进下出的电解槽中，漂浮阳极泥与进液方向相反，不易排除槽外。加之，进液模式为电解槽一端集中进液，局部电解液传质和传热效果差，槽内底部易出现结晶，离子浓度贫化严重，不利于电流密度的大幅度提升。

2)上述第二种循环方式，在下进上出的电解槽中，进液模式为电解槽一端集中进液，同样存在电解液分散不均，不利于传质和传热等现象，不利于电流密度的大幅度提升。

3)上述第三种循环方式，其电解液进液方向基本是和极板垂直。一方面，两侧和底部存在循环死区，溶液成分分布不均，局部贫化严重，易造成阴极极化失衡和阳极钝化，影响质量控制。另一方面，在使用过程，进液小孔需要严格对准阴极板面，但因各种原因导致底管变形(如掉落残极)或者安装位置不当，出现进液小孔直吹阳极板或者乱吹现象，导致电解槽液流紊乱，影响质量控制。

4)上述第四种循环方式，动力消耗大、投资高昂，整套循环系统部件较多，多采用不锈钢材质。且喷射装置易出现堵塞、损坏，故障率高，维护成本高且额外增加的工作量大。

5)上述第五种循环方式，包含4)中不足之处。且该项专利采用的是上进下出原理，同样存在1)中漂浮阳极泥不易排除槽外和高电流密度下槽内阴极下部区域电结晶较差等问题，不利于阴极产品质量控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有的电解装置溶液分布不均匀、漂浮阳极泥不易排除槽外的问题，而提供一种环流电解装置。

本实用新型提供一种环流电解装置，该装置包括电解液循环槽、与电解液循环槽连接的加热器、与加热器连接的高位槽、与高位槽连接的分液槽，和与分液槽连接的电解槽，所述的电解槽和电解循环槽连接形成循环回路。

所述的电解槽包括置于槽体内的若干个阴极板、阳极板，及设置在槽体底部的水平环流供液装置。

所述的水平环流供液装置由进液管和U型输液管组成，所述的U型输液管包括中间输液管和两侧输液管，进液管和中间输液管连接，两侧输液管的末端设有第二三通管和第三三通管；所述的第二三通管和第三三通管交错设置，且所述的第二三通管和第三三通管设置在槽体底部的中间。

优选的是，所述的电解液循环槽通过循环泵与加热器连接。

优选的是，所述的电解槽两侧设有溢流口。

优选的是，所述的电解槽两侧的溢流口通过管路与电解循环槽连接。

优选的是，所述的进液管通过第一三通管垂直设置在中间输液管中间。

优选的是，所述的中间输液管和两侧输液管连接处设有弯头。

优选的是，所述的第二三通管和第三三通管内设有定向隔板。

优选的是，所述的第二三通管和第三三通管在横向方向上的距离≥200mm。

优选的是，所述的两侧输液管上分别设有固定橡胶座。

本实用新型的有益效果

1、本实用新型的装置因进液口设计在两侧中部底角，没有设计在极板正下方，不会出现对极板直吹的现象，不会导致极板上阳极泥出现无规则脱落或阻碍阳极泥自由沉降。

2、本实用新型的装置因设计出口口径大，可实现大流量，低流速进液对槽底的阳极泥扰动较小。

3、本实用新型的装置因采用中部进液方式，电解槽内电解液形成环形流动，无死角区域，电解液成分均匀、稳定，生产电流密度可以得到进一步提升，产能效益提升。

4、本实用新型装置结构部件少、工艺流程简捷，投资费用低且易于操作。

5、本实用新型电解装置能够提高电流密度至350～400A/㎡(以铜电解为例)，较传统工艺280A/㎡的电流密度提高了40％以上，从而能够大幅提高产能。

6、本实用新型的一种环流电解装置，可以应用在铜电解、锌电解、铅电解、锡电解等水溶液电解冶金工艺中，应用范围广。

附图说明

图1为本实用新型一种环流电解装置结构示意图；

图2为本实用新型一种环流电解装置中水平环流供液装置的结构示意图；

图3为本实用新型一种环流电解装置中水平环流供液装置的侧视图；

图4为本实用新型一种环流电解装置中电解槽的俯视图；

图5为本实用新型一种环流电解装置中电解槽的侧视图；

图6为本实用新型一种环流电解工艺中电解液立面运动轨迹示意图；

图7为本实用新型一种环流电解工艺中阴极产品表面电解液运动轨迹和结晶析出状态示意图；

图8为本实用新型一种环流电解工艺中电解槽上端面电解液运动状态示意图；

图9为本实用新型一种环流电解工艺流程图。

图中，1、电解液循环槽，2、循环泵，3、加热器，4、高位槽，5、分液槽，6、电解槽进液管，7、电解槽，8、橡胶软管，9、水平环流供液装置，91、中间输液管，92、第一三通管，93、弯头，94、两侧输液管，95、第二三通管，96、第三三通管，97、定向隔板，98、固定橡胶座，99、进液管，10、阴极板，11、阳极板，12、溢流口，13、上清液槽，14、地坑槽。

具体实施方式

本实用新型首先提供一种环流电解装置，如图1所示，该装置包括电解液循环槽1、与电解液循环槽1连接的循环泵2、与循环泵2连接的加热器3、与加热器3连接的高位槽4、与高位槽4连接的分液槽5，和与分液槽5连接的电解槽7，所述的电解槽7的进液端通过电解槽进液管6与分液槽5连接，电解槽7两侧对称设有溢流口12，所述的溢流口12通过管路与电解循环槽1连通，所述的电解槽7和电解循环槽1连接形成循环回路。

如图4-5所示，所述的电解槽7包括置于槽体内的若干个阴极板10、阳极板11，及设置在槽体底部的水平环流供液装置9；所述的阴极板10和阳极板11间隔设置，电解槽7底部和侧壁设有橡胶软管8，橡胶软管8在水平环流供液装置9的上方；所述的橡胶软管8用于连接电解槽进液管6和水平环流供液装置9。

如图2、3所示，所述的水平环流供液装置9由进液管99和U型输液管组成；所述的U性输液管包括中间输液管91和两侧输液管94，进液管99通过第一三通管92垂直设置在中间输液管91中间，用于改变电解液流向，保证电解液从电解槽两侧流入，中间输液管91和两侧输液管94连接处设有弯头93，两侧输液管94的末端设有第二三通管95和第三三通管96；所述的第二三通管95和第三三通管96交错设置，且所述的第二三通管和第三三通管设置在槽体底部的中间区域，使电解液达到环形流动的目的，优选的所述的第二三通管95和第三三通管96在横向方向上的距离≥20mm，更优选为20mm；所述的第二三通管95和第三三通管96内设有定向隔板97，定向隔板97的作用是实现电解液均匀、定向分流。

本实施方式所述的两侧输液管94上分别设有固定橡胶座98，该固定橡胶座98的作用是用于该水平环流供液装置9固定在电解槽7内，所述的水平环流供液装置9的固定方式不限于此，也可以采用镶嵌式固定在电解槽7底部，通过在电解槽7预制过程中留有固定接口来实现。

本实施方式所述的装置还包括上清液槽13和地坑槽14，所述的上清液槽13和地坑槽14为本领域通用，没有特殊限制，在电解循环过程结束后，地坑槽13中的电解液经过压滤机净化后回到上清液槽13，上清液槽13中的电解液经过过滤后回到电解循环槽1中。

本实用新型一种环流电解工艺，如图9所示，该工艺包括：

电解液循环槽中的电解液经过加热器加热，然后输送到高位槽中，从高位槽中进入到分液槽，再从分液槽进入电解槽中，电解液通过电解槽的进液端进入到水平环流供液装置的进液管内，进液管通过第一三通管将电解液输送到两侧输液管，然后通过第二三通管和第三三通管的四个出口从电解槽两侧中部、底角区域进液，电解液在两侧中部呈竖直方向向上运动，电解液在极板两侧呈反向交叉倾斜向上运动，在阴、阳极板之间形成环形流动，所述的每个进液口流量在35～120L/min·cell，流速为0.088～0.235m/s·cell，参与电解反应后的电解液，从电解槽两侧的溢流口流出，再进入到电解循环槽中进行下一个循环。

本实用新型的电解液在电解槽中的运动轨迹如图6-8所示，图6为电解液立面运动轨迹示意图，将电解液运动轨迹区域分为中间的a区及两侧区域b区和c区，图7中的阴极产品表面电解液运动轨迹和结晶析出状态示意图，其中a图对应的是a区单块板面两侧金属析出纹路示意图，b图对应的b区单块板面两侧金属析出纹路示意图，c图对应的c区单块板面两侧金属析出纹路示意图，a1图为a区单块板面两侧电解液运动方向，b1图为b区单块板面两侧电解液运动方向，c1图为c区单块板面两侧电解液运动方向，从图6和7可以看出，电解液从出口进入电解槽后，a区电解液呈竖直方向向上运动，靠近电解槽两头区域b区和c区，电解液在极板两侧呈反向交叉倾斜向上运动，在对流传质作用下，极板间新液得到补充，浓差极化得到消除，溶液内部浓度增加，在紧靠电极表面液层中的浓度与溶液内部浓度偏差增加，扩散传质速度增加。

如图8所示，槽内电解液在上端面的运动轨迹示意图，在电解过程中，电解槽两侧电解液在向上运动过程中，会在极板间形成环形运动，迁移传递物质浓度增加，电迁移速度加快。

本实用新型的工艺中整个电解液运动导向符合电极原理，从液相传质原理上是可行的，能够有效解决电解槽内浓差极化问题，电解槽能实现大流量、低流速进液，在新补充进来的浓度较低、温度较低电解液推动下，与槽内原有电解液产生温差和浓度差，形成自然对流。因在电解过程中阳极表面金属离子浓度较高、比重大，阳极表面电解液会有向下运动的趋势。电解液会在阴极板面两侧附近自下而上沿阴极表面流动，可以快速提高电解液浓度，加快对流传质。由于进液位置设计，可有效消除电解槽底部死角区域浓差极化，使得槽底温度、浓度统一，有利于定向传质。

以铜电解为例，电流密度达到350～400A/㎡，较传统工艺280A/㎡的电流密度提高了40％以上，从而能够大幅提高产能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。