一种特种金属连续电解精炼设备及方法与流程

1.本发明涉及金属电解精炼领域，尤其涉及一种特种金属连续电解精炼设备及方法。


背景技术：

2.电解精炼设备主要指的是一种将粗金属制作为阳极，用含有预制金属的盐溶液作为电解液，控制一定电位使溶液电位比精炼金属正的杂质留存于阳极沉积物中，而溶解电位则比精炼金属负的杂质则溶入溶液，从而得到纯度更高的金属。
3.目前电解精炼设备主要用于有色冶金，比如铜、金、银、铂、镍、铅等。国内还没有专门针对具有放射性、易氧化金属，例如铀金属等，的电解精炼设备，其他厂商生产的金属电解精炼设备在收集率、密封性、特种金属连续电解生产相关的需求方面都不能满足生产需要，所以发明电解该金属针对性更强的专业设备非常必要。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种特种金属连续电解精炼设备及方法，符合金属特种金属连续电解精炼生产工作，产品直接收集率高。
5.本发明提供了一种特种金属连续电解精炼设备，包括：电解室、剥料收集室和接料盒，所述剥料收集室与所述电解室的上部连接，两者之间设置有隔离密封门；
6.所述电解室内的底部设置有加热炉体，所述加热炉体的顶部设置有阳极金属板；所述阳极金属板上连接有置料篮；所述加热炉体与阳极金属板及置料篮绝缘；
7.所述电解室的顶部设置有丝杆自动升降单元，所述丝杆自动升降单元底部通过连接杆连接阴极；
8.所述剥料收集室内设置有自动剥料单元，以及阴极转移单元；
9.所述阴极转移单元，设置于所述剥料收集室的上部；
10.所述接料盒与所述剥料收集室的底部开口连接，设置于所述自动剥料单元的下方。
11.优选地，还包括：枝晶掉落收集工装，所述枝晶掉落收集工装设置于所述加热炉体内，位于所述阴极的正下方。
12.优选地，所述枝晶掉落收集工装包括支架和收集板，所述支架为桶状，上下开口，上部设置有4个卡槽，与所述连接杆的突出部卡接实现阴极的放置和提起，所述支架的下部开口的两端分别设置有小孔，与所述收集板底面上的凸起部位固定。
13.优选地，还包括：置料篮安装支架；
14.所述置料篮安装支架通过紧固螺栓固定在所述阳极金属板上；
15.所述置料篮按照圆周均布的方式悬挂安装在所述置料篮安装支架上，所述置料篮与加热炉体内壁不接触。
16.优选地，所述阳极金属板与加热炉体的接触面上设置有陶瓷涂层。
17.优选地，所述电解室的外壁为屏蔽体。
18.优选地，所述阴极转移单元包括：导轨，自动转移机构，阴极夹爪，定位组件；
19.所述导轨设置于所述自动剥料单元的上部，其两端分别连接定位组件；
20.所述定位组件固定于所述剥料收集室的侧壁上，用于将所述导轨固定于所述剥料收集室内；
21.所述自动转移机构活动连接于所述导轨上，由plc控制逼近电动机实现自动转移机构沿导轨横向移动；
22.所述阴极夹爪连接于所述自动转移机构的下端，用于运输阴极。
23.优选地，所述阴极夹爪由伸缩套筒和夹爪构成，伸缩动作和夹取动作由plc控制步进电机完成。
24.优选地，所述自动剥料单元包括剥料刀，安装支架，以及三爪卡盘；
25.所述剥料刀活动连接在所述安装支架上，沿横向左右移动；
26.所述三爪卡盘固定连接在所安装支架上。
27.优选地，所述剥料收集室是用手套箱制作而成。
28.优选地，所述剥料收集室内还设置有收集漏斗，所述收集漏斗的底部与所述接料盒对应联通，所述收集漏斗的上部位于所述自动剥料单元的下方；
29.所述接料盒与剥料收集室采用螺栓紧固连接方式，两者之间依靠密封圈密封。
30.优选地，所述连接杆和阴极之间设置有kf快换接口。
31.本发明还提供了一种上述技术方案所述的特种金属连续电解精炼设备的特种金属连续电解精炼方法，包括以下步骤：
32.粗金属锭放置在接料盒中送入剥料收集室，将粗金属锭用钼网包裹后，用钼丝在钼网顶部制作放置阳极的吊耳，然后将所述粗金属转移到置料篮上；
33.将热炉体内的气氛置换为惰性气体，升温，阴极浸入电解液中进行电解；
34.电解完成后，提升阴极，将阴极运输至所述剥料收集室内的自动剥料单元处，完成产品剥料收集工作；
35.重新将阴极装回电解室后，重复电解生产。
36.优选地，所述电解完成后，下降连接杆，所述连接杆的突出部与枝晶掉落收集工装卡接，将所述枝晶掉落收集工装提出，取下阴极后放置在所述枝晶掉落收集工装内运输至所述剥料收集室内的自动剥料单元处，剥离阴极上的枝晶并清理所述枝晶掉落收集工装内的枝晶，完成产品剥料收集工作。
37.优选地，所述剥离阴极上的枝晶具体包括：所述阴极卡紧于三爪卡盘上，先使用剥料刀剥离将枝晶部分剥离直到出现大量电解液结晶出现，更换专用车刀继续进行剥料，所述专用车刀的安装深度定位精度在0.1毫米以内，
38.所述专用车刀与阴极之间的间隙在0.1毫米以内。
39.优选地，清理所述枝晶掉落收集工装内的枝晶具体包括：将枝晶掉落收集工装的收集板向上推，使其脱离支架，清理所述收集板上的枝晶。
40.与现有技术相比，本发明的特种金属连续电解精炼设备，改进了阳极的结构以及阴极的剥料方式，缩小了阳极的空间面积，将加热功能和电解功能分开，电解过程中，阴极上生长过长的枝晶不会掉到阳极上，避免了出现二次电解的情况，配合相应的自动剥料单
元，能够彻底将物料分离出来，提高了产品的直接收集率。经过试验表明，利用本发明的设备的特种金属的直接收集率可达到90％以上。本发明的特种金属连续电解精炼方法,利用了所述设备,保证气密性的同时利用了惰性气氛维持系统，有效保护金属在电解精炼过程中不被氧化成不能发生电解的氧化物，避免了特种金属直接收集率的降低,而且设备内的气体不会外溢，保证了生产工作人员的安全。
附图说明
41.图1表示本发明一实施例的特种金属连续电解精炼设备的结构示意图；
42.图2表示加热炉体及阳极的结构示意图；
43.图3表示本发明另一实施例的特种金属连续电解精炼设备的结构示意图；
44.图4表示枝晶掉落收集工装的结构示意图；
45.图5表示枝晶掉落收集工装的俯视图；
46.图6表示丝杆自动升降单元及阴极的连接结构图；图7表示阴极转移单元的结构示意图；
47.图8表示自动剥料单元的结构示意图；
48.图中，
49.1为电解室，2为剥料收集室，3为加热炉体，4为阳极金属板，5为置料篮，6为丝杆自动升降单元，7为连接杆，8为阴极，9为自动剥料单元，10为阴极转移单元，11为接料盒，12为隔离密封门，13为置料篮安装支架，14为紧固螺栓，15为枝晶掉落收集工装，16为支架，17为收集板，18为导轨，19为自动转移机构，20为阴极夹爪，21为定位组件，22为剥料刀，23为安装支架，24为三爪卡盘。
具体实施方式
50.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
51.本发明的实施例公开了一种特种金属连续电解精炼设备，如图1所示，包括：电解室1、剥料收集室2和接料盒11，所述剥料收集室2与所述电解室1的上部连接，两者之间设置有隔离密封门12；
52.所述电解室1内的底部设置有加热炉体3，所述加热炉体3的顶部设置有阳极金属板4；所述阳极金属板4上连接有置料篮5；所述加热炉体3与阳极金属板4及置料篮5绝缘；
53.所述电解室1的顶部设置有丝杆自动升降单元6，所述丝杆自动升降单元6底部通过连接杆7连接阴极8；
54.所述剥料收集室2内设置有自动剥料单元9，以及阴极转移单元10；
55.所述阴极转移单元10，设置于所述剥料收集室2的上部；
56.所述接料盒11与所述剥料收集室2的底部开口连接，设置于所述自动剥料单元9的下方。
57.本发明所述的设备用于对具有放射性且易于氧化的金属进行电解精炼，整个设备处于密封状态，且内部充斥惰性气氛，有效保护金属在电解精炼过程中不被氧化成不能发生电解的氧化物。
58.特别是改进了阳极的结构以及阴极的剥料方式，缩小了阳极的空间面积，将加热功能和电解功能分开，电解过程中，阴极上生长过长的枝晶不会调到阳极上，避免了出现二次电解的情况，配合相应的自动剥料单元，能够彻底将物料分离出来，提高了产品的直接收集率。
59.因为特种金属非常贵重，所以电解精炼结束后需要尽可能收集所有产品，设计了独立的产品剥料收集室，根据电解后产品的物理性能更有效的剥离产品，能够将剥离产品全部收集至专用容器中。
60.以下按照部件详细说明所述特种金属连续电解精炼设备。
61.所述特种金属连续电解精炼设备包括：电解室1、剥料收集室2和接料盒11；
62.所述剥料收集室2与所述电解室1的上部连接，两者之间设置有隔离密封门12，以保证两个室的密封性，阻止电解液蒸汽进入剥料收集室2内，优选采用窗户把手的方式固定，有效防止空气进入电解室1中，避免电解过程中特种金属被氧化。
63.所述电解室1的外壁优选为屏蔽体，以增加其耐辐射性能。
64.按照本发明，所述电解室1内的底部设置有加热炉体3，所述加热炉体3的顶部设置有阳极金属板4；所述阳极金属板4上连接有置料篮5；所述加热炉体3与阳极金属板4及置料篮5绝缘。
65.具体地，如图2所示，所述电解室内还包括：置料篮安装支架13；
66.所述置料篮安装支架13通过紧固螺栓14固定在所述阳极金属板4上；
67.所述置料篮5按照圆周均布的方式悬挂安装在所述置料篮安装支架13上，所述置料篮5与加热炉体3内壁不接触。
68.所述置料篮5上放置需要精炼的粗特种金属，它带正电能够将粗特种金属转化为离子态进入电解液中，这种结构更加简单，方便拆卸和更换，而且尽可能减小了阳极在电解液中占的空间，有效防止电解过程中较大枝晶掉落在加热炉体中发生二次电解难以回收，而且能够防止有些电解电位与特种金属的电解电位非常接近的杂质发生电解从而影响生产特种金属产品的纯度。
69.所述加热炉体3中盛放并加热电解液，对阳极金属板4和置料篮5起到支撑的作用，但与阳极金属板4和置料篮5绝缘。
70.优选地，所述阳极金属板4与加热炉体3的接触面上设置有陶瓷涂层，以保证阳极金属板4与加热炉体的绝缘效果。
71.如图3所示，本发明的特种金属连续电解精炼设备还包括：枝晶掉落收集工装15，所述枝晶掉落收集工装15设置于所述加热炉体3内，位于所述阴极8的正下方。
72.如图4和图5所示，所述枝晶掉落收集工装15包括支架16和收集板17；所述支架16为桶状，上下开口，上部设置有4个卡槽，与所述连接杆的突出部卡接实现阴极的放置和提起，所述支架的下部开口的两端分别设置有小孔，与所述收集板底面上的凸起部位固定。按照本发明，如图6所示，所述电解室1的顶部设置有丝杆自动升降单元6，所述丝杆自动升降单元6底部通过连接杆7连接阴极8。
73.优选地，所述丝杆自动升降单元6由plc控制步进电动机实现自动控制，按照提前预定的电解参数和升降速率自动匹配阴极在电解液中的升降高度，使电解过程参数稳定且是最优化的，保证电解出产品的产量和品质。
74.所述阴极8，是粗特种金属电解后形成精炼产品的部件，在电解过程中保证不与电解液发生任何化学反应也不会对精炼产品引入杂质。具有重量轻、强度、刚度好的特点，在电解过程中的高温下和电解结束后剥料不会出现变形，能够重复使用。
75.优选地，所述连接杆7和阴极8之间设置有kf快换接口，能够方便取下阴极并回收阴极上的产品。
76.按照本发明，所述剥料收集室2内设置有自动剥料单元9，以及阴极转移单元10；
77.所述阴极转移单元10，设置于所述剥料收集室2的上部，用于将阴极8由所述电解室1运输至剥料收集室2，或者阴极8在剥料收集室2内的运输；
78.具体地，如图7所示，所述阴极转移单元10包括：导轨18，自动转移机构19，阴极夹爪20，定位组件21；
79.所述导轨18设置于所述自动剥料单元9的上部，其两端分别连接定位组件21；
80.所述定位组件21固定于所述剥料收集室2的侧壁上，用于将所述导轨18固定于所述剥料收集室2内；
81.所述自动转移机构19活动连接于所述导轨18上，由plc控制步进电动机实现自动转移机构沿导轨18横向移动；电解结束后从电解室1中拆下阴极8将阴极8转移至剥料收集室，移动定位精度高、整个过程机械震动小，几乎没有产品重量损失，对产品影响都在可接受范围内。
82.所述阴极夹爪20连接于所述自动转移机构19的下端，用于运输阴极8。
83.优选地，所述阴极夹爪20由伸缩套筒和夹爪构成，伸缩动作和夹取动作由plc控制步进电机完成。所述阴极夹爪20可多角度活动，且可以伸缩，夹取阴极后对其进行运输。
84.所述导轨18使用加工后的型钢制作，精度要求高，自动转移机构19移动过程中几乎不存在机械震动。具体地，如图8所示，所述自动剥料单元9包括剥料刀22，安装支架23，以及三爪卡盘24；
85.所述剥料刀22活动连接在所述安装支架23上，沿横向左右移动；
86.所述三爪卡盘24固定连接在所安装支架23上。
87.优选地，所述剥料收集室2是用手套箱制作而成。直接用人手操作能够完成一些相对比较复杂的工作，将阴极棒安装在三爪卡盘上能够通过人的手直接操作完成，还能够将枝晶收集工装内的枝晶清理干净，将阴极从电解室转移至剥料收集室内完成产品剥料收集工作。再将阴极装回电解室后重复电解生产工作。
88.按照本发明，所述接料盒11与所述剥料收集室2的底部开口连接，设置于所述自动剥料单元6的下方。
89.优选地，所述剥料收集室2内还设置有收集漏斗，所述收集漏斗的底部与所述接料盒11对应联通，所述收集漏斗的上部位于所述自动剥料单元6的下方；
90.所述接料盒11与剥料收集室2采用螺栓紧固连接方式，两者之间依靠密封圈密封。
91.所述接料盒11还可以用于将作为阳极的粗金属锭运输进入整个设备中。
92.本发明所述的特种金属连续电解精炼设备进行工作的步骤如下：
93.在置料篮上放置粗金属，置换加热炉体内气氛环境后升温，降下阴极开始电解，每次完成电解后取下阴极，将阴极从电解室转移至剥料收集室内完成产品剥料收集工作。再将阴极装回电解室后重复电解生产工作。因电解质有一定的腐蚀性，所以选用制造材料不
但有足够的强度还要有充分的耐腐蚀性，如镍基哈氏合金、奥氏体不锈钢等，防止壳体被腐蚀导致设备寿命降低。承装电解质的置料篮质需要耐高温，抗腐蚀。自动剥料单元动作重复定位精度小于0.05mm，剥料时阴极棒扭转角小于3
°
而且在剥料过程中没有掉皮现象，能够彻底将物料分离出来，根据剥离后物料性质制作专用收集单元，尽可能收集到剥落的枝晶。
94.本发明所述的特种金属连续电解精炼设备为全封闭设备，气密性好，能够承受一定的辐射，有效防止设备内外气氛相互渗入，阻止电解精炼产品发生氧化脱落，保护工作人员不受到炉体内气氛影响。本发明的设备能够自动化实现电解精炼以及精炼后收集枝晶，工作环节协调，工序流畅，直收率满足批量生产要求，电解过程中各项参数均已达标。
95.本发明的实施例还公开了一种上述技术方案所述的特种金属连续电解精炼设备的特种金属连续电解精炼方法，包括以下步骤：
96.粗金属锭放置在接料盒中送入剥料收集室，将粗金属锭用钼网包裹后，用钼丝在钼网顶部制作放置阳极的吊耳，然后将所述粗金属转移到置料篮上；
97.将热炉体内的气氛置换为惰性气体，升温，阴极浸入电解液中进行电解；
98.电解完成后，提升阴极，将阴极运输至所述剥料收集室内的自动剥料单元处，完成产品剥料收集工作；
99.重新将阴极装回电解室后，重复电解生产。
100.本发明的特种金属连续电解精炼方法利用上述的设备完成。
101.以下按照步骤，详细说明：
102.第一步：粗金属锭放置在接料盒中送入剥料收集室，将粗金属锭用钼网包裹后，用钼丝在钼网顶部制作放置阳极的吊耳，然后将所述粗金属转移到置料篮上；
103.其中，利用阴极转移单元将粗金属转移到置料篮上；
104.第二步：将热炉体内的气氛置换为惰性气体，升温，阴极浸入电解液中进行电解；
105.第三步：电解完成后，提升阴极，将阴极运输至所述剥料收集室内的自动剥料单元处，完成产品剥料收集工作；
106.优选地，所述电解完成后，下降连接杆，所述连接杆的突出部与枝晶掉落收集工装卡接，将所述枝晶掉落收集工装提出，取下阴极后放置在所述枝晶掉落收集工装内运输至所述剥料收集室内的自动剥料单元处，剥离阴极上的枝晶并清理所述枝晶掉落收集工装内的枝晶，完成产品剥料收集工作。
107.所述剥离阴极上的枝晶具体包括：所述阴极卡紧于三爪卡盘上，先使用剥料刀剥离将枝晶部分剥离直到出现大量电解液结晶出现，更换专用车刀继续进行剥料，所述专用车刀的安装深度定位精度在0.1毫米以内，
108.所述专用车刀与阴极之间的间隙在0.1毫米以内。
109.清理所述枝晶掉落收集工装内的枝晶具体包括：将枝晶掉落收集工装的收集板向上推，使其脱离支架，清理所述收集板上的枝晶。
110.第四步，重新将阴极装回电解室后，重复电解生产。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
111.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。