专利名称：从溶液电化学回收汞的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及从溶液电化学去除汞的方法和设备。 现有技术的描述在现有技术的系统中，当矿石被焙烧，必要的加工溶液会释放气体，所述气体随后会被处理以回收汞和颗粒物，作为结果的洗涤器排放溶液随后会被处理以将液体与固体分开，然后所述固体被送到浙滤过程。之后，在混合罐中，所述液体会与锌混合，固体和液体被分开，且经化学反应，汞作为氯化亚汞沉淀物被提取而上清液被处置。2000年4月12日提交的Gilroy的PCT/GB00/01388描述了一种圆筒形电化学电池，所述电化学电池包括用于汞和镓的电化学沉积的圆筒形流经式阴极。所述阴极被圆筒形阳极围绕，所述电池的阳极室和阴极室被质子传导膜分开。1994年3月8日颁布的授予Pitton的美国专利5，292，412描述了金属合金多孔电极，以及电化学电池，其中溶液流被弓丨导穿过电极的表面。Barmashenko的SU1668483的摘要公开了以电化学的方式沉淀萊的碳租阴极的使用。Vsesoyuznyj的SU1760780的摘要公开了沉积萊的流经式碳纤维阴极。
发明内容
在一实施方案中，公开一种基本上平的流经式电极。在一可替换实施方案中，所述电极每Im2几何面可以具有至少约500m2的表面积。在可替换实施方案中，公开根据一实施方案的阴极和根据一实施方案的碳租电极。在一可替换实施方案中，公开一种电化学电池，所述电化学电池包括根据一实施方案的电极。在一可替换实施方案中，公开根据一实施方案的阴极，所述阴极用于从溶液以电化学的方式沉积在室温基本上是液体的金属。在一可替换实施方案中，所述金属是萊。在一可替换实施方案中，公开一种电化学电池，所述电化学电池包括根据一实施方案的阴极，以及阳极，其中所述阴极和所述阳极每一个都可以包括基本上平的几何表面，并且所述基本上平的阴极和阳极的几何表面相互对置并且被隔开基本上均匀的距离。在一可替换实施方案中，所述电极的几何表面之间的距离小于约2cm，并且所述阴极和所述阳极处于直接液体接触。在一可替换实施方案中，所述阳极和阴极之间的距离小于约Icm.
在一可替换实施方案中，所述电化学电池还包括溶液入口，所述溶液入口被放置以引导所述溶液的至少一部分流经所述阴极。在一可替换实施方案中，所述电化学电池被配置从而所述溶液基本上全部流经所述阴极。 在一可替换实施方案中，所述电化学电池还可以包括一收集器，所述收集器用于当所述金属在所述阴极处被以电化学的方式沉积时，在重力诱导流下收集所述金属。在一可替换实施方案中，公开一种用于处理洗涤器排放溶液的设备，所述设备包括根据一实施方案的电极。在一可替换实施方案中，公开一种用于处理洗涤器排放溶液的设备，所述设备包括根据一实施方案的电化学电池。在一可替换实施方案中，公开一种设备，所述设备包括根据实施方案的多个电化学电池。在一可替换实施方案中，公开一种用于从溶液回收在室温基本上是液体的金属的方法，所述方法包括收集在根据一实施方案的阴极处以电化学的方式沉积的金属。在一可替换实施方案中，公开一种从溶液回收汞的方法，所述方法包括收集在根据一实施方案的阴极处以电化学的方式沉积的萊。在一可替换实施方案中，公开一种从溶液回收在室温基本上是液体的金属的方法，所述方法包括在放置在所述溶液中的流经式阴极处以电化学的方式沉积所述金属的步骤，其中所述溶液直接接触所述阴极和对应阳极两者。在一可替换实施方案中，所述阴极和所述阳极的每一个都具有基本上平的几何面，并且所述阳极的几何面和所述阴极的几何面相互对置并且基本上均匀地被小于约2cm的距尚分开。在一可替换实施方案中，所述阴极每Im2几何面可以具有至少约500m2的表面积。在一可替换实施方案中，所述阴极可以是碳纤维阴极或可以是碳阴极或可以包括碳、热解帕利灵(Xpyrolyzedparylene C，PCC)、碳泡沫、碳纳米泡沫、碳敷层、碳膜、碳糊、碳球，碳微球、碳微管、碳纳米管、石墨、石墨烯、热解石墨、高定向热解石墨、随机定向石墨、碳黑、碳纤维、蒸发a-C，a_C:H、热解感光耐蚀膜、掺硼金刚石或N-掺杂非晶四面体碳。在一可替换实施方案中，所述阳极和所述阴极之间的电流密度可以为每Hi2阴极几何阴极表面小于约IOV。在一可替换实施方案中，所述溶液可以是洗涤器排放溶液。在一可替换实施方案中，所述金属可以是汞。在一可替换实施方案中，公开根据一实施方案的连续流方法。在一可替换实施方案中，公开一种电化学电池，所述电化学电池适于接收根据一实施方案的一电极，并且所述电化学电池包括一溶液入口，所述 溶液入口适于引导电解质流经所述电极。在一可替换实施方案中，公开一种电化学电池，所述电化学电池适于接收根据一实施方案的电极，并且所述电化学电池包括一溶液入口，所述溶液入口适于引导一电解质流经所述电极。
图1是根据第一实施方案的电极的透视图。图2是包括根据一实施方案的排放和销毁系统(bleed and destruction system)的一般过程的示意图。图3是根据一实施方案的回收系统的示意图。图4是依据第一实施方案的电化学电池的内部的侧视图。图5是根据图4的电化学电池的内部的端视图，与图4成直角作图。图6是图4和5的电池的内部的俯视图。图7A和7B是图4的部分放大图。图8A和8B是图5的部分放大图。图9是第二实施方案的剖开的截面图。图10是根据图10的实施方案的截面图。
具体实施例方式定义:在本公开中，术语“孔(pore)”和“孔(pores)”意指一物质能够经一结构穿过的任何间隙、空间、通路(passage)、通道(chanel)、开口、穿孔(perforation)、腔室或类似的结构。
在本公开中，术语“孔隙率(porosity ) ”和“孔隙率(pOTousness ) ”是指物质、结构或团块中孔的数量或体积相对于如被该物质或结构或该物质或结构的团块的总共的外部尺寸所界定的总的几何体积或几何面积的比率或相对关系。孔隙率通常被称为孔的体积相对于所述结构总共的几何体积的比率。在具体的实施方案中，电极或物质可以是多孔的并且可以是高度多孔的。可以是高度多孔的并且可以是阴极的多孔电极，可以是或可以高于，约20%，高于约25%，高于约30%，高于约35%，高于约40%，高于约45%，高于约50%，高于约55%,高于约60%，高于约65%，高于约70%，高于约75%，高于约80%，高于约85%，高于约90%，高于约95%的多孔或更高，或可以在被约40%，约45%，约50%，约55%，约60%，约65%，约70%，约 75%,约 80%,约 85%,约 90%,约 91%,约 92%,约 93%,约 94%,约 95%,约 96%,约 97%,约 98%,约99%或更高的孔隙率的值所限定的范围内。在本公开中，术语“高度多孔的(highly porous)”指高于约50%,高于约55%,高于约60%，高于约65%，高于约70%，高于约75%，高于约80%，高于约85%，高于约90%，高于约95%或更高的孔隙率，或者并且可以指被约70%，约75%，约80%，约85%，约90%，约95%，约95%，约97%，约98%，约99%或更高的孔隙率的值所限定的孔隙率的范围。在本公开中，术语“毡(felt)”意指由缠结的或压紧的纤维形成的结构，并且“碳毡(carbon felt)”意指由缠结的或压紧的碳纤维形成的毡或结构。合适地形成的毡(包括碳毡)的制造、操作和购买将本领域普通技术人员容易地理解和实现。在本公开中，电极可以以任何常规形状或材料被构建，所述形状和材料的全部将被本领域普通技术人员容易地辨认，理解和采用。在具体的实施方案中，电极可以是阳极或阴极或两者，并且可以被构建以呈现相对于所述电极材料自身的几何体积或表面的扩大的表面积。以实施例的方式，但不限于，阴极可以是多孔的，并且可以被构建以呈现大的几何表面积，所述的构建通过以一个或更多个整平的或弄弯的板、片或膜的形式成型所述阴极、或作为多个线(wires)、丝(threads)、纤维或管，或者，所述电极可以包括任何适合于呈现增加的表面积的其他结构或构造，所述增加的表面积用于电解质接触，所述电解质可以是洗涤器溶液。在具体的实施方案中，阴极可以包括导电毡或网状材料，其非限定性实施例包括可传导的毡，任何种类的网丝(mesh)或网，并且实施例包括碳毡或网状碳。在实施方案中，所述碳毡可以由碳纤维形成，所述纤维可以，例如，通过合成聚合物纤维(例如聚丙烯腈或酯纤维)的碳化和/或石墨化形成。所述毡可以由这样的碳纤维的垫料形成，并且所述垫料可以是可压紧的。在实施方案中，所述纤维可以合适地具有约6到8微米的数量级的直径，尤其是约6微米。但是在可替换实施方案中，众多可替换材料将被本领域普通技术人员容易地辨认和采用，并且当被使用时，纤维可以具有、或大于或小于约0.001,0.005,0.01，
0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1,2, 3,4, 5,6, 7,8,9,10,11,12 或更多的微米(microns),微米(micrometers)或毫米的直径。将被理解的是，具有期望的性能的电极可以以毡或纤维状结构以外的形式被制作，或可以包括涂覆的纤维状或非纤维状结构，并且可以包括固体或半固体结构，所述结构具有经由所述结构提供的孔，并且可以包括或可以包括电解表面，所述电解表面包括碳、热解帕利灵C( PCC)、碳泡沫、碳纳米泡沫、碳敷层、碳膜、碳糊、碳球、碳微球、碳微管、碳纳米管、石墨、石墨烯、热解石墨、高定向热解石墨、随机定向石墨、碳黑、碳纤维、蒸发a-C, a_C:H、热解感光耐蚀膜、掺硼金刚石、N-掺杂非晶四面体碳中的一种或更多种以及其他对于本领域普通技术人员将明显的材料，本领域技术人员将很容易在它们之间选择并且使其组合物和结构适应具体的目的。将被理解的是，电极可以包括合适的支撑框架、夹子、装配附件或可以维持所述电极的结构、整体性或位置的其他结构，或与所述合适的支撑框架、夹子、装配附件或可以维持所述电极的结构、整体性或位置的其他结构联合，或可以被成型以与合适的支撑框架、夹子、装配附件或可以维持所述电极的结构、整体性或位置的其他结构协作。这样的结构和框架可以包括但不以任何方式限于，金属、塑料、碳以及具有足以在操作中维持所述电极期望的几何形状的强度和刚度的任何其他材料的内部的和外部的框架。这样的结构还可以包括与所述电极材料交织的网或网丝的供应品，或覆盖并包含所述电极材料的供应品O在本公开中，电极或电极的几何表面是平的或基本上(substantially)平的或大体上(generally)平的这样 的陈述意指所述电极的至少一个几何表面大体上是平坦的，或仅具有自一板的有限的弯曲或偏离。然而，将被认可的是，尽管一表面可以大体上是平的，某种程度的不规则性或平滑度的缺乏在实施方案中可以是允许的，并且本领域普通技术人员将容易确定平滑度的程度以及对于根据实施方案，针对电极、电极对以及电化学电池的可接受的或合乎期望的性能所必需的或合乎期望的容差。在本公开中，提及电极或结构的几何面或几何表面积意指所述电极或结构的外部表面或总共的外部形状，并且是要与更通常提及的电极的表面或表面积加以区分的，除非本文另有要求，所述更通常提及的电极的表面或表面积指所述电极的潜在的反应表面，在那里所述电极和电解质之间的电接触可以发生。这样，当电极多孔的时，所述电极的总的表面积包括在所述孔中被呈现的表面积。以实施例的方式而非限制，如果电极具有方形板的一般构造的话，那么所述电极的几何表面积将被这样的方形的面和任何板边缘所界定。将因此明显的是，在多孔电极的情况下，所述电极的总的表面积将基本上大于所述电极的几何表面。将被进一步理解的是，提及电极的几何体积是指被电极的外部尺寸所界定的体积。在本公开中，所指的电极具有高的表面积对体积的比率是指，潜在地可获得的以电接触电解质的电极表面的面积相对于所述电极的外部几何体积以及如所述电极的外部尺寸所界定的面积是高的。将被进一步理解是，在具有高的表面积对体积的比率的电极中，用于与所述电解质接触的总的表面对所述电极的几何表面的比率将高于1:1。在实施方案中，这样的高的表面积对体积的比率可以是，或可以高于，约1000:1,2000 =1,3000:I，4000:1,5000:1,6000:1,7000:1,8000:1,9000:1 或 10，000:1，15，000:1，20，000:1，25,000:lo类似地，所述比率可以在约50:1和约1000:1，约100:1和约1000:1，约200:1和约 1000:1，约 300:1 和约 1000:1，约 400:1 和约 1000:1，约 100:1 和约 900:1，约 100:1和800:1，约100:1和约700:1，约100:1和约600:1之间。同样的，在实施方案中，高的表面积对体积的比率可以具有在这些范围中的任何值。在具体的实施方案中，电极的几何形状和大小可以具有任何期望的尺寸，但在具体的实施方案中，所述尺寸将被选择以降低在对置的阳极和阴极之间的电流密度。这样，在具体的实施方案中，阴极的几何表面积或阴极/阳极对的对置的几何表面可以选择尽其可行的大以降低在给定区域上的电极之间的单位电流。这样，在具体的实施方案中，阴极或阳极的基本上平的表面的边缘的任何一个可以大于约1，1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,或更多米或大于约1，2，3，4，5，6，7，8，9，10或更多英尺。在实施方案中，阴极或阳极的几何表面积可以大于约 5,6,7,8,9,10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，35，40，45，50，100 或更多平方米。在具体的实施方案中，尽管更大的或更小的表面积和具体的几何尺寸能被选择并且将被本领域普通技术人员容易地从中选择，阴极可以具有约20m2的几何表面积。当阴极具有约20m2几何表面时，则它可以提供约250，OOOm2的总的阴极表面，但总的表面对几何面的不同的比率将被本领域普通技术人员 在其中容易地创建和选择。将被认识到的是，每单位面积的电流可以主要取决于对置的或成对的电极的对置的几何表面，而不是所述电极的整个的外部表面。在本公开中，也被称为“电池(cell)”的“电化学电池(electrochemical cell)”意指被设计以将在阳极和阴极之间的电流通过电解质液体的任何装置。在实施方案中，所述电解质可以是溶液，可以是洗涤器排放溶液，或可以从洗涤器排放溶液派生出的。在一个实施方案中，尽管将被理解的是任何方便的尺寸可以被选择以适应操作要求和容纳期望的电极尺寸，用于处理洗涤器排放溶液的典型的电化学电池可以具有约5ft.x4ft.x6ft的尺寸，并且这种可能的尺寸将由本领域普通技术人员容易地从中选择以适应具体的操作要求。在实施方案中，电池可以以穿过所述电池约IOV的势差被操作，并且在阴极和阳极之间的间隙可以小于约2cm，并且在一些情况下约Icm或小于约1cm。交流电压将被本领域普通技术人员容易地选择以适应具体的电池特性和尺寸，并且以实施例的方式，在可替换实施方案中，直至或高于约 IV，2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V, 8V, 9V, 10V, IIV，12V, 13V, 14V, 15V,16V, 17V，18V，19V,20V或更高的势差可以被施用于所述电池。在具体的实施方案中，通过电化学电池的可以是洗涤器排放溶液的电解质流的速率可以相对低并且可以低于约50，000cm2/sec/m2，并且可以低于约45，000，40，000，35，000,30,000,25,000,20,000，15，000，14，000，13，000，12，000，11，000，10，000,9,000，8，000，7，000，6，000，5，000，4，000，3，000，2，000，I, 000cm2/sec/m2 或更低。将被理解的是，在可替换实施方案中，通过一实施方案的电化学电池的电解质的流速可以在约1，000,2，000,3,000,4,000,5,000,6,000,7, 000,8, 000,9, 000，10，000，11，000，12，000，13，000，14，000，15，000，16，000，17，000，18，000，19，000，20，000，21，000，22，000，23，000，24，000，25，000，26，000，27，000，28，000，29，000，30，000，31，000，32，000，33，000，34，000，35，000，36，000，37，000，38，000，39，000，40，000，45，000，50，000cm3/sec/m2 之上或之下，并且本领域普通技术人员将容易调整所述流速以适应具体的目的以及达到就具体的电池几何形态和电解质组成而言的合乎期望的性能参数。在具体的实施方案中，所述电池入口和出口之间的压差可以很低并且可以接近零。在本公开中，术语电极以及,具体地，阴极的“氢电势(hydrogen potential)”,意指所述电极的还原电势。在实施方案中，阴极可以具有高的氢电势并且可以具有直至或高于或约2000mV (两千毫伏)的氢电势。本领域普通技术人员将理解电极的氢电势可以被其所浸入的电解质所改变。在本公开中，提及“在室温是液体”或在室温“基本上”或“通常(normally)”是液体的金属，意指该金属在室温或接近室温的温度或高于约1°C，2 V，30C，40C，5°C，6°C，7°C，8°C,9°C,10oC,irC,12oC,13oC, 14 °C, 15°C, 16 °C, 17°C, 18 °C，19°C，2(TC，或 21V，以及低于约 95°C ,90°C, 85°C，80°C，75°C，70°C，65°C，60°C，55°C，50°C，45°C，40°C，或 45°C 的温度是，或通常是，或在某种程度上(in part)是液体。在具体的实施方案中，所述金属可以是汞。将被进一步理解的是，金属在室温通常或基本上是液体的约定不因此要求根据一实施方案的电化学电池的操作是在接近室温的温度执行的。这样，对于在水性溶液中的反应，受制于被使用者出于安全原因或出于任何其他原因强加的任何操作限制，潜在地，电池可以在所述水性溶液或在室温基本上是液体的金属的冰点和沸点之间的任何温度操作。所有这样的调整和决定将被本领域普通技术人员容易地做出。类似地，在其中电化学电池用不是水性溶液的电解质操作的任何实施方案中，所述电池可以在符合所述电池的安全操作的任何温度操作。 在本公开中，当用来描述金属时，术语“基本上是液体”或“通常是液体”或“液体”，指所述金属流动的能力，并且囊括与根据本文公开的实施方案的电池或电极的操作相配的可能的全部粘性范围。在本公开中，实施方案的成对的阳极和阴极可以呈现相互对置的几何表面，所述几何表面被一距离分开。在具体的实施方案中，所述对置的阳极和阴极表面可以被小于约 2.0cm, 1.9cm, 1.8cm, 1.7cm, 1.6cm, 1.5cm, 1.4cm, 1.3cm, 1.2cm, 1.lcm, 1.0cm, 0.95cm,
0.90cm, 0.85cm, 0.80cm, 0.75cm, 0.70cm, 0.65cm, 0.60cm, 0.55cm, 0.50cm 的距离分开。在实
施方案中，这样的分开距离在遍及所述电极表面的对置的面积上可以是基本上恒定的。所谓“基本上恒定的”是指所述分开距离可以逐点不同到一程度，所述程度不妨碍根据实施方案的电化学电池的有效的或期望的操作。将被认识到的是，如果对置板的分开变得不太均匀了，这可以以本领域普通技术人员将容易理解和管理的方式影响所述电池的性能，本领域技术人员将针对具体的应用容易确定针对电极对的可接受的参数，并且将懂得电极何时需要修理或更换。在具体的实施方案中，当电极具有约20平方米的几何表面时，则在对置的阳极和阴极面之间的分开距离可以在约0.5cm和约2cm之间。在本公开中，电解质或溶液或液体流或可以，或可以在某种程度上，流“经(flow“through”)”可以是阴极的电极的陈述，指所述电极是，或在某种程度上是，多孔的，从而所述电解质、溶液或液体能够从所述电极的一个侧到所述电极的另一个侧通过这样的孔，不必绕着所述电极的几何表面流动。在本公开中，“洗漆器排放溶液(scrubberbleed solution)”意指从来自众多过程(包括矿石和尾渣的焙烧)的出口气的加工产生的溶液。洗涤器排放溶液可以典型地具有直至500ppm的原始汞浓度。然而，在具体的实施方案中，将被理解的是，洗涤器排放溶液可以包括任何浓度的汞或在室温通常或基本上是液体的任何其他液体，并且可以包括多于或低于约 50ppm, IOOppm, 150ppm, 200ppm, 250ppm, 300ppm, 350ppm, 400ppm, 450ppm, 500ppm,550ppm, 600ppm, 650ppm, 700ppm, 750ppm, 800ppm, 850ppm, 900ppm, 950ppm, IOOOppm 或更高的或是单独的或是与任何其他金属或其他化学组分组合。进一步地，将被理解的是，电解质或电解质溶液可能包含类似的或多或少浓度的汞。在本公开中，提及电解质的“连续流”，“再循环(recycling)”或“再流通(recirculation)”意指所述电解质被连续地流通经一个或更多个电化学电池，并且在这样的再流通过程期间可以被增补、补充、添加入、稀释或以其他方式改变。这是与其中电化学电池或包含其相关体的结构被耗尽的批处理过程、或者在每一批次电解质的加工被暂时地或永久停机的电解过程相区分的。连续流过程的使用可以意指汞或在室温基本上是液体的其他金属的提取在延长的时间段上可以被持续，例如在实施方案中，所述加工可以被持续一天24小时、一周7天,或者因为可能是必需的或合乎期望的时间段，由此允许溶液的连续处理以响应其来源。对于相对稀的电解质的加工，连续流过程可能是合乎期望的。将被理解的是，即使当电解质以连续流的方式被加工，时常关断所述过程以容许对所述设备或过程的维护和调整可能是必需的或合乎期望的。在本公开中，在可替换实施方案中，低电流密度意指每平方米小于约1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，25，30，35，40，45，或 50V 的电流密度。在本公开中，除非上下文另有要求，“收集器” “收集装置”等是指用于收集沉积的在室温通常是液体的金属的装置或设计特征，可以包括任何合适的结构或包括盘、管道、通道、槽、阀或其他装置或构造的结构。本领域普通技术人员将容易认知和构建广范围的合适的收集器并且将它们适应和实施到公开的主题的实施方案中。在本公开中电极对通过电解质直接电接触或两者都直接与电解质接触的陈述指所述两个电极不被膜或其他分隔物(比如质子传导膜)分开，并且相同的电解质溶液与两个电极均直接物理接触。在本公开中，洗涤器溶液可以从包括但不限于包括尾渣的矿物矿石的焙烧的任何来源派生出来。在具体的但非限定性 的实施方案中，所述矿石可以是金矿。在本公开中，矿石或矿物矿石，是指任何可以被加工以从中提取组分的矿石、岩石或尾渣。实施方案在下文参考图1到10来被一般地进行描述。第一实施方案在总的指定为400并且在图1中图示说明的第一实施方案的一般形式中，公开一种可以是阴极的基本上平的流经式电极组件。图1示出了用于第一实施方案的电极的简图，所述第一实施方案的电极可以是阴极。电极400可以包括多孔电极本体412。所述多孔电极412可以被支撑栅格416和418限界和支撑。栅格416包括垂直元件411和水平元件423并且栅格418包括垂直元件415和水平元件414。金属馈送片413可以在多孔阴极材料412和栅格418之间被固定妥当，或可以被定位于所述栅格的外部。将被理解的是，所述元件的种种可替换的排列和种种可替换的材料可以针对具体的需求而被选择并且将被本领域普通技术人员容易地理解和实施。当被安装在合适的电化学电池中时，将被理解的是，额外的支撑结构、垫以及将电流施用于所述电极的接线，可以全部被并入所述电极。为简单和清晰起见，这些细节从图1被略去，但将被本领域普通技术人员容易地理解，并且这样的结构和电池中的电极的排列参考图4到8在本公开其他处被进一步解释。可见，所述馈送片13包括分布于所述片上的多个开口 433以允许电解质抵进并且流经所述电极412。正如具体地由图1所见，所述电极本体412的几何面被空间维度X，Y，Z所界定。这是与所述可以包括孔的电极的实际总的表面积相区分的，并且尽管所述电极的几何面，所述电极对于每Im2几何面可以具有至少约500m2的总的表面积，并且所述电极可以是阴极。所述多孔电极412可以由碳毡制成或可以包括碳毡或可以包括其他材料。在一可替换实施方案中，所述电极可以是阴极并且可以用于从溶液沉积在室温基本上是液体的金属，并且所述金属可以是汞。根据第一实施方案的阴极412可以是多孔的或以其他方式被构建以呈现大的表面积并且可以是导电毡或网状材料的形式，特别是碳毡或网状碳。碳毡或网状碳可以提供具体地超过90%的高孔隙率；所述高孔隙率提供高的阴极表面积，并且在实施方案中，所述高孔隙率可以提供增加的反应速率并且可以适合于伴以稀溶液的应用。当被使用时，碳毡可以由碳纤维形成，碳纤维可以从合成聚合物纤维(例如，聚丙烯腈或酯纤维)的碳化和/或石墨化形成。在具体的实施方案中，所述纤维可以合适地具有约6到8微米的数量级的直径，特别是约6微米。由于纤维的垫料可能是机械上脆弱的，因此它可以以机械的方式被支撑在框架或组件中，所述框架或组件起到支持所述毡在平坦状态的作用。所述毡可以在压紧下被支撑以具有平坦性，借此，所述阴极和对置的阳极之间的恒定的间隙或分开距离被维持。所述阴极当然应当是对它被使用之处可能出现在的所述电池中的材料和传导具有抵抗作用的，所述材料和条件可能是极端的并且可以包括暴露于氯和氯离子的存在、热、冷、酸性、碱性、氧化和还原条件。碳毡和网状碳一般适合于这些要求。在实施方案中，阴极的材料可以在具有高氢过电势，所述高氢过电势可以允许汞或在室温通常或基本上是液体的其他金属优先于在电极412处的氢的释出而被沉积。图4到8图示说明了总的指定为100的电化学电池，所述电化学电池包括根据第一实施方案的总体设计的电极。如从图4到8可见的，在使用中根据实施方案的阴极12在合适的电化学电池100中可以与阳极10成对的。阳极10 —般对电解质溶液基本上不渗透，所述电解质溶液可以 是或可以包括洗涤器排放溶液或经处理的提取物或其派生物。特别是，阳极10可以包括在尺寸上稳定的电极并且典型地可以具有用金属氧化物(例如，钽、铱和钼的一种或更多种氧化物)盖覆的钛片的芯。众多可替换的合适的材料将被本领域普通技术人员容易地辨认和实施。不受限制地，惰性的或相对惰性的以及传导性的金属和/或金属氧化物的任何形式可以适合当做或用于根据实施方案的阳极。所述阳极10合适地可以具有低氧过电势从而优先于氯离子释放氯，氢离子放电释出氧。所述阴极12和所述阳极10的每一个都可以包括基本上平的几何表面并且所述基本上平的阴极和阳极的几何表面210、212相互对置并且基本上均匀地被隔开214。在具体的实施方案中，电极几何表面210、212之间的距离小于约2cm并且阴极12和阳极10处于直接液体接触，并且在实施方案中，所述距离214为约Icm或小于约lcm。根据实施方案的电化学电池100可以进一步包括溶液入口 102，所述溶液入口 102被放置以引导所述电解质溶液的至少一部分流经阴极12。可以包括一个或更多个收集盘100的所述电池可以被配置从而所述溶液基本上全部流经所述阴极12。电化学电池还可以包括一个或更多个收集器220，用于当在室温基本上是液体的金属在所述阴极12处被以电化学的方式沉积时，在重力诱导流下收集所述金属。入流通路17可以被呈一角度或呈一形状从而任何被沉积的金属被导引以在收集点222或任何盘220处收集。所述收集器结构自身可以具有任何合适的设计并且可以是简单的导液管以允许所述被沉积的金属流出电池100以在合适的容器中被收获。阴极和阳极可以形成在电池100中的电解电极组件106。在电池100电极组件106的具体的实施方案中，每一个组件都具有阴极12和阳极10，所述阴极12和阳极10的对置的面被其间的距离21 4分开。用于正被处理的溶液流的流径从所述电池的入口 102延伸到出口 104。所述流径提供在流动着的溶液和所述电极组件106之间的接触时间足以汞金属在多孔阴极12处的沉积。所述流径可以，特别是，包括入流通路17和外流通路，所述外流通路延伸穿过具有所述电极组件106的对置的大体上平行排列电池。这些可以或多倍成组地被提供并且在实施方案中，多个电极组件106被安排，以空间上分开的关系延伸在入流102和外流104通路之间，并且总体上与入流102和外流104通路垂直。所述电极组件之间的多个离散的分支通路可以与入流通路17连通成为多个分支通路，并且从那里经过相邻的多孔阴极12进入到这样的阴极12和它的阳极10之间的间隙214，间隙形成与外流通路连通的间隙通路，并且所述溶液沿着间隙通路靠着所述阳极10流动并且进入所述外流通路2，并且从那里离开电池100。合适地，气体通路被维持为尽可能小，例如Icm或更小。用这种方式，多个离散的处理流径在所述电池100内被形成，由此使所述电池每电池体积的电化学活性表面积最大化。在该实施方案的进一步变种中，公开用于处理洗涤器排放溶液的设备，所述设备包括根据实施方案的电极。在实施方案中，所述设备可以包括多个电化学电池。所述电化学电池可以串联或并联地连接，并且所述洗涤器排放溶液可以通过它们被再循环，并伴以新鲜的洗涤器排放溶液的周期性的或持续的添加。进一步详细地，实施方案在图1和图4到8被图示说明并且被描述如下。电化学电池100具有入口 102和出口 104。入口 102与入流通路17连通，出口 104与外流通路2连通。多个电极组件106被置放在电池100中，所述电池100包括一对端电极组件108、110以及多个中间电极组件112。端组件108和110的每一个都包括阴极组件114，所述阴极组件114支撑多孔阴极12与尺寸上稳定的阳极10隔开。
中间电极组件112的每一个都包括一对阴极组件114，每对阴极组件114在其之间都支撑在其间的多孔阴极12与单个尺寸上稳定的阳极10隔开。料流通路16分别在相邻的中间电极组件112之间和中间电极组件112和端电极组件108以及110之间被界定。所述料流通路16与入流通路17相通，但邻近外流通路2通过帽4被关闭。电极组件106作为一对端支撑件160之间的组件被压在一起，所述端支撑件160包括内端板1，合适的是PVC，和外端板18，合适的是钢材。电池100包括多个阴极支撑件19，每个所述阴极支撑件19合适地在软钢片的方通中都包括阴极馈送件3。特别参考示出图4A和B细节放大图的图7A和7B，每个阴极组件114都包括框架6和多孔电极12 (合适地是碳纤维毡)在栅格116和栅格118之间被支撑。金属馈送片13，便利地是展开的具有多个孔口的不锈钢片，在阴极12和栅格18之间被支撑，但可替换地，只要合适的电接触在电极本体12和馈送片13之间被维持，栅格116可以在馈送件13和电极本体12之间被放置。便利地，栅格116是PVC，并且包括多个被间隔的垂直件11和多个被间隔的水平件23。便利地，栅格118是软钢并且包括多个被间隔的垂直件5和多个被间隔的水平件
14。所述栅格116和118以与阳极10间隔的关系支持多孔12阴极具有所需的平坦性。特别参考图4和5，以及图7A和7B，外部垫7被安排在馈送片13和邻近外流线路2的框架6之间，并且外部垫15类似地被安排在邻近入流通路17。垫8和9被安排在阳极10和栅格116对置的侧之间，所述栅格116在外流线路2和入流通路17附近。垫7、8、9和15合适的是氯丁橡胶，但众多其他合适的材料将被本领域普通技术人员容易地辨认、选择出或使用。具体参考图7A和7B以及图8A和SB，阴极支撑件19提供电接触，并且合适的是软钢。多个绝缘体和阳极20合适地是PVC，壳阳极馈送体21合适地是与每个阳极10连接的铜或其他导电金属。具体参考图8，合适地是聚丙烯的网丝22被安排在多孔阴极12和栅格116之间。具体参考图7，多个并列的流径120被料流线箭头辨认。这样如总体上在图4和5示出的一个实施方案中，电池100由十(10)个阴极12和十一(11)个阳极10组成。阴极12和阳极10在端板I之间被压在一起，所产生的组件在端板18之间被压紧，因此提供电池100需要的刚度以确保每一个阳极10与其关联的阴极12的均匀间隔。每个阴极12具有对置的多孔表面，其几何整体性和平坦性通过被包含在三维的栅格116和118之间而被维持。阴极组件114可以包括合适的是方通软钢的阴极馈送件3，所述阴极馈送件3起框架和将电流分配到栅格118装置的作用。展开的金属馈送片13被焊接到栅格118的垂直件5上。馈送片13起多孔阴极12的电流分配器以及起确保多孔阴极12保持均匀厚度的物理约束的作用。多孔阴极12被三维栅格116压在馈送片13上，三维栅格116合适地是PVC ;在栅格116和阴极12之间的聚丙烯网丝22确保面对着阳极10的阴极12表面的平坦性。栅格116被附接到框架6，栅格116合适地是PVC，栅格116合适地经馈送片13被拴接到邻近的阴极组件114的相应的框架6。垫7 被插在框架6和馈送片13之间。所述电极组件106被阴极馈送件3和支撑结构件44支撑，阴极馈送件13起电接触的作用，支撑件44也导电到所述电极。阳极10合适地由盖覆有一种或更多种金属氧化物的钛片组成以生产在尺寸上稳定的阳极。在具体的实施方案中，合适的阳极类型包括由俄亥俄州克利夫兰El-tech公司生产的这些。到阳极10的电流由阳极馈送体21分配，合适地为铆接在阳极10两个侧任一侧的每一个面上的四个铜条。阳极10被绝缘件和在两个侧任一侧的阳极支撑件20支撑，所述阳极支撑件20也将阳极10从阴极的总线电隔离。在操作中，洗涤器溶液在它已通过汞回收系统之后被称为洗涤器排放溶液。洗涤器排放溶液通过所述入口 102进入电化学电池100并且进入所述入流通路17。溶液以平行的流径120通过电池100，经过电池100的溶液的分配由与每个可能的流径120有关的压降支配。在系统中唯一显著的压降是穿过阴极12的多孔阴极材料的面的压降。这确保每个电极接收类似的溶液料流。随着流经任何电极的增加将导致更多的沉积和随之发生的穿过所述电极的压力的上升，任何不平衡是自校正的。溶液从入流通路17向上通过进入料流通路16，在那里，料流通路16的出口在顶部被帽4阻塞。溶液通过阴极12的面经栅格118、展开的馈送片13、多孔阴极12、聚丙烯网丝22离开并且进入栅格116。溶液向上通过阳极和阴极12之间的栅格116，并且进入外流通路2，从那里，溶液经由端板I和18中的出口 104离开。第二实施方案电化学电池的第二实施方案在图9和10示出并且总的被指定为300。在实施方案中，电池300包括本体301，本体301支持单独的阳极310和单独的阴极312被距离314分开。可见电池的内部304推动电解质流经阴极312并且绕着阳极310传到外流室320，然后经外流304离开电池300 ，所述电解质可以是洗涤器排放溶液或由洗涤器排放溶液派生出并且可以经通往入流室317的入流302进入电池。将被认识到的是，电池300合并合适的支架和装配附件以将阴极312和阳极310支持在位，并且包括电源以通过电极和电解质施用电流。装配附件总的被指定为350和352，但为简单起见，这样的装配附件和任何电源供应的细节被从图1、9和10中略去。众多用于装配附件和施用势差到电极的合适的方法和材料对本领域普通技术人员是显然的并且容易实施。阴极312的底部306与排液通道或具有收集点342的收集器340衔接，用于任何沉积的在室温基本上是液体的金属。在操作中，随着电解质流经阴极312，阴极312可以是碳毡阴极或具有任何其他构造(例如在图1图示说明的和上文描述的构造)，金属(可以是汞)在所述阴极处被沉积，并且在重力下向下流经在阴极内的开口以在收集通道340中聚积，从那里，金属被收集用于在通道340的端342的收集点处的进一步应用。收集通道可以具有任何合适的大小，但在实施方案中，其直径可以是约1.25英寸或可以是更窄或更宽。将被认识到的是，在该实施方案中，为了防止在阴极结构上的过度的压力，限制通过电池的溶液的流速可能具有特别的重要性。尽管第二实施方案的一种形式参考图9和10被图示说明，将被认识到的是，施用的电流、电解质流速、入口和出口位置以及其他参数可以以对于本领域普通技术人员是显然的方式根据所要求的性能参数被调整。可能改变的实施例在第一实施方案的说明中被提供。第三实施方案
在第三实施方案中，公开一种从溶液回收一在室温基本上是液体的金属的方法，所述方法包括在流经式阴极处以电化学的方式沉积所述金属的步骤。在第三实施方案的一个实施方案中，公开处理洗涤器排放溶液的设备和方法，所述洗涤器排放溶液可以从出口气或从矿物矿石的加工产生。处理来自矿石加工的出口气的方法的一般的实施方案在图2和图3被示出。可见，在一些情况下，为清晰起见，在图2或图3的一个中示出的特征在其他图中可以被略去。参考图2，当矿石被焙烧，必要的加工溶液500可能释放气体，随后所述气体可以被处理510以回收汞和颗粒物，之后，产生的洗涤器排放溶液660可以在670处被处理以将液体从固体分开，然后固体被送到浙滤过程671。之后，液体在混合罐550中与必要的调理试剂545混合，然后经调理的溶液通过电化学电池680，从而汞液体681能被回收，外流溶液580可以被送回过程循环700，所述过程循环700可以在连续流的基础上被操作。参考图3，图3在关联的急冷塔，洗涤器等的文本中示出了根据图2的大体过程，来自矿石焙烧599的气体连同被引入的处理溶液602被引入急冷塔600，排放溶液605被放掉用于加工，以及来自所述急冷塔600的输出602。来自急冷塔600的输出被传送到颗粒物洗涤器610，与处理溶液612混合，排放液体在615处被放掉，而来自洗涤器610的输出621流到二氧化硫洗涤器620以与处理溶液622混合。排放溶液625被放掉并且来自洗涤器620的输出621流到第一汞洗涤器630。处理溶液632被引入并且来自第一汞洗涤器630的输出流到第二汞洗涤器640以与处理溶液642被混合。来自所述第二汞洗涤器640的输出641流到尾料洗涤器650用于用溶液652处理，气体在651处被排出，并且排放溶液655被去除用于加工。来自第一和第二汞洗涤器630、640的排放溶液在引导进入分离罐670的共馈送件660中和并，在分离罐670那里，固体671被去除用于加工。来自该分离过程的洗涤器排放溶液流到电化学电池680，在那里，汞或在室温基本上是液体的其他金属被以电化学的方式沉积并被收获。在汞金属的情况下，在溶液中汞离子的形式是典型的。电化学电池680可以根据第一或第二或其他实施方案被构建或操作。在流经多孔阴极的过程中，汞离子在多孔结构中以电化学的方式放电，并且来自电池经处理的溶液因此缺乏汞金属离子。随着多孔阴极变得载有沉积的汞金属，汞将聚结在一起并且成为聚集在电极基部的自由流动液体。用于收集液体汞的合适的收集器在所述阴极或多个阴极的基部或更一般地在所述电池680的基部被提供。到电池的洗涤器排放溶液可以被暂时中断，而不需要终止所述过程的操作。缓冲罐罐690被提供于用于已使用的电解质溶液，补充溶液或添加剂691根据需要被添加，并且产生的溶液700必要时或合乎期望时被送回洗涤器660，610，620，630，640，650。这样，在操作中，洗涤过程可以实质上或基本上基于连续流被操作。在连续操作中，洗涤器排放溶液可以从焙烧炉或燃烧过程洗涤器连续循环到电化学电池，并且经处理的溶液被再循环到所述过程。
在一实施方案中，用于处理洗涤器排放溶液的典型的电池680可以具有约5ft.x4ft.x6ft的尺寸。阴极可以具有约20m2的几何表面积，而阴极的孔隙率可以提供约250，OOOm2的总的阴极表面。电池可以用跨电池势差约IOV操作，阴极和阳极之间的间隙可以小于约2cm,并且在一些情况下约Icm或小于约lcm。这样的电池处理20，000cm3/sec/m2的洗涤器排放溶液流可能是可操作的。所述洗涤器排放溶液可以典型地具有直至500ppm的原始汞浓度。将被认识到的是，电池的尺寸、流速、表面积、体积或其他参数的细节能被本领域普通技术人员容易地改变和适应，并且都是与本文公开的实施方案相符合的。例如，电池为具体的应用可以被制造地更大、更小或成型，电极的数量和排列可以被改变并且范围广泛的其他适应性变化将被本领域普通技术人员认识到和被实施。洗涤器排放溶液的料流速率可以维持为低，并且在具体的实施方案中可以典型地在约5，000cm3/sec/m2到20，000cm3/sec/m2之间,取决于萊金属的浓度。在高的萊金属浓度时，流速可以优选地被维持在5000cm3/sec/m2到20000cm3/sec/m2范围的较低端。在一实施方案中，在入流通路和外流通路之间的压降实际上是零，从而经多孔阴极的压降支配流速，该流速被孔隙率支配。可替换实施方案在一实施方案中，公开从溶液去除金属的方法和设备，所述金属可以是汞，所述溶液可以是洗涤器溶液，借此，产生的溶液能被再循环。在洗涤器溶液的情况下，所述洗涤器溶液可以被再循环到机加工过程(mill process).,在一些实施方案中，所述洗涤器溶液可以由矿石的焙烧引起。在一可替换实施方案中，萊被以电化学的方式沉积并且随后作为金属汞收集。在一进一步可替换实施方案中，洗涤器溶液可以流经多孔阴极并且穿过电化学电池的阳极的表面。在一进一步可替换实施方案中，势差在阴极和阳极之间被维持以影响汞金属在多孔电极的电化学沉积。在一进一步可替换实施方案中，多孔阴极每单位体积可以具有高的电化学活性表面积，并且在实施方案中，该高的电化学活性表面积通过采用超过90%的高孔隙度的阴极材料来达到。在实施方案中，阴极可以载有高量级汞金属，汞金属通过允许所述汞通过重力诱导流在电极基部处离开所述电极而被收集。在一进一步可替换实施方案中，阴极材料可以具有基本上均匀分布的或基本上均质的、或基本上均一的孔隙率。在实施方案中，孔隙率应当容许阴极载有高于0.5g/cm3的汞水平。本文提出的实 施方案和实施例为本公开主题的一般性说明，而非限定性的。本领域普通技术人员将理解这些实施方案如何能被容易地改变和/或适应各种应用，并以各种各样的方式，不需要背离本公开主题的精神和范围。本文的主题要被理解为不加限制地包括所有可替换实施方案以及等同物。本文所采用的词组、词和术语是说明性的而非限定性的。在法律允许的情况下，所有本文引用的参考资料均通过引用整体并入。将被认识到的是，本文公开的不同实施方案的任何方面均可在可能的可替换实施方案以及特征的可替换组合的范围内组合，所有这些特征的变化的组合均要被理解为形成要求保护的主题的一部分。具体的实施方案可以可替换地包括所公开的一个和更多个要素，或由所公开的一个和更多个要素组成，或排除公开的一个和更多个要素。
权利要求
1.一种基本上平的流经式电极。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极每Im2几何面具有至少约500m2的表面积。
3.一种根据权利要求1的阴极。
4.一种根据权利要求2的阴极。
5.一种根据权利要求1的碳毡电极。
6.—种电化学电池,所述电化学电池包括根据权利要求1所述的电极。
7.一种根据权利要求1的阴极，所述阴极用于从溶液以电化学的方式沉积一在室温基本上是液体的金属。
8.根据权利要求7所述的阴极，其中所述金属是汞。
9.一种电化学电池,所述电化学电池包括一根据权利要求7所述的阴极和一阳极,其中所述阴极和所述阳极的每一个都包括基本上平的几何表面，并且所述基本上平的阴极和阳极的几何表面相互对置并且被隔开基本上均匀的距离。
10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中所述电极几何表面之间的所述距离小于约2cm，并且所述阴极和所述阳极处于直接液体接触。
11.根据权利要求10所述的电化学电池，其中所述距离小于约1cm。
12.根据权利要求7所述的电化学电池，所述电化学电池还包括一溶液入口，所述溶液入口被放置以弓I导所述溶液的至少一部分流经所述阴极。
13.根据权利要求12所述的电化学电池，其中所述电池被配置从而所述溶液基本上全部流经所述阴极。
14.根据权利要求7所述的电化学电池，所述电化学电池还包括一收集器，所述收集器用于当所述金属在所述阴极处被以电化学的方式沉积时，在重力诱导流下收集所述金属。
15.一种用于处理洗涤器排放溶液的设备，所述设备包括根据权利要求1所述的电极。
16.一种用于处理洗涤器排放溶液的设备，所述设备包括根据权利要求6所述的电化学电池。
17.—种设备,所述设备包括多个根据权利要求7的电化学电池。
18.—种从溶液回收汞的方法，所述方法包括收集在根据权利要求1的阴极处以电化学的方式沉积的汞。
19.一种从溶液回收汞的方法，所述方法包括收集在根据权利要求1的阴极处以电化学的方式沉积的汞。
20.一种从溶液回收一在室温基本上是液体的金属的方法，所述方法包括在放置在所述溶液中的基本上平的流经式阴极处以电化学的方式沉积所述金属的步骤，并且其中所述溶液直接接触所述阴极和对应的阳极两者。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述阴极和所述阳极的每一个都具有基本上平的几何面，并且其中所述阳极的几何面和所述阴极的几何面相互对置并且基本上均匀地被小于约2cm的距离分开。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述阴极每Im2几何面具有至少约500m2的表面积。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述阴极是碳纤维阴极。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述阳极和所述阴极之间的电流密度为每m2阴极几何表面小于约10V。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述溶液是洗涤器排放溶液。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述金属是汞。
27.根据权利要求20的一种连续流方法。
28.一种电化学电池，所述电化学电池适于接收根据权利要求1所述的电极，并且包括一溶液入口，所述溶液入口适于引导一电解质流经所述电极。
29.一种电化学电池，所述电化学电池适于接收根据权利要求2所述的电极，并且包括一溶液入口，所述溶液入口适于引导一电解质流经所述电极。
30.一种电化学电池，所述电化学电池适于接收根据权利要求3所述的电极，并且包括一溶液入口，所述溶 液入口适于引导一电解质流经所述电极。
全文摘要
在实施方案中，公开了一种基本上平的流经式电极、包括基本上平的流经式阴极的电化学电池以及用于电化学回收在室温基本上是液体的金属的方法。
文档编号H01B1/04GK103201413SQ201180037288
公开日2013年7月10日 申请日期2011年7月20日 优先权日2010年7月29日
发明者格雷厄姆·C·迪克森 申请人:格雷厄姆·C·迪克森