[發(fā)明專利]一種直接電沉積設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410443287.5
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104911637B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李新華
• 申請（專利權(quán)）人: 李新華
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02
• 代理公司: 廈門龍格專利事務(wù)所(普通合伙)35207
• 代理人: 鐘毅虹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濕法冶金和從金屬離子溶液里生產(chǎn)金屬的技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)。

背景技術(shù)

金屬從溶液中直接電沉積，屬于濕法冶金的范圍，從礦石到原料，從原料到金屬材料，涉及十分廣泛的電化學(xué)現(xiàn)象和應(yīng)用，理論與應(yīng)用互相促進(jìn)，推動了冶金電化學(xué)科技的發(fā)展。在濕法冶金過程中，金屬的浸出、凈化、提取到精煉，從目前應(yīng)用技術(shù)來看，周期表中的大部分金屬均可由電解方法制備出來，但目前工業(yè)上大規(guī)模化電解生產(chǎn)的金屬約有二、三十種。

電解是將電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)物質(zhì),(又稱電解液)，在陰極和陽極上引起氧化還原反應(yīng)的過程；電解廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)中，如從礦石或化合物提取金屬(電解冶金)或提純金屬(電解提純)，以及從溶液中沉積出金屬(電鍍)。電解是一種非常強(qiáng)有力的促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的手段，許多很難進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，都可以通過電解來實現(xiàn)。例如：可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質(zhì)氟，熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用，許多有色金屬(如鈉、鉀、鎂、鋁等)和稀有金屬(如鋯、鉿等)的冶煉及金屬(如銅、鋅、鉛等)的精煉，基本化工產(chǎn)品(如氫、氧、燒堿、氯酸鉀、過氧化氫、乙二腈等)的制備，還有電鍍、電拋光、陽極氧化等，都是通過電解實現(xiàn)的。目前,國內(nèi)外業(yè)界為解決冶金電解過程中所帶來的環(huán)境污染、能源消耗大等諸多弊端，正研究開發(fā)新的電解電積技術(shù)和設(shè)備。

電沉積是金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學(xué)沉積的過程，是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過程的基礎(chǔ)。這些過程在一定的電解質(zhì)和操作條件下進(jìn)行。

金屬的還原析出與陰極極化密切相關(guān)。依據(jù)電沉積過程中所產(chǎn)生原因的不同，極化又分為濃差極化、電化學(xué)極化等類型。不同極化類型控制下的電沉積過程，將有不同的特征；濃差極化：在電沉積過程中，參加反應(yīng)的粒子在電極表面上沉積，或電極反應(yīng)生成物在電極表面附近積累，都會導(dǎo)致電極表面附近反應(yīng)粒子的濃度發(fā)生變化，使電極表面附近與溶液本體的濃度出現(xiàn)差值。因濃度差引起的電極電位的改變，稱為濃差極化。濃差極化有如下特點：隨電極電流密度的增加濃差極化增加，當(dāng)達(dá)到某一電位后，將出現(xiàn)不隨電極電位變化的極限電流；攪拌溶液可以大大降低濃差極化，提高極限電流密度。在電沉積過程中，由簡單金屬鹽組成的溶液，電極過程受濃差極化控制時，電極表面獲得的金屬沉積層往往比較粗糙；電化學(xué)極化：金屬離子沉積時，液相的離子必須克服或越過某一能壘才能在陰極上沉積,由此引起的電極電位的改變稱電化學(xué)極化。影響電化學(xué)極化的主要因素有：電極材料，不同的電極材料對電化學(xué)反應(yīng)有不同的催化活性；現(xiàn)有技術(shù)中的電沉積大多采用電解工藝，要求浸出液金屬離子的濃度高，酸度大，只適用于精煉；而采用直接電積設(shè)備，可從含金屬離子的溶液中直接生產(chǎn)出金屬，而且純度高，節(jié)能環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容

為了使大部分金屬離子溶液中的金屬離子能通過電化學(xué)的方法，直接在陰極了生成金屬，還要能耗低，環(huán)保，生產(chǎn)的金屬純度高，電能轉(zhuǎn)化效率高。我們發(fā)明了本直接電沉積設(shè)備，采取的主要方案是陽極和陰極都為空心管，下端蓋和上端蓋固定安裝在陰極兩端，陽極通過下端蓋和上端蓋帽同心固定安裝在陰極管內(nèi)，陽極管壁上鉆了若干個1毫米左右的斜小孔，小孔的的排列方式為：軸向從陽極進(jìn)液管到陽極帽方向，孔距為等差數(shù)列，公差為正；徑向均布排列若干列，相鄰兩列各孔為錯位排列，每個孔都在其相鄰兩孔軸向的中間；小孔軸線與陽極管外圓柱面的交點處的切面和小孔的軸線成45°左右夾角；與此切面垂直且通過小孔軸線的平面與陽極管軸線成向上15°左右的夾角。陽極進(jìn)液管處有導(dǎo)流板和導(dǎo)流檔板，陽極材料為鈦基涂燒結(jié)銥鉭合金；陰極內(nèi)壁裝有陰極內(nèi)襯，材料都為不銹鋼，設(shè)置陰極內(nèi)襯的目的是沉積在陰極內(nèi)襯上的金屬方便從陰極管取出，取出的陰極內(nèi)襯在自身彈力的作用下與沉積的金屬管分離，再把陰極內(nèi)襯裝入陰極管內(nèi)繼續(xù)沉積金屬；電積電源正極與陽極連接，負(fù)極與陰極連接。

循環(huán)罐內(nèi)的電沉積液經(jīng)循環(huán)泵以一定的壓力和流速打入陽極管內(nèi)經(jīng)導(dǎo)流板和導(dǎo)流擋板，使其在陽極管內(nèi)部旋轉(zhuǎn)起來，再從陽極管壁上的斜小孔噴射向陰極內(nèi)襯面和沿陰極內(nèi)襯內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)各上流動，然后經(jīng)上端蓋出液孔流入循環(huán)罐中，形成回流，使金屬離子不斷在陰極內(nèi)襯上不斷被還原而沉積。