电解精炼金属的电解装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于电解精炼金属的电解装置，包括电解槽、电解液、与电源相连的主电极，其特征在于，在所述主电极周边还设有若干材质与主电极相同的辅助电极；所述辅助电极在主电极周边成对设置，且成对辅助电极与主电极互为平行、且成对辅助电极用导线连接。本发明专利技术以单电源-多对电极的电解装置替换现有的单电源-单对电极电解装置用于电解精炼金属，不仅可以降低槽电压、而且还提高了电流效率，显著地降低了直流电耗。

【技术实现步骤摘要】
电解精炼金属的电解装置
本专利技术涉及一种适用于电解精炼金属的电解装置，具体地说，涉及一种适用于电解精炼铜的电解装置。
技术介绍
迄今，金属铜（Cu）的精炼工艺主要有“电解精炼法”和“电沉积法”两大类，相比较而言，“电解精炼法”在精炼Cu中使用更为普遍。电解精炼Cu包含两个步骤：（1）含98.5%～99.5%的Cu的阳极板在由硫酸铜（CuSO4）和硫酸（H2SO4）组成的电解液中溶解；（2）Cu2+在阴极被还原成金属铜并沉积在阴极板上。电解精炼不仅可以生产电解铜，还可实现金、银等贵金属的分离与回收，其生产的电解铜纯度高达99.997%以上。在电解精炼Cu的过程中，其电耗包括交流电耗和直流电耗，其中直流电耗占总电耗的70％～80％，所述的直流电耗可由下式（1）计算得到：式（1）中：W——直流电耗（单位：KW·h·t-1），U槽——槽电压（单位：伏），η——电流效率（%），1.1852——铜的电化当量（单位：g·A·h-1）。由式（1）可知，直流电耗（W）与槽电压（U槽）成正比，而与电流效率（η）成反比（即随着U槽的增高或者η的减小而增大）。目前，由于电解铜的电流效率（η）一般稳定在某个数值（约98%或以上），因而多采用降低槽电压（U槽）的方法来减少直流电的消耗。而影响槽电压（U槽）主要因素有：①极化电位、②电解液电阻引起的电压及③阴、阳极与导电板及各接触点的电阻所引起的接触电压。因此，降低槽电压（U槽）可从降低极化电位、电解液以及各接触点的电阻几方面着手（如采取的措施主要有严格控制阳极铜的砷、锑、铋、镍等含量，选择合适的电流密度，降低极化电位，缩短极距，提高电解液温度，控制添加剂含量，降低电解液电阻和降低接触点电阻等）。如此，虽能取得一定的效果，但其效果还是受到了一定的限制。
技术实现思路
现有用于电解精炼金属（特别是电解铜的制备）的电解装置均是单电源-单对电极的电解装置，即在一个电解槽内，一个电源连接一对电极（与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的为阴极）。在现有的单电源-单对电极的电解装置中电解精炼金属（如铜等），想要降低槽电压（U槽）及提高电流效率（η）会遇到瓶颈（特别是要提高η）。为此，本专利技术的专利技术人经广泛及深入的研究，提供一种新型的适用于电解精炼金属的电解装置，即单电源-多对电极的电解装置。实验证明：采用本专利技术所提供的电解装置，不仅可降低槽电压（U槽）（可能的原因是电解液中离子的数量得以增加，及极化电位和电解液内阻的降低），而且可以增加电解金属（如电解铜）的产量（使总电流效率（η）大于100%，η由式（2）计算得到）。式（2）中：η——电流效率（%），Δm金属——电解金属的产量（g），F——法拉第常数（96485C·mol-1），I——电解电流（A），t——电解时间（s），64——铜的相对原子质量。本专利技术所述的适用于电解精炼金属的电解装置，包括电解槽、电解液、与电源相连的主电极（即：与电源负极相连的阴极和与电源正极相连的阳极），其特征在于，在所述主电极（即：与电源负极相连的阴极和与电源正极相连的阳极）周边还设有若干材质与主电极相同的辅助电极；所述辅助电极在主电极（即：与电源负极相连的阴极和与电源正极相连的阳极）周边成对设置，且成对辅助电极与主电极（即：与电源负极相连的阴极和与电源正极相连的阳极）互为平行、且成对辅助电极用导线连接（但所述辅助电极并不与电源连接）。本专利技术以单电源-多对电极的电解装置替换现有的单电源-单对电极电解装置用于电解精炼金属（如用于电解铜的制备），不仅可以降低槽电压（U槽）、而且还提高了电流效率（η），显著地降低了直流电耗（W）。附图说明图1本专利技术提供的单电源-多对电极的电解装置的电解原理示意图（以制备电解铜为例）。图2本专利技术提供的单电源-多对电极的电解装置线路连接示意图；其中，1—阴极（与电源的负极相连），1'—为阳极（与电源的正极相连），2和2'组成一对辅助电极，3和3'组成另一对辅助电极，4—电解质溶液，5—电解槽，6—电源。具体实施方式现以制备电解铜为例，结合说明书附图，对本专利技术作进一步阐述。在本专利技术所述的单电源-多对电极的电解装置中，除电极1'和电极1（主电极）分别与电源的正负极相连接外，在电极1'（阳极）和电极1（阴极）的周边，插入若干对辅助电极，每对辅助电极用导线连接起来构成回路（如图2中所示意的由2和2'组成一对辅助电极及3和3'组成另一对辅助电极）。如此，在电场力和异性电荷相互吸引、同性电荷相互排斥的作用下，若干对辅助电极间会产生一定的电势差，在该电势差的驱动下，就可实现辅助电极上金属（如铜等）的溶解与提纯（参见图1）。在本专利技术提供的单电源-多对电极的电解装置中，由于电解槽内同时存在多极电解，不仅增加了电解液中离子的数量，而且极化电位和电解液内阻也有一定程度的降低，从而导致槽电压（U槽）的降低。此外，同样由于电解槽内同时存在多极电解，因而增加了电解铜产量，导致总电流效率（η）大于100%。由式（1）可知，随着槽电压（U槽）的降低及电流效率（η）的增大，电解的直流电耗（W）显著降低。如采用本专利技术提供的单电源-多对电极的电解装置在CuSO4/H2SO4电解体系中制备电解铜时，其直流电耗（W）可下降约50%。在本专利技术一个优选的技术方案中，在所述单电源-多对电极的电解装置中，共设置两对辅助电极；更优选的技术方案是：所设置的两对辅助电极中一对设置于由阴极和阳极构成的主电极的内侧，另一对设置于由阴极和阳极构成的主电极的外侧；如在图2中，电极1'（阳极）和电极1（阴极）构成的主电极，辅助电极2和2'位于主电极内侧，辅助电极3和3'位于主电极外侧。在本专利技术另一个优选的技术方案中，辅助电极与主电极间的间距越小越好，但该间距以辅助电极与主电极间不发生短路为限。在本专利技术又一个优选的技术方案中，所述的阳极（电极1'）为铜含量为98.5wt%～99.5wt%的金属铜板；所述的阴极（电极1）是铜含量为99.9wt%或以上的金属铜板。在本专利技术又一个优选的技术方案中，所述电解液由硫酸铜（CuSO4）和硫酸（H2SO4）组成，其中，铜离子（Cu2+）的浓度为35g/L～50g/L（L是每升电解液）；H2SO4的浓度为150g/L～180g/L（L是每升电解液）。更优选的技术方案是：所述电解液由硫酸铜（CuSO4）和硫酸（H2SO4）组成，其中，Cu2+的浓度为45.8g/L；H2SO4的浓度150g/L（L的含义与前文所述相同）。下面通过实施例对本专利技术作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本专利技术的内容。本专利技术的保护范围不受实施例的限制。实施例按图2构成制备电解铜的电解装置，其中，电极1'（阳极）为铜含量为98.5wt%～99.5wt%的金属铜板（需提纯铜），其周边的辅助电极2和3的材质与阳极相同；电极1（阴极）是铜含量为99.997wt%或以上的金属铜板，其周边的辅助电极2'和3'的材质与阴极相同；阳极与阴极的间距为5cm；当电源接通后，阴极和阳极分别带负电荷和正电荷，由于受到同种电荷互相排斥的影响，电极2和3面向阴极的一侧分别带正电荷（简记为“正电荷侧”），而电极2和3的另一侧则分别带负电荷（简记为“负电荷侧”）；同理，由于受到异性电荷互相吸引的影响，电极2'和3'面向阳极的一侧分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于电解精炼金属的电解装置，包括电解槽、电解液、与电源相连的主电极，其特征在于，在所述主电极周边还设有若干材质与主电极相同的辅助电极；所述辅助电极在主电极周边成对设置，且成对辅助电极与主电极互为平行、且成对辅助电极用导线连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于电解精炼金属的电解装置，包括电解槽、电解液、与电源相连的主电极，其特征在于，在所述的电解装置中，电极1′和电极1为主电极，辅助电极2和2′位于主电极内侧，辅助电极3和3′位于主电极外侧，成对辅助电极与主电极互为平行、且成对辅助电极用导线连接；其中，电极1′为铜含量为98.5wt％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮东方，张新胜，周玲丽，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31