一种连续式离心电化学反应装置及其运行方法和用途制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续式离心电化学反应装置及其运行方法和用途。该装置包括电解槽，电解槽的顶部设置有可拆卸的电解槽盖，转轴的顶端连接有电动机；转轴的下端依次穿过电解槽盖、上端电极、下端电极的通孔伸入电解槽的底部，电解槽的内部设置有圆盘电极组，圆盘电极组包括上端电极、中间电极和下端电极，转轴上固设有刮粉刷；电解槽的外部设置有整流器，电解槽的上部设置有电解乏液输出装置，电解槽的下部设置有电解原液输入装置，电解槽的底部设置有排料口。本发明专利技术的连续式离心电化学反应装置，无需导电滑环，可实现大电流的精确传输，电解液可连续循环，电解产物能够连续在线收集，满足离心电化学工业化应用的需求。

A continuous centrifugal electrochemical reaction device and its operation method and Application

The present invention provides a continuous centrifugal electrochemical reaction device, its operation method and application. The device comprises an electrolytic cell is arranged on the top part of the electrolytic bath electrolytic detachable cover, the top end of the rotary shaft is connected with a motor; the lower end of the shaft passes through the through hole, the upper cover of electrolytic cell electrode and lower electrode extends into the bottom of the electrolyzer, internal electrolysis cell is provided with a disk electrode group, including the upper disc electrode group the electrode, the intermediate electrode and the lower electrode, the rotating shaft is fixedly provided with a scraping paint; external electrolytic tank is provided with a rectifier, the upper electrolyzer is provided with electrolytic spent liquid output device, the lower electrolytic tank provided with electrolytic liquid input device, electrolytic tank is arranged at the bottom of the discharge port. Continuous centrifugal electrochemical reaction device of the invention, without slip rings, can realize the accurate transmission of large current, continuous electrolyte circulation, the electrolysis product capable of continuous online collection, to meet the application requirements of electrochemical centrifugal industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种连续式离心电化学反应装置及其运行方法和用途
本专利技术属于电化学反应
，涉及一种连续式离心电化学反应装置及其运行方法和用途。
技术介绍
电化学冶金因其无需添加化学还原剂、污染少、对环境危害小的优点，而成为大宗矿产资源提取金属的共性方法。然而，在冶金电化学反应过程中，离子传质步骤往往是控制步骤，会造成严重的浓差极化，致使电化学反应效率和速率降低，电解能耗增加，使得电极表面反应潜力受到极大的限制。离心加速度可以在常规条件难以达到的尺度范围内，强化电化学反应过程的液相传质，有效降低浓差极化。近年来，利用离心强化的方法来提升工业电化学受到国内外学者的广泛关注。LinSW(J.Electrochem.Soc，2001，148:C284-C288)等将离心机应用于含汞低浓废水的电化学处理，可显著增强废水的处理效果。Eftekhari(Microelectron.Eng，2003，69:17-25)在离心场电沉积铜，当离心加速度为210g时，铜电沉积速率增加2倍以上，可获得导电性能更为优异的致密金属膜。王明涌(物理化学学报，2009，25(05):883-889)在对含铅废水电化学处理过程中，发现离心加速度可以极大地提高废水处理的速率和效率，实现了废水的深度净化，并可显著降低槽电压，同步达到了节能和减排的目的。广泛使用的离心电化学设备基本是以离心机为原型改造而成，以离心机试杯为电解槽，通过导电滑环传输弱电电流。离心机式的实验装置无法实现电解液的连续输入和输出，仅能间歇操作。导电滑环仅能进行小电流传输，适应工业应用需求的大电流输送无法进行。因此，目前广泛采用的离心强化电化学装置难以进行放大和工业应用。王明涌(CN101560674A，2009)专利技术了实验型的离心强化冶金电化学装置，实现了电极表面观测、反应器温度精确控制和气体连续在线采集等功能，但无法实现电解液的连续循环和产物的在线收集，仅能间歇操作。刘有智(CN101787555A，2010)专利技术了一种连续操作的多级同心圆筒式电解反应装置，可以进行液相的连续输入和输出，但该装置仅适用于有机废水的电解处理，不能对固态电解产物进行在线的连续收集，电流传输采用导电滑环完成，难以进行大电流的精确输送，因此该装置无法广泛应用于冶金电化学工业。李成威(CN103276412A，2013)设计了一种用于制备金属铜粉的阴极旋转式电解机，采用废紫铜粒做阳极，不锈钢圆盘作阴极，通过集电器和导电转轴进行电流的输送，大电流传输困难，且该设备只局限于粗铜电解精炼制金属粉，功能比较单一，不能对电解产物进行在线收集。赵业伟(CN204138396U，2015)研制了一种用于金属废液处理的旋转电极电解装置，电解液可连续循环，但仅能设置一对阴阳极，电解槽空间利用率低，且无法满足电解产物的在线收集，不能保证装置的长时间的运行，无法满足工业化的需求。尽管利用离心加速度强化电化学反应取得了良好的效果，为电化学工业升级奠定了基础。然而，现有实验装置设计的缺陷，工业化放大存在诸多困难，导致离心强化电化学新方法工业化推广进展缓慢。因此，积极研制同步实现液相循环、大电流精确传输和固体产物在线采集的离心电化学工业化装置是实现该技术工业推广的关键和迫切需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种连续式离心电化学反应装置，该装置可实现电解液连续循环、大电流稳定传输和电解产物在线收集的功能，利用离心加速度可显著强化金属离子传质，抑制浓差极化，加速冶金电化学反应速率和效率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种连续式离心电化学反应装置，包括电解槽，所述电解槽的顶部设置有可拆卸的电解槽盖，所述转轴的顶端连接有电动机；所述电解槽的内部设置有圆盘电极组，所述圆盘电极组包括上端电极、中间电极和下端电极，所述上端电极固设于所述电解槽盖的底端，所述下端电极固设于所述电解槽的底部，所述电解槽盖的中部、所述上端电极的中部、所述下端电极的中部沿厚度方向均设置有通孔，所述转轴的下端依次穿过所述电解槽盖、所述上端电极、所述下端电极的通孔伸入所述电解槽的底部，所述中间电极垂直且绝缘连接于所述转轴，所述转轴的下端固设有刮粉刷，所述刮粉刷与所述下端电极的顶面相抵触；所述电解槽的外部设置有整流器，所述整流器分别与所述上端电极、所述下端电极连接，所述中间电极通过电解液实现所述圆盘电极组的电极间的电连接；所述电解槽的上部设置有电解乏液输出装置，所述电解槽的下部设置有电解原液输入装置，所述电解槽的底部设置有排料口。所述上端电极、所述下端电极和所述中间电极均为双极性电极，在碱性溶液中时所述双极性电极的材质为高纯Ni或不锈钢，在酸性溶液中时所述双极性电极的材质为钛基涂层电极或PbAg合金；优选地，所述上端电极、所述下端电极和所述中间电极的直径相同，所述上端电极与所述中间电极之间、所述中间电极与所述下端电极之间的间距均为2～15cm，极间电压为1～20V。所述圆盘电极组的组数由所述中间电极的个数调节，优选为1～10组。所述电动机的一端与所述转轴的顶端，所述电动机的另一端还连接有电动机控制器，以实现所述电动机转速的控制；优选地，所述转轴的转速为0～1000rpm。所述电解乏液输出装置包括溢流口和电解乏液储槽，所述溢流口设置于所述电解槽的上部，所述溢流口与所述电解乏液储槽通过溢流管相连接。所述电解原液输入装置包括进液口、流量计、离心泵和电解原液储槽，所述进液口设置于所述电解槽的下部，所述离心泵设置于所述进液口与所述电解原液储槽之间，所述流量计设置于所述进液口与所述离心泵之间。所述电解槽的底部还设置有阀门，所述阀门设置于所述排料口的上部。所述通过导线与所述整流器连接，所述导线穿过所述电解槽盖并与所述电解槽盖绝缘；优选地，所述下端电极通过导线与所述整流器连接，所述导线穿过所述电解槽的底部并与所述电解槽绝缘；优选地，所述中间电极与所述转轴通过中间电极紧固件绝缘连接；优选地，所述下端电极与所述转轴通过机械密封件连接。本专利技术的目的之二在于提供一种连续式离心电化学反应装置的运行方法，所述方法包括如下步骤：电解原液由所述进液口进入所述电解槽的内部，所述电动机控制所述转轴旋转，带动所述中间电极旋转，在电极和电解液界面微区形成离心场，电化学反应在电极表面进行，电解乏液由所述溢流口排出，粉状电解产物在离心力作用下从所述中间电极表面脱落，下端电极表面的粉状电解产物则由所述刮粉刷刮下，粉状电解产物通过所述排料口排出。本专利技术的目的之三在于提供一种连续式离心电化学反应装置的用途，将所述连续式离心电化学反应装置用于电解金属粉、金属电解提取、重金属和有机废水电化学处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的连续式离心电化学装置通过双极式串联电连接方式，无需导电滑环，实现大电流在动态-静态间的稳定连续传输。(2)本专利技术的连续式离心电化学装置电解液连续输入和输出的同时，可在线连续收集电解产物，离心电化学装置的连续稳定运行，为其工业应用奠定了基础，有望实现冶金电化学工业升级。(3)本专利技术的连续式离心电化学装置可显著强化电解金属粉、金属电解提取、重金属和有机废水处理，起到过程节能的目的。(4)本专利技术的连续式离心电化学反应装置，该装置利用离心加速度可显著本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续式离心电化学反应装置，包括电解槽(8)，所述电解槽(8)的顶部设置有可拆卸的电解槽盖(4)，其特征在于，所述转轴(2)的顶端连接有电动机(1)；所述电解槽(8)的内部设置有圆盘电极组，所述圆盘电极组包括上端电极(5)、中间电极(7)和下端电极(10)，所述上端电极(5)固设于所述电解槽盖(4)的底端，所述下端电极(10)固设于所述电解槽(8)的底部，所述电解槽盖(4)的中部、所述上端电极(5)的中部、所述下端电极(10)的中部沿厚度方向均设置有通孔，所述转轴(2)的下端依次穿过所述电解槽盖(4)、所述上端电极(5)、所述下端电极(10)的通孔伸入所述电解槽(8)的底部，所述中间电极(7)垂直且绝缘连接于所述转轴(2)，所述转轴(2)的下端固设有刮粉刷(16)，所述刮粉刷(16)与所述下端电极(10)的顶面相抵触；所述电解槽(8)的外部设置有整流器(18)，所述整流器(18)分别与所述上端电极(5)、所述下端电极(10)连接，所述中间电极(7)通过电解液实现所述圆盘电极组的电极间的电连接；所述电解槽(8)的上部设置有电解乏液输出装置，所述电解槽(8)的下部设置有电解原液输入装置，所述电解槽(8)的底部设置有排料口(12)。...

【技术特征摘要】
1.一种连续式离心电化学反应装置，包括电解槽(8)，所述电解槽(8)的顶部设置有可拆卸的电解槽盖(4)，其特征在于，所述转轴(2)的顶端连接有电动机(1)；所述电解槽(8)的内部设置有圆盘电极组，所述圆盘电极组包括上端电极(5)、中间电极(7)和下端电极(10)，所述上端电极(5)固设于所述电解槽盖(4)的底端，所述下端电极(10)固设于所述电解槽(8)的底部，所述电解槽盖(4)的中部、所述上端电极(5)的中部、所述下端电极(10)的中部沿厚度方向均设置有通孔，所述转轴(2)的下端依次穿过所述电解槽盖(4)、所述上端电极(5)、所述下端电极(10)的通孔伸入所述电解槽(8)的底部，所述中间电极(7)垂直且绝缘连接于所述转轴(2)，所述转轴(2)的下端固设有刮粉刷(16)，所述刮粉刷(16)与所述下端电极(10)的顶面相抵触；所述电解槽(8)的外部设置有整流器(18)，所述整流器(18)分别与所述上端电极(5)、所述下端电极(10)连接，所述中间电极(7)通过电解液实现所述圆盘电极组的电极间的电连接；所述电解槽(8)的上部设置有电解乏液输出装置，所述电解槽(8)的下部设置有电解原液输入装置，所述电解槽(8)的底部设置有排料口(12)。2.根据权利要求1所述的连续式离心电化学反应装置，其特征在于，所述上端电极(5)、所述下端电极(10)和所述中间电极(7)均为双极性电极，在碱性溶液中时所述双极性电极的材质为高纯Ni或不锈钢，在酸性溶液中时所述双极性电极的材质为钛基涂层电极或PbAg合金；优选地，所述上端电极(5)、所述下端电极(10)和所述中间电极(7)的直径相同，所述上端电极(5)与所述中间电极(7)之间、所述中间电极(7)与所述下端电极(10)之间的间距均为2～15cm，极间电压为1～20V。3.根据权利要求1或2所述的连续式离心电化学反应装置，其特征在于，所述圆盘电极组的组数由所述中间电极(7)的个数调节，优选为1～10组。4.根据权利要求1-3之一所述的连续式离心电化学反应装置，其特征在于，所述电动机(1)的一端与所述转轴(2)的顶端，所述电动机(1)的另一端还连接有电动机控制器(21)，以实现所述电动机转速的控制；优选地，所述转轴(2)的转速为0～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明涌，安康，王志，公旭中，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11