【技术实现步骤摘要】
本专利技术金属电解装置，具体涉及一种电积回收镓的装置及方法。
技术介绍
1、镓是一种极为重要的稀有金属，其化合物展现出卓越的光电和化学性能，在众多领域如半导体材料、太阳能电池、合金制造、化学工业和医疗应用中广泛运用，是现代高科技发展的不可或缺的原材料。然而，镓作为稀散金属在地壳中的存在相当稀少，没有独立存在且值得开采的矿床。因此，镓的主要来源是通过冶炼过程中的副产品回收。自然界中的镓主要伴生于铝土矿、锌矿和煤矿等矿物中，其中铝冶炼过程的拜耳母液和锌冶炼过程的浸出渣是镓提取的主要来源。
2、电积法是一种通过电流驱动金属离子从电解液中沉积到电极表面的过程。在这个过程中，阳极发生析氧反应，金属在阴极还原析出，同时伴随着阴极上的氢气析出的副反应。电积是从水溶液中回收金属镓的必要步骤，但由于标准电极电位的差异，在镓电积过程中不可避免地会伴随氢气析出的副反应，这会降低该过程的电流效率并加剧能量消耗。
3、一般地，电积过程所用阴极通常为平板电极，但三维电极具有更大的比表面积和较短的金属离子从溶液传输到阴极的距离，可以显着提高传质速率并改善电流密度的分布，同时由于尖端效应，三维电极具有更高的反应活性，因此三维电极具有成本低、电流效率高、反应活性大等优点。钢棉阴极是最常见的三维电极，常用于从稀溶液中回收金银等贵金属。
4、专利cn104109762b公布了一种从溶液中回收金的方法，以钢棉为阴极的电解槽进行解吸附，得到含金钢棉；将含金钢棉加入还原剂，得到金粉，将金粉熔化得到金锭。专利cn200940161y公布了
5、尽管采用钢棉阴极能够优化电积过程，提升电流效率，但相比于平板阴极，钢棉阴极上沉积的金属难以剥离，一般需经过酸洗或熔炼使金属与阴极分离，这大大降低了钢棉阴极的耐久性，增加了成本和操作难度。
6、因此，目前缺乏一种优化钢棉阴极的分离缺点，将其用于分离镓金属的电解方法和装置。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是镓资源需要回收，而钢棉阴极上沉积的金属难以剥离，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种钢棉阴极活化电积回收镓的装置和方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种钢棉阴极活化电积回收镓的装置，所述装置包括控温槽、导线、电源、电解槽、热电偶、阳极、电解液、阴极和控温介质；其中，电解槽置于控温槽内，所述控温槽内填充有控温介质，所述电解槽内充有电解液，热电偶、阳极及阴极置于电解液内，所述阳极和阴极通过导线与电源连接；所述阴极为钢棉阴极。
4、钢棉阴极具有更大的比表面积，能够增强电积过程中的传质过程，研究表明，采用钢棉阴极电积回收镓具有更高的电流效率和更低的能耗。相比于传统的平板阴极，电积析出在阴极表面的金属会形成一层完整的金属片，能够作为整体从阴极的表面剥离；而钢棉阴极形状比较复杂，析出在钢棉阴极表面的金属难以直接用常规的物理手段分离。
5、但镓具有低熔点的特性，析出在钢棉阴极的镓可通过加热熔化为液态，由于液态镓的比重较大，熔化后的镓可直接从钢棉阴极上脱落，因此使用钢棉阴极难以与析出金属分离的缺点得以解决。综上所述，采用钢棉阴极回收镓具有强化传质、提升电流效率、易于剥离等独到的优势。
6、本专利技术的回收装置根据钢棉阴极的特点进行改进，加入了控温槽及控温介质，能够在回收过程中稳定控温。由于镓的熔点极低，而电积反应是放热反应，同时极板有一定的内阻，在电积过程中体系会不断放热，可能导致阴极表面的镓熔化、开裂、脱落，因此需要控温装置将温度稳定控制在镓的熔点(29.76℃)以下。
7、优选的，所述控温槽采用水浴冷却或加热，使电解槽的受热均匀；热电偶置于钢棉阴极的表面处，使测定的温度接近于钢棉阴极的实际温度，确保阴极上析出的镓不受热熔化。
8、优选的，所述控温槽控温范围包括15～30℃。
9、优选的，所述钢棉阴极材质为316l，型号包括0#～4#。不锈钢有多种型号，如316l，304l等，316l具有耐碱腐蚀性强等优势，且析氢过电位比304l高，因此选取316l材质的钢棉作为钢棉阴极。
10、优选的，所述阳极为钛基涂层氧化物阳极。钛基涂层氧化物阳极对电解体系的适应性强，能够耐强酸强碱腐蚀，使用寿命长，表面有较低的析氧过电位。
11、优选的，所述电解液为含镓电解液，电积时温度为20～25℃。
12、在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种钢棉阴极活化电积回收镓的方法，使用所述钢棉阴极活化电积回收镓的装置，包括加料、冷却电积和加热剥离三个阶段，具体为：
13、(1)加料阶段，先将阴极和阳极置于电解槽内并固定，再加入电解液，并将热电偶置于电解液内，同时设定预设温度并启动控温槽；
14、(2)电积阶段，待温度到达预设温度并稳定时，设置电源的电流等参数，采用恒流电解，并使槽电压控制在4v～6v之间，并开启电源开始电解反应，镓以固体形式在阴极表面还原沉积，待达到预设电解时间后，关闭电源；
15、(3)剥离阶段，待上述电解阶段完成后，关闭电源和控温装置，倒出电解液，取出电解槽中的阴阳极，将阴极置于温度高于镓熔点的热水中，使沉积在表面的镓融化并脱落，收集融化后的液态镓即为粗镓产品。
16、优选的，步骤(1)所述预设温度为20～25℃，温度过低会导致镓离子在水溶液中的传质系数降低，从而导致槽电压和能耗升高，而温度过高可能导致阴极的金属镓熔化脱落，因此温度控制在20～25℃较为合适。
17、优选的，步骤(2)所述槽电压控制在4v～6v之间。若槽电压过低会导致镓电沉积反应的过电位较低，反应受电化学极化控制，而若槽电压过高则可能导致浓差极化，从而会加剧析氢副反应并降低电流效率。
18、优选的，步骤(3)所述的用于熔化固体镓的热水温度为40～50℃，热水温度应高于镓的熔点29.76℃，温度过低可能导致融化速率过慢，温度过高可能导致固态镓熔化过于迅速造成的破裂与飞溅。
19、优选的，步骤(3)所述的钢棉阴极在与金属镓分离后，将其置于10％的稀盐酸内浸泡40～80min，溶解剩余少量附着在钢棉阴极表面的镓，以保持并恢复钢棉阴极的活性。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、(1)本专利技术采用钢棉作为阴极电积回收镓，钢棉阴极具有更大的比表面积和反应活性，能够有效地改善传质过程并减轻浓差极化，有助于提升镓电积过程的电流效率并降低能耗；
22、(2)本专利技术借助金属镓低熔点的特性，在阴极金属剥离的过程中，无需酸洗或熔炼等步骤，仅通过加热即可实现钢棉阴极与阴极镓的分离，降低了成本并简化了操作步骤。
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1.一种钢棉阴极活化电积回收镓的装置，其特征在于，所述装置包括控温槽(1)、导线(2)、电源(3)、电解槽(4)、热电偶(5)、阳极(6)、电解液(7)、阴极(8)和控温介质(9)；其中，电解槽(4)置于控温槽(1)内，所述控温槽(1)内填充有控温介质(9)，所述电解槽(4)内充有电解液(7)，热电偶(5)、阳极(6)及阴极(8)置于电解液(7)内，所述阳极(6)和阴极(8)通过导线(2)与电源(3)连接；所述阴极(8)为钢棉阴极。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控温槽(1)采用水浴冷却或加热，所述热电偶(5)置于钢棉阴极的表面处。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控温槽(1)控温范围包括15～30℃。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钢棉阴极材质为316L，型号包括0#～4#。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极(6)为钛基涂层氧化物阳极。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解液(7)为含镓电解液。
7.一种钢棉阴极活化电积回收镓的方法，其特征
8.如权利要求7述的方法，其特征在于，步骤(1)所述预设温度为20～25℃，步骤(2)所述槽电压控制在4V～6V之间。
9.如权利要求7述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的用于熔化固体镓的热水温度为40～50℃。
10.如权利要求7述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的钢棉阴极在与金属镓分离后，将其置于稀盐酸内浸泡40～80min，溶解附着在钢棉阴极表面的镓。
...【技术特征摘要】
1.一种钢棉阴极活化电积回收镓的装置，其特征在于，所述装置包括控温槽(1)、导线(2)、电源(3)、电解槽(4)、热电偶(5)、阳极(6)、电解液(7)、阴极(8)和控温介质(9)；其中，电解槽(4)置于控温槽(1)内，所述控温槽(1)内填充有控温介质(9)，所述电解槽(4)内充有电解液(7)，热电偶(5)、阳极(6)及阴极(8)置于电解液(7)内，所述阳极(6)和阴极(8)通过导线(2)与电源(3)连接；所述阴极(8)为钢棉阴极。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控温槽(1)采用水浴冷却或加热，所述热电偶(5)置于钢棉阴极的表面处。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控温槽(1)控温范围包括15～30℃。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钢棉阴极材质为316l，...
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