电解还原系统及电解还原方法技术方案

本发明专利技术提供一种电解还原系统及电解还原方法。该电解还原系统包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通；所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接，所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压。本发明专利技术还公开了一种电解还原方法。本发明专利技术解决了现有技术中技术问题，实现了能耗低，制备的电沉积金属均匀性好、比表面积高、活性高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学技术，尤其涉及一种。
技术介绍
电沉积技术为利用金属或合金从其溶液中经还原形成沉积的电化学过程实现材料加工和处理的技术。电沉积技术适用于生产比表面积大、粒度小、活性高的金属，该金属适用于生产电极材料。但目前电沉积设备均为小型、单一的间歇式电解还原设备，没有完整成型的系统设备，产能量无法满足大批量金属电极材料制造和金属电极二次还原重复利用的需要。而且现有常用的间歇式电解还原设备在操作过程中会随电解进程而使的电解液浓度不均匀，导致在阴、阳极板面上电解质浓度极化大(极化现象)。阴、阳极板上电解质浓度的极化控制不利出现的问题主要有导(1)极板上电流分布不均匀，槽电压升高，电流效率降低，能耗升高，电解沉积成本高昂；(2)电沉积速度不稳定，制备的电沉积金属表面为团絮状，表面积小，电化学性能不佳；(3)无法实现电沉积金属的工业化生产。设计和研发更加合理的电解还原系统，在保证一定规模产能下，减少能源消耗，尤其是工业化批量生产出高比表面积、高活性的电沉积金属，成为一亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有电沉积设备能耗高、无法满足工业化生产，且制备出的电沉积比较面积小、活性低的问题，提出一种电解还原系统，以实现能耗低、满足电沉积金属的大规模工业化生产，且制备的电沉积金属均匀性好、比表面积大、活性高的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种电解还原系统，包括控制装置、 溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口 ；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口 ；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口 ；所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口 ；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述 电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端；所述溶解罐液体出口与固液分尚装置入口连通，所述固液分尚装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪， 所述电解槽出口与收集罐连通；所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接；所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压，以使溶液在高电流效率下实现电沉积。进一步地，所述固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，所述溢流口与溶解罐入口连通，所述收集罐设置有收集罐液体出口，所述收集罐液体出口与溶解罐入口连通。进一步地，所述溶解罐内部或外部设置有加热机构和搅拌机构。进一步地，所述固液分离装置为离心分离机。当电解槽容量为3m3-15m3时，所述离心分离机内溶液流量O. 5m3/h 5m3/h,所述离心分离机一方面能使未溶解的金属或金属化合物与溶液分离，同时能使未溶解的金属或金属化合物进一步溶解在溶液中。进一步地，所述电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶，所述锥形桶桶壁与轴线的夹角为10° 30°。进一步地，所述阳极板和阴极板与地面垂直。进一步地，所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边，防止阳极板和阴极板边缘有电解锌析出，不方便铲除，导致极板间短路，优选的所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边20mm。进一步地，所述阴极板和阳极板的间距为40mm 100mm。所述阴极板和/或阳极板面积为O. 2m2 1. 5m2。进一步地，所述阴极板为镁合金板、铅合金板或喷涂有氧化物的钛合金板的一种； 所述阳极板为镍合金板。还可以选择其他析气量小的合金板作为阴极板或阳极板。进一步地，所述阴极板为孔板式阴极板，所述阳极板为孔板式阳极板，所述阴极板和/或阳极板上的通孔均匀分布，所述孔板式阴极板和所述孔板式阳极板实现了电解液的均匀快速流动；所述孔板式阴极板和/或孔板式阳极板的穿孔率为2% 10%，孔径为 08 ~ 030mm ；进一步地，所述阴极板与电源采用导电铜排插槽式连接，以减少接触电阻，防止接点腐蚀，达到长时可靠的连接。本专利技术电解还原系统的工作原理将溶质金属或金属化合物添加至灌装有溶剂的溶解罐中，经金属或金属化合物与溶剂的反应成为电解液(含有金属离子的溶液)；所述电解液自溶解罐液体出口进入固液分离装置，固液分离装置对电解液中可能含有的未反应的金属或金属化合物进行分离；分离得到的电解液自固液分离装置液体出口进入流动式电解槽；设置在固液分离装置液体出口与流动式电解槽间的浓度监测仪检测电解液中金属离子的浓度；控制装置根据电解液中金属离子浓度控制流动式电解槽内电压，在流动式电解槽内电压的作用下，电解液在阴极板上析出电沉积金属，电沉积金属在重力的作用下自阴极板脱落，自流动式电解槽底部进入收集罐。本专利技术的另一目的还提供了一种电解还原方法，实现了快速有效的制备电沉积金属。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种电解还原方法，包括以下步骤(I)、将溶质金属或金属化合物与溶剂(所述溶剂为可以与金属或金属化和物反应的碱溶液)在溶解罐内混合，所述金属或金属化合物与溶剂发生反应形成含有金属离子的溶液(电解液);( 2 )、在固液分离装置中将溶液中的固体(包括未溶解的金属或金属化合物，或其他固体杂质)与溶液分离；(3)、通过浓度监测仪检测溶液中金属离子的浓度，调节电解槽内阳极板和阴极板间的电压；( 4)、将溶液置于流动式电解槽中电解，在阴极板电沉积的金属在重力的作用下下行堆积在流动式电解槽底部；( 5 )、将流动式电解槽底部的物料排出，得到电沉积金属。进一步地，所述加热机构将溶解罐内溶液加热至30°C 10(TC，所述搅拌机构转速20转/分 50转/分。进一步地，将所述步骤(2)中分离出的固体输送回步骤(I)作为溶质，所述流动式电解槽底部分离得到的液体输送回步骤(I)作为溶剂，用于溶解金属或金属化合物。进一步地，步骤(3)溶液中的金属或金属化合物的金属为锌，所述锌离子的浓度为 30g/L 45g/L，所述流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压为2. OV 3. 0V。进一步地，所述溶质为氧化锌，所述溶剂为氢氧化钾。进一步地，所述流动式电解槽中的溶液上覆盖有防止溶液与外界接触的隔离液。 所述隔离液能防止电解液被空气中有害元素污染。所述隔离液为油。本专利技术的另一目的还提供了一种电沉积金属，该电沉积金属为枝状、海绵状金属， 具有较大的比较面积，适用于制作高活性的电极。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种电沉积金属采用上述电解还原方法制备而成。本专利技术的另一个目的还提供了一种电极，该电极适用于大电流密度放电。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种电极采用上述电沉积金属制备 。本专利技术的另一个目的还提供了一种空气电池，该空气电池具有循环周期长，不易膨胀和变形的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种空气电池采用上述电极。本专利技术电解还原系统简单、紧凑，所述电解还原方法科学、合理，与现有技术相比较具有以下几方面优点(I)流动式电解槽内的溶液能在阳极板、阴极板、电解槽和/或槽底间自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解还原系统，其特征在于，包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口，所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端；所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通；所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接，所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压。

【技术特征摘要】
1.一种电解还原系统，其特征在于，包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐， 所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口 ；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口 ；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口，所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口 ；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端； 所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通； 所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接，所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压。2.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，所述溢流口与溶解罐入口连通，所述收集罐设置有收集罐液体出口，所述收集罐液体出口与溶解罐入口连通。3.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述溶解罐内部或外部设置有加热机构和搅拌机构。4.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述固液分离装置为离心分离机。5.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶。6.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阳极板和阴极板与地面垂直。7.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边。8.根据权利要求1所述电解还原系统，其特征在于，所述阴极板为镁合金板、铅合金板或喷涂有氧化物的钛合金板的一种；所述阳极板为镍合金板。9.根据权利要求1所述电解还原系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟春，刘鹏飞，许文，
申请(专利权)人：北京九能京通新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：