專利名稱：一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器， 尤其是一種適用于全濕法電解再生廢鉛酸蓄電池中鉛資源的高效電化學(xué) 反應(yīng)器，其作用是將廢鉛酸蓄電池中的含鉛膏泥轉(zhuǎn)化為電解鉛。
(二) 背景4支術(shù)
廢鉛酸蓄電池的回收利用具有十分重要的意義，它既可使寶貴的鉛資 源得到循環(huán)利用，又可消除廢電池中所含重金屬離子對環(huán)境的嚴重污染。 目前，廢鉛酸蓄電池中鉛資源回收利用的技術(shù)主要有火法、火濕法聯(lián)用及 全濕法電解冶煉技術(shù)三種?；鸱ㄒ睙捈夹g(shù)由于產(chǎn)生二氧化硫和鉛蒸汽污 染，鉛資源回收率低、能耗大，已經(jīng)受到限制?；饾穹?lián)用技術(shù)雖大大減 少了二氧化硫的排放和鉛蒸汽的污染，但仍不能達到滿意程度，而且冶煉 產(chǎn)品粗鉛純度不高，需進一步精煉。全濕法常溫電解冶煉技術(shù)可解決二氧 化硫和鉛蒸汽污染問題，但經(jīng)濟性受到挑戰(zhàn)，需加強開發(fā)。
在全濕法電解冶煉技術(shù)中，核心設(shè)備是電化學(xué)反應(yīng)器。目前全濕法電
解冶煉技術(shù)釆用的技術(shù)路線有(1)酸性可溶性鉛鹽電解技術(shù)；(2 )液石成 -酒石酸鉀鈉溶液電積技術(shù)；(3)固相電解技術(shù)。研究開發(fā)單位有美國礦 務(wù)局Rolla研究中心，擁有專利U.S. Patent 4272340;意大利Engitec公司， 擁有專利U.S. Patent 4769116;意大利Ginatta公司，擁有專利U.S. Patent 4451340。中科院化工冶金研究所早在上世紀80年代，就已經(jīng)開發(fā)了固相 電解再生鉛技術(shù)，還申請了國家專利CN85200287。
上述各研究單位開發(fā)的專利技術(shù)中均采用了箱式電化學(xué)反應(yīng)器和間歇操作模式，存在的問題主要有陰極供料、產(chǎn)品下料的工作量很大，耗
時且效率較低，陰極種板維護復(fù)雜，反應(yīng)器工作電流較小，時空產(chǎn)率低。
發(fā)明內(nèi)容
為克服常規(guī)濕法電解冶煉技術(shù)中所釆用電化學(xué)反應(yīng)器中存在的若干 缺陷，本實用新型提供了 一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng) 器，能實現(xiàn)連續(xù)操作模式，電流分布均勻，反應(yīng)器時空產(chǎn)率高。
本實用新型采用的技術(shù)方案是
一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器，主要包括電解 槽、設(shè)置在電解槽內(nèi)的電極和電解物料槽，所述電解槽上部主槽為柱體結(jié) 構(gòu)、底部為倒錐體結(jié)構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)與倒錐體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置流體流量均勻 分布板，主槽內(nèi)豎直布置相互平行的陽極管和陰極棒，所述的陰極棒和陽 極棒交錯布置，陽極管通過多孔機械膜與陰極棒分隔，電解槽底部設(shè)有進 料口，電解槽上部設(shè)置出料口，所述的進料口通過循環(huán)泵與電解物料貯槽 連通，所述的出料口與電解物料貯槽相連接，所述的電解物料貯槽與電解 槽能通過循環(huán)泵組成電解物料循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)。
所述陽極管優(yōu)選為內(nèi)襯塑料的純鉛管，所述陰極棒優(yōu)選為鍍鉛不銹鋼
棒。陰極棒與陽極管數(shù)量之比為4 10:1。
底部的錐式結(jié)構(gòu)，利于電解還原鉛粒子的沉降、收集和排出。
三維流化態(tài)床陰極中的流化態(tài)粒子是微細的硫酸鉛粒子，其粒度一般 在1 50jim。該陰極床粒子的三維流化態(tài)是通過設(shè)置在電解槽底部的泵傳 輸系統(tǒng)實現(xiàn)的。電解過程中，隨著電解進程的發(fā)展，鉛粒子逐漸增加，由 于其比重較硫酸鉛粒子大，沉入電化學(xué)反應(yīng)器底部，與隨液流返混的^Ml酸 鉛粒子有效分離。所述陽極管由電解槽主槽頂部經(jīng)匯流排與電源正極連接，所述陰極棒 由電解槽主槽底部經(jīng)匯流排與電源負極連接?，F(xiàn)有電化學(xué)反應(yīng)器中陰陽極 通常從電解槽上部同 一端接入，本實用新型中將陰陽極各自從電解槽主槽
頂部和底部接入，這樣做的好處是陰極利用更為充分，電流分布更為均勻。
所述多孔機械膜為本領(lǐng)域常用的無機膜、有機膜或無機有機復(fù)合膜， 本實用新型中選用多孔聚乙烯膜或多孔聚丙烯膜。
所述陽極管外表面與陰極棒表面之間間距為30 100mm。
所述的出料口由均勻分布在電解槽上部的若干個連接管并聯(lián)構(gòu)成。多 個連接管并聯(lián)構(gòu)成出料口有利于電解液快速均勻的在電解物料循環(huán)供應(yīng) 系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。
所述電解槽主槽內(nèi)徑與高度之比為1: 1~3。
所述陰極棒與陽極管直徑之比為1: 2 10。
本實用新型所述電化學(xué)反應(yīng)器的有益效果主要體現(xiàn)在工作電流大， 時空產(chǎn)率高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動進料、自動出料的連續(xù)化操作模式，無陰極種 板維護問題，勞動工作量小，工作效率高；電流分布均勻，設(shè)備運行穩(wěn)定， 能將廢鉛酸蓄電池中的含鉛膏泥轉(zhuǎn)化為高純度的電解鉛。


圖1為本實用新型電化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及流程示意圖；其中l(wèi)為主槽體； 2為圓錐體；3為流體流量均分板；4為隔膜；5為管式陽極；6為陰極棒， 7為電解物料貯槽；8為陽極氧氣室；9為空氣入口； IO為空氣室出口； 11為陽極匯流排；12為陰極匯流排。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進行進一步描述,但本實用新型的
保護范圍并不僅限于此 實施例1:
參見圖1，用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器，上部主槽 體1的圓柱體直徑為0.5m，高為0.7m，下部圓錐體2高為0.5 m,底部 布置的流體流量均分板3為開有大量圓孔的板。隔膜4為聚乙烯多孔膜， 釆用固定架定位。陰陽極材料分別為鍍鉛不銹鋼棒、內(nèi)襯塑料的純鉛管； 槽內(nèi)布置20根管式陽極5, 80根鍍鉛不銹鋼陰極棒6,構(gòu)成20個陽極區(qū)， 陰極區(qū)為統(tǒng)室(意思是電解槽中除了陽極區(qū)，其他全部為陰極區(qū)，為一連 通區(qū)域)。
電解物料貯槽7中微細硫酸鉛粒子(l-30pm),用泵輸送至電解槽內(nèi) 實現(xiàn)流化態(tài)，電解液為稀硫酸，質(zhì)量濃度為10°/。，溫度45 50。C，陰極表 觀電流密度為300A/m2，陽極表觀電流密度為600A/m2,單槽電解電流為 600A。電解過程中的槽電壓為3.0V左右，電解產(chǎn)品純度為99.99%以上。
電解過程中陽極表面不析出二氧化鉛，無枝晶短路。電解過程中產(chǎn)生 稀硫酸溶液，可以供廢電池含鉛膏泥化料循環(huán)使用。
實施例2:
參見圖1,用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器，上部主槽 體的圓柱體直徑為0.5m,高為1.2m，下部圓錐體高為0.5m,底部布置 的流體流量均分板為開有大量圓孔的板。隔膜為聚乙烯多孔膜，采用固定 架定位。陰陽極材料分別為鍍鉛不銹鋼棒、內(nèi)襯塑料的純鉛管；槽內(nèi)布置 26根管式陽極，120根鍍鉛不銹鋼陰極棒，構(gòu)成26個陽極區(qū)，陰極區(qū)為 統(tǒng)室。電解物料貯槽中微細硫酸鉛粒子(1 30pm),用泵輸送至電解槽內(nèi)并通過壓縮空氣輔助實現(xiàn)流化態(tài)，電解液為稀石克酸，質(zhì)量濃度為15%,
溫度30 35°C,陰極表觀電流密度為200A/m2，陽極表觀電流密度為
600A/m2，單槽電解電流為800A。
電解過程中的槽電壓為3.15V左右，電解產(chǎn)品純度為99.99%以上。 電解過程中陽極表面不析出二氧化鉛，無枝晶短路。電解過程中產(chǎn)生
稀硫酸溶液，可以供廢電池含鉛膏泥化料循環(huán)使用。
權(quán)利要求1.一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器，主要包括電解槽、設(shè)置在電解槽內(nèi)的電極和電解物料槽，其特征在于所述電解槽上部主槽為柱體結(jié)構(gòu)、底部為倒錐體結(jié)構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)與倒錐體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置流體流量均勻分布板，主槽內(nèi)豎直布置相互平行的陽極管和陰極棒，所述的陰極棒和陽極棒交錯布置，陽極管通過多孔機械膜與陰極棒分隔，電解槽底部設(shè)有進料口，電解槽上部設(shè)置出料口，所述的進料口通過循環(huán)泵與電解物料貯槽連通，所述的出料口與電解物料貯槽相連接，所述的電解物料貯槽與電解槽能通過循環(huán)泵組成電解物料循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陽極管為內(nèi)襯 塑料的純鉛管，
3. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陰極棒為鍍鉛 不銹鋼棒。
4. 如權(quán)利要求1~3之一所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于陰極棒與陽 極管數(shù)量之比為4 10:1。
5. 如權(quán)利要求4所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陽極管由電解 槽主槽頂部經(jīng)匯流排與整流電源正極連接，所述陰極棒由電解槽主槽 底部經(jīng)匯流排與整流電源負極連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述多孔機械膜為 多孔聚乙烯膜或多孔聚丙烯膜。
7. 如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陽極管外表面與陰極棒表面之間間距為30 100mm。
8. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述的出料口由均 勻分布在電解槽上部的若干個連接管并聯(lián)構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述電解槽主槽柱 體結(jié)構(gòu)內(nèi)徑與高度之比為1: 1~3。
10. 如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陰極棒與陽極 管直徑之比為1: 2 10。
專利摘要本實用新型提供了一種用于含鉛膏泥陰極還原再生鉛的電化學(xué)反應(yīng)器，主要包括電解槽、設(shè)置在電解槽內(nèi)的電極和電解物料槽，所述電解槽上部主槽為柱體結(jié)構(gòu)、底部為倒錐體結(jié)構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)與倒錐體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置流體流量均勻分布板，主槽內(nèi)豎直布置相互平行的陽極管和陰極棒，所述的陰極棒和陽極棒交錯布置，陽極管通過多孔機械膜與陰極棒分隔，電解槽底部設(shè)有進料口，電解槽上部設(shè)置出料口，所述的進料口通過循環(huán)泵與電解物料貯槽連通，所述的出料口與電解物料貯槽相連接，所述的電解物料貯槽與電解槽能通過循環(huán)泵組成電解物料循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)。本實用新型工作電流大，時空產(chǎn)率高，無陰極種板維護問題，勞動工作量小，工作效率高。
文檔編號C25C1/18GK201141042SQ20072019166
公開日2008年10月29日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者董志根, 高云芳 申請人:浙江工業(yè)大學(xué);上虞奧龍電源有限公司