提高電解電流效率的方法、金屬電積方法以及金屬電積裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高電解電流效率的方法，其包括：預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背景導(dǎo)電離子以及電解的目標(biāo)金屬離子，所述背景導(dǎo)電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度；填充電解工作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室；以及控制所述電解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序和速度恒定。本發(fā)明還提供利用上述方法進(jìn)行金屬電積的方法以及一種金屬電積裝置。
【專利說明】
提高電解電流效率的方法、金屬電積方法從及金屬電積裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種提高電解電流效率的方法、金屬電積方法W及金屬電積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電解技術(shù)用于電化學(xué)廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，例如金屬電積中。金屬電積是將陰、陽極放 置在電解槽體內(nèi)，在電場的作用下，陰離子向陽極定向移動，陽離子向陰極定向移動，通過 控制一定的技術(shù)條件，目標(biāo)金屬陽離子在陰極得到電子而沉積析出，從而得到目標(biāo)金屬電 積廣品。
[0003] 對于在目標(biāo)金屬(包括中間價態(tài))離子能穩(wěn)定存在的溶液體系中電積提取目標(biāo)金 屬，目前選用的方法為離子膜電解技術(shù)，利用離子交換膜有選擇性地讓某些離子透過，陰陽 極室溶液單獨循環(huán)，將陽極氧化性產(chǎn)物和陰極目標(biāo)金屬離子分開。例如采用陰離子交換膜 電解法從=氯化鐵溶液體系直接電積回收鐵粉，陽極再生得到=氯化鐵產(chǎn)品。但是目前運 用離子膜電解技術(shù)在目標(biāo)金屬離子穩(wěn)定存在的金屬電積體系中提取目標(biāo)金屬存在許多不 足，如陰極電流效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于W上內(nèi)容，有必要提供一種提高電解電流效率的方法、金屬電積方法及使用 的金屬電積裝置。
[0005] -種提高電解電流效率的方法，其包括:預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背 景導(dǎo)電離子W及電解的目標(biāo)金屬離子，所述背景導(dǎo)電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的 濃度;填充電解工作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室；W及控制所述電 解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序和速度恒定。
[0006] -種金屬電積方法，其包括預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背景導(dǎo)電離子 W及目標(biāo)金屬離子，所述背景導(dǎo)電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度;填充電解工 作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室；W及控制所述電解工作液在所述陰 極室和陽極室之間的透過定向有序和速度恒定；W及在所述電解單元進(jìn)行電解W進(jìn)行目標(biāo) 金屬電積。
[0007] -種金屬電積裝置，其包括電解單元，所述電解單元包括陽極室和陰極室，所述陽 極室與所述陰極室用于填充含有目標(biāo)金屬離子的電解工作液，其特征在于:所述陽極室與 陰極室之間設(shè)置有隔離膜，所述隔離膜控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室的透過 定向有序和速度恒定。
[000引相較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的提高電解電流效率的方法通過控制所述電解工作 液從所述陰極室向陽極室的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃 度保持高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子W提高電解電流效率。該提高電 解電流效率的方法可W不一定應(yīng)用于金屬電積，而可W廣泛應(yīng)用于需要電解的電化學(xué)領(lǐng) 域。
[0009] 本發(fā)明所提供的金屬電積方法通過控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室 的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃度保持高于所述目標(biāo)金屬 離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子，從而提高所述目標(biāo)金屬電積的陰極電流效率。
[0010] 另外，本發(fā)明所提供的金屬電積裝置利用隔離膜控制了所述電解工作液從所述陰 極室向陽極室的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃度保持高于 所述目標(biāo)金屬離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子，從而提高所述目標(biāo)金屬電積的陰極電流效 率，整個工藝流程簡單、可操作性強(qiáng)，能耗低，具有工業(yè)推廣意義。
【附圖說明】
[0011] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點更能明顯易懂，W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實施方式作詳細(xì)說明，其中：
[0012] 圖1是本發(fā)明實施例中金屬電積裝置的示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明實施例中提高電解電流效率的方法的流程圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明實施例中金屬電積方法的流程圖。
[0015] 主要元件符號說明
[0016]
[0017]
[0018] 如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0019] 在描述本發(fā)明之前，需要說明的是本發(fā)明不限于W下所描述的【具體實施方式】。本 領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解到在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求精神的情況下，可對W下所述的具體實 施方式進(jìn)行變更及修改。
[0020] 在電解反應(yīng)中，通常用電流效率(化rrent efficiency,簡化為CE，也可W用符號n 來表示)來表示電解電量的有效利用程度，因此電流效率是電解過程的一個非常重要的經(jīng) 濟(jì)技術(shù)指標(biāo)W及工藝水平高低的關(guān)鍵對比指標(biāo)。電流效率是判斷氯堿膜性能及是否需要更 換的主要指標(biāo)，但與直流電耗、產(chǎn)品質(zhì)量和工藝操作條件都有密切關(guān)系，由于堿從陰極到陽 極的反滲W及副反應(yīng)的存在，導(dǎo)致電流效率一般小于1。
[0021 ]下面將結(jié)合附圖W及實施例對本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明所提供的金屬電積裝置1包括第一儲液單元10、電解單元20W 及第二儲液單元30,所述第一儲液單元10與所述電解單元20連接，所述電解單元20與所述 第二儲液單元30連接，所述第一儲液單元10用于儲存電解前的液體，所述電解單元20中進(jìn) 行電化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生電解后的液體，所述電解后的液體流入所述第二儲液單元30。
[0023] 所述電解前的液體包括電解原液和電解工作液，所述電解工作液由電解原液經(jīng)過 溶液稀釋之后形成。所述電解工作液包括目標(biāo)金屬離子W及背景陰離子，所述背景陰離子 為背景導(dǎo)電離子。所述電解原液中目標(biāo)金屬離子W及背景導(dǎo)電離子的濃度較高，經(jīng)過溶液 的稀釋之后，電解原液的目標(biāo)金屬離子的濃度降低，背景陰離子的濃度維持或提高至較高 的數(shù)值，從而背景陰離子成為主要的導(dǎo)電離子。所述電解工作液可W起到提供氧離子，修補(bǔ) 陽極氧化膜的重要作用。所述目標(biāo)金屬離子為銅離子、鐵離子w及細(xì)粒子的一種或多種組 合。所述背景陰離子為氯離子。
[0024] 所述電解單元20為電解槽，所述電解單元包括陽極液缸體21、陰極液缸體22W及 電解槽23,所述陰極液缸體22包括陰極液中環(huán)缸221W及陰極液循環(huán)缸222,所述陰極液中 環(huán)缸221與所述陰極液循環(huán)缸222保持連通，所述電解槽23包括多個所述陰極室231W及陽 極室232,所述每個陽極室231W及每個陰極室232具有相互平行的水平面，每相鄰兩個所述 陽極室231與所述陰極室232之間設(shè)置有隔離膜233,所述隔離膜233具有一定的孔隙度，可 W讓電解工作液W恒定的速度定向地透過。每個陽極室231通過溢流管（圖未示)與所述陽 極液缸體21連通，每個陰極室232通過輸水管（圖未示)與所述陰極循環(huán)缸222保持連通。
[0025] 當(dāng)所述電解工作液通過第一循環(huán)累11的作用從所述第一儲液單元10累入所述陰 極液中環(huán)缸221，所述陰極液中環(huán)缸221中的電解工作液通過第二循環(huán)累12分別累入(填充） 到每個陰極室232,所述陰極室232發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)之后產(chǎn)生含有目標(biāo)金屬離子(包括中間 價態(tài)離子)的溶液，所述含有目標(biāo)金屬離子(包括中間價態(tài)離子）的溶液經(jīng)過溢流管的作用 分別流入陰極液循環(huán)缸222,所述陰極液循環(huán)缸222與所述陰極液中環(huán)缸221保持連通，該電 化學(xué)產(chǎn)物會溢流到陰極液中環(huán)缸221并繼續(xù)循環(huán)流入所述陰極室232參與電化學(xué)反應(yīng)。在電 積過程中，電解原液可W持續(xù)從第一儲液單元10添加入，所述陰極液中環(huán)缸221還用于混合 均勻從所述陰極室232流入的含有目標(biāo)金屬離子(包括中間價態(tài)離子)的溶液與從第一儲液 單元10流入的電解原液，從而及時補(bǔ)充陰極液缸體22及陰極室232中的所述目標(biāo)金屬離子 的濃度。
[0026] 所述隔離膜233可W為有機(jī)高分子層、棉纖、化纖的一種或多種組合，所述隔離膜 的孔隙用于控制所述目標(biāo)金屬離子的透過速度。優(yōu)選地，所述孔隙在1000-10000目之間，當(dāng) 所述孔隙的目數(shù)確定之后，電解工作液在隔離膜的穿過速度可W穩(wěn)定恒定。在本實施方式 中，所述電解工作液的目標(biāo)金屬離子例如銅離子在所述陰極室232進(jìn)行氧化反應(yīng)，首先二價 銅離子被還原成中間價態(tài)離子，中間價態(tài)離子再進(jìn)一步被還原并在陰極室析出單質(zhì)銅，而 反應(yīng)中產(chǎn)生的多余的一價銅離子經(jīng)過溢流管流入所述陰極循環(huán)缸222并繼續(xù)循環(huán)參與反 應(yīng)。另外一部分二價銅離子進(jìn)入所述陽極室231，所述二價銅離子在所述陽極室231中進(jìn)行 還原反應(yīng)并產(chǎn)生一價的銅離子等氧化性產(chǎn)物，所述氧化性產(chǎn)物進(jìn)入陽極液缸體21，在陽極 液缸體21內(nèi)對所述每個陽極室231產(chǎn)生的氧化性產(chǎn)物進(jìn)行重新處理W及循環(huán)并通過第=循 環(huán)累13累入所述第二儲液單元30。所述隔離膜233為物理性隔離膜，所述隔離膜233控制維 持電解工作液從陰極室232向陽極室231定向有序和W恒定速度透過，該定向有序通過使陰 極室232的液位比陽極室231的液位高而自然形成，所述隔離膜均一的孔隙度可W使電解工 作液在隔離膜的穿過速度穩(wěn)定恒定，另外，隔離膜233阻礙了每個陽極室231產(chǎn)生的陽離子 電遷移而進(jìn)入所述陰極室232。
[0027] 請閱圖2,一種提高電解電流效率的方法，包括如下步驟：
[00%] S101，預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背景導(dǎo)電離子W及目標(biāo)金屬離子，所 述背景導(dǎo)電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度。第一儲液單元先引入電解原液，由 于所述電解原液中的背景導(dǎo)電離子W及目標(biāo)金屬離子的濃度較高，需要在電解原液中導(dǎo)入 一定的溶液并將所述電解原液進(jìn)行稀釋成為所述電解工作液，W降低目標(biāo)金屬離子的濃度 和提高背景導(dǎo)電離子的濃度，如此可減少陽極室231中產(chǎn)生的陽離子例如一價銅離子向陰 極室232進(jìn)行電遷移和使背景導(dǎo)電離子的濃度維持在較高的數(shù)值。
[0029] S103,填充電解工作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室。本實施 方式中，所述電解工作液填充入所述電解單元的陰極室。
[0030] S105,控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室的透過定向有序和速度恒定。 所述定向有序通過所述隔離膜控制所述陰極室的液位比所述陽極室的液位高而形成，所述 陰極室與陽極室的液位高度差小于15cm，所述隔離膜233具有一定粒徑的孔隙，可W用于控 制陽極室231W及陰極室232之間的液體流速，另外，隔離膜233阻礙了每個陽極室231產(chǎn)生 的陽離子電遷移而進(jìn)入所述陰極室232,從而避免了陰極室232的電流效率的下降。
[0031] S107,持續(xù)補(bǔ)充電解原液進(jìn)入所述電解單元的陰極室，W及持續(xù)累出所述陽極室 的液體。所述隔離膜控制所述電解工作液從所述陰極室232向陽極室231的透過速度與所述 電解原液補(bǔ)充入所述陰極室232的填充速度相同。所述累出的液體和補(bǔ)充的電解原液的體 積相同，且所述目標(biāo)金屬離子在補(bǔ)充的電解原液中的濃度與在累出的液體中的濃度具有恒 定的濃度差。
[0032] 該電解原液補(bǔ)充進(jìn)入所述電解單元的陰極室的補(bǔ)充速度依據(jù)計算公式
確定，其中，V為電解原液填充入陰極室速度L/h，AC為補(bǔ)充的電解原液與累出 的液體中的目標(biāo)金屬各價態(tài)離子總濃度差g/L，I為電解工作電流A，q為目標(biāo)金屬離子電化 學(xué)當(dāng)量g/A . h，ri為陰極電流效率計算值。
[0033] 所述目標(biāo)金屬離子進(jìn)入每個所述陰極室并發(fā)生氧化反應(yīng)。所述目標(biāo)金屬離子例如 銅離子在所述陰極室232進(jìn)行氧化反應(yīng)，首先二價銅離子被還原成中間價態(tài)離子，中間價態(tài) 離子再進(jìn)一步被還原并在陰極室析出單質(zhì)銅，而反應(yīng)中產(chǎn)生的多余的一價銅離子經(jīng)過溢流 管流入所述陰極循環(huán)缸222并繼續(xù)循環(huán)參與反應(yīng)。另外一部分二價銅離子進(jìn)入所述陽極室 231，所述二價銅離子在所述陽極室231中進(jìn)行還原反應(yīng)并產(chǎn)生一價的銅離子等氧化性產(chǎn) 物，所述氧化性產(chǎn)物進(jìn)入陽極液缸體21，在陽極液缸體21內(nèi)對所述每個陽極室231產(chǎn)生的 氧化性產(chǎn)物進(jìn)行重新處理W及循環(huán)并通過第=循環(huán)累13累入所述第二儲液單元30。
[0034] 可W理解的是，上述提高電解效率的方法可W不一定應(yīng)用于金屬電積，而可W用 于廣泛的需要電解的電化學(xué)領(lǐng)域。
[0035] 請參閱圖3, 一種金屬電積方法在上述方法上進(jìn)一步包括S109,在所述電解單元進(jìn) 行電解W進(jìn)行目標(biāo)金屬電積。在整個金屬電積過程中可W持續(xù)填充電解原液進(jìn)入所述陰極 室和持續(xù)累出所述陽極室的液體，所述累出的液體和填充的電解原液體積相同，且所述目 標(biāo)金屬離子在填充的電解原液中的濃度與在累出的液體中的濃度具有恒定的濃度差，W穩(wěn) 定電流效率及保持較高的電流水平。
[0036] 所述隔離膜233控制了所述目標(biāo)金屬離子在所述陽極室231W及所述陰極室232之 間的透過速度并且實現(xiàn)定向可控，使背景陰離子成為電解工作液的主要導(dǎo)電離子，從而提 高了陰極室233的電流效率。當(dāng)背景陰離子濃度較高時，可W減少陽離子的電遷移，從而提 高陰極室232的電流效率，一般氯離子高于電積目標(biāo)金屬離子濃度例如銅離子，其中氯離子 的濃度達(dá)到170g/LW上，而目標(biāo)金屬離子才20-40g/L。其中起到導(dǎo)電作用的離子為氯離子。
[0037] 所述陰極電流效率的計算值的近似計算公式如下：
其中n為陰極 電流效率，AC為補(bǔ)充的電解原液與累出的液體中的目標(biāo)金屬各價態(tài)離子總濃度差g/L，Ci 為目標(biāo)金屬中間價態(tài)離子在陰極室工作液的濃度g/L，x為目標(biāo)金屬離子所帶電荷數(shù)，y為 目標(biāo)金屬中間價態(tài)離子所帶電荷數(shù)。在上述的陰極電流效率的計算值的近似公式中，由于 忽略了中間價態(tài)離子的電遷移，陽極室231產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)向陰極室232的擴(kuò)散不存在。 [003引第一實施方式
[0039] 本實施方式的金屬電積為銅電積，即電積提取銅，其配置10L氯化銅電解工作液， 各組分及含量如下：氯化銅2mol/L;鹽酸2mol/L;氯化鋼2mol/L。取250mL上述電解工作液， 用含鹽酸2mol/L、氯化鋼2mol/L的背景鹽溶液稀釋到1L作為電解工作液，使氯化銅濃度降 低為0.5mol/L。取此1L電解工作液填充電解槽的陰陽極室，進(jìn)行隔離膜電解回收金屬銅。W 鐵板為陰極、涂銀粗鐵板為陽極，在電流密度為300A/V、溫度25°C、異極距5cm條件下進(jìn)行 電積，陰極的總有效面積為0.016m2。觀察陰極鐵板有銅析出、并分析陰極室工作液中亞銅 離子(一價銅離子)達(dá)到穩(wěn)定不變時，換新陰極板，開始計時計算陰極電流，并按計量往陰極 室補(bǔ)充電解工作液。開槽電解1.化后陰極室電解工作液各價態(tài)銅離子達(dá)到穩(wěn)定平衡，其中 亞銅穩(wěn)定在13.6g/L不變，總銅濃度為30.8g/L，此時換新陰極鐵板，往陰極室補(bǔ)加電解工作 液，保持陰陽液位差為1cm，開始計時計算陰極電流，依據(jù)此數(shù)據(jù)計算出陰極電流效率為 93.4%，電解工作液定量加入速度為55mL/h。連續(xù)運轉(zhuǎn)24h后停止電積，陰極得到電銅 105.1 g，計算得到實際陰極電流效率為91.2%，與計算值93.4%接近。
[0040] 第二實施方式
[0041] 本實施方式的金屬電積為鐵電積，即電積提取鐵，其配置10L =氯化鐵電解工作 液，各組分及含量如下：S氯化鐵2mol/L;鹽酸Imol/L;氯化鋼2mol/L;取200mL上述電解工 作液，用含鹽酸Imol/l;氯化鋼2mol/L的背景鹽溶液稀釋到1L作為電解工作液，使S氯化鐵 濃度降低為〇.4mol/L。取此1L電解工作液填充電解槽的陰陽極室，進(jìn)行隔離膜電解回收金 屬鐵。W鐵板為陰極、涂銀粗鐵板為陽極，在電流密度為250A/V、溫度30°C、異極距5cm條件 下進(jìn)行電積，陰極的總有效面積為0.016m2。觀察陰極鐵板有鐵析出、并分析陰極室工作液 中亞鐵離子達(dá)到穩(wěn)定不變時，換新陰極板，開始計時計算陰極電流，并按計量往陰極室補(bǔ)充 電解工作液。開槽電解2.化后陰極室電解工作液各價態(tài)鐵離子達(dá)到穩(wěn)定平衡，其中亞鐵穩(wěn) 定在17.6g/L不變，總鐵濃度為22.2g/L，此時換新陰極鐵板，往陰極室補(bǔ)加電解工作液，保 持陰陽液位差為1.5cm，開始計時計算陰極電流，依據(jù)此數(shù)據(jù)計算出陰極電流效率為 93.8%，電解工作液定量加入速度為29mL/h。連續(xù)運轉(zhuǎn)24h后停止電積，陰極得到電鐵 60.2g，計算得到實際陰極電流效率為90.2%，與計算值93.8%接近。
[0042] 第=實施方式
[0043] 本實施方式的金屬電積為錫電積，即電積提取錫，其配置10L四氯化錫電解工作 液，各組分及含量如下：四氯化錫0.8mol/L;鹽酸4mol/L;氯化鋼2mol/L;取250mL上述電解 工作液，用含鹽酸氯化鋼2mol/L的背景鹽溶液稀釋到1L作為電解工作液，使四氯化 錫濃度降低為〇.2mol/L。取此1L電解工作液填充電解槽的陰陽極室，進(jìn)行隔離膜電解回收 金屬鐵。W鐵板為陰極、涂銀粗鐵板為陽極，在電流密度為350A/V、溫度30°C、異極距5cm 條件下進(jìn)行電積，陰極的總有效面積為0.016m2。觀察陰極鐵板有錫析出、并分析陰極室工 作液中亞錫離子達(dá)到穩(wěn)定不變時，換新陰極板，開始計時計算陰極電流，并按計量往陰極室 補(bǔ)充電解工作液。開槽電解1.化后陰極室電解工作液各價態(tài)錫離子達(dá)到穩(wěn)定平衡，其中亞 錫穩(wěn)定在15.4g/L不變，總錫濃度為23.4g/L，此時換新陰極鐵板，往陰極室補(bǔ)加電解工作 液，保持陰陽液位差為1.5cm，開始計時計算陰極電流，依據(jù)此數(shù)據(jù)計算出陰極電流效率為 90.3%，電解工作液定量加入速度為78mL/h。連續(xù)運轉(zhuǎn)24h后停止電積，陰極得到電錫 131.2g，計算得到實際陰極電流效率為88.2%，與計算值90.3%接近。
[0044] 第四實施方式
[0045] 本實施方式的金屬電積為銅電積，即電積提取銅，其取某線路板廠酸性含銅蝕刻 廢液10L，各組分及含量如下：氯化銅鹽酸2.8mol/l;氯化鋼0.2mol/L。取250血上述 電解工作液，用含鹽酸2.8mol/L、氯化鋼0.2mol/L的背景鹽溶液稀釋到1L作為電解工作液， 使氯化銅濃度降低為〇.5mol/L。取此1L電解工作液填充電解槽的陰陽極室，進(jìn)行隔離膜電 解回收金屬銅。W鐵板為陰極、涂銀粗鐵板為陽極，在電流密度為300A/V、溫度25°C、異極 距5cm條件下進(jìn)行電積，陰極的總有效面積為0.016m2。觀察陰極鐵板有銅析出、并分析陰極 室工作液中亞銅離子達(dá)到穩(wěn)定不變時，換新陰極板，開始計時計算陰極電流，并按計量往陰 極室補(bǔ)充電解工作液。開槽電解1.化后陰極室電解工作液各價態(tài)銅離子達(dá)到穩(wěn)定平衡，其 中亞銅穩(wěn)定在12.8g/L不變，總銅濃度為29.9g/L，此時換新陰極鐵板，往陰極室補(bǔ)加電解 工作液，保持陰陽液位差為1cm，開始計時計算陰極電流，依據(jù)此數(shù)據(jù)計算出陰極電流效率 為93.8%，電解工作液定量加入速度為55mL/h。連續(xù)運轉(zhuǎn)24h后停止電積，陰極得到電銅 123g，計算得到實際陰極電流效率為90%，與計算值93.8%接近。
[0046] 綜上所述，本發(fā)明所提供的提高電解電流效率的方法通過控制所述電解工作液從 所述陰極室向陽極室的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃度保 持高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子W提高電解電流效率。
[0047] 本發(fā)明所提供的金屬電積方法通過控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室 的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃度保持高于所述目標(biāo)金屬 離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子，從而提高所述目標(biāo)金屬電積的陰極電流效率。
[0048] 另外，本發(fā)明所提供的金屬電積裝置利用隔離膜控制了所述電解工作液從所述陰 極室向陽極室的透過定向有序和速度恒定，使電解工作液中背景導(dǎo)電離子的濃度保持高于 所述目標(biāo)金屬離子的濃度成為主要的導(dǎo)電離子，從而提高所述目標(biāo)金屬電積的陰極電流效 率，整個工藝流程簡單、可操作性強(qiáng)，能耗低，具有工業(yè)推廣意義。
[0049] 雖然本發(fā)明已W實施例掲露如上，然其并非用W限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與潤飾，故本發(fā)明 之保護(hù)范圍當(dāng)視后附之申請專利范圍所界。
【主權(quán)項】
1. 一種提高電解電流效率的方法，其包括： 預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背景導(dǎo)電離子以及電解的目標(biāo)金屬離子，所述 背景導(dǎo)電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度； 填充電解工作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室；以及 控制所述電解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序和速度恒定。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)置隔離膜在所述陰極室和陽極室之 間，采用所述隔離膜控制維持所述電解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序 和速度恒定。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電解工作液由電解原液稀釋而得，所述 電解工作液填充入所述電解單元的陰極室，所述定向有序是通過所述隔離膜控制維持所述 陰極室的液位比所述陽極室的液位高而形成，所述陰極室與陽極室的液位高度差小于 15cm〇4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括持續(xù)補(bǔ)充所述電解原液進(jìn)入所述電解 單元的陰極室，所述隔離膜控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室的透過速度與所述 電解原液補(bǔ)充入所述陰極室的填充速度相同。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括持續(xù)栗出所述陽極室的液體，所述栗 出的液體和補(bǔ)充的電解原液的體積相同，且所述目標(biāo)金屬離子在補(bǔ)充的電解原液中的濃度 與在栗出的液體中的濃度具有恒定的濃度差。6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電解原液補(bǔ)充入所述電解單元的陰極室 的補(bǔ)充速度依據(jù)計算公式，其中，V為電解原液補(bǔ)充入陰極室速度，AC為所 述補(bǔ)充的電解原液與栗出的液體中的目標(biāo)金屬各價態(tài)離子總濃度差，I為電解工作電流，q 為目標(biāo)金屬離子電化學(xué)當(dāng)量，n為陰極電流效率計算值。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述陰極電流效率計算值的近似計算公式為其中:n為陰極電流效率;AC為所述補(bǔ)充的電解原液與栗出的液體中的目標(biāo) 金屬各價態(tài)離子總濃度差;C1為目標(biāo)金屬有中間價態(tài)離子時該中間價態(tài)離子在陰極室工作 液的濃度;X為目標(biāo)金屬離子所帶電荷數(shù);y為目標(biāo)金屬有中間價態(tài)離子時該中間價態(tài)離子 所帶電荷數(shù)。8. -種金屬電積方法，其包括： 預(yù)備電解工作液，所述電解工作液包括背景導(dǎo)電離子以及目標(biāo)金屬離子，所述背景導(dǎo) 電離子的濃度高于所述目標(biāo)金屬離子的濃度； 填充電解工作液進(jìn)入電解單元，所述電解單元具有陰極室、陽極室；以及 控制所述電解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序和速度恒定；以及 在所述電解單元進(jìn)行電解以進(jìn)行目標(biāo)金屬電積。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)置隔離膜在所述陰極室和陽極室之 間，采用所述隔離膜控制維持所述電解工作液在所述陰極室和陽極室之間的透過定向有序 和速度恒定。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述電解工作液由電解原液稀釋而得，所述 電解工作液填充入所述電解單元的陰極室，所述定向有序通過所述隔離膜控制維持所述陰 極室的液位比所述陽極室的液位高而形成，所述陰極室與陽極室的液位高度差小于15cm。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括持續(xù)補(bǔ)充所述電解原液進(jìn)入所述電 解單元的陰極室，所述隔離膜控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室的透過速度與所 述電解原液補(bǔ)充入所述陰極室的填充速度相同。12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括持續(xù)栗出所述陽極室的液體，所述栗 出的液體和補(bǔ)充的電解原液的體積相同，且所述目標(biāo)金屬離子在補(bǔ)充的電解原液中的濃度 與在栗出的液體中的濃度具有恒定的濃度差。13. -種金屬電積裝置，其包括電解單元，所述電解單元包括陽極室和陰極室，所述陽 極室與所述陰極室用于填充含有目標(biāo)金屬離子的電解工作液，其特征在于:所述陽極室與 陰極室之間設(shè)置有隔離膜，所述隔離膜控制所述電解工作液從所述陰極室向陽極室的透過 定向有序和速度恒定。14. 如權(quán)利要求13所述的金屬電積裝置，其特征在于，還包括與所述電解單元分別連接 的第一儲液單元和第二儲液單元，所述電解單元包括多個所述陽極室和陰極室，以及陽極 液缸體和陰極液缸體，所述第一儲液單元用于存儲電解前的液體，所述第二儲液單元用于 存儲電解后的液體。15. 如權(quán)利要求13所述的金屬電積裝置，其特征在于，所述目標(biāo)金屬離子為銅離子、鐵 離子以及錫離子的一種或多種組合。16. 如權(quán)利要求15所述的金屬電積裝置，其特征在于，所述目標(biāo)金屬離子在所述陰極室 中進(jìn)行氧化反應(yīng)，所述目標(biāo)金屬離子還包括中間價態(tài)離子，所述中間價態(tài)離子穩(wěn)定存在所 述電解工作液中，并在所述陰極室中被還原析出。17. 如權(quán)利要求13所述的金屬電積裝置，其特征在于，所述隔離膜的孔隙度在1000-10000目之間。
【文檔編號】C25C1/14GK106048652SQ201610481691
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】毛諳章, 李鈞, 姚標(biāo)
【申請人】深圳市危險廢物處理站有限公司