一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法
2023-05-16 04:13:06
專利名稱：一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法
技術領域：
本發明提供一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，是一種將電化學與膜分離有機結合的新工藝技術，屬於金屬冶煉領域。
背景技術：
金屬精煉常規的工業規模方法是電積工藝，就是採用高濃高純的金屬電解液，以電化學陰極還原的方式，使電解液中的金屬離子在陰極上還原為金屬，從而得到高純度的金屬，銅、鎳、鈷等的精煉均採用此工藝。在電積生產工藝中最常見的金屬電解液是氯化電解液，電解液以金屬氯化物配製，並以鹽酸調節P H，由於電解液中含有高濃度的氯離子，會在電積過程中被陽極氧化為氯氣，氯氣的產生不僅會改變電解液的性質，影響電鑽質量，同時氯氣溢出造成生產車間內部環境嚴重汙染，甚至操作人員必須戴防毒面具工作。大量產生的氯氣還必須進行收集後採用鹼吸收，以消除氯氣對外環境的影響，鹼吸收又造成了生產成本的進一步提高。目前國內金屬氯化電積均採用上述工藝，也均存在上述弊病。為防止氯化電解過程氯氣汙染，國外普遍採用封閉式無隔膜電解槽技術，以解決氯氣汙染工作環境問題，但是存在拆卸陰極的操作不便、反覆拆卸造成密封面不嚴或易損壞的問題。離子膜電解技術是將膜分離與電解相結合的具有綜合功能特性技術。利用陽離子交換膜或陰離子交換膜將電解槽分隔為若干個隔室(如陰極室、陽極室、中隔室)，在電場力和離子交換膜選擇透過特性作用下，可將各個隔室電解質溶液陰陽離子選擇性地通過或阻擋，以達到物質濃縮、脫鹽、淨化、提純以及電化合成的目的。離子膜電解技術的高效、優質、無汙染特性引起了人們的高度關注，已廣泛應用於氯鹼的生產，海水和苦鹹水的淡化，工業用水和超純水的製備等方面，但在金屬冶煉行業應用極少。
發明內容
本發明目的在於克服常規金屬氯化物電積精煉工藝中所產生氯氣環境汙染嚴重、處理成本高、影響金屬產品質量等缺點，提供一種從生產源頭避免氯氣產生、徹底解決氯氣汙染環境的新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法。具體的技術方案如下一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，利用陽離子選擇性隔膜和陰離子選擇性隔膜將電解槽依次分隔為陽極室、中隔室、陰極室，陽極與陰極、陽極液與陰極液分別對應置於陽極室和陰極室中，陽極液為稀硫酸溶液，陰極液為酸性金屬氯化物溶液，中隔室盛有稀鹽酸溶液，通入直流電電解時，金屬陽離子在陰極還原並以單質形態析出，同時，陽極發生水氧化反應，得到氧氣，中隔室可得到5% 10%鹽酸溶液。所述的陽極為鉛系合金或鈦基半導體塗層電極。所述的陽極電流密度為ΙΟΟΑ/m2 500A/m2所述的酸性金屬氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2, CoCl2, ZnCl2溶液，pH = 2 5。所述的陰極為與陰極液中金屬陽離子所對應的鎳板、銅板、鈷板、鋅板。所述的中隔室中的稀鹽酸溶液濃度為O. 5% 1%。
具體地說，在直流電場力的牽引下，陰極室中的金屬氯化物溶液的金屬陽離子受到陰極吸引，向陰極做定向遷移，並在陰極上發生電極還原反應，以金屬單質形態析出；而Cr遷出陰極室穿過陰離子選擇性隔膜進入中隔室，並受到陽離子選擇隔膜的阻擋被固定於中隔室；陽極室盛有稀硫酸溶液，由於H2O在陽極上的氧化電位低於S042_在陽極上的氧化電位，因而水被氧化，發生電極氧化反應，生成H+和O2 ;H+受到直流電場力牽引，遷出陽極室穿過陽離子選擇性隔膜進入中隔室，由於陰離子選擇性隔膜的阻擋作用也被固定於中隔室，從而形成HCl，電化學反應式如(I)、(2)、(3)。陰極室還原反應Mn++ne — M I(I)陽極室氧化反應H20-2e>2U++^02個(2)中隔室反應H++C1+—HCl(3)本發明具備的優點
該方法徹底解決常規金屬氯化物電積過程氯氣產生的問題，避免環境汙染；並可將氯離子轉化為高濃度鹽酸回收再利用，經濟價值高；所得金屬產品質量好，是符合綠色冶金環保發展方向的一項新方法。
圖I 一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法示意2 —種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法電化學反應示意圖I-陽離子選擇性隔膜，2-陰離子選擇性隔膜，3-陽極室，4-中隔室，5-陰極室，6-陽極，7-陰極，8-陽極液，9-陰極液，10-電解槽。
具體實施例方式一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，利用陽離子選擇性隔膜和陰離子選擇性隔膜將電解槽依次分隔為陽極室、中隔室、陰極室，陽極與陰極、陽極液與陰極液分別對應置於陽極室和陰極室中，陽極液為稀硫酸溶液，陰極液為酸性金屬氯化物溶液，中隔室盛有稀鹽酸溶液，通入直流電電解時，金屬陽離子在陰極還原並以單質形態析出，同時，陽極發生水氧化反應，得到氧氣，中隔室可得到5% 10%鹽酸溶液。所述的陽極為鉛系合金或鈦基半導體塗層電極。所述的陽極電流密度為ΙΟΟΑ/m2 500A/m2所述的酸性金屬氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2, CoCl2, ZnCl2溶液，pH = 2 5。所述的陰極為與陰極液中金屬陽離子所對應的鎳板、銅板、鈷板、鋅板。所述的中隔室中的稀鹽酸溶液濃度為O. 5% 1%。電解時電解液溫度控制在(TC 70°C。電解方式可採用單電解槽電積或多電解槽串聯電積。實施例I以含鎳廢渣作為電積原料液，經酸溶浸出、離子交換富集得到高濃度NiCl2溶液，NiCl2溶液濃度為40g/L，pH = 4. 5。電解方式為單電解槽電積，陽極6選用惰性電極鈦塗釕網，陰極7選用純金屬鎳板；陽離子選擇性隔膜I選用Nafionll7，陰離子選擇性隔膜2選用JAM-II型均相陰離子交換膜；陽極液8選用O. 5%稀硫酸水溶液；陰極液9選用40g/L NiCl2溶液，中隔室4盛有O. 5%稀鹽酸水溶液；通入直流電電解，陽極電流密度為IOOA/m2，金屬鎳離子在陰極7還原並以單質形態析出，經檢測其純度為99. 8% ;同時中隔室4可得到濃度7%鹽酸水溶液，陽極液8中氯離子濃度幾乎接近零。實施例2以固體氯化鈷配製電解液，經淨化除濁後作為電積原料液，CoCl2電解液濃度為50g/L，pH = 3. O。電解方式為多電解槽串聯電積，陽極6選用鉛銀合金板，陰極7選用純金屬鎳板；陽離子選擇性隔膜I選用Nafion234，陰離子選擇性隔膜2選用JAM-II型均相陰離子交換膜；陽極液8選用O. 8%稀硫酸水溶液；陰極液9選用50g/L CoCl2溶液，中隔室 4盛有O. 5%稀鹽酸水溶液；通入直流電電解，陽極電流密度為200A/m2，金屬鈷離子在陰極7還原並以單質形態析出，經檢測其純度為99. 8% ;同時中隔室4可得到濃度8%鹽酸水溶液，陽極液8中氯離子濃度幾乎接近零。
權利要求
1.一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，利用陽離子選擇性隔膜和陰離子選擇性隔膜將電解槽依次分隔為陽極室、中隔室、陰極室，陽極與陰極、陽極液與陰極液分別對應置於陽極室和陰極室中，陽極液為稀硫酸溶液，陰極液為酸性金屬氯化物溶液，中隔室盛有稀鹽酸溶液，通入直流電電解時，金屬陽離子在陰極還原並以單質形態析出，同時，陽極發生水氧化反應，得到氧氣，中隔室可得到5% 10%鹽酸溶液。
2.根據權利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，其特徵在於所述的陽極為鉛系合金或鈦基半導體塗層電極。
3.根據權利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，其特徵在於所述的陽極電流密度為ΙΟΟΑ/m2 500A/m2
4.根據權利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，其特徵在於所述的酸性金屬氯化物溶液可以是NiCl2、CuCl2, CoCl2, ZnCl2溶液，pH = 2 5。
5.根據權利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，其特徵在於所述的陰極為與陰極液中金屬陽離子所對應的鎳板、銅板、鑽板、鋅板。
6.根據權利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，其特徵在於所述的中隔室中的稀鹽酸溶液濃度為O. 5% 1%。
全文摘要
本發明提供一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產方法，利用陽離子選擇性隔膜和陰離子選擇性隔膜將電解槽依次分隔為陽極室、中隔室、陰極室，陽極與陰極、陽極液與陰極液分別對應置於陽極室和陰極室中，陽極液為稀硫酸溶液，陰極液為酸性金屬氯化物溶液，中隔室盛有稀鹽酸溶液，通入直流電電解時，金屬陽離子在陰極還原並以單質形態析出，同時，陽極發生水氧化反應，得到氧氣，中隔室可得到5％～10％鹽酸溶液。本發明方法徹底解決常規金屬氯化物電積工藝中氯氣產生的問題，並且可得到高濃度鹽酸副產品，回收再利用，經濟價值高，所得金屬產品質量好，是符合綠色冶金環保發展方向的一項新方法。
文檔編號C25C1/08GK102839389SQ20121036395
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者王三反, 周鍵, 王挺, 趙紅晶, 張學敏, 李樂卓 申請人:蘭州交通大學