《密閉式電解槽及電解系統》是北京礦冶研究總院於2007年11月28日申請的發明專利，該專利的申請號為2007101782504，公布號為CN101250726，公布日為2008年8月27日，發明人是王振文、江培海、尹飛。
《密閉式電解槽及電解系統》所述電解槽包括：兩個端板、陽極組件、陰極組件、密封件和壓緊裝置；兩個端板上均設有流液口，陽極組件與陰極組件上對應設有流液通孔，陽極組件與陰極組件間隔設定在兩端板之間，陽極組件與陰極組件之間形成極室，陽極組件、陰極組件與端板接觸處均設定密封件，陽極組件、陰極組件與端板通過壓緊裝置壓緊後形成密閉結構。該電解槽結構簡單、可以提高電解液循環流速，有效地降低了過電位，提高了電解時陰陽極電流密度，增大了單位電解槽的產能，可廣泛的適用於各種金屬的電積，以及低濃度金屬溶液的電積。且密閉結構避免了電解過程中放出的氣體對廠房內環境的影響。
2014年11月6日，《密閉式電解槽及電解系統》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《密閉式電解槽及電解系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：密閉式電解槽及電解系統
- 公布號：CN101250726
- 公布日：2008年8月27日
- 申請號：2007101782504
- 申請日：2007年11月28日
- 申請人：北京礦冶研究總院
- 地址：北京市西城區文興街1號
- 發明人：王振文、江培海、尹飛
- 分類號：C25C7/00（2006.01）
- 代理機構：北京凱特來智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：鄭立明
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2007年11月前，在相關生產技術中，通用的電解槽為敞開式電解槽，由於電解液的流速慢，液體很難保證均勻流速，容易出現流量不勻和死角現象，不僅使電極上的電流分布不均勻，造成電解電流密度下降，而且由於流速較慢，電極表面的層流層較寬，使得電解液在極板面上的濃度變低，從而導致濃差極化，槽電壓升高，增加了副反應發生機會，從而限制了電解時的電流密度提高；在電解工程中，電解槽是投資的關鍵，尤其是電極的面積導致電解槽的成本增加，所以在保證一定規模的裝置情況下，提高單位產能，減少電極面積是降低投資的關鍵；另外電解槽為敞開式，電解時產生的氣體會夾帶電解液揮發到廠房內，造成電解廠房的操作環境較差。
發明內容
專利目的
《密閉式電解槽及電解系統》目的在於解決上述問題，提出一種密閉結構，裝卸方便、電解效率高、生產能力大，具有良好的電極電勢分布的可廣泛適用於各種金屬的電積的電解槽。
技術方案
《密閉式電解槽及電解系統》提供了一種密閉式電解槽，該電解槽包括：兩個端板、陽極組件、陰極組件、密封件和壓緊裝置；兩個端板上均設有流液口，陽極組件與陰極組件上對應設有流液通孔，陽極組件與陰極組件間隔設定在兩端板之間，相鄰的陽極組件與陰極組件之間形成極室，陽極組件、陰極組件與端板接觸處均設定密封件，陽極組件、陰極組件與端板通過壓緊裝置壓緊後形成密閉結構。
所述陽極組件包括：導電排、陽極板和兩個絕緣板框，陽極板採用金屬板或碳板，流液通孔設定在陽極板上，陽極板設定在兩絕緣板框之間，陽極板一端設定導電排。
所述陽極板包括：板體為矩形結構，板體邊長尺寸在1200毫米以下。
所述陰極組件包括：導電排和陰極板，陰極板採用金屬板或碳板，流液通孔設定在陰極板上，陰極板一端設定導電排。
所述陰極板包括：板體為矩形結構，板體邊長尺寸在1200毫米以下。
所述流液通孔包括：一個圓形通孔或方形通孔；或多個圓形通孔和/或方形通孔。
所述陽極組件和陰極組件均為多個。
所述陽極組件與陰極組件的極板間距為20～100毫米。
該發明提供一種基於權利要求1～9中任一項所述的電解槽的電解系統，該系統包括：採用權利要求1～9中任一項所述的電解槽，所述電解槽的一個端板的流液口通過流量計、循環泵與循環槽連線；所述電解槽的另一個端板的流液口直接連線到循環槽；所述循環槽上設有氣體吸收裝置。
改善效果
由上述該發明實施例提供的技術方案可以看出，該發明實施例通過將陽極組件與陰極組件間隔設定來形成極室，兩端設有流液端板，並通過密封件對各部件接觸處進行密封處理，經壓緊裝置壓緊後形成密閉結構的電解槽，這種密閉體系結構的電解槽可增加電解液流速，並可使電解液均勻的分布到極板上，避免了槽內死角的出現，且由於電解液流速的增加，減輕了電解過程的濃差極化，增加其極限電流密度，進而減少了副反應發生的機會，並降低槽電壓。所以在套用到生產過程中，在相同金屬離子濃度下電解，和常規電解槽相比，提高了電解的電流密度，從而提高單位產能。在相同的電解條件下，可適合更低濃度的金屬離子的電解液進行電解，從而使電解槽的適應能力更強。且可以降低電解液的揮發，電解液在管道和電解槽內均為密閉循環，只有循環槽為敞開槽，電解液氣體揮發在此處集中處理，可達到潔淨廠房的目的。該電解槽可廣泛適用於各種金屬的電積，其結構簡單、緊湊、易裝易卸，電解效率高、生產能力大，具有良好的電極電勢分布的密閉板框式電解槽。
附圖說明
圖1為《密閉式電解槽及電解系統》實施例的電解槽的剖面結構示意圖；
圖2為該發明實施例的陽極組件的側向結構示意圖；
圖3為該發明實施例的陽極組件的正向結構示意圖；
圖4為該發明實施例的陰極組件的正向結構示意圖；
圖5為該發明實施例的陰極組件的側向結構示意圖；
圖6為該發明實施例的電解系統的結構示意圖。
權利要求
1、一種密閉式電解槽，其特徵在於，該電解槽包括：兩個端板（1、5）、陽極組件（3）、陰極組件（2）、密封件（4）和壓緊裝置（6）；兩個端板（1、5）上均設有流液口（7、8），陽極組件（3）與陰極組件（2）上對應設有流液通孔，陽極組件（3）與陰極組件（2）間隔設定在兩端板（1、5）之間，陽極組件（3）與陰極組件（2）之間形成極室，陽極組件（3）、陰極組件（2）與端板（1、5）接觸處均設定密封件（4），陽極組件（3）、陰極組件（2）與端板（1、5）通過壓緊裝置（6）壓緊後形成密閉結構。其中，所述陽極組件包括：導電排（A2）、陽極板（A3）和兩個絕緣板框（A1），陽極板（A3）採用金屬板或碳板，流液通孔（A5）設定在陽極板（A3）上，陽極板（A3）設定在兩絕緣板框之間，陽極板（A3）一端設定導電排（A2）；所述陰極組件包括：導電排（B3）和陰極板（B2），陰極板（B2）採用金屬板或碳板，流液通孔（B1）設定在陰極板（B2）上，陰極板（B2）一端設定導電排（B3）。
2、根據權利要求1所述的電解槽，其特徵在於，所述陽極板包括：板體為矩形結構，板體邊長尺寸在1200毫米以下。
3、根據權利要求1所述的電解槽，其特徵在於，所述陰極板包括：板體為矩形結構，板體邊長尺寸在1200毫米以下。
4、根據權利要求1所述的電解槽，其特徵在於，所述流液通孔包括：一個圓形通孔或方形通孔；或多個圓形通孔和/或方形通孔。
5、根據權利要求1所述的電解槽，其特徵在於，所述陽極組件和陰極組件均為多個。
6、根據權利要求1所述的電解槽，其特徵在於，所述密封件包括：耐電解液腐蝕的絕緣材料製成的膠條、或塑膠橡膠板、或橡膠墊片或橡膠圈。
7、一種基於權利要求1～6中任一項所述的電解槽的電解系統，其特徵在於，該系統包括：採用權利要求1～6中任一項所述的電解槽，所述電解槽的一個端板的流液口通過流量計、循環泵與循環槽連線；所述電解槽的另一個端板的流液口直接連線到循環槽；所述循環槽上設有氣體吸收裝置。
實施方式
該發明實施例提供了一種密閉式電解槽及電解系統，通過將陽極組件與陰極組件間隔設定在兩端板之間，相鄰的陽極組件與陰極組件之間形成極室，陽極組件、陰極組件與端板接觸處均設定密封件，陽極組件、陰極組件與端板通過壓緊裝置壓緊後形成密閉結構的電解槽。該電解槽結構簡單、緊湊、易裝易卸，電解效率高、生產能力大，具有良好的電極電勢分布的密閉板框式電解槽。可廣泛適用於各種金屬的電積。且電解液在管道和電解槽內均為密閉循環，不會污染廠房的空氣。
實施例一
如圖1所示，該發明實施例提供了一種密閉式的電解槽，具體用於對各種金屬進行電積，具體包括：
兩個端板1、5、陽極組件3、陰極組件2、密封件4和壓緊裝置6；兩個端板1、5上均設有流液口7、8，陽極組件3與陰極組件2上對應設有流液通孔，陽極組件3與陰極組件2在兩端板1、5之間間隔設定，相鄰的陽極組件與陰極組件之間形成極室，根據實際使用需要的不同，可以設定多個陽極組件和陰極組件，這樣便可以形成多個極室，具體設定時可以使所述陽極組件與陰極組件的極板間距在20～100毫米範圍內。陽極組件3、陰極組件2與端板1、5接觸處均設定密封件4進行密封，密封件可以採用耐電解液腐蝕的絕緣材料製成的膠條或塑膠橡膠板、橡膠墊片等，陽極組件、陰極組件與端板通過壓緊裝置7壓緊後形成密閉結構的電解槽。壓緊裝置6可以採用常規的壓緊裝置，起到固定各部件形成的密閉結構的電解槽即可。
如圖2、3所示，其中，上述電解槽中的陽極組件具體包括：導電排A2、陽極板A3和兩個絕緣板框，陽極板A3採用金屬板或碳板，流液通孔A5設定在陽極板A3上，陽極板A3設定在兩絕緣板框之間，板框與陽極板之間的接觸處設定密封圈A4（如：橡膠圈），陽極板A3一端設有用於連線電源正極的導電排A2。
如圖4、5所示，其中，上述電解槽中的陰極組件具體包括：導電排B3和陰極板B2，陰極板B2採用金屬板或碳板，流液通孔B1設定在陰極板B2上，陰極板B2一端設有用於連線電源負極的導電排B3。
實際使用中，陽極板和陰極板的板體可以設計為矩形結構，板體邊長尺寸在1200毫米以下，這樣在等同規模的情況下，可以減少極板面積，從而降低了生產裝置的投資費用。
上述陽極組件的陽極板和陰極組件的陰極板上的流液通孔可以為一個圓形通孔或方形通孔；也可以設定多個圓形通孔和/或方形通孔。
為了更清楚，下面通過結合圖1對上述電解槽進行具體說明：電解槽由進液端板、出液端板、多個陰極組件、多個陽極組件由壓緊系統壓緊後構成，其中，陰極組件為八塊，陽極組件為九塊，電解還原金屬，陽極比陰極多一塊，從而保證電解還原金屬的質量，陰極組件與陽極組件數量可以根據產能的需要，增加或減少，不構成對該發明的限制。陽極組件的陽極板外面設有兩個絕緣板框，這樣陽極組件與陰極組件在間隔設定在兩端板之間時，使陰極組件的陰極板與陽極板通過板框形成極室，極室成為陰極與陽極之間的電解液通道，板框與極板接觸部分可以用密封件進行密封（如：膠條或塑膠橡膠板、或橡膠墊片或橡膠圈等），以防漏液。由於進液端板1上設有進液口7，出液端板5上設有出液口8，為使電解液能均勻的由一個極室流入下一個極室，在陰、陽極板上下靠近板框處，設定流液通道，流液通道可以為圓形孔、方形孔、矩形孔，可以設定一個也可以設定多個，陰極板與陽極板互為對應，陰極板在上方開孔，陽極板則在下方開孔，反之亦然。這樣便形成一個可以使電解液在進液口、各極室和出液口之間流動的密閉式電解槽。
其中，對於陽極板、陰極板可以根據不同的電解工藝條件要求，選擇帶有一定強度的金屬板材或碳板作為陰、陽極；進、出液端以及陽極板的板框可以選用具有一定強度的、耐電解液腐蝕的非金屬絕緣材料（如聚丙烯）。
由於上述的電解槽為密閉體系，可增加電解液流速，且板框式結構，使得電解液可均勻的分布到極板上，從而避免了槽內死角的出現，達到電流均勻分布的目的。同時隨著電解液流速的增加，減輕了電解過程的濃差極化，增加其極限電流密度，進而減少了副反應發生的機會，並降低槽電壓。所以在套用到生產過程中，在相同金屬離子濃度下電解，和常規電解槽相比，提高了電解的電流密度，從而提高單位產能。在等同規模的情況下，可以減少極板面積，從而降低了生產裝置的投資費用；在相同的電解條件下，可適合更低濃度的金屬離子的電解液進行電解，從而使電解槽的適應能力更強。同時由於該發明的電解槽為密閉電解槽，所以可降低電解液的揮發，電解液在管道和電解槽內均為密閉循環，只有循環槽為敞開槽，電解液氣體揮發在此處集中處理，可達到潔淨廠房的目的。
實施例二
如圖6所示，該發明實施例還提供了一種基於實施例一中所述的電解槽的電解系統，該系統包括：
採用實施例一中所述的電解槽C1，所述電解槽C1的進液端板的進液口通過管路、流量計C2、循環泵C3與循環槽C4連線，循環槽C4內放置電解用的溶液；
所述電解槽C1的出液端板的出液口通過管路直接連線到循環槽C4中；
所述循環槽C4上設有氣體吸收裝置C5，氣體吸收裝置C5對電解槽C1工作時產生的經管路流回到循環槽C4的氣體進行處理。
為保證電解液的流速，電解液由循環泵從進液端板壓入，由出液端板流出，電解液流過各陰陽極室斷面流速控制在0.5～1米/秒，從而強化傳質，提高反應速率，保證電極電勢分布均勻，所以可以增加陰、陽極電流密度，提高單位產能。
下面結合實際套用對該發明實施例中的電解系統進行說明，但並不因此限定該發明的套用範圍。
用上述電解系統套用於銅電積，圖6為電解系統的結構示意圖，其中，該系統中的電解槽的板框，管道，進、出液端板均採用聚丙烯材料製備，密封圈為耐酸橡膠圈，陰極為316L/2B不鏽鋼板，厚度在2～3毫米，陽極為銀鉛板，厚度為5～6毫米，陰、陽極板之間的極距為35毫米，陰、陽極板上的導電排均為純銅板。
操作時啟動循環泵將溶液泵入電解槽，當回液管開始回液時，開始通電電解，並通過流量計控制電解液流速。其適宜的工藝條件為：
①電解液中銅濃度控制在30～50克/升左右時，電解液循環流速為0.08～0.1米/秒，電解液溫度為40～50℃，電流密度可達到500安/平方米，槽電壓為2.2～2.4伏。電流效率為95％以上，電解周期為4天，得到電解銅板緻密。
②電解液中銅濃度控制在10～15克/升左右時，電解液循環流速為0.1～0.15米/秒，電解液溫度為40～50℃，電流密度可達到150安/平方米，槽電壓為2.2～2.4伏。電流效率為90％以上，電解周期為6天，得到電解銅板緻密。
綜上所述，該發明實施例中以陽極組件與陰極組件間隔設定形成極室，設定在兩端板之間，通過密封件進行密封處理，經壓緊裝置壓緊後形成密閉結構的電解槽。其中各陰極與陽極之間無隔板或膜結構。該發明的電解槽可廣泛的適用於各種金屬的電積，以及低濃度金屬溶液的電積。該電解槽結構簡單、緊湊、易裝易卸，電解效率高、生產能力大，具有良好的電極電勢分布的密閉電解槽。
榮譽表彰
2014年11月6日，《密閉式電解槽及電解系統》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
