專利名稱：一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，是一種將電化學(xué)與膜分離有機(jī)結(jié)合的新工藝技術(shù)，屬于金屬冶煉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬精煉常規(guī)的工業(yè)規(guī)模方法是電積工藝，就是采用高濃高純的金屬電解液，以電化學(xué)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、鈷等的精煉均采用此工藝。在電積生產(chǎn)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制，并以鹽酸調(diào)節(jié)P H，由于電解液中含有高濃度的氯離子，會(huì)在電積過程中被陽極氧化為氯氣，氯氣的產(chǎn)生不僅會(huì)改變電解液的性質(zhì)，影響電鉆質(zhì)量，同時(shí)氯氣溢出造成生產(chǎn)車間內(nèi)部環(huán)境嚴(yán)重污染，甚至操作人員必須戴防毒面具工作。大量產(chǎn)生的氯氣還必須進(jìn)行收集后采用堿吸收，以消除氯氣對(duì)外環(huán)境的影響，堿吸收又造成了生產(chǎn)成本的進(jìn)一步提高。目前國內(nèi)金屬氯化電積均采用上述工藝，也均存在上述弊病。為防止氯化電解過程氯氣污染，國外普遍采用封閉式無隔膜電解槽技術(shù)，以解決氯氣污染工作環(huán)境問題，但是存在拆卸陰極的操作不便、反復(fù)拆卸造成密封面不嚴(yán)或易損壞的問題。離子膜電解技術(shù)是將膜分離與電解相結(jié)合的具有綜合功能特性技術(shù)。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(gè)隔室(如陰極室、陽極室、中隔室)，在電場(chǎng)力和離子交換膜選擇透過特性作用下，可將各個(gè)隔室電解質(zhì)溶液陰陽離子選擇性地通過或阻擋，以達(dá)到物質(zhì)濃縮、脫鹽、凈化、提純以及電化合成的目的。離子膜電解技術(shù)的高效、優(yōu)質(zhì)、無污染特性引起了人們的高度關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于氯堿的生產(chǎn)，海水和苦咸水的淡化，工業(yè)用水和超純水的制備等方面，但在金屬冶煉行業(yè)應(yīng)用極少。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服常規(guī)金屬氯化物電積精煉工藝中所產(chǎn)生氯氣環(huán)境污染嚴(yán)重、處理成本高、影響金屬產(chǎn)品質(zhì)量等缺點(diǎn)，提供一種從生產(chǎn)源頭避免氯氣產(chǎn)生、徹底解決氯氣污染環(huán)境的新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法。具體的技術(shù)方案如下一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)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(duì)應(yīng)置于陽極室和陰極室中，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(shí)，金屬陽離子在陰極還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，同時(shí)，陽極發(fā)生水氧化反應(yīng)，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(dǎo)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(duì)應(yīng)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(chǎng)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，并在陰極上發(fā)生電極還原反應(yīng)，以金屬單質(zhì)形態(tài)析出；而Cr遷出陰極室穿過陰離子選擇性隔膜進(jìn)入中隔室，并受到陽離子選擇隔膜的阻擋被固定于中隔室；陽極室盛有稀硫酸溶液，由于H2O在陽極上的氧化電位低于S042_在陽極上的氧化電位，因而水被氧化，發(fā)生電極氧化反應(yīng)，生成H+和O2 ;H+受到直流電場(chǎng)力牽引，遷出陽極室穿過陽離子選擇性隔膜進(jìn)入中隔室，由于陰離子選擇性隔膜的阻擋作用也被固定于中隔室，從而形成HCl，電化學(xué)反應(yīng)式如(I)、(2)、(3)。陰極室還原反應(yīng)Mn++ne — M I(I)陽極室氧化反應(yīng)H20-2e>2U++^02個(gè)(2)中隔室反應(yīng)H++C1+—HCl(3)本發(fā)明具備的優(yōu)點(diǎn)
該方法徹底解決常規(guī)金屬氯化物電積過程氯氣產(chǎn)生的問題，避免環(huán)境污染；并可將氯離子轉(zhuǎn)化為高濃度鹽酸回收再利用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高；所得金屬產(chǎn)品質(zhì)量好，是符合綠色冶金環(huán)保發(fā)展方向的一項(xiàng)新方法。
圖I 一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法示意2 —種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法電化學(xué)反應(yīng)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(shí)施例方式一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)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(duì)應(yīng)置于陽極室和陰極室中，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(shí)，金屬陽離子在陰極還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，同時(shí)，陽極發(fā)生水氧化反應(yīng)，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(dǎo)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(duì)應(yīng)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(shí)電解液溫度控制在(TC 70°C。電解方式可采用單電解槽電積或多電解槽串聯(lián)電積。實(shí)施例I以含鎳廢渣作為電積原料液，經(jīng)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(wǎng)，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還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，經(jīng)檢測(cè)其純度為99. 8% ;同時(shí)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(shí)施例2以固體氯化鈷配制電解液，經(jīng)凈化除濁后作為電積原料液，CoCl2電解液濃度為50g/L，pH = 3. O。電解方式為多電解槽串聯(lián)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還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，經(jīng)檢測(cè)其純度為99. 8% ;同時(shí)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(quán)利要求
1.一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)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(duì)應(yīng)置于陽極室和陰極室中，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(shí)，金屬陽離子在陰極還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，同時(shí)，陽極發(fā)生水氧化反應(yīng)，得到氧氣，中隔室可得到5% 10%鹽酸溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，其特征在于所述的陽極為鉛系合金或鈦基半導(dǎo)體塗層電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，其特征在于所述的陽極電流密度為ΙΟΟΑ/m2 500A/m2
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，其特征在于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(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，其特征在于所述的陰極為與陰極液中金屬陽離子所對(duì)應(yīng)的鎳板、銅板、鉆板、鋅板。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)方法，其特征在于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(fā)明提供一種新型膜法金屬氯化物電積精煉生產(chǎn)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(duì)應(yīng)置于陽極室和陰極室中，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(shí)，金屬陽離子在陰極還原并以單質(zhì)形態(tài)析出，同時(shí)，陽極發(fā)生水氧化反應(yīng)，得到氧氣，中隔室可得到5％～10％鹽酸溶液。本發(fā)明方法徹底解決常規(guī)金屬氯化物電積工藝中氯氣產(chǎn)生的問題，并且可得到高濃度鹽酸副產(chǎn)品，回收再利用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，所得金屬產(chǎn)品質(zhì)量好，是符合綠色冶金環(huán)保發(fā)展方向的一項(xiàng)新方法。
文檔編號(hào)C25C1/08GK102839389SQ20121036395
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者王三反, 周鍵, 王挺, 趙紅晶, 張學(xué)敏, 李樂卓 申請(qǐng)人:蘭州交通大學(xué)