[发明专利]电解还原系统及电解还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术，尤其涉及一种电解还原系统及电解还原方法。

背景技术

电沉积技术为利用金属或合金从其溶液中经还原形成沉积的电化学过程实现材料加工和处理的技术。电沉积技术适用于生产比表面积大、粒度小、活性高的金属，该金属适用于生产电极材料。但目前电沉积设备均为小型、单一的间歇式电解还原设备，没有完整成型的系统设备，产能量无法满足大批量金属电极材料制造和金属电极二次还原重复利用的需要。而且现有常用的间歇式电解还原设备在操作过程中会随电解进程而使的电解液浓度不均匀，导致在阴、阳极板面上电解质浓度极化大（极化现象）。阴、阳极板上电解质浓度的极化控制不利出现的问题主要有导：（1）极板上电流分布不均匀，槽电压升高，电流效率降低，能耗升高，电解沉积成本高昂；（2）电沉积速度不稳定，制备的电沉积金属表面为团絮状，表面积小，电化学性能不佳；（3）无法实现电沉积金属的工业化生产。

设计和研发更加合理的电解还原系统，在保证一定规模产能下，减少能源消耗，尤其是工业化批量生产出高比表面积、高活性的电沉积金属，成为一亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有电沉积设备能耗高、无法满足工业化生产，且制备出的电沉积比较面积小、活性低的问题，提出一种电解还原系统，以实现能耗低、满足电沉积金属的大规模工业化生产，且制备的电沉积金属均匀性好、比表面积大、活性高的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电解还原系统，包括控制装置、溶解罐、固液分离装置、浓度监测仪、流动式电解槽和收集罐，

所述溶解罐设置有溶解罐入口和溶解罐液体出口；所述固液分离装置设置有固液分离装置入口、固液分离装置液体出口和固液分离装置固体出口；所述流动式电解槽设置有电解槽入口、溢流口和电解槽出口；所述溢流口远离电解槽入口，且溢流口的设置高度低于电解槽入口；所述流动式电解槽内间隔平行的设置有多块阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板与流动式电解槽槽壁和/或槽底间存在能使溶液自由流动的缝隙；所述阳极板和阴极板与电源连接；所述流动式电解槽还设置有电压调节装置，所述电压调节装置与电源连接；所述电解槽出口设置在流动式电解槽底端；

所述溶解罐液体出口与固液分离装置入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口连通，所述固液分离装置液体出口与电解槽入口间的管路上设置有浓度监测仪，所述电解槽出口与收集罐连通；

所述控制装置分别与浓度监测仪和流动式电解槽的电压调节装置连接；所述控制装置能根据浓度监测仪检测的溶液浓度控制流动式电解槽内阳极板和阴极板间的电压，以使溶液在高电流效率下实现电沉积。

进一步地，所述固液分离装置固体出口与溶解罐入口连通，所述溢流口与溶解罐入口连通，所述收集罐设置有收集罐液体出口，所述收集罐液体出口与溶解罐入口连通。

进一步地，所述溶解罐内部或外部设置有加热机构和搅拌机构。

进一步地，所述固液分离装置为离心分离机。当电解槽容量为3m³-15m³时，所述离心分离机内溶液流量0.5m³/h～5m³/h，所述离心分离机一方面能使未溶解的金属或金属化合物与溶液分离，同时能使未溶解的金属或金属化合物进一步溶解在溶液中。

进一步地，所述电解槽出口为自上而下开口缩小的锥形桶，所述锥形桶桶壁与轴线的夹角为10°～30°。

进一步地，所述阳极板和阴极板与地面垂直。

进一步地，所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边，防止阳极板和阴极板边缘有电解锌析出，不方便铲除，导致极板间短路，优选的所述阳极板和/或阴极板四周采用耐腐蚀橡胶包边20mm。

进一步地，所述阴极板和阳极板的间距为40mm～100mm。所述阴极板和/或阳极板面积为0.2m²～1.5m²。

进一步地，所述阴极板为镁合金板、铅合金板或喷涂有氧化物的钛合金板的一种；所述阳极板为镍合金板。还可以选择其他析气量小的合金板作为阴极板或阳极板。

进一步地，所述阴极板为孔板式阴极板，所述阳极板为孔板式阳极板，所述阴极板和/或阳极板上的通孔均匀分布，所述孔板式阴极板和所述孔板式阳极板实现了电解液的均匀快速流动；所述孔板式阴极板和/或孔板式阳极板的穿孔率为2%～10%，孔径为

进一步地，所述阴极板与电源采用导电铜排插槽式连接，以减少接触电阻，防止接点腐蚀，达到长时可靠的连接。