一種直接電沉積設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及濕法冶金和從金屬離子溶液里生產(chǎn)金屬的技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬從溶液中直接電沉積，屬于濕法冶金的范圍，從礦石到原料，從原料到金屬材料，涉及十分廣泛的電化學現(xiàn)象和應用，理論與應用互相促進，推動了冶金電化學科技的發(fā)展。在濕法冶金過程中，金屬的浸出、凈化、提取到精煉，從目前應用技術來看，周期表中的大部分金屬均可由電解方法制備出來，但目前工業(yè)上大規(guī)模化電解生產(chǎn)的金屬約有二、二十種。
[0003]電解是將電流通過電解質溶液或熔融態(tài)物質，(又稱電解液)，在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程；電解廣泛應用于冶金工業(yè)中，如從礦石或化合物提取金屬(電解冶金)或提純金屬(電解提純)，以及從溶液中沉積出金屬(電鍍)。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應的手段，許多很難進行的氧化還原反應，都可以通過電解來實現(xiàn)。例如:可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟，熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國民經(jīng)濟中具有重要作用，許多有色金屬(如鈉、鉀、鎂、鋁等)和稀有金屬(如鋯、鉿等)的冶煉及金屬(如銅、鋅、鉛等)的精煉，基本化工產(chǎn)品(如氫、氧、燒堿、氯酸鉀、過氧化氫、乙二腈等)的制備，還有電鍍、電拋光、陽極氧化等，都是通過電解實現(xiàn)的。目前，國內外業(yè)界為解決冶金電解過程中所帶來的環(huán)境污染、能源消耗大等諸多弊端，正研究開發(fā)新的電解電積技術和設備。
[0004]電沉積是金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學沉積的過程，是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過程的基礎。這些過程在一定的電解質和操作條件下進行。
[0005]金屬的還原析出與陰極極化密切相關。依據(jù)電沉積過程中所產(chǎn)生原因的不同，極化又分為濃差極化、電化學極化等類型。不同極化類型控制下的電沉積過程，將有不同的特征；濃差極化:在電沉積過程中，參加反應的粒子在電極表面上沉積，或電極反應生成物在電極表面附近積累，都會導致電極表面附近反應粒子的濃度發(fā)生變化，使電極表面附近與溶液本體的濃度出現(xiàn)差值。因濃度差引起的電極電位的改變，稱為濃差極化。濃差極化有如下特點:隨電極電流密度的增加濃差極化增加，當達到某一電位后，將出現(xiàn)不隨電極電位變化的極限電流；攪拌溶液可以大大降低濃差極化，提高極限電流密度。在電沉積過程中，由簡單金屬鹽組成的溶液，電極過程受濃差極化控制時，電極表面獲得的金屬沉積層往往比較粗糙；電化學極化:金屬離子沉積時，液相的離子必須克服或越過某一能壘才能在陰極上沉積，由此引起的電極電位的改變稱電化學極化。影響電化學極化的主要因素有:電極材料，不同的電極材料對電化學反應有不同的催化活性；現(xiàn)有技術中的電沉積大多采用電解工藝，要求浸出液金屬離子的濃度高，酸度大，只適用于精煉；而采用直接電積設備，可從含金屬離子的溶液中直接生產(chǎn)出金屬，而且純度高，節(jié)能環(huán)保。

【發(fā)明內容】

[0006]為了使大部分金屬離子溶液中的金屬離子能通過電化學的方法，直接在陰極了生成金屬，還要能耗低，環(huán)保，生產(chǎn)的金屬純度高，電能轉化效率高。我們發(fā)明了本直接電沉積設備，采取的主要方案是陽極和陰極都為空心管，下端蓋和上端蓋固定安裝在陰極兩端，陽極通過下端蓋和上端蓋帽同心固定安裝在陰極管內，陽極管壁上鉆了若干個I毫米左右的斜小孔，小孔的的排列方式為:軸向從陽極進液管到陽極帽方向，孔距為等差數(shù)列，公差為正；徑向均布排列若干列，相鄰兩列各孔為錯位排列，每個孔都在其相鄰兩孔軸向的中間；小孔軸線與陽極管外圓柱面的交點處的切面和小孔的軸線成45°左右夾角；與此切面垂直且通過小孔軸線的平面與陽極管軸線成向上15°左右的夾角。陽極進液管處有導流板和導流檔板，陽極材料為鈦基涂燒結銥鉭合金；陰極內壁裝有陰極內襯，材料都為不銹鋼，設置陰極內襯的目的是沉積在陰極內襯上的金屬方便從陰極管取出，取出的陰極內襯在自身彈力的作用下與沉積的金屬管分離，再把陰極內襯裝入陰極管內繼續(xù)沉積金屬；電積電源正極與陽極連接，負極與陰極連接。
[0007]循環(huán)罐內的電沉積液經(jīng)循環(huán)泵以一定的壓力和流速打入陽極管內經(jīng)導流板和導流擋板，使其在陽極管內部旋轉起來，再從陽極管壁上的斜小孔噴射向陰極內襯面和沿陰極內襯內壁旋轉各上流動，然后經(jīng)上端蓋出液孔流入循環(huán)罐中，形成回流，使金屬離子不斷在陰極內襯上不斷被還原而沉積。
[0008]陽極管內的導流板和導流擋板，使液流在陽極管內部旋轉起來，再從陽極管壁上的斜小孔噴射向陰極內襯面，因陽極管壁上的斜小孔孔距從下到上為等差排列，消除了電沉積裝置內下部壓力大于上部壓力而帶來對液流的影響，使大部分液流從陽極管底部的小孔噴出，繞陰極內襯內壁旋轉向上流動，使陽極和陰極內襯之間的電沉積液從下到上均勻地噴射和旋轉，從而保證了沉積在陰極內襯的金屬不管從厚度，致密度，光潔度，純度等都保持均勻一致，很好得克服了電沉積過程中的濃差極化。由于陽極采用了鈦基涂燒結銥鉭合金，可有效克服電沉積過程中的電化學極化，
由于本直接電沉積設備能很好地克服電沉積過程中的濃差極化和電化學極化，所以可使很多金屬都能進行電沉積，電積液金屬離子濃度低(只要幾克/升就可電積)，添加劑用量少，電沉積后的電積液金屬離子含量極小(可小于I克/升)，電沉積液循環(huán)流量小，壓力低，電積金屬純度高，電能轉化效率高；電沉積液在密封的容器內循環(huán)，無酸霧和廢氣自由排放，可實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)；真正的低能耗、低污染環(huán)境的新型直接電沉積設備。由于本直接電沉積設備可單個使用，也可若干個并聯(lián)或串聯(lián)使用。
[0009]本發(fā)明的技術方案如下(圖1):一種直接電沉積設備，包括陰極管10、陰極內襯4、壓環(huán)16、陽極管9、陽極帽15、上端蓋13，上端蓋帽14、下端蓋5、排料閥24等；上端蓋13，上端蓋帽14，下端蓋5和陽極帽15都為耐腐蝕的非金屬絕緣材料注塑而成；上端蓋13上有多頭外螺紋和出液孔12，，中心有通孔，出液孔12在其外壁上，軸線與其外切圓切線平行，方向與陽極管9上的小孔8液流方向一致；上端蓋帽14上有多頭內螺紋；下端蓋5內底面為斜面，斜面的最低處有排料孔23，可接排料閥24 ;下端蓋5上端有凸臺22，有下蓋密封槽19，有預埋內螺母20 ;有陽極支撐柱25，密封槽21 ;下端蓋5底面到另一端端面的距離大于陽極支撐柱25的端面的距離；凸臺22外邊有比較大的倒角；預埋螺母20是在注塑成型時預先埋好的；陰極內襯4為厚度為0.6左右的不銹鋼板卷制而成，裝入陰極管10內時直徑和長度與陰極管10的內徑和長度相等；自同狀態(tài)下為軸向開口的半圓板；陽極管9和陽極帽15組成陽極，陽極管9 一端有陽極進液管1，另一端與陽極帽15套接；陽極管9內有導流板6和導流檔板7，陽極管9壁上有若干個小孔8，套裝陽極帽15 —端陽極管總長的五分之一左右沒有小孔；陽極管9壁上的若干個小孔的排列方式為:軸向從陽極進液管I到陽極帽15方向，孔距為等差數(shù)列，公差為正；徑向相鄰兩列各孔為錯位排列，每個小孔都在其相鄰兩孔軸向的中間；通過小孔8軸線與陽極管9外圓柱面的交點的切面和小孔8的軸線成45°左右夾角；與此切面垂直且通過小孔8軸線的平面與陽極管9軸線成向上15°左右的夾角；導流板6為流線孤形板，以陽極管9軸線為中心，均布焊接在陽極管9端板的內平面上，導流板6孤線的切線方向與陽極壁小孔8的軸線方向一致，導流擋板7為一圓板，板的一面為平面(或其它光滑面)，另一面的中間為內圓孤錐面，外圍為平環(huán)面，平環(huán)面與導流板6點焊連接。