[发明专利]铜-氯热化学循环制氢过程中所用的电化学电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于将氯化亚铜电解成铜粉和氯化铜的管状电化学电池。用于制造电池的材料为作为阳极的致密的石墨管和作为阴极的致密的铜棒，它们被由丙烯酸管支撑的离子交换膜隔开。本发明的电化学电池可用于从诸如银、锌和铅之类的金属的盐溶液中回收金属。

发明背景

许多行业，例如，电镀、采矿和金属加工也使用电解来从电解质中回收金属。从含有离子形式的铜金属的溶液中回收铜是熟知的工艺。在CuCl循环中，制氢步骤中所消耗的铜在电解的阴极侧中再生。在阳极侧中形成的氯化铜用作氯化铜水解和氯化铜分解的起始材料。

US005421966A使用电解工艺来使酸性氯化铜蚀刻槽再生来回收铜金属。申请人使用石墨棒作为阳极和阴极。微多孔隔离体用于使阳极电解质和阴极电解质分离。

US20080283390A1中记载了一种将氯化亚铜电解以产生铜粉和氯化铜的方法。致密的石墨用作工作电极，作为阳极和阴极。由聚（poly）和多聚乙烯基亚胺交联制成的阴离子交换膜用作分离介质。电极被设计成通道肋的形式。电解质流经各自的通道。所面临的主要问题是去除在电解过程中形成的铜粉。申请人使用不同的添加物增强了CuCl的溶解性。为了增加溶液的导电性，加入了碳黑材料晶种。

US2010051469A1使用电化学电池由电解氯化亚铜来制造氢气和氯化铜。所使用的阳极电解质和阴极电解质分别为盐酸和水中的氯化亚铜。阳离子交换膜用作阳极隔室和阴极隔室之间的分离介质。

发明目的

本发明的目的之一在于设计出使用耐酸材料将氯化亚铜电解以得到所需尺寸铜粉的电化学电池。

本发明的另一个目的在于从金属的盐溶液中回收金属，诸如，银、锌和铅。

本发明的另一个目的在于获得欲回收的所需金属粒子。

本发明的另一个目的在于设计出一种电化学电池，其阳极和阴极具有用于所需金属粒子的有效表面积。

发明内容

热化学铜-氯（Cu-Cl）热化学循环包括六个步骤：（1）制氢；（2）氯化亚铜的电解；（3）氯化铜的干燥；（4）氯化铜的水解；（5）氯化铜的分解和（6）制氧步骤。本发明使用管状/圆柱形电化学电池来制铜。

用于回收金属的本发明电化学电池包含：

致密的石墨作为阳极，

致密的铜作为阴极，

以及由耐蚀材料支撑的离子交换膜。

本发明的电化学电池能够从浓度高或很低的金属盐溶液中回收金属，诸如，铜、银、锌和铅。

根据本发明的一个方面，提供一种用于由铜-氯（Cu-Cl）热化学循环中所产生的氯化亚铜来制铜的电化学电池。

阳极与阴极的高表面积比给出了提供精细和均匀粒度的最大阴极电流密度。

附图说明

本发明实施例将结合附图来描述，其中：

图1是根据本发明实施例的一种电化学电池构造的图示。

图2是石墨阳极、铜阴极和作为本发明中所使用的膜的支撑物的耐蚀材料，诸如，丙烯酸的示意图。

图3是电化学电池中所使用的第一端和第二端的示意图。

图4是电化学电池中所使用的第一端和第二端特氟纶垫圈和机械刮擦器的示意图。

图5显示沉积铜粉的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图6显示沉积铜粉的X射线衍射（XRD）图案。

图7显示沉积银粉的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图8显示沉积银粉的X射线衍射（XRD）图案。

图9显示沉积锌粉的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图10显示沉积锌粉的X射线衍射（XRD）图案。

图11显示沉积铅粉的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图12显示沉积铅粉的X射线衍射（XRD）图案。

具体实施方式

本发明涉及在电池的阴极侧将氯化亚铜电解成铜粉以及在电池的阳极侧形成氯化铜。通过实施本发明，可以电解氯化亚铜并有效地去除和回收在电解过程中形成的铜粉。电解池是使用被由丙烯酸筒支撑的离子交换膜隔开的管状石墨阳极和铜棒而制成的。

使用本发明的管状电化学电池来制铜。同样地，相同的管状/圆柱形电化学电池可用于其他金属，例如，银、锌和铅。

通过实施本发明，可以通过本发明的电化学电池来有效地回收金属，其中对电解质进行电解来回收金属。电解池使用被离子交换膜隔开的石墨筒和铜棒而制成，离子交换膜由耐酸材料支撑。