[发明专利]操作电解槽的方法以及阴极框架

说明书

技术领域

本发明涉及在电解提取金属中操作电解槽的方法，其中阴极板设置于阴极框架内。所述阴极板和所述阴极框架包围于隔膜袋以形成阴极袋组件。所述阴极袋组件和阳极板以交替且连续的方式设置于电解槽内的电解质中。进一步地，本发明涉及阴极框架，其配置成保持阴极板和隔膜袋，所述隔膜袋将所述阴极板包围在所述阴极框架内以在所述隔膜袋内形成阴极隔间。

背景技术

电解提取是如下的工艺：其中溶解于电解质的金属通过电流而在阴极还原。电解提取发生于电解槽，该电解槽含有以交替的方式设置的多个阳极和多个阴极。

根据反应式(1)和(2)，当将电流引导至电解系统时金属沉淀在阴极的表面，且当水分解时在阳极生成氧，在阳极生成酸和氧：

阳极反应：

阴极反应：Me^z+＋ze^-→Me（2）

Me＝金属，例如Ni、Co、Mn或Cu。

其中，z＝金属离子的电量。

在电解提取金属中可以使用隔膜技术，所述金属在电化序中相比于氢易于发生作用，例如Ni、Co、Mn。这些金属的还原的过电位比氢的高，这是为何应该通过用以受控方式透过电解质的材料例如隔膜织物分离阳极电解质和阴极电解质彼此而避免在低pH下生成氢的原因，且电解质应该从阴极电解质隔间流到阳极电解质隔间。

典型地，在硫酸盐基的镍、锰和钴的电解提取中，所述金属可通过使用分割槽电解提取技术回收，即在该技术中槽中的阳极和阴极隔间适 当地分离。在这种电解车间(tankhouse)中，通过将每个阴极插入到合适的框架中，围绕阴极的溶液(阴极电解质)与槽中邻近的阳极分离，在该框架上伸展有隔膜材料的袋。袋的隔膜材料以受控的方式透过电解质。

镍电解提取中的典型目标是具有高的Δ-Ni(也作为bite，即在进料至电解槽的电解质和从槽溢出的电解质之间的Ni浓度差异)，或高的阳极电解质硫酸浓度。Δ-Ni越高，工艺越经济，因为在浸取SX-EW-循环中不存在过量的循环。当使用所述阴极袋技术(阴极在袋中以保持阴极电解质ph对于Ni-EW工艺来说足够高)时，Δ-Ni可通过两种方式增加，通过

1)增加电流密度

2)降低至阴极袋的电解质流速并因此降低通过所使用的用于分离阳极和阴极隔间彼此的隔膜的电解质流速。

在镍电解提取中，在典型的工业条件下增加电流密度受到限制，且在不导致严重的阴极质量问题的情况下，可使用不太高于200A/m²的电流密度。增加电流密度导致在阴极的下端增加的金属的结状生长。严重的结状生长可撕裂所述袋。撕裂的袋导致酸迁移至阴极电解质隔间，因此降低pH至产生氢的水平。这导致阴极表面的小坑，进而导致粗糙的表面。形成氢也产生爆炸的危险。撕裂所述袋的阴极的结状生长也导致与邻接的阳极的短路，由此降低电流效率。

另一可能是降低通过隔膜袋的电解质流动。但是，当使用阴极袋时，这一选择是不可能的，因此难以在电解车间内均匀分布流动，并且此外，隔膜袋内的电解质保持时间会很长，电解质流动/循环(袋内)可能过慢。在慢的电解质流动下，温度控制也困难。

在现有技术中，如从文献WO2005/019502A1、US3959112、US6849172B2和文章“Gas bubble induced mixing in electrowinning bath”G.D.Rigby；P.E.Grazier,A.D.Stuart,E.P.Smithson；Chemical Engineering Science 56(2001)6329-6336可知，在铜电解提取中使用了喷气以获得更高的电流密度并生成高质量的金属阴极。 已知沿着电极表面上升的气泡降低了能斯特扩散层且因此增加极限电流密度(及临界电流密度)。因此可使用更高的电流密度而不会降低电极上的沉积的表面质量。典型地，在现有技术中，在电解槽的底部设置有喷气歧管。但是这种位于槽的底部的喷气歧管的设置在阴极袋技术中不可用，因为所述袋阻止气泡到达阴极。

因此，本发明的目标是，减轻上述问题并引入操作电解槽的方法以及阴极框架，其允许在高的电流密度下操作电解提取，并且同时实现具有平滑表面和最小量的结状生长的高质量的阴极沉积。

进一步地，本发明的目标是，引入操作电解槽的方法以及阴极框架，其与允许实现高Δ-Me(在进料至槽的电解质和从槽溢出的电解质之间的金属浓度差异)，由此需要更少的槽来获得相同的容量。