基于双膜三室电积金属氯化物的粒子传输机制及抑氯性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51804150
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
24.0万
负责人：
周键
依托单位：
兰州交通大学
学科分类：
E0415.资源循环利用
结题年份：
2021
批准年份：
2018
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-01-01 至2021-12-31

项目参与者：
宋小三；马锋锋；张学敏；吴楠；关文学；
关键词：
电化学提取膜电积清洁冶金污染控制

项目摘要

There are a large amount of hazardous contaminants, high energy consumption and low value-added products in the Non-ferrous metal smelting industry. Based on the evolution of chlorine gas at the anode resulting in pollution and corrosion in the traditional electrowinning process of chloride, the electrodeposition of metal is carried out in the double-membrane three-compartment electrolytic cell. Not only.is there clean metal extraction, but avoiding chlorineevolution and enrichment of hydrochloric acid. The production of acid is synchronized with the inhibition of chlorine evolution. In order to make sure chlorine suppression of double-membrane three-compartment electrowinning, it is necessary to study the particle transport behavior , ion transports mechanism of the inner of membrane and the interface of membrane and solution, influence factor of chlorine suppression. Ion transports of the inner of membrane and the interface of membrane and liquid are explored by the theory of “electric double layer repulsion-pore auxiliary-hole transporter”. The micro particle migration is characterized by the solid-state NMR technique and freeze TEM technique; Ions leakage is studied by the ion tracer method; the particles transmission mechanism of membrane electrowinning is established finally.

有色金属冶炼行业存在有毒有害污染物排放量大、能耗高、产品附加值低等问题，尤其是传统氯化电积过程中阳极产氯导致的污染及腐蚀相当严重。针对此问题，提出双膜三室电积法进行电沉积金属，不仅可实现金属的清洁提取，而且达到避免氯气析出及盐酸富集的目的，实现了产酸抑氯同步化。为了深入探究双膜三室电积法的抑氯过程，需对粒子传输行为、膜内及膜液界面的离子传输机理以及影响抑氯效果的因素开展研究。主要采用“双电层排斥-孔道辅助-空穴传递”理论研究离子在膜内及膜液界面的传输过程，并借助固体核磁技术、冷冻TEM表征离子的微观迁移过程；同时采用离子示踪法研究粒子泄漏过程；最终建立膜电积法的粒子传输机制。

结项摘要

有色金属冶炼行业存在有毒有害污染物排放量大、能耗高、产品附加值低等问题，尤其是传统氯化电积过程中阳极产氯导致的污染及腐蚀相当严重。针对此问题，提出双膜三室电沉积法进行电还原金属，不仅可实现金属的清洁提取，而且达到避免氯气析出及盐酸富集的目的，实现了产酸抑氯同步化。为了深入探究双膜三室电沉积法的抑氯过程，需对离子传输行为、膜内及膜液界面的离子传输机理以及影响电沉积效果的因素开展研究。研究成果表明：离子迁移、水分子电渗透、离子扩散是主要传输方式；在电场与浓度梯度作用下，阴极液的Cl-与阳极液的H+可经电迁移与扩散进入中隔室形成盐酸，又因阴膜与阳膜阻挡作用而固定于中隔室；Co2+在阴极上发生电还原沉积反应，阳极主反应为析氧反应。双膜三室电沉积工艺的最佳实验条件为80g/L钴、20g/L硼酸、3g/L氟化钠、pH4、电流密度250A/m2、温度50℃，在该条件下电流效率为97.5%；中隔室可得到电化学再生的盐酸，实现了产酸抑氯同步化。离子交换膜和阳极均是影响抑氯效果的关键因素。为了使阳极发生析氧反应而取代析氯反应，阳极液维持低浓度的氯离子是关键所在。阳膜选用Nafion-117，阳极选用低析氧过电位的钛基铱系电极。通过循环伏安曲线与计时电位曲线分析，结合“双电层排斥-孔道辅助-空穴传递”理论，离子在膜及膜液界面迁移途径：1）离子从溶液中到膜表面；2）离子穿过膜的微孔结构（空穴）；3）离子从膜的另一表面到达另一溶液中。