金屬廢水的在線電沉積方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬廢水的在線電沉積方法和裝置。在線電沉積裝置布置于生產(chǎn)線附近且主要包括緩沖槽、電沉積室以及循環(huán)泵。緩沖槽具有緩沖槽進口和緩沖槽出口，緩沖槽進口的高度低于生產(chǎn)線上的金屬廢水來源的出口高度。電沉積室具有電沉積室進口和電沉積室出口。循環(huán)泵具有循環(huán)泵進口和循環(huán)泵出口，循環(huán)泵進口連接緩沖槽出口，循環(huán)泵出口分為內循環(huán)分路和外循環(huán)分路，內循環(huán)分路連接電沉積室進口，經(jīng)過電沉積室后，從電沉積室出口回到緩沖槽，外循環(huán)分路經(jīng)一回流管道連接金屬廢水來源，經(jīng)金屬廢水來源連接緩沖槽進口。內循環(huán)分路上設有內循環(huán)調節(jié)閥，外循環(huán)分路設有外循環(huán)調節(jié)閥，以分別調節(jié)內循環(huán)分路和外循環(huán)分路的流量。
【專利說明】金屬廢水的在線電沉積方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬廢水處理方法，尤其是涉及一種金屬廢水的在線電沉積方法和裝置。

【背景技術】
[0002]電鍍工業(yè)廣泛使用各種金屬，如銅、銀、金、錫、鎳等。在生產(chǎn)過程中，大部分金屬會轉化為金屬鍍層，成為產(chǎn)品的一部分。但是也有相當一部分金屬進入廢水之中，成為重金屬的污染源。為了防止重金屬污染，一般采用化學沉淀法處理廢水，將廢水中的金屬離子轉化為不溶性的污泥。這種方法導致寶貴的金屬資源成為廢棄物，而且存在環(huán)境風險，并不是處理金屬廢水的最合適方法。
[0003]電鍍是一種通過電化學的方法將鍍液中的金屬離子還原為金屬并覆蓋于鍍件表面的技術。已經(jīng)提出使用這種方法將廢水中的金屬離子還原并沉積于陰極(簡稱電沉積)之上，從而既回收了金屬資源又防止污染。
[0004]目前電沉積回收廢水中的金屬一般采用離線回收方法，即含有金屬離子的溶液定期收集到生產(chǎn)線以外的某個容器，然后使用電沉積裝置按批次進行回收處理。與離線回收方法相比，直接從生產(chǎn)線回收金屬的在線回收方法可以連續(xù)回收廢水中的金屬，流程更短，占地更少，操作更簡便，投資也更省。
[0005]圖1是以酸性鍍銅廢水為例的在線電沉積回收示意圖。參照圖1所示，鍍件在酸性鍍銅槽11中電鍍后浸入回收槽12，鍍件將酸性鍍銅溶液帶入回收槽12，回收槽12中銅離子濃度不斷積累升高。電沉積裝置13與回收槽12通過管路14和循環(huán)泵15連接。循環(huán)泵15將回收槽12的溶液抽出，送入電沉積裝置13，經(jīng)過電解后返回回收槽12，不斷循環(huán)。循環(huán)中電沉積裝置13以電化學還原的方式將溶液中的銅離子還原為金屬銅并沉積于陰極之上，銅得到回收，回收槽12中的銅離子濃度得到控制。當銅的電沉積速度與鍍液帶入回收槽12的速度相同時，回收槽12中銅離子濃度達到平衡。
[0006]由于電沉積裝置13 —般為敞口常壓狀態(tài)下工作，要在循環(huán)過程中達到水量的平衡，電沉積裝置13出水口的位置必須高于回收槽12，使經(jīng)過電沉積裝置的廢水可以全部溢流返回回收槽，達到流量平衡。
[0007]圖2是在線電沉積回收設備與回收槽的相對位置示意圖。參照圖2所示，當電沉積裝置13溢流出水口 13a高于回收槽12的條件可以滿足的情況下，按圖2的方式進行在線回收最為簡單。但是隨著生產(chǎn)裝備的自動化、規(guī)模化，生產(chǎn)線趨于大型化，回收槽12 —般都高于電沉積裝置13的溢流出水口，圖2方式已經(jīng)不適應絕大多數(shù)生產(chǎn)線。
[0008]通過抬高電沉積裝置13似乎也可以實現(xiàn)圖2的方式，但是會帶來二大問題。一方面，抬高電沉積裝置13后設備操作維護變得困難，特別是沉積了金屬的陰極取出不方便，如果為回收裝置做操作平臺將會占用過多生產(chǎn)場地。另一方面，電沉積裝置13的溢流管的口徑一般比較大，高于回收槽的溢流管可能跨越生產(chǎn)線的通道，妨礙生產(chǎn)操作人員的行走。
[0009]如果把電沉積裝置13設計成密閉耐壓的結構似乎也可以解決在線應用中的水量平衡問題。但是電解過程中在陽極和陰極上都有氣體析出，氣體積累有安全問題，另外密閉的電沉積裝置13給日常操作帶來麻煩，特別是陰極的取出和更換變得困難。因此，要實現(xiàn)電沉積回收技術的在線應用必須解決生產(chǎn)線與電沉積回收裝置位差引起的流量平衡問題。


【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種金屬廢水的在線電沉積方法和裝置，以解決前述流量平衡問題。
[0011]本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提出一種金屬廢水的在線電沉積裝置，布置于生產(chǎn)線附近，該在線電沉積裝置包括緩沖槽、電沉積室以及循環(huán)泵。該緩沖槽具有緩沖槽進口和緩沖槽出口，該緩沖槽進口的高度低于生產(chǎn)線上的金屬廢水來源的出口高度。該電沉積室具有電沉積室進口和電沉積室出口，該電沉積室中布置有陰極和陽極。該循環(huán)泵具有循環(huán)泵進口和循環(huán)泵出口，該循環(huán)泵進口連接該緩沖槽出口，該循環(huán)泵出口分為內循環(huán)分路和外循環(huán)分路，該內循環(huán)分路連接該電沉積室進口，經(jīng)過該電沉積室后，從該電沉積室出口回到該緩沖槽，該外循環(huán)分路經(jīng)一回流管道連接該金屬廢水來源，經(jīng)該金屬廢水來源連接該緩沖槽進口。該內循環(huán)分路上設有內循環(huán)調節(jié)閥，該外循環(huán)分路設有外循環(huán)調節(jié)閥，以分別調節(jié)內循環(huán)分路和外循環(huán)分路的流量。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，該內循環(huán)分路上還設有內循環(huán)流量計，該外循環(huán)分路上還設有外循環(huán)流量計。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，該金屬廢水來源為回收槽，該金屬廢水來源的出口為回收槽的溢流口。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，該電沉積室中布置有多對陰極和陽極，陰極和陽極之間具有適當?shù)臉O距。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，該陰極和陽極連接到電流可調節(jié)的直流電源。
[0016]本發(fā)明還提出一種金屬廢水的在線電沉積方法，適用于上述的在線電沉積裝置，該方法包括:啟動循環(huán)泵，通過內循環(huán)調節(jié)閥和外循環(huán)調節(jié)閥分別調節(jié)該內循環(huán)分路和該外循環(huán)分路的流量；將該內循環(huán)分路的廢水輸入該電沉積室，使廢水中的金屬離子在陰極被還原成金屬，廢水經(jīng)過電沉積室后返回到緩沖槽，并且往復循環(huán)；以及將該外循環(huán)分路的廢水輸入該金屬廢水來源，流量相等的廢水從該金屬廢水來源輸出，通過位差從該緩沖槽進口返回該緩沖槽。
[0017]在本發(fā)明的一實施例中，該金屬廢水來源為回收槽，該金屬廢水來源的出口為回收槽的溢流口。
[0018]在本發(fā)明的一實施例中，上述方法還包括分析該金屬廢水來源中的金屬離子濃度以及調節(jié)該陰極和陽極的電流，使該金屬廢水來源中金屬離子濃度穩(wěn)定在預定的范圍。
[0019]本發(fā)明由于采用以上技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，通過內、外雙循環(huán)的方法解決了電沉積回收方法中，生產(chǎn)線與電沉積裝置位差引起的流量平衡問題，使得在線電沉積容易實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明，其中:
[0021]圖1是酸性鍍銅廢水的在線電沉積回收示意圖。
[0022]圖2是在線電沉積裝置與回收槽的相對位置示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一實施例的電沉積裝置的回收示意圖。

【具體實施方式】
[0024]圖3是本發(fā)明一實施例的電沉積裝置的回收示意圖。參照圖3所示，本實施例的電沉積裝置300安裝在生產(chǎn)線的回收槽301附近，距離一般不超過50m。電沉積裝置300可包括電沉積室310、緩沖槽320、以及以循環(huán)泵330為主體的循環(huán)管路。
[0025]電沉積室310內安裝有多對陰、陽電極。陰極314和陽極313分別與直流電源315相連接，廢水中的金屬離子在陰極314獲得電子被還原成金屬。在較佳實施例中，為了減小低濃度條件下的濃差極化，提高電流效率和回收金屬的質量，可以采用小極距(一般為10mm-50mm)的電極布置方式，以及下述的廢水強制循環(huán)措施。
[0026]本實施例的一個特點是，使用一臺循環(huán)泵330同時實現(xiàn)廢水的內循環(huán)和外循環(huán)。緩沖槽出口 322與循環(huán)泵進口 331連接。循環(huán)泵出口 332分為內循環(huán)分路和外循環(huán)分路。循環(huán)泵330將廢水從緩沖槽320吸出，分為兩路，一路進入電沉積室310后返回緩沖槽320，構成內循環(huán)分路。另外一路送入生產(chǎn)線上的位置高于電沉積裝置300的回收槽301，與此路流量相等的廢水通過回收槽301的溢流口 302經(jīng)緩沖槽進口 321返回緩沖槽320，構成外循環(huán)分路。
[0027]舉例來說，循環(huán)泵330從緩沖槽320吸出的流量為Qtl,內循環(huán)分路的流量為Q1,夕卜循環(huán)分路的流量為Q2，則Qcl=QAQ2t5 Q0的大小由循環(huán)泵的性能和系統(tǒng)的壓力損失決定,Q1和Q2的大小可以根據(jù)工藝條件來分配。因此，通過內循環(huán)分路和外循環(huán)分路的布置，本實施例在電沉積裝置低于生產(chǎn)線的條件下，仍然能實現(xiàn)裝置運行所需的流量平衡。
[0028]本實施例的管路連接關系示例如下，但可以理解，這些連接關系并非用以限制本發(fā)明。舉例來說，兩個示例為相互連接的部件之間還可以根據(jù)需要連接有其它部件。
[0029]具體地說，內循環(huán)分路從循環(huán)泵出口 332經(jīng)過內循環(huán)調節(jié)閥333和內循環(huán)流量計334接到電沉積室進口 311，電沉積室出口 312連接到緩沖槽320。外循環(huán)分路從循環(huán)泵出口 332經(jīng)過外循環(huán)調節(jié)閥335、外循環(huán)流量計336和回流管道337接到回收槽301?；厥詹垡缌骺?302與緩沖槽進口 321之間用溢流管道303連接。如圖可見，溢流口 302的高度高于緩沖槽進口 321。在實際設計時，可使溢流口 302的高度高于緩沖槽進口 321數(shù)十厘米。
[0030]啟動循環(huán)泵330，通過內循環(huán)調節(jié)閥333和外循環(huán)調節(jié)閥335分別調節(jié)內循環(huán)分路和外循環(huán)分路的流量。
[0031]內循環(huán)分路的廢水進入電沉積室310，從下向上經(jīng)過陰極314和陽極313，在直流電源315的作用下，廢水中的金屬離子在陰極314被還原成金屬。廢水濃度下降后返回到緩沖槽320。如此往復循環(huán)，緩沖槽320中廢水的金屬離子濃度趨于下降。
[0032]外循環(huán)分路的廢水進入生產(chǎn)線的回收槽301，與此流量相等的廢水從回收槽溢流口 302溢出，籍位差通過溢流管303從緩沖槽進口 321返回緩沖槽320。由于生產(chǎn)過程中電鍍液不斷帶入回收槽301，所以回收槽301中金屬離子濃度趨于上升。
[0033]由于內循環(huán)和外循環(huán)共用一個緩沖槽320，電沉積回收引起金屬離子濃度下降和電鍍液帶入引起金屬離子濃度上升的因素在緩沖槽320得以抵消。當電沉積回收金屬離子的速度與金屬離子從電鍍槽帶入回收槽的速度相等時，回收槽301中金屬離子的濃度達到平衡。如果電沉積回收金屬的速度大于鍍液帶入的速度，回收槽301中的金屬離子濃度下降，反之則上升。通過回收槽301金屬離子濃度的分析和直流電源電流調節(jié)，可以將回收槽301中金屬離子濃度穩(wěn)定在預定的范圍。
[0034]由于電沉積裝置300的作用，廢水中的金屬離子以金屬的形式得到回收，實現(xiàn)資源化，同時回收槽中金屬離子的濃度得到控制，大大減少了污染物的排放，并且有利于水資源的回收利用。
[0035]下面舉一個本發(fā)明的實際應用的例子。
[0036]某電鍍生產(chǎn)線的酸性鍍銅工位后設有一個容積2000升的回收槽，當電鍍槽中因溶液蒸發(fā)液位下降時，用少量回收槽中的廢水補充到電鍍槽中，此時回收槽中液位下降需要補充自來水。因為電鍍槽溶液蒸發(fā)量較小，需要補充量也少，帶入回收槽的銅離子總量遠遠高于補充到鍍槽的量，所以回收槽中的銅離子濃度逐漸升高，排放廢水中的銅離子濃度也相應上升，清洗效果也變差。為解決上述問題，當銅離子濃度上升至20g/L左右時更換部分或全部回收槽的廢水，排放到廢水處理站。由于排放液的濃度高達20g/L，會對正常的廢水處理造成負荷沖擊，影響銅的達標排放。
[0037]本發(fā)明應用于上述生產(chǎn)線的銅回收，工作流程與圖3基本相同。經(jīng)測試該生產(chǎn)線從酸性鍍銅槽帶入回收槽的鍍液量約4L/h，銅離子濃度為50g/L，即銅離子的帶入速度為200g/h。本應用例配備了電沉積回收能力250g/h的裝置。電沉積裝置配備的循環(huán)泵的工作流量Qtl約10m3/h，調節(jié)外循環(huán)分路的調節(jié)閥，使外循環(huán)流量Q2保持在約lm3/h，內循環(huán)流量％約9m3/h。電沉積裝置配備鈦基貴金屬陽極和不銹鋼陰極，陰極和陽極間距為30mm，調節(jié)陰極電流密度為0.5A/dm2?；厥詹壑秀~離子的目標平衡濃度為5g/L。運行結果如下:
[0038]銅離子的電解回收速度:190_215g/h，
[0039]回收槽的平衡濃度:4.8-5.2g/L，
[0040]回收金屬的形態(tài):層狀金屬銅，純度99.93%，
[0041]銅的回收率:90%，
[0042]電流效率:80%。
[0043]由此，本應用例在解決了生產(chǎn)線與電沉積裝置位差引起的流量平衡問題的基礎上，實現(xiàn)了金屬的在線回收。
[0044]本發(fā)明的實施例不僅可以用于電鍍廢水中的金屬回收，還可以用于其它金屬廢水的金屬回收。借助本發(fā)明的實施例，可以在滿足電沉積裝置的進口高度低于金屬廢水源的出口條件下，實現(xiàn)流量平衡。
[0045]雖然本發(fā)明已參照當前的具體實施例來描述，但是本【技術領域】中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權利要求書的范圍內。
【權利要求】
1.一種金屬廢水的在線電沉積裝置，布置于生產(chǎn)線附近，包括: 緩沖槽，該緩沖槽具有緩沖槽進口和緩沖槽出口，該緩沖槽進口的高度低于生產(chǎn)線上的金屬廢水來源的出口高度； 電沉積室，具有電沉積室進口和電沉積室出口，該電沉積室中布置有陰極和陽極； 循環(huán)泵，具有循環(huán)泵進口和循環(huán)泵出口，該循環(huán)泵進口連接該緩沖槽出口，該循環(huán)泵出口分為內循環(huán)分路和外循環(huán)分路，該內循環(huán)分路連接該電沉積室進口，經(jīng)過該電沉積室后，從該電沉積室出口回到該緩沖槽，該外循環(huán)分路經(jīng)一回流管道連接該金屬廢水來源，經(jīng)該金屬廢水來源連接該緩沖槽進口； 該內循環(huán)分路上設有內循環(huán)調節(jié)閥，該外循環(huán)分路設有外循環(huán)調節(jié)閥，以分別調節(jié)內循環(huán)分路和外循環(huán)分路的流量。
2.如權利要求1所述的在線電沉積裝置，其特征在于，該內循環(huán)分路上還設有內循環(huán)流量計，該外循環(huán)分路上還設有外循環(huán)流量計。
3.如權利要求1所述的在線電沉積裝置，其特征在于，該金屬廢水來源為回收槽，該金屬廢水來源的出口為回收槽的溢流口。
4.如權利要求1所述的在線電沉積裝置，其特征在于，該電沉積室中布置有多對陰極和陽極，陰極和陽極之間具有適當?shù)臉O距。
5.如權利要求1所述的在線電沉積裝置，其特征在于，該陰極和陽極連接到電流可調節(jié)的直流電源。
6.一種金屬廢水的在線電沉積方法，適用于權利要求1所述的在線電沉積裝置，該方法包括: 啟動循環(huán)泵，通過內循環(huán)調節(jié)閥和外循環(huán)調節(jié)閥分別調節(jié)該內循環(huán)分路和該外循環(huán)分路的流量； 將該內循環(huán)分路的廢水輸入該電沉積室，使廢水中的金屬離子在陰極被還原成金屬，廢水經(jīng)過電沉積室后返回到緩沖槽，并且往復循環(huán)；以及 將該外循環(huán)分路的廢水輸入該金屬廢水來源，流量相等的廢水從該金屬廢水來源輸出，通過位差從該緩沖槽進口返回該緩沖槽。
7.如權利要求6所述的在線電沉積方法，其特征在于，該金屬廢水來源為回收槽，該金屬廢水來源的出口為回收槽的溢流口。
8.如權利要求6所述的在線電沉積方法，其特征在于，還包括分析該金屬廢水來源中的金屬離子濃度以及調節(jié)該陰極和陽極的電流，使該金屬廢水來源中金屬離子濃度穩(wěn)定在預定的范圍。
【文檔編號】C02F1/463GK104512946SQ201310455624
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王維平, 邱海兵, 付丹, 張建 申請人:上海輕工業(yè)研究所有限公司