本實(shí)用新型涉及鎵電解回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎵電解用冷卻電極。

背景技術(shù)：

鎵，元素符號(hào)為Ga，原子質(zhì)量為69.72。金屬鎵的熔點(diǎn)僅為29.78±0.005℃，沸點(diǎn)為2403℃，是液態(tài)區(qū)間最長(zhǎng)的物質(zhì)。鎵在自然界的元素豐度較低(約為0.0015％左右)，并且在地殼中的分布極其分散，幾乎沒(méi)有形成具有工業(yè)開采價(jià)值的獨(dú)立礦床，常以同晶型的雜質(zhì)狀態(tài)與鉛土礦、黃銅礦、閃鋅礦等礦物緊密共生。鎵是一種對(duì)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其重要的金屬元素，鎵與VA族元素磷、砷等形成具有半導(dǎo)體性質(zhì)的化合物，在光電器件上具有特殊的應(yīng)用價(jià)值，廣泛地應(yīng)用于電子工業(yè)、儀器工業(yè)、催化劑、醫(yī)學(xué)、冶金工業(yè)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。

近年來(lái)鎵及其化合物的研究在半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了突出的進(jìn)展，以砷化鎵和氮化鎵為代表的鎵化合物的優(yōu)良特性不斷被發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，被廣泛應(yīng)用于LED、光敏元件、微波通信、高速大規(guī)模集成電路、第三代太陽(yáng)能電池等方面，高純鎵的市場(chǎng)需求迅速增加。

對(duì)于鎵的回收，常用的處理方法有：化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物化學(xué)法、電化學(xué)法、浮選法、膜處理技術(shù)和微波技術(shù)等，由于鎵離子濃度較高時(shí)化學(xué)沉淀法必然導(dǎo)致沉淀產(chǎn)物在體系中溶解度增大，致使處理后廢水中的重金屬含量超標(biāo)；在強(qiáng)酸條件下，物理吸附法無(wú)論采用活性炭、沸石等吸附劑，均會(huì)極大降低吸附效果；生物處理法對(duì)于常規(guī)重金屬離子的處理效果較好，但培養(yǎng)適合高鎵條件下的菌種則是難以逾越的障礙；膜處理法對(duì)盡管重金屬離子的處理比較成熟，但鎵離子濃度升高時(shí)，膜的損壞和更換將成為限制性環(huán)節(jié)。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，開發(fā)一種新型鎵用電極，特別是能夠降溫的電解尤為重要。

目前,鎵電解用電極板裝置采用電極材料有鉑板、不銹鋼板、鎳板、鐵板，鉑板存在成本較高的缺點(diǎn)，其他材料很容易造成回收過(guò)程中金屬鎵中雜質(zhì)含量的升高，而這些雜質(zhì)是提純過(guò)程中比較難以除去的雜質(zhì)之一，存在污染較大，為下一步高純鎵的制取增加難度，不適于高純鎵生產(chǎn)過(guò)程中鎵廢液的電解。且其電能利用率低，產(chǎn)生大量的熱量。一方面導(dǎo)致電解液以蒸汽形式揮發(fā)出來(lái)，形成浪費(fèi)并污染空氣。一方面，電極板受熱，熱力和應(yīng)力集中，發(fā)生變形或開裂現(xiàn)象，極板使用壽命低，生產(chǎn)成本大且生產(chǎn)效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種鎵電解用冷卻電極，回收得到純度為4N的金屬鎵、且電能利用率高、極板使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種鎵電解用冷卻電極，包括陽(yáng)極電極板、環(huán)形陽(yáng)極板、循環(huán)進(jìn)水口、循環(huán)出水口和電極圈，所述環(huán)形陽(yáng)極板上設(shè)有截?cái)嗫冢宜霏h(huán)形陽(yáng)極板的內(nèi)部密閉中空，所述循環(huán)進(jìn)水口、循環(huán)出水口分別設(shè)置在環(huán)形陽(yáng)極板位于截?cái)嗫谔幍膬啥?，且均與環(huán)形陽(yáng)極板內(nèi)部連通，所述循環(huán)進(jìn)水口、循環(huán)出水口通過(guò)管道與通水裝置相連，所述通水裝置與循環(huán)進(jìn)水口之間的管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，所述電極圈與環(huán)形陽(yáng)極板連接并與所述截?cái)嗫谙鄬?duì)設(shè)置。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述陽(yáng)極電極板、環(huán)形陽(yáng)極板的材質(zhì)均為鈦合金。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述通水裝置包括殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的出水口通過(guò)管道與循環(huán)進(jìn)水口連接。

一種廢料鎵回收方法，包括如下步驟：

步驟一：將NaOH溶液溶解廢料后得到NaGaO₂溶液，備用；

步驟二：以上述NaGaO₂溶液作為電解液加入電解槽中，在電解槽中插入陰極電極板、環(huán)形陽(yáng)極板，調(diào)整電流密度為1500～1800A/m²；

步驟三：電解結(jié)束后，撈取電解槽中沉積的鎵。

優(yōu)選的，所述步驟二中通過(guò)通水裝置提供循環(huán)水，帶走電解反應(yīng)過(guò)程中陽(yáng)極板產(chǎn)生的熱量，以降低環(huán)形陽(yáng)極板溫度。

回收反應(yīng)原理：將NaOH溶液溶解廢料后得到NaGaO₂溶液作為電解液，電解過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)：陽(yáng)極4OH^--4e→2H₂O+O₂↑；陰極GaO₂-+2H₂O+3e→Ga↓+4OH^-；本實(shí)用新型中，通水裝置的設(shè)置：循環(huán)進(jìn)水口、循環(huán)出水口，與流量調(diào)節(jié)閥配合，提供冷循環(huán)水，帶走電解反應(yīng)過(guò)程中陽(yáng)極板產(chǎn)生的熱量，形成制冷降溫效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型有益技術(shù)效果在于：

1、循環(huán)裝置的設(shè)置，有效控制電解溫度，特別是使得陽(yáng)極板的溫度，保證了最佳生產(chǎn)的溫度。

2提高電解效率，由50％提高至70％；提高電能利用率，由75％提高至85％，電解液充分電解，由于陽(yáng)極板的溫度的恒定，避免極板受熱變形或開裂，延長(zhǎng)極板使用壽命，使得極板的壽命延長(zhǎng)至5倍，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。

3、電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體較少，避免浪費(fèi)，節(jié)能環(huán)保。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型提出的一種鎵電解用冷卻電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1陰極電極板、2環(huán)形陽(yáng)極板、3循環(huán)進(jìn)水口、4循環(huán)出水口、5電極圈、6截?cái)嗫凇?/p>

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1，一種鎵電解用冷卻電極，包括陰極電極板1、環(huán)形陽(yáng)極板2、循環(huán)進(jìn)水口3、循環(huán)出水口4和電極圈5，所述環(huán)形陽(yáng)極板2上設(shè)有截?cái)嗫?，且所述環(huán)形陽(yáng)極板2的內(nèi)部中空，所述循環(huán)進(jìn)水口3、循環(huán)出水口4分別設(shè)置在環(huán)形陽(yáng)極板2位于截?cái)嗫?處的兩端，且均與環(huán)形陽(yáng)極板2內(nèi)部連通，所述循環(huán)進(jìn)水口3、循環(huán)出水口4通過(guò)管道與通水裝置相連，所述通水裝置與循環(huán)進(jìn)水口3之間的管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，所述電極圈5與環(huán)形陽(yáng)極板2連接并與所述截?cái)嗫?相對(duì)設(shè)置。

其中，所述陰極電極板1、環(huán)形陽(yáng)極板2的材質(zhì)均為鈦合金，所述通水裝置包括殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的出水口通過(guò)管道與循環(huán)進(jìn)水口3連接。

一種廢料鎵回收方法，包括如下步驟：

步驟一：將NaOH溶液溶解廢料后得到NaGaO₂溶液，備用；

步驟二：以上述NaGaO₂溶液作為電解液加入電解槽中，在電解槽中插入陽(yáng)極電極板1、環(huán)形陽(yáng)極板2，調(diào)整電流密度為1800A/m2，所述步驟二中通過(guò)通水裝置提供循環(huán)水供環(huán)形陽(yáng)極板2降溫制冷；

步驟三：電解結(jié)束時(shí)，撈取電解槽中沉積的4N金屬鎵。

上述實(shí)施例中由于循環(huán)進(jìn)水口3、循環(huán)出水口4，與流量調(diào)節(jié)閥配合，能有效控制電解溫度，保證最佳生產(chǎn)溫度，保證電解效率；環(huán)形陽(yáng)極板2具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：電子從陽(yáng)極電極板1表面移動(dòng)傳送給電解液，使電解液充分電解，提高了電能利用率，熱量降低，從而保護(hù)極板，環(huán)形陽(yáng)極板2中間為開放設(shè)置，一方面保證電流的均勻性，避免表面區(qū)域電流密度過(guò)高，另一方面加大與電解液接觸面積，使電解液充分電解，提高電能利用率；鎵離子向環(huán)形陽(yáng)極板2移動(dòng)，在環(huán)形陽(yáng)極板2得到電子，以鎵單質(zhì)形式沉淀下來(lái)，能有效與雜質(zhì)隔離開得到4N鎵。

環(huán)形陽(yáng)極板2中間是密閉空心設(shè)置，水流可在環(huán)形陽(yáng)極板2中間循環(huán)流動(dòng)，加快電子交換速率，提高生產(chǎn)效率，制得的金屬鎵純度為4N、電能利用率高,由75％提高至85％、極板使用壽命長(zhǎng),壽命是現(xiàn)有的5倍、生產(chǎn)成本低。

實(shí)施例2

裝置、方法同實(shí)施例1，不同的工藝參數(shù)在于：步驟二：以上述NaGaO₂溶液作為電解液加入電解槽中，在電解槽中插入陰極電極板、環(huán)形陽(yáng)極板，調(diào)整電流密度為1500A/m²。

實(shí)施例3

裝置、方法同實(shí)施例1，不同的工藝參數(shù)在于：步驟二：以上述NaGaO₂溶液作為電解液加入電解槽中，在電解槽中插入陰極電極板、環(huán)形陽(yáng)極板，調(diào)整電流密度為1650A/m²。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。