双膜三室电积钴的氯气消减及吸收试验研究

发布时间：2017-06-08 10:02

  本文关键词：双膜三室电积钴的氯气消减及吸收试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氯气怎么处理是电积钴行业一直亟待解决的问题,现代电积钴行多业采用Co Cl2溶液体系制备钴,该方法制备出的钴品质较高,色泽鲜亮,符合国家一级标准。但是,电积过程中会有氯气产生,导致车间内氯气浓度过高,危害职工身心健康,同时降低了城市的空气质量。而且,用碱液吸收氯气不仅增加了钴的生产成本,吸收后的产物为NaClO,直接排放后造成环境的二次污染。目前,国内外多只从氯气的吸收角度进行考虑,并没有从根本上解决氯气产生的问题。本试验从氯气的消减和吸收两方面出发进行试验研究。利用离子膜电积工艺,设计双膜三室电积钴装置,因为阳离子膜的选择透过性有效阻挡了Cl-进入阳极室,这从源头上消除了氯气的产生。试验以电流效率,钴品质及氯气消减率为指标,进行电流密度、电解液温度、电解液酸度、电解液浓度、循环流量、极间距及盐酸硫酸的初始酸度的单因素试验,并通过正交试验确定最佳允许条件为:电解6h为一个周期,电流密度为250A/m2,电极间距10cm,循环流量为200r/min,Co2+浓度约60g/L左右,电解液pH为2,HCl和H2SO4初始质量分数为0.5%和1.5%,在此条件运行下的电流效率为98%左右,能耗4450kw.h/t左右,钴板色泽光滑,无孔蚀,氯气消减率达到95%左右。正交试验确定影响电流效率的因素大小为:电流密度温度循环流量极间距,影响氯气消减率的因素大小为:电解液温度初始酸度极间距。美国膜的氯气消减率在95%左右,国产膜的消减率在90%左右,美国膜约是国产膜价格的10倍,考虑到经济因素,示范工程中使用的是国产膜。氯气的吸收采用水射器吸收方式,吸收溶液进行了碱液和FeCl2溶液的对比,综合考虑确定FeCl2溶液为吸收液,FeCl2溶液吸收每吨氯气的费用为1000元,比碱液吸收成本节约一半。同时,最终产物为聚合氯化铁可做净水的混凝剂,可实现闭路循环,保护环境,具有经济价值,且操作安全。示范工程建设4000吨/年绿色膜法电积新工艺的示范生产线,示范工程运行结果表明,膜电积工艺平均电流效率为91.3%,比常规电积工艺电流效率高1.2个百分点;膜电积工艺的氯气消减率为99.13%;膜电积工艺可将产生氯气的氯离子转换为盐酸并全部回用,盐酸资源回收利用率97.28%;膜电积工艺节约的直接生产成本约为5000元/t。试验用离子膜电积技术替代传统的湿法冶炼技术,有效抑制了氯气的产生,消除了常规钴电积中氯气泄漏的问题,实现氯气零排放,使得车间内的氯气浓度符合国家排放标准。同时可将产生氯气的氯离子Cl-转化为盐酸,全部回用到湿法冶炼工艺系统中去,精炼钴产品质量达到国家一级品标准。综上所述,双膜三室电积钴工艺是一种新型的电积工艺,与传统电积工艺相比较具有一定的优越性。
【关键词】：氯气 电积钴 离子交换膜 双膜三室
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF816;X758
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 钴冶炼11-14
• 1.1.1 钴的性质11
• 1.1.2 钴的用途11-12
• 1.1.3 国内外钴冶炼的生产现状12-14
• 1.2 钴冶炼中氯气的产生及吸收14-15
• 1.2.1 钴冶炼中氯气的产生机理14-15
• 1.2.2 氯气的吸收现状15
• 1.3 离子膜电解技术的概述15-16
• 1.3.1 离子膜电解技术的概念及特点15
• 1.3.2 离子膜电解技术的原理15-16
• 1.4 离子膜电解技术的应用16-18
• 1.4.1 氯碱工业中的应用16-17
• 1.4.2 处理含重金属废水17
• 1.4.3 湿法冶金中的应用17-18
• 1.5 课题的来源及背景18-20
• 1.5.1 课题的来源18
• 1.5.2 课题的背景18-20
• 1.6 课题的目的意义及内容20-22
• 1.6.1 课题的目的20
• 1.6.2 课题的意义20
• 1.6.3 课题的内容20-22
• 2 试验方案与方法22-34
• 2.1 试验原理及方案22-25
• 2.1.1 试验原理22-24
• 2.1.2 试验方案24-25
• 2.2 试验仪器及试验药品25-26
• 2.2.1 试验仪器25-26
• 2.2.2 试验药品26
• 2.3 试验分析测试方法26-28
• 2.3.1 Cl-的测定26-27
• 2.3.2 钴离子（Co2+）测定27
• 2.3.3 各隔室pH的测定27-28
• 2.3.4 碱度测定28
• 2.3.5 Fe2+测定28
• 2.4 试验指标计算方法28-30
• 2.4.1 电流效率28-29
• 2.4.2 电解电耗29
• 2.4.3 槽电压29
• 2.4.4 氯气抑制率29-30
• 2.5 试验材料及装置30-34
• 2.5.1 离子交换膜30-31
• 2.5.2 电极材料31-32
• 2.5.3 电解槽32
• 2.5.4 填料32-33
• 2.5.5 水射器33-34
• 3 双膜三室电积钴的氯气消减研究34-63
• 3.1 试验装置34-37
• 3.1.1 膜组件34-35
• 3.1.2 氯气消减装置35-37
• 3.2 影响膜电积钴氯气消减参数研究37-51
• 3.2.1 电流密度对膜电积钴氯气消减的影响研究37-39
• 3.2.2 电解液温度对膜电积钴氯气消减的影响研究39-42
• 3.2.3 电解液循环流量对膜电积钴氯气消减的影响研究42-44
• 3.2.4 硫酸盐酸初始浓度对膜电积钴氯气消减的影响研究44-46
• 3.2.5 电解液酸度对膜电积钴氯气消减的影响研究46-48
• 3.2.6 电解液浓度对膜电积钴氯气消减的影响研究48-50
• 3.2.7 极间距对膜电积钴氯气消减的影响研究50-51
• 3.3 正交试验研究51-55
• 3.3.1 正交试验51-54
• 3.3.2 最佳运行条件确定54-55
• 3.4 不同离子交换膜对电积钴氯气消减的影响研究55-58
• 3.4.1 国产膜对膜电积钴氯气消减的影响研究55-56
• 3.4.2 进口膜对膜电积钴氯气消减的影响研究56-57
• 3.4.3 小结57-58
• 3.5 其它现象分析58-61
• 3.5.1 钴板边缘较厚58-59
• 3.5.2 钴板出现黑斑59
• 3.5.3 钴板出现孔蚀59-60
• 3.5.4 槽电压下降60-61
• 3.6 本章小结61-63
• 4 双膜三室电积钴的氯气吸收研究63-74
• 4.1 氯气吸收工艺63-64
• 4.1.1 吸收塔氯气吸收设备63-64
• 4.1.2 水射器氯气吸收设备64
• 4.1.3 工艺选择64
• 4.2 试验装置设计64-66
• 4.2.1 脱气装置64-65
• 4.2.2 吸收装置65-66
• 4.3 氯气吸收装置添加前后效果对比66-67
• 4.4 氯气吸收方法67-73
• 4.4.1 常用吸收方法67-68
• 4.4.2 碱液对电积钴的氯气吸收影响研究68-71
• 4.4.3 氯化亚铁电积钴的氯气吸收研究71-72
• 4.4.4 两种吸收方法比较72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 示范工程试验研究74-79
• 5.1 生产装置研究74
• 5.2 示范工程建设74
• 5.3 示范工程运行74-76
• 5.3.1 氯气抑制测试75
• 5.3.2 氯气吸收效果测试75-76
• 5.4 经济效益76-79
• 5.4.1 传统电积钴的经济成本76-77
• 5.4.2 离子膜电积钴的经济成本77-78
• 5.4.3 节约经济成本78-79
• 6 结论与建议79-82
• 6.1 结论79-80
• 6.2 建议80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间的研究成果86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周键;王三反;张学敏;;离子交换膜电解回收含镍废水中镍的研究[J];工业水处理;2015年01期

2 武彦斌;王三反;周键;陈霞;;治理钴电积中氯气污染的研究进展[J];有色金属(冶炼部分);2014年09期

3 刘彬;王银宏;王臣;王建平;张方方;赵泽南;;中国钴资源产业形势与对策建议[J];资源与产业;2014年03期

4 雷兆武;耿世刚;王玉玲;陈婧;;膜电解处理含铜电镀废水研究[J];电镀与精饰;2012年02期

5 侯满州;李成容;王英利;封家福;詹先成;李琳丽;;强电解质溶液粘度的研究[J];化学通报;2011年04期

6 马俊杰;;深入研究离子膜烧碱工艺中影响电流效率的因素分析[J];化学工程与装备;2010年11期

7 刘金平;张永恒;;低温半导体温差发电循环的工作性能分析[J];制冷与空调(四川);2009年06期

8 赵中伟;王多冬;陈爱良;霍广生;陈星宇;;从铜钴合金及含钴废料中提取钴的研究现状与展望[J];湿法冶金;2008年04期

9 马占营;何仰清;姚秉华;孙家娟;古元梓;徐维霞;;TiO_2半导体光催化剂表面改性方法的研究进展[J];咸阳师范学院学报;2008年06期

10 李万羽;;电钴车间氯气收集及吸收装置改造[J];新疆有色金属;2007年02期

  本文关键词：双膜三室电积钴的氯气消减及吸收试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：432123