二元混合铜颗粒流化床电极的研究.pdfVIP

第 25卷第 3期 化学反应工程与工艺 VOl25．NO3 2009年 5月 ChemicalReactionEngineeringandTechnology June 2009 文章编号 ：1001--7631(2009)03一O256—04 二元混合铜颗粒流化床 电极的研究 吴 宇 陈 吴 周 勇 朱家骅 (四川大学化学工程学院，四川 成都 610065) 摘要； 以两种不 同粒径的铜颗粒构成的二元混合颗粒为 阴极颗粒 ，浓度低于 1g／L的硫酸铜溶液为电解 液，在横截面为 50mm×15mm的流化床电极中探讨床层膨胀率、混合颗粒粒径 比及质量 比对铜沉积速 率、电流效率的影响 。研 究结果表明，二元混合颗粒可以显著 的强化传质过程 ，提高铜 的沉积速率 ；混合 颗粒床层膨胀率 、粒径 比和质量 比对铜沉积速率 、电流效率有重要影 响，都存在一最佳值 ，即膨胀率约 2O 、大颗粒质量分率约 75 、粒径 比为 z．O9。在此条件下沉积速率最大，为 1I6g／(m。·h)，约为单 粒径颗粒床层的 2．5倍 ，电流效率最高 ，达到约 88 。 关键词 ： 流化床电极 ；二元混合颗粒}铜颗粒电极；沉积速率 ；电流效率 中图分类号 ： TQ0S1．1 文献标识码 ：A 在铜冶炼和电镀工业过程 中会产生大量含铜离子废水，每升废水其铜含量最高可达几百毫克，如 不对其进行回收，不仅是一种资源浪费 ，而且会严重污染环境，必须处理达标后才能排放 。传统的化 学处理法需要加入氧化剂 、絮凝剂等化学药剂 ，存在二次污染，并且后续处理工序复杂。而电化学法 则不需要添加任何化学药剂，流程简单 ，并能直接回收金属铜，故又被称作清洁处理法。但 当溶液中 的铜离子浓度较低时 (如低于 1g／L)，采用传统的二维平板型电化学反应器 ，电化学极化和浓差极 化大，电流效率低，回收成本高。因此如何减小浓差极化 ，提高电流效率 ，降低 回收成本是电解法的 关键 。 流化床 电极将流态化技术与电化学原理相结合，让 电化学反应在流化颗粒表面进行，极大地提高 了传质表面积，降低了阴极 电流密度 ，而且颗粒之间的频繁碰撞，可强化 电荷和质量传递过程，因 此，有利于削弱浓差极化和电化学极化，提高电流效率 。用该法处理含重金属离子的酸性溶液可获得 较高的电流效率和可观的时空效益[1]，特别适用于其他方法不能奏效的低浓度金属离子废水的处理。 以往在研究流化床 电极时大多采用的是单一粒径的颗粒，这种床层在膨胀率较低时流化质量差， 易出现死区和勾流，且死区颗粒易结块E2]，使流化床的优越性得不到充分发挥 。已有的研究表明，由 不同粒径构成的混合颗粒可改善床层的流化特性 ，并可显著地提高传质速率[3]。为此 ，本工作 以两 种不同粒径的球形铜颗粒构成的二元混合颗粒为阴极颗粒 ，浓度低于 1g／L的硫酸铜溶液为电解液 ， 研究 了床层膨胀率 、颗粒粒径比和质量比对铜沉积速率的影响，为进一步研究混合颗粒流化床电极打 下基础 。 1 实验部分 1．1 实验装置 实验装置 由流化床电极、储槽、泵、流量计、直流稳定电源以及电压、电流测定装置几个部份构 成。实验时将配制好的溶液由储槽经磁力泵加压、再经转子流量计计量后引人流化床电极 电解槽 ，然 后从电解槽上部排出返回储槽 ，循环进行。床体由透明有机玻璃制成，截面为 50mmx15mm 的矩 收稿日期 ：2008—11—25}修订 日期 ：2009—03-25 作者简介 ：吴 宇 (1984一)，男 ，硕士研究生 ；周 勇 (1962一)，男 ，教授 ，通讯联系人 。E—mail：zhouyong@SCU．edu．Crl 第 25卷第 3期 吴 宇等．二元混合铜颗粒流化床 电极的研究 257 形 ，高 200mm。馈 电极 是 一 块 纯 铜 板 ，尺 寸 15Omm×50mm，厚度 1mm，在不 与导电铜颗粒 接触部分涂有绝缘漆 。阳极为铅锑合金阳极 (上海 铅锡材料厂提供)，尺寸为200mm×50mm，厚度 2mm。馈电极和 阳极 固定在两侧 的床