[发明专利]一种湍流电积方法和配套装置及模块化拓展方案

说明书

技术领域

本发明属于电沉积技术领域，尤其涉及一种湍流电积方法和配套装置及模块化拓展方案。

背景技术

电沉积技术是指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体（导体或半导体）表面上还原为金属原子附着于电极表面，从而获得一金属沉积层的过程，在各种电沉积反应中，无论何种类型的电解质溶液，其阴阳离子在阴阳电极上的放电反应都遵守离子的溶液析出电位顺序和电化当量，在阴阳极板上通直流电后，电解质溶液中的阴阳离子在电场作用下分别向阳极和阴极运动，排开极板表面的溶液，进而在阴阳极上完成放电反应，在电流强度较低时，阴阳离子的扩散速率大于其放电析出速率，扩散反应主导电化学析出反应，阳离子的放电严格遵守溶液中各离子的析出电位顺序，当电流强度增加时，阴阳离子的扩散速率不足以补充极板间由于阴阳离子放电造成的离子浓度变化时，就形成了浓茶极化现象，阳离子的析出不再严格遵守析出电位顺序，电化学析出反应开始出现大量副反应，以硫酸铜水溶液中电沉积铜为例，随着电流强度的增加，浓差极化现象趋于明显，阴极析氢反应，与铜离子析出电位相同的金属阳离子开始参与电化学析出，直流电效率降低，阴极产品纯度降低，传统电沉积过程由于其固有的物理结构，溶液流向与阴阳极板垂直，且极板间溶液的传质速率受限于溶液流速，浓差极化现象极易产生。传统冶金通过电沉积反应获得阴极析出高纯金属，通常需要控制较高的目标金属离子浓度和极低的杂质金属离子含量，1990年前后，澳大利亚人艾妙提出了旋流电解理论，并于1995年将旋流电解设备首次工业化，最终命名为EMEW艾妙电解。2008年前后该电解技术由澳大利亚公司Electrometals引入中国，由于价值理念及经济行情的波动最终没能在中国成功落地。部分中国冶金工作者开始对这种耳目一新的电沉积技术进行拆解仿制，先后将其命名为旋流电解、旋转阳极电解、离心电解、选择性电沉积、筒形电解等名称，申请了多个类似专利，如：CN 101886271 A；CN 202430302 U；CN 102560560 A；CN 204918800 U等，旋流电解设备在国内冶金、环保行业的应用领域极为广阔，但是现阶段技术使用方普遍不满足其实际工作效果。实际应用案例中其生产操作复杂、维修维护成本高昂、跑冒滴漏严重、大规模生产效率远低于传统板槽式电沉积。无论旋流、射流、离心等电解的描述方式有何差异，都只是圆筒形密闭电沉积技术为了区别于他人的形而上学的模仿，利用高速湍动的电解质溶液快速消除浓差极化现象才是新型电沉积技术的科学表述，湍流电积也由此应运而生，总之，旋流电解方法及装置由于设备本身仿制的不到位和结构不合理性，在实际的工业化生产中存在诸多不可回避的设计缺陷，冶金工作者仍有必要围绕圆筒形密闭电沉积技术进行结构、方案设计，现有技术存在由于电沉积反应速率大于离子扩散反应速率而造成的浓差极化现象的问题。

发明内容

本发明提供一种湍流电积方法和配套装置及模块化拓展方案，以解决上述背景技术中提出了现有技术存在由于电沉积反应速率大于离子扩散反应速率而造成的浓差极化现象的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种湍流电积方法，包括在含目标金属离子的电解质溶液电化学沉积过程中，所述电解质溶液湍流涌动。

进一步，所述电解质溶液经循环泵的推动湍流涌动。

进一步，所述在含目标金属离子的电解质溶液电化学沉积过程中包括在含阴阳极有限密闭空间内的目标金属离子的电解质溶液电化学沉积过程中。

同时，本发明还提供一种湍流电积方法的配套装置，其特征在于，包括由上盖密封机构和下盖密封机构以及阴极筒体内腔共同形成的阴阳极密闭空间，所述上盖密封机构和下盖密封机构共同支撑阴阳极密闭空间轴向中心的阳极棒，所述阴阳极密闭空间内的电解质溶液经循环泵推动湍流涌动。

进一步，所述阳极棒为组装式钛基材涂层阳极棒，所述阳极棒顶端设置可拆解密封盖。

进一步，所述阴极筒体内表面弹性贴合镜面钛材始极片。

进一步，所述阴极筒体内底端设置的阴极下部屏蔽环套接于阳极棒。

进一步，所述上盖密封机构包括内螺扣上盖，所述上盖经Y型密封件密封旋压于阴极筒体一端固定的单螺纹上连接座，所述上盖内顶面中心的定位杆凹槽内固定阳极棒的一端，所述下盖密封机构包括内螺扣下盖，所述下盖经Y型密封件密封旋压于阴极筒体另一端固定的单螺纹下连接座，所述下盖顶面中心的星型密封安装凹槽内支撑阳极棒的另一端。

同时，本发明还提供一种湍流电积方法的配套装置的模块化拓展方案，其特征在于，包括由若干配套装置组成的槽体，若干槽体经并联和串联组成工业化单元。