[发明专利]一种内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板

说明书

本发明公开一种内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板，属于冶金行业的电解设备。通过优选的技术方案来解决电解精炼过程中的废气、毒气的处理排放和生产过程中电解液和换热介质的热量交换问题，从而改善工作环境，提高生产效率。本发明由电解槽本体、换热系统、排气系统和组合式电解槽盖板组成。电解槽本体由槽体外壳、保温层、槽钢框架和槽体内壳构成，换热系统是氟塑料管式换热器，其主体是由多根氟塑料薄壁微管组成的U形换热管束，置与电解槽内。排气系统置于电解槽上部两侧，主体是排风通道，其上设有与电解槽内腔相通的排气入口和排气出口及排液管。电解槽盖板由一组分盖板相互搭接而组成。本发明为电解设备，用于电解精炼金属提纯。

技术领域

本发明涉及冶金行业的电解设备，特别涉及带换热和排气系统的PE电解槽。

背景技术

随着新型材料的发展和国家对环保的进一步重视，加之节能减排对企业的经济效益的影响，对冶金行业的电解设备提出越来越高的要求，包括电解设备的换热系统、电解设备的废气排放系统、电解槽及电解槽盖的设计提出更为科学合理的要求，具体要求为：结构简单、易于加工和操作、质量轻、耐腐蚀、耐用、密封效果好、易于热量交换、环保、适应性强的的特点。

目前，由于传统的金属材料(如碳钢、不锈钢、钛等)换热器在强酸碱性和强氧化性换热体系中易于腐蚀、结垢和使用寿命短等不利因素的影响，氟塑料换热器随着时代的要求应运而生。氟塑料换热器是近几年发展起来的用于强腐蚀介质中的防腐换热设备，目前的研究主要作为高效烟气换热器设备的换热元件，用于烟气余热深度回收和进一步除尘，取得了可喜的效果。氟塑料换热器采用氟塑料作为换热材质，主要是由于氟塑料具有优良的性能，如：具有极佳的耐腐蚀性能(除熔融金属钠和液氟外，可耐所有酸、碱、盐及其它一切化学药品)、表面不粘性(表面不易沾污结垢，具有自清洁作用)，耐热性能好(使用温度在-200～200℃范围)，耐老化性能好和使用寿命长(户外使用寿命长达20年)、质量轻、摩擦系数小等优点。氟塑料换热器的研究主要集中在高效烟气换热器设备的换热元件，开发新型的氟塑料换热设备已是国内外科研工作者研究的热点。但氟塑料换热器作为用于冶金行业电解及电镀生产中电解槽中具有强腐蚀电解液的恒高温或恒低温要求的热交换处理的氟塑料管式换热器还未见报道。化学惰性材料氟塑料换热器对加热溶液酸碱腐蚀性体系没有特殊要求，用氟塑料薄壁微管制作大容量恒体积强腐蚀液体的换热器具有广阔的应用前景。由于冶金行业的电解过程中所需的电解液几乎都是强酸性质的电解质溶液，在电解过程中会释放大量的有毒气体，如电解氯化钴溶液、氯化镍溶液、硫酸镍溶液、硝酸铜溶液、硫酸铜溶液等，这些电解液除本身具有强酸性释放挥发性有毒气体(如HCl、HNO3、H2SO4等)外，同时在电解过程中由于阳极还原反应所产生的大量的有毒气体释放出来(如Cl2、SO2、NO、NO2等剧毒性气体)，如果不及时排出，会对电解产品质量造成很大的影响或甚至电解不出金属产品，如果及时排出不能有效吸收处理，部分甚至全部释放到生产现场的大气环境中，不仅会造成生产现场环境的恶化或甚至不能正常生产的局面，同时还严重威胁到操作人员的健康甚至是生命。加之目前对环境保护的要求越来越高，在电解生产中绝对不允许把有毒气体释放到操作现场空间和外界的大气中，因此，必须确保在电解过程中阳极板副产的有毒气体及时由电解槽内负压抽出，并及时由车间外面的吸收塔吸收达标后才能外排到大气中。因此，在电解生产中必须有效合理的设计电解所产有毒气体及时从电解槽内排出和电解槽外及时并充分吸收的尾气吸收装置，确保电解槽内所产毒气不积存、车间空间无毒气的良性电解环境局面，为电解生产正常化保驾护航具有重要的现实意义。为防止电解过程中有毒气体释放到大气中，大都采用的最直接的办法是在电解槽上加设电解槽盖板。盖板虽然把毒气短时间内封闭在电解槽中，但是存在以下弊端：一是电解所产毒气的大量积存于电解槽内，破坏了阴阳极的电解平衡，易于形成极化电位，提高槽电压，降低电解效率；二是大量毒气的积存对电解产品质量造成很大的影响或甚至电解不出金属产品；三是电解槽内毒气的大量积存，也会使毒气易于泄露出来，尤其对槽内操作(如装槽安电极板、卸槽出产品、槽电压的测量等)时，槽内的富集毒气爆发式大量释放，严重影响环境和操作人员的健康。为防止电解过程中有毒气体释放到大气中，也有采用在整个车间四周安装排风系统，虽然在电解槽上加槽盖的情况下，排风系统使得车间操作环境有所改善，但还是没有实质性从源头上解决只装电解槽槽盖所存在的弊端。防止电解过程中有毒气体释放到大气中的最直接的首要办法是在电解槽上加设电解槽盖板。但是，单个体积庞大的电解槽设备和由多个(几十甚至几百个)电解槽组成的电解生产系统中，由于电解槽槽体是用水泥、水泥衬里(防腐塑料、树脂等高分子材料)、钢结构槽体衬里(防腐塑料、树脂等高分子材料)、甚至当前也有使用的防腐塑料等材料制作，这种电解槽体积庞大、笨重、取放不方便，一个电解槽重量可达几吨甚至十几吨，尤其在电解槽上加设一些附件非常不易；同时电解槽槽盖的设计和制作也很落后，一直沿用前期的整体式电解槽槽盖，用钢板衬胶或钢板喷塑制作，而且设计有起重吊耳，这种槽盖体积庞大、笨重、取放不方便，一个电解槽的槽盖重量少则几百斤，多则几吨，不借助行车单凭人力是无法取下和放到槽体上的。同时，这种电解槽槽盖由于取放不方便，导致查看电解槽内一些特殊情况和尤其定点测量槽电压就显得不及时和拖延情况时常发生，对生产和产品质量造成很大的影响。因此，根据电解行业的发展要求，开发一种操作方便的通用性的电解槽槽盖，具有重要的现实意义。也有实践工作者在研究和实践中，直接在电解槽上设置排风系统，之后毒气排入大气或由吸收塔吸收处理。包括在电解槽盖上设置排风口的排风系统和在电解槽侧面设计排风口的排风系统。前者在电解槽盖上设置排风口的排风系统，由于槽盖为一整体并且由钢板衬胶或钢板喷塑制作，而且设计有起重吊耳，这种槽盖体积庞大、笨重、借助行车取放，因此出现槽盖上的排风系统设计不方便，管口相接为活动式的，取放槽盖一次，相应出现排风口的管口相接拆装一次；后者在电解槽侧面设计排风口的排风系统，出现直接在电解槽侧面开孔并安装成排气孔，由于排气孔数量和有效排气截面积有限，容易造成排气管内和槽内形成的微负压区不均，进入排气管内雾沫夹带严重，进入排气管内的废毒气中夹带的电解液增多，造成废毒气中夹带的电解液的排出而浪费掉。由于高纯金属材料的飞跃发展，电解精炼提纯高纯金属的所需电解槽提出更高的要求，要在常规电解槽的基础上加以创新、改进和改造，才能适应高纯金属的发展需要，具体体现为：耐腐蚀、体积较小轻便、耐用、易于加工和操作、易于热量交换、环保(包括材料环保和及时排放毒气的环境环保)等需要和要求。