本發(fā)明涉及鎵電解回收技術領域，尤其涉及一種鎵電解用冷卻電極。
背景技術：
鎵，元素符號為ga，原子質量為69.72。金屬鎵的熔點僅為29.78±0.005℃，沸點為2403℃，是液態(tài)區(qū)間最長的物質。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，幾乎沒有形成具有工業(yè)開采價值的獨立礦床，常以同晶型的雜質狀態(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、砷等形成具有半導體性質的化合物，在光電器件上具有特殊的應用價值，廣泛地應用于電子工業(yè)、儀器工業(yè)、催化劑、醫(yī)學、冶金工業(yè)、材料科學等領域。
近年來鎵及其化合物的研究在半導體領域取得了突出的進展，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)，應用范圍不斷擴大，被廣泛應用于led、光敏元件、微波通信、高速大規(guī)模集成電路、第三代太陽能電池等方面，高純鎵的市場需求迅速增加。
對于鎵的回收，常用的處理方法有：化學法、物理化學法、生物化學法、電化學法、浮選法、膜處理技術和微波技術等，由于鎵離子濃度較高時化學沉淀法必然導致沉淀產(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；在強酸條件下，物理吸附法無論采用活性炭、沸石等吸附劑，均會極大降低吸附效果；生物處理法對于常規(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；膜處理法對盡管重金屬離子的處理比較成熟，但鎵離子濃度升高時，膜的損壞和更換將成為限制性環(huán)節(jié)。針對現(xiàn)有技術問題，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，其他材料很容易造成回收過程中金屬鎵中雜質含量的升高，而這些雜質是提純過程中比較難以除去的雜質之一，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。一方面導致電解液以蒸汽形式揮發(fā)出來，形成浪費并污染空氣。一方面，電極板受熱，熱力和應力集中，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。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個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、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高。
根據(jù)本發(fā)明實施例的一種鎵電解用冷卻電極，包括陽極電極板、環(huán)形陽極板、循環(huán)進水口、循環(huán)出水口和電極圈，所述環(huán)形陽極板上設有截斷口，且所述環(huán)形陽極板的內(nèi)部密閉中空，所述循環(huán)進水口、循環(huán)出水口分別設置在環(huán)形陽極板位于截斷口處的兩端，且均與環(huán)形陽極板內(nèi)部連通，所述循環(huán)進水口、循環(huán)出水口通過管道與通水裝置相連，所述通水裝置與循環(huán)進水口之間的管道上設有流量調(diào)節(jié)閥，所述電極圈與環(huán)形陽極板連接并與所述截斷口相對設置。
在本發(fā)明的一些實施例中，所述陽極電極板、環(huán)形陽極板的材質均為鈦合金。
在本發(fā)明的一些實施例中，所述通水裝置包括殼體、設置在殼體內(nèi)的循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的出水口通過管道與循環(huán)進水口連接。
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)形陽極板，調(diào)整電流密度為1500～1800a/m2；
步驟三：電解結束后，撈取電解槽中沉積的鎵。
優(yōu)選的，所述步驟二中通過通水裝置提供循環(huán)水，帶走電解反應過程中陽極板產(chǎn)生的熱量，以降低環(huán)形陽極板溫度。
回收反應原理：將naoh溶液溶解廢料后得到nagao2溶液作為電解液，電解過程發(fā)生的反應：陽極4oh--4e→2h2o+o2↑；陰極gao2-+2h2o+3e→ga↓+4oh-；本發(fā)明中，通水裝置的設置：循環(huán)進水口、循環(huán)出水口，與流量調(diào)節(jié)閥配合，提供冷循環(huán)水，帶走電解反應過程中陽極板產(chǎn)生的熱量，形成制冷降溫效果。
與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明有益技術效果在于：
1、循環(huán)裝置的設置，有效控制電解溫度，特別是使得陽極板的溫度，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，由于陽極板的溫度的恒定，避免極板受熱變形或開裂，延長極板使用壽命，使得極板的壽命延長至5倍，進而降低了生產(chǎn)成本。
3、電解過程中產(chǎn)生的氣體較少，避免浪費，節(jié)能環(huán)保。
附圖說明
附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
圖1為本發(fā)明提出的一種鎵電解用冷卻電極的結構示意圖。
圖中：1陰極電極板、2環(huán)形陽極板、3循環(huán)進水口、4循環(huán)出水口、5電極圈、6截斷口。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。
所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(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或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
實施例1
參照圖1，一種鎵電解用冷卻電極，包括陰極電極板1、環(huán)形陽極板2、循環(huán)進水口3、循環(huán)出水口4和電極圈5，所述環(huán)形陽極板2上設有截斷口6，且所述環(huán)形陽極板2的內(nèi)部中空，所述循環(huán)進水口3、循環(huán)出水口4分別設置在環(huán)形陽極板2位于截斷口6處的兩端，且均與環(huán)形陽極板2內(nèi)部連通，所述循環(huán)進水口3、循環(huán)出水口4通過管道與通水裝置相連，所述通水裝置與循環(huán)進水口3之間的管道上設有流量調(diào)節(jié)閥，所述電極圈5與環(huán)形陽極板2連接并與所述截斷口4相對設置。
其中，所述陰極電極板1、環(huán)形陽極板2的材質均為鈦合金，所述通水裝置包括殼體、設置在殼體內(nèi)的循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的出水口通過管道與循環(huán)進水口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，在電解槽中插入陽極電極板1、環(huán)形陽極板2，調(diào)整電流密度為1800a/m2，所述步驟二中通過通水裝置提供循環(huán)水供環(huán)形陽極板2降溫制冷；
步驟三：電解結束時，撈取電解槽中沉積的4n金屬鎵。
上述實施例中由于循環(huán)進水口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)形陽極板2具有以下幾方面的優(yōu)點：電子從陽極電極板1表面移動傳送給電解液，使電解液充分電解，提高了電能利用率，熱量降低，從而保護極板，環(huán)形陽極板2中間為開放設置，一方面保證電流的均勻性，避免表面區(qū)域電流密度過高，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)形陽極板2移動，在環(huán)形陽極板2得到電子，以鎵單質形式沉淀下來，能有效與雜質隔離開得到4n鎵。
環(huán)形陽極板2中間是密閉空心設置，水流可在環(huán)形陽極板2中間循環(huán)流動，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,壽命是現(xiàn)有的5倍、生產(chǎn)成本低。
實施例2
裝置、方法同實施例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)形陽極板，調(diào)整電流密度為1500a/m2。
實施例3
裝置、方法同實施例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)形陽極板，調(diào)整電流密度為1650a/m2。
在本發(fā)明中，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。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。