一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法

本发明涉及一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法，属于重金属分离领域。

背景技术：

1、镉在工业领域有着广泛的应用，如镍镉电池、防腐涂层、金属镀层、功能合金、核反堆控制棒等诸多方面。自上世纪九十年代以来，随着充电电池市场的迅速发展，镉作为镉镍电池负极活性材料，其需求量一直处于稳步增长。据报道，全球镉产量从上世纪初的不足20吨/年上升到2021年的2.4万吨。此外，镉的许多化合物，如碲化镉、硫化镉、和硒化镉因具备良好的光电效应被用于太阳能电池的生产，这将为镉提供新的需求增长空间。然而，地壳中镉的储量相对较少，且分布极其分散，常伴生于锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中，约95％的镉作为铅锌冶炼过程中的副产品被回收。在铅锌矿和铜铅锌矿的火法冶炼系统中，镉大部分挥发并富集于冶炼烟尘中，其镉含量在1％～20％之间；在湿法炼锌过程中，镉在浸出液净化时以铜镉渣产出，其镉含量约25％；镉镍电池的生产占镉总消耗量的四分之三，镉作为其负极活性材料的主要成分，经过回收处理可生产大量的再生镉金属。因此，含镉烟尘、铜镉渣以及废镍镉电池都是提取镉的重要原料。

2、目前，从这些资源中提取镉的工艺均以湿法为主，这使得溶液中镉的高效提取技术成了镉回收的关键。工业上从溶液中分离镉的方法包括液膜提取技术、锌粉置换、溶剂萃取、化学沉淀以及电解沉积。液膜技术是一种环境友好、节约能源的新型提镉技术，但液膜技术仅适用于只含镉离子或其他离子含量较低的液体，不适用于组成复杂的溶液体系。溶剂萃取法是一种操作相对简易、可规模化生产的镉分离方法，具有反应速度快、工艺成熟等优点，但难以避免共沉淀明显、萃取剂和稀释剂易燃易挥发的缺点。沉淀法具有操作简易、经济实用等优势，但无法避免含镉二次固/危废的产生，存在二次污染的风险，距离达到绿色环保的要求仍然存在一定距离。电解沉积回收金属镉简单易行、成本相对较低、无二次污染，但仍存在能耗高的缺陷，且该技术仅适用于高浓度含镉溶液的处理。锌粉置换法是目前工业上应用成熟的回收镉的重要方法之一，该方法操作简单，分离效率高，但存在产品纯度较低、包覆现象严重、试剂耗量大，且会产生危废镉渣的问题。可见，上述方法在分离和回收镉的同时，难以解决环境、资源和能源之间的矛盾。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法，该方法具有工艺简单、分离效率高、能耗低且易于工业化生产等特点。

2、一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法，具体步骤如下：

3、(1)将不同面积的阴阳极置于含镉溶液中，连通阴阳极构成电化学通路；

4、(2)不外加任何电源并控制反应温度使阳极溶解，在阳极得到海绵镉；

5、(3)反应结束后，对阳极沉积物进行洗涤分离。

6、优选的，本发明步骤(1)中阳极为锌板、镁合金的一种或多种的组合。

7、优选的，本发明步骤(1)中阴极为不锈钢板、铅板、铜板的一种或多种的组合。

8、优选的，本发明步骤(1)中阴阳极的有效面积比为0.5～6。

9、优选的，本发明步骤(1)中含镉溶液包括硫酸镉、硝酸镉、氯化镉的一种或多种的组合。

10、优选的，本发明步骤(1)中含镉溶液中镉离子浓度范围为0.01～30g/l。

11、优选的，本发明步骤(1)中含镉溶液中酸浓度范围为10-5～10g/l。

12、优选的，本发明步骤(2)中反应温度为20～90℃。

13、本发明的反应过程为：在阳极，比镉更活泼的阳极溶解并释放电子，同时镉被还原并沉积在阳极上；在阴极，比阳极更正电性的阴极不发生溶解，同时产出氢气。由于阳极和阴极之间的电位差，外电路还会产生电能。

14、优选的，本发明步骤(3)中反应后溶液中镉离子浓度为2ppm以下。

15、优选的，本发明步骤(3)所述反应后溶液中镉离子浓度为2ppm以下。

16、本发明的有益效果：

17、(1)分离效率高。基于不同元素的电极电位差异，比阳极更正电性的镉在阳极析出，比镉更正电性的阴极不发生溶解且同时产生氢气。由于沉积的镉呈枝晶生长，避免了沉积镉对阳极的包裹，而阳极的裸露也提高了镉的沉积效率。

18、(2)节能环保。在不使用任何能源的条件下，可自发使镉在阳极析出，并同时产出高品质的海绵镉产品，解决了传统工艺所产生危废镉渣的问题。在实现镉分离的同时，可产生电能和氢气等清洁能源，减少了能量和成本的投入。该方法在解决镉污染的同时，实现了镉资源的高效回收利用及清洁能源的制造。

技术特征：

1.一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述阳极为锌板、镁合金的一种或多种的组合。

3.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述阴极为不锈钢板、铅板、铜板的一种或多种的组合。

4.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述阴阳极的有效面积比为0.5～6。

5.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述含镉溶液包括硫酸镉、硝酸镉、氯化镉的一种或多种的组合。

6.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述含镉溶液中镉离子浓度范围为0.01～30g/l。

7.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(1)所述含镉溶液中酸浓度范围为10-5～10g/l。

8.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(2)所述反应温度为20～90℃。

9.按照权利要求1所述从溶液中电化学分离及回收镉方法，其特征在于：步骤(3)所述反应后溶液中镉离子浓度为2ppm以下。

技术总结本发明涉及一种从溶液中电化学分离及回收镉的方法，属于重金属分离领域。具体制备步骤包括，将不同面积的阴阳极置于含镉溶液中，连通阴阳极构成电化学通路；不外加任何电源并控制反应温度使阳极溶解，在阳极得到海绵镉；反应结束后，对阳极沉积物进行洗涤分离。本发明提供了一种具有工艺简单、分离效率高、清洁、能耗低，且易于工业化生产的溶液镉分离及回收方法，由于沉积的镉呈枝晶生长，避免了沉积镉对阳极的包裹，而阳极的裸露也提高了镉的沉积效率。可获得纯度较高的海绵镉；反应过程副产的电能和氢气均为清洁能源，环保性好，拥有广阔的应用空间。技术研发人员：张文娟,王成彦,车键勇,陈永强,汪存军受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23