现代钴电积行业往往采用氯化钴电解体系进行钴的回收,而电积过程中的氯气产生问题一直是困扰该行业进一步发展的因素之一。一方面,氯气的产生势必会带来高额的碱液吸收成本,隔膜袋的频繁更换也会产生一定的不利因素;另一方面,氯气的收集和吸收效率并不能够达到100%,钴电积车间的氯气浓度通常情况下是超出国家标准的,这就给车间工人的健康带来了极大的隐患。本课题从电积钴的工艺改进入手,以双膜三室电解工艺为出发点,采用极膜一体化装置对钴电积中氯气的消除问题进行了研究。本研究主要由实验室阶段与中试阶段两个部分组成,实验室阶段下对影响钴电积的各个参数(电解液中钴离子浓度、电解液pH、电解液温度、电流密度、盐酸溶液及硫酸溶液质量分数)进行了单因素试验,对单因素试验的结果进行综合性分析后,最终得出了在实验室条件下的最佳电积参数。另外,还对每个电积周期内中隔室盐酸的富集情况及氯气的产生情况进行了分析与监测。试验中钴离子浓度的测定采用火焰原子吸收分光光度法,氯离子浓度的测定采用电位滴定法,pH值的测定采用便携式pH计,硫酸根浓度的测定采用铬酸钡分光光度法。在实验室单因素试验的基础上,考虑到中试极膜一体化装置的规模放大效应,对极膜一体化装置的外侧支撑材料以及设计进行了完善,增强了对最外侧阴离子交换膜的支撑与保护,更大程度上考虑了电解液环境对极膜一体化装置的变形性影响。现场中试试验共分为四个阶段进行,每个阶段过后会对上一个阶段出现的问题给予解决。通过为期四个阶段的现场中试试验,最主要的是对中隔室盐酸的富集以及氯气的削减程度进行了研究。通过四个阶段的中试研究得出,经过一个周期(120h)的电积,钴电积的平均电流效率达到了91.3%,吨钴平均耗电量达到了5000kW·h/t,平均可回收质量分数为6%的盐酸691.25L,氯气的平均削减量达到了96.83%,直接节约电积钴的生产成本为5942.49元/吨。中试结束后对电解液、盐酸溶液、硫酸溶液等溶液中的pH值、钴离子浓度、氯离子浓度、硫酸根浓度随时间的变化规律进行了测定,并对其进行了分析。文章结尾处对电积中影响电极过程的因素进行了分析,通过分析可以得出:(1)阴极与阳极的相对位置的改变会影响阴极的边缘效果;(2)电极面积的相对大小同样会对阴极四周的边缘质量产生影响;(3)电极间距的轻微改变不会对阴极的沉积形态造成剧烈的改变;(4)阴极表面的平整性与否直接关系到阴极沉积钴的良好的粘结性,且会造成阴极沉积钴表面气孔的生成;(5)应尽量保持电积液的纯度,避免在电积过程中多种离子的放电对钴沉积的影响。通过对极膜一体化装置在氯气消除方面的试验研究,总结得出:该工艺的使用大大降低了电积钴过程中的氯气产量,取消了常规钴电积中隔膜袋的使用,减少了氯气吸收成本,改善了车间工人的工作环境。同时,节约了电积钴行业的生产成本,为电积钴行业的良性发展奠定了一定的基础。通过对实验室小试与现场中试的研究,可以断定,极膜一体化装置在中试中的运用是成功的,工艺的出发点是新颖的。