CN101225472A - 从混合离子稀溶液中提取贵重金属的装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的装置和方法，由充填着SI系列树脂的固定床离子交换柱、通过设于两端的交换柱上、下接头、以及与接头连接的上输液管和下输液管组成，特征是：所述的固定床离子交换柱的内腔管体上设有阻碍板，在交换柱上接头和交换柱下接头内分设着出水挡板和下挡水板；并在固定床离子交换柱的上、下接头外伸的管体上分设置着一组电导率检测探头和PH检测探头，同时又在上部的输液管体上还设有一光电感应探头；此外又在所述上输液管的末端部位的管体上设置着出酸阀、出水阀和阀，在下输液管的末端部位的管体上设置着进酸阀、进水阀和原液进入阀；依照铁、铜、镍、锌、铬的顺序依次将它们从稀溶液中分离出来。
Description
技术领域
本发明涉及一种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的装置及控制方法，属于废水处理技术类，适用对多种金属离子的混合液进行单一金属离子的提取。
技术背景
目前针对混合离子稀溶液中提取贵重金属方法主要有化学沉淀法、电解装置、膜分离装置、普通离子交换装置等。
1、化学沉淀法：依靠金属离子在不同PH值条件下形成氢氧化物、或不溶性盐沉淀去除或分离金属离子，缺点是各种金属离子的氢氧化物沉淀和不溶性盐沉淀物溶解度不同、存在共沉淀现象、药剂消耗量大(特别是低浓度废水)、条件不易控制等因素；难以保证水中的重金属离子去除干净、在多种金属离子存在的水溶液中无法得到单一的金属盐/氢氧化物，只能得到无用的混合物。
2、电解法(装置)
将稀溶液中重金属从稀溶液使用电解法分离，可以分离，但由于电耗较高，且由于溶液中含有大量其它离子，如钙、镁、钠等离子，导致提取重金属纯度不高、对低浓度的含重金属离子水溶液不适用。
3、膜浓缩法(装置)
由于使用NF、RO膜浓缩装置只能从稀溶液中浓缩重金属离子，其处理范围有限，总固溶物最大浓度不能超过5％，不能用于选择性分离金属离子，因此其使用范围有很大的局限性。离子交换膜不能处理主要含重金属离子的水溶液。
4、普通阳离子交换法(装置)
普通阳离子装置一般采用有机骨架离子交换树脂，对于从稀溶液中提取浓缩重金属离子，单一重金属离子吸附可行，如果存在其它阳离子，再生后纯度不高，且树脂不易经常再生，树脂破裂量大、树脂在吸附-清洗-再生时的体积变化大，导致离子过早穿漏。由于目前的装置在运行过程中不能实现精确自动监控吸附-清洗-再生过程，因此再生剂消耗量大，对于进水离子浓度变化的不能用。
发明内容：
本发明目的：旨在利用新型的SI系列高选择性无机骨架离子交换树脂的特点，以结构简单的固定床离子交换柱为基础，根据水溶液中不同金属离子的特点和浓度变化范围，采用不同的在线监测手段监测重金属离子的在吸附-清洗-再生过程中离子浓度的变化，解决目前在水溶液中各种贵重、有害重金属的富集、分离、提纯的过程出现的现有上述背景技术中出现的各种问题。为环保、冶金、化工、金属加工等领域的含重金属水溶液/工业废水的无害化处理、并回收有用资源提供新的适用技术和装置。
这种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的的装置，由充填着树脂的固定床离子交换柱1、在固定床离子交换柱的两端通过法兰机构连接着交换柱上接头1-1、交换柱下接头1-21、并在固定床离子交换柱1腔体内设有两截分别经上下柱体口伸出的上输液管1-6和下输液管1-7组成，其特征在于：所述的固定床离子交换柱1的内腔管体上设有阻碍板1-3，在交换柱上接头1-11和交换柱下接头1-21内分设着出水挡板1-8和下挡水板1-9；并在固定床离子交换柱1的上、下接头向外伸出的管体上分别设置着一组电导率检测探头2-1、2-1′和PH检测探头3-1、3-1′，同时又在上部的输液管体上还设有一光电感应探头4-1；此外又在所述上输液管1-6的末端部位的管体上设置着出酸阀6、出水阀7和阀5，在下输液管1-7的末端部位的管体上设置着进酸阀8、进水阀9和原液进入阀10。
所述的固定床离子交换柱1与离子交换柱上接头1-1、离子交换柱下接头1-2由法兰连接，该连接处的内腔各设有排水帽1-4。
这种采用SI系列无机骨架离子交换树脂；从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法是：
1、在系统运行时，将需要进行处理的稀溶液从原液阀10进入树脂体内腔，并同时打开阀6，此时设于固定离子交换柱1上下部的下输液管1-7上的电导率检测探头2-1′和PH检测探头3-1′测得数据。
2、当原液进入柱上部后，柱腔内下部未全部饱和，此时设于固定离子交换柱1上部的上输液管1-6上的电导率检测探头2-1测得的电导率数据升高，检测探头3-1测得的PH值数据逐渐变小。
3、当柱内树脂要饱和时，此时设于固定离子交换柱1上部的上输液管1-6上的光电感应器4-1检测到光的穿透率降低，此时对比上下两电导率值、PH值，当后二者接近后，系统自动停止进原液；并根据不同颜色的目标重金属离子采用不同的单色光源。
4、而后，打开系统打开进水阀9、出水阀7，对腔内系统进行自动清洗，当洗至PH、电导率到设定值后，系统停止冲洗。
5、接着打开系统中的进酸阀8、出酸阀6，在系统内进行再生，当运行到光电感应探头4-1不能感到颜色后，再生过程自动停止。
6、最后打开系统中的进水阀9、出水阀7，对腔体内系统进行自动清洗，当洗至PH、电导率到可析出金属盐值后，系统停止冲洗。
混合废水采取逐步分离的方法，依照铁、铜、镍、锌、铬的顺序依次将它们从稀溶液中分离出来。
铁的分离过程是：先通过SI-P树脂柱除铁，除铁后溶液中的Fe3+含量低于0.1mg/l，柱子饱和后用本系统产生的去离子水清洗后用25％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出游离硫酸后得到浓度为145克/升的硫酸铁溶液，除铁柱饱和后的清洗水返回酸溶池；进一步浓缩结晶后得到纯度超过99％的硫酸铁固体。
铜的分离是：将除铁后的混合电镀废水进入储槽后，用4％的氢氧化钠调节PH为2-3后通过SI-3树脂柱除铜，除铜后的溶液中Cu2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为75克/升的硫酸铜溶液，饱和柱清洗水返回酸溶池(15)；进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的CuSO4·5H2O。
镍的分离过程是：将除铜后混合电镀废水进入储槽，用4％的氢氧化钠调节PH为4-5后通过SI-2树脂柱腔内除镍，除镍后的溶液中Ni2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为66克/升的硫酸铜溶液，进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的NiSO4·7H2O，饱和柱清洗水返回酸溶池(15)。调节PH值时产生的Cr(OH)3沉淀经过滤清洗后保存。
每天可得48公斤NiSO4·7H2O或将溶液浓缩到含硫酸镍260克/升以上用于生产电解镍，可得10公斤电解镍/天。饱和柱清洗水返回酸溶池(15)。调节PH值时产生的Cr(OH)3沉淀经过滤清洗后保存。
锌的分离过程是：除镍后溶液进入储槽，用4％的氢氧化钠调节PH为5-6后通过SI-1树脂柱除锌，除锌后的溶液中Zn2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用15％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为50克/升的硫酸锌溶液，进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的ZnSO4·7H2O；。饱和柱清洗水返回酸溶池(15)。
铬的分离过程是：将除锌后溶液进入储槽，通过SI-2树脂柱除去三价铬，除三价铬后的溶液中Cr3+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中其他离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液用分离镍和分离锌时饱和柱清洗水得到的Cr(OH)3中和，得到120克/升左右的碱式硫酸铬溶液。进一步浓缩结晶后得到Cr2O3超过19％的Cr(OH)SO4。
采用上述方法分离含有贵金属的稀溶液，有益效果：不仅可以使再生液的消耗降低2/3以上、再生液中目标重金属离子的浓度提高2倍以上，使处理后目标离子在水中的浓度降低到0.1PPM以下、再生次数可达6次/天以上，树脂更换周期长达6000个循环以上，可以从混合金属离子废水/水溶液中得到高纯度的单一金属的盐。
附图说明
附图1为本发明装置得主体结构示意图；
附图2为本发明装置的工作状态示意图；
附图3为图2的右侧视图。
图中：1-固定床离子交换柱1-1、出水挡板1-2、阻隔板1-3、层流平稳垫1-4、排水帽1-5、下挡水板2-电导率探头3-PH探头4-光电感应器5-PH探头6-电导率探头7-阀门8-进酸阀9-出酸阀10-出水阀11-进水阀12-进原液阀
具体实施方式
(四)具体实施例：按本发明内容组装五套装置，采用双柱，单个交换柱尺寸为Φ600×1500毫米，用于处理如下废水并回收金属：三价铬13.8mg/l、铜15.34mg/l、镍34.5mg/l、锌142.6mg/l、铁6.1mg/l、PH1.1。处理量300立方米/天。
据发明人操作表明：
每天可产5.75公斤硫酸铁固体(100％计)。
每天可产16.5公斤或将溶液浓缩到含硫酸铜150克/升用于生产电解铜，可得4.3公斤电解铜/天。
每天可得48公斤NiSO4·7H2O或将溶液浓缩到含硫酸镍260克/升以上用于生产电解镍，可得10公斤电解镍/天。
每天可产177公斤或将溶液浓缩到含硫酸锌173克/升以上用于生产电解锌，可得40公斤电解锌/天。
每天进一步浓缩结晶后可获得28公斤Cr2O3超过19％的Cr(OH)SO4。
Claims (9)
1.一种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的装置，由充填着树脂的固定床离子交换柱(1)、在固定床离子交换柱的两端通过法兰机构连接着交换柱上接头(1-1)、交换柱下接头(1-21)、并在固定床离子交换柱(1)腔体内设有两截分别经上下柱体口伸出的上输液管(1-6)和下输液管(1-7)组成，其特征在于：所述的固定床离子交换柱(1)的内腔管体上设有阻碍板(1-3)，在交换柱上接头(1-11)和交换柱下接头(1-21)内分设着出水挡板(1-8)和下挡水板(1-9)；并在固定床离子交换柱(1)的上、下接头向外伸出的管体上分别设置着一组电导率检测探头(2-1、2-1′)和PH检测探头(3-1、3-1′)，同时又在上部的输液管体上还设有一光电感应探头(4-1)；此外又在所述上输液管(1-6)的末端部位的管体上设置着出酸阀(6)、出水阀(7)和阀(5)，在下输液管(1-7)的末端部位的管体上设置着进酸阀(8)、进水阀(9)和原液进入阀(10)。
2.如权利要求1所述的一种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的装置，所述的固定床离子交换柱(1)与离子交换柱上接头(1-1)、离子交换柱下接头(1-2)由法兰连接，该连接处的内腔各设有排水帽(1-4)。
3.一种从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法是：其特征是：采用SI系列无机骨架离子交换树脂对含有贵重金属的稀溶液进行分离；并且其分离过程如下：
A、在系统运行时，将需要进行处理的稀溶液从原液阀10进入树脂体内腔，并同时打开阀6，此时设于固定离子交换柱1上下部的下输液管1-7上的电导率检测探头2-1′和PH检测探头3-1′测得数据；
B、当原液进入柱上部后，柱腔内下部未全部饱和，此时设于固定离子交换柱1上部的上输液管1-6上的电导率检测探头2-1测得的电导率数据升高，检测探头3-1测得的PH值数据逐渐变小；
C、当柱内树脂要饱和时，此时设于固定离子交换柱1上部的上输液管1-6上的光电感应器4-1检测到光的穿透率降低，此时对比上下两电导率值、PH值，当后二者接近后，系统自动停止进原液；并根据不同颜色的目标重金属离子采用不同的单色光源；
D、而后，打开系统打开进水阀9、出水阀7，对腔内系统进行自动清洗，当洗至PH、电导率到设定值后，系统停止冲洗；
E、接着打开系统中的进酸阀8、出酸阀6，在系统内进行再生，当运行到光电感应探头4-1不能感到颜色后，再生过程自动停止。
F、最后打开系统中的进水阀9、出水阀7，对腔体内系统进行自动清洗，当洗至PH、电导率到可析出金属盐值后，系统停止冲洗。
4.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：混合废水采取逐步分离的方法，依照铁、铜、镍、锌、铬的顺序依次将它们从稀溶液中分离出来。
5.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：铁的分离过程是：先通过SI-P树脂柱除铁，除铁后溶液中的Fe3+含量低于0.1mg/l，柱子饱和后用本系统产生的去离子水清洗后用25％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出游离硫酸后得到浓度为145克/升的硫酸铁溶液，除铁柱饱和后的清洗水返回酸溶池；进一步浓缩结晶后得到纯度超过99％的硫酸铁固体。
6.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：铜的分离是：将除铁后的混合电镀废水进入储槽后，用4％的氢氧化钠调节PH为2-3后通过SI-3树脂柱除铜，除铜后的溶液中Cu2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为75克/升的硫酸铜溶液，饱和柱清洗水返回酸溶池(15)；进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的CuSO4·5H2O。
7.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：镍的分离过程是：将除铜后混合电镀废水进入储槽，用4％的氢氧化钠调节PH为4-5后通过SI-2树脂柱腔内除镍，除镍后的溶液中Ni2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为66克/升的硫酸铜溶液，进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的NiSO4·7H2O，饱和柱清洗水返回酸溶池(15)。
8.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：锌的分离过程是：除镍后溶液进入储槽，用4％的氢氧化钠调节PH为5-6后通过SI-1树脂柱除锌，除锌后的溶液中Zn2+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中各离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用15％的硫酸再生，再生液经渗析器分离出大部分游离硫酸后得到浓度为50克/升的硫酸锌溶液，进一步浓缩结晶后得到纯度超过96％的ZnSO4·7H2O；饱和柱清洗水返回酸溶池。
9.如权利要求3所述的从混合离子稀溶液中提取贵重金属的方法，其特征在于：铬的分离过程是：将除锌后溶液进入储槽，通过SI-2树脂柱除去三价铬，除三价铬后的溶液中Cr3+的浓度低于0.1mg/l，柱子饱和后用3-6倍柱体积的去离子水清洗饱和柱，最终水洗控制水中其他离子的含量在0.1-0.5mg/l，然后用20％的硫酸再生，再生液用分离镍和分离锌时饱和柱清洗水得到的Cr(OH)3中和，得到120克/升左右的碱式硫酸铬溶液；进一步浓缩结晶后得到Cr2O3超过19％的Cr(OH)SO4。
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| CN101974688A (zh) * | 2010-10-19 | 2011-02-16 | 东北大学 | 由多组分溶液中分离铬离子和铁离子的方法 |
| RU2523469C1 (ru) * | 2013-01-23 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" | Способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью |
| CN105731593A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 陶氏环球技术有限公司 | 从溶液中去除汞的方法 |
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2007
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