CN101352671A - 一种反应及固液分离一体化装置 - Google Patents

Abstract

一种反应及固液分离一体化装置，本发明是在长期从事钨钼分离及液固多相反应研究的基础上，开发的，可用于离子交换、吸附、沉淀、结晶、置换等多种液固多相反应过程。并首次将其成功地应用于从钨酸盐溶液中分离回收钨或钼。所述的装置包括上盖、底部、筒体。搅拌桨由轴密封结构固定在上盖的中央，搅拌桨在筒体内；所述的底部包括一凹形外壳、微孔过滤板、出液口，在凹形外壳之顶端安装有由疏水材料制成的微孔过滤板，凹形外壳底端设有出液口；所述的上盖上设有连接空气压缩机的空气进口。本发明可极大减少固液分离时，固相损失或液相体系含有价值较高的物质的损失。

Description

一种反应及固液分离一体化装置

技术领域

本发明涉及在反应及固液分离一体化装置，用于离子交换树脂或其它吸附剂、沉淀剂完成从溶液中提取、富集、分离各种离子的作业。

背景技术

离子交换从溶液中提取、富集、分离各种离子的方法是一种固液多相反应体系。

实现离子交换作业的设备大体可以分为固定床、移动床、流化床及搅拌床四大类。固定床中树脂层高可以有很大差别，其中树脂层高小于1m的称为浅床；移动床的基本特点是呈密实填充状的树脂在环形柱内或由两柱以上的串联柱间进行转移；流化床的基本特征是借助流体作用使树脂相互脱离接触、呈流态化状态，树脂颗粒在溶液中作上下运动。搅拌床是采用空气或机械搅拌的槽式反应容器，其高径比根据反应槽的结构有较大的变化范围，这类设备多采用多台串联方式用于直接从矿浆中提取有价金属铀或金。无论哪一种搅拌床，均是用空气提升的方法，将树脂从反应槽中提升至槽的上部、依靠重力或筛分作用在槽内或槽外实现树脂(固相)与溶液相的分离。

离子交换法是水处理的基本方法，但在治金、环保等领域中也有广泛的用途，在钨湿法冶炼工艺中，用离子交换树脂从钨酸盐溶液中选择性分离硫代钼酸盐是一种成熟有效的方法，按其实施方式有两步单柱法：一步串柱法；密实移动床一流化床连续交换法。前两种方法均采用固定床设备。

为了避免氧化解析硫代钼酸盐时，温升过高烧坏树脂的危险，使用固定床时必需降低树脂床层高度，采用上行法使树脂层呈半流化状态，从而使柱的利用率降低。

从钨酸盐溶液中除钼还可以采用沉淀法。酸化沉淀法释放出有毒的硫化氢气体。铜盐沉淀法如加铜量过多，则APT产品中铜含量超标，减少加铜量除钼又不彻底，为此在铜盐沉淀后增加一个离子交换柱，用离子交换实现深度除钼。但铜盐法产生的沉淀又需专门安排一条工艺路线从中分离回收钨、钼、铜。

发明内容

发明是在长期从事钨钼分离及液固多相反应研究的基础上，开发的，可用于离子交换、吸附、沉淀、结晶、置换等多种液固多相反应过程。并首次将其成功地应用于从钨酸盐溶液中分离回收钨或钼。

本发明的目的旨在提供一种反应及固液分离一体化装置，可极大减少固液分离时，固相损失或液相体系含有价值较高的物质的损失。

本发明的目的实现方式之一为：所述的装置包括上盖、底部、筒体

搅拌浆由轴密封结构固定在上盖的中央，搅拌浆在筒体内；所述的底部包括一凹形外壳、微孔过滤板、出液口，在凹形外壳之顶端安装有由疏水材料制成的微孔过滤板，凹形外壳底端设有出液口；所述的上盖上设有连接空气压缩机的空气进口。

本发明的目的实现方式之二为：所述的装置包括上盖、底部、筒体，搅拌浆由轴密封结构固定在上盖的中央，搅拌浆在筒体内；所述的底部包括一凹形外壳、微孔过滤板、出液口，在凹形外壳之顶端安装有由疏水材料制成的微孔过滤板，凹形外壳底端设有连接有抽真空装置或压空管道出液口。

通过本发明的以上装置，在进行诸如离子交换反应的过程中，由于巧妙地使用了疏水材料，在常压反应过程中，溶液不能透过微孔滤板，而当反应完成，需要进行固液分离时，通过抽真空装置或空气压缩机在筒体内形成压差，使液体通过微孔过滤板，而固体被截留，从而进行高效且固相不损失的固液分离。

本发明装置，使用过程或一段时间后，如果由于处理溶液污染，使微孔过滤板的疏水性降低，则可开启空气压缩机通过出液口，用空气或热空气反吹的方式恢复其疏水性能，严重时，可用清水洗净后用少许有机溶液清洗一次即可。

以上装置微孔过滤板与底部的凹形外壳之间留有狭小空间作为滤液的通道。

微孔过滤板通过密封圈紧密镶嵌在装置的凹形底部的顶端。

也可以在微孔过滤板上覆盖有孔径小于微孔过滤板的微孔的微滤膜。

所述的底部与筒体为可开启连接。可快速开启或闭合，闭合状态下筒体变成一个平底反应器。

本发明使用疏水材料制造的微孔过滤板，疏水材料可以是固体高分子有机化合物，或者是用有机高分子液体进行表面改性的金属烧结毡。其表面平均孔径小于10μ，最好5μ。简单情况下可在平均孔径大于10μ的过滤板上覆盖一层平均孔径大于1μ的微滤膜构成。

本发明装置的滤板是借助密封圈紧密镶嵌在凹形底部外壳的顶端，与底部外壳形成一个整体，而滤板与底部外壳之间留有一狭小的空间作为滤液的通道。大型装置的滤板下还焊有金属支撑筋。这种带滤板的整体底部与筒体借助具快开功能的装置紧密连接成一个整体。

根据装置的大小，其筒体部分可以为直筒形状，也可采用下部为锥体的形状；搅拌方式除采用机械搅拌外，也可采用气体搅拌。或者当固相量较多时，采用筒体回转式的方式混合。筒体的高径比可根据实际应用需要进行调整。

对于需加热或冷却的体系，筒体部分可设计夹套。

装置的出液口，通过法兰连接阀或三通装置。在进行反应作业时，阀门关闭，进行液-固分离作业时打开出液阀门。通过三通或在底部另开的下口可以连接真空系统或压空系统。

本发明具有如下操作特点：

1.由于微孔过滤板由疏水材料制造，平均孔径又很小，因此进行常压反应作业时，液相不能通过滤板。

2.反应完毕，需进行固液分离时，可从上部通入压缩空气，在压力小于1kg的情况下，使液相部分快速通过滤板与固相分离。或者从装置的下部抽真空，在真空度约650mmHg柱情况下实现液固分离。

3.使用过程或一段时间后，如果由于处理溶液污染，使滤板的疏水性降低，则可用空气或热空气反吹的方法恢复其疏水性能，严重时，可用清水洗净后用少许有机溶液清洗一次即可。

4.本发明装置特别适用于用常规手段实现固液分离时，易造成固相损失或液相体系含有价值较高的物质时的固液分离。

5.本发明装置可以单台使用，也可多台串联使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图1、图2中A为压缩空气。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。本发明可以按发明内容所述的任一方式实施

实施例1

本实施例的装置，包括上盖7、底部2、筒体8，搅拌浆5由轴密封结构固定在上盖7的中央，搅拌浆在筒体内；所述的底部2包括一凹形外壳9、微孔过滤板1、出液口4，在凹形外壳之顶端覆盖安装有由疏水材料制成的微孔过滤板1，凹形外壳底端设有出液口4；所述的上盖7上设有连接空气压缩机的空气进口6。

在出液口4处连接有真空管道或压空管道用于微孔过滤板1恢复疏水性能。使用过程或一段时间后，如果由于处理溶液污染，使微孔过滤板的疏水性降低，则可开启空气压缩机通过出液口，用空气或热空气反吹的方式恢复其疏水性能，严重时，可用清水洗净后用少许有机溶液清洗一次即可。

而微孔过滤板1与底部外壳2之间留有一狭小的空间作为滤液的通道3。

必要时微孔过滤板1上还可覆盖孔径小于微孔过滤板的微孔的微滤膜。

实施例2

本实施例的装置，包括上盖7、底部2、筒体8，搅拌浆5由轴密封结构固定在上盖7的中央，搅拌浆在筒体内；所述的底部包括一凹形外壳9、微孔过滤板1、出液口4，在凹形外壳之顶端覆盖安装有由疏水材料制成的微孔过滤板1，凹形外壳底端设有连接有抽真空装置或压空管道出液口4。

微孔过滤板1通过密封圈紧密镶嵌在装置的凹形外壳9的上端。

所述的筒体8与底部2可开启连接，可快速开启或闭合，闭合状态下筒体变成一个平底反应器。开启底部，有利于整体清理，清洗。

应用实施例

例1 在装有含钨、钼酸性溶液的本发明装置加中入一种固体沉钨剂，溶液原始组成为WO₃ 3.32g/L，Mo 2.23g/L，P～15g/L，HCl 1.7mol/L，加温至70℃后，加入千分之三的沉钨剂，慢速搅拌20分钟，再陈化240分钟，然后通入压缩空气过滤，之后用少量水搅拌洗涤，压缩空气过滤后，启动本发明筒体底部的可开启连接设置，打开底部外壳2，沉淀落入预先放置的接受器中。分析滤液成分为WO₃0.216g/L，Mo 1.945g/L，P 14.71g/L，HCl 1.7mol/L。沉淀成分为WO₃ 48.75％，Mo5.72％。

例2  在装有含钨、钼酸性溶液的本发明装置中，加入粉状活性炭及例1之滤液。粉状炭加入量与溶液体积之比为10％，搅拌30分钟后，用水力喷射泵抽真空过滤，真空度650mmHg柱，滤液中WO₃浓度为0.0073g/L，Mo 0.171g/L，P13.50g/L，之后往装置中再加入1N NaOH。其加入量大约为原始溶液的1/10，搅拌20分钟，将活性炭吸付的WO₃，Mo解析下来再开启真空抽滤得到浓缩的钨、钼溶液。用少许水将活性炭洗至中性后，再开始下一轮作业。一般情况下，不需启动本发明筒体底部的可开启连接设置。

例3 利用本发明装置从钨酸盐溶液中用吸付沉淀法分离钼。本发明装置进行离子交换反应时，反应器内的状况相当于硫化床的状态，给反应创造了有利的动力学条件；停止搅拌加压排液时，又像是一个浅床交换过程，进一步发挥在树脂相中的钨、钼交换分离作用；多装置串联运行时，树脂相与溶液相的相对运动又像一个密实移动床内进行的过程，从而形成一种吸收了多种交换方式的优点的新型搅拌床。

用于分离钨钼时，钨酸盐溶液为钨酸钠溶液或者钨酸铵溶液，均事先将其中的钼酸盐转化为硫代钼酸盐。

3.1料液为(NH₄)₄ WO₄溶液WO₃ 151.44g/L Mo 5.654g/L Mo/WO₃＝3.7×10^-2用大孔强碱阴树脂搅拌2.5hr，溶液体积与湿树脂体积之比为5/1，反应完毕，抽真空，尔后依次进行洗涤解析作业，根据除钼滤液及洗水的分析数据进行计算，WO₃收率接近100％，除钼率为96.62％，Mo/WO₃降为0.12％。除钼液随后流经一套密实移动床流化床深度除Mo装置，得到的最终净化液中Mo/WO₃为3.45×10^-5，用于结晶制取产品APT。

3.2料液为Na₂WO₄溶液，含WO₃ 32.22g/L，含Mo 0.642g/L，Mo/WO₃ 1.99％，pH为8.1，用大孔强碱阴树脂搅拌3hr，干树脂重量与料液体积之比为2.5％，反应完毕用压力为1Kg的压缩空气将除钼液通过滤板分离出去，尔后进行洗涤解析再生作业，全部过程中树脂均留在反应装置中，除钼率97％，以除钼液及洗水计算之WO₃总收率为99.7％。

3.3料液为Na₂WO₄溶液，含WO₃ 110g/L，Mo 5.61g/L，Mo/WO₃为5.1×10^-2，pH＝9.1，用大孔弱碱阴树脂搅拌3hr，料液体积与湿树脂体积之比为5/1，按4.2例相同方式操作，得到的除钼液中钼含量降为0.6g/L，用1Kg压力将除钼液压入串联的第二个反应装置中，第二个装置中装有粉状活性炭，活性炭重量与除钼液体积之比为10％，搅拌30分钟，Mo/WO₃降为0.35×10^-4，用于直接结晶制取APT。

3.4  三个本发明装置并排放置，分别编为1、2、3号。每一“装置”中均装有粉状大孔弱碱性氯型阴离子交换树脂，尔后往1^#中注入pH值为9.4的钨酸铵溶液，其成分为WO₃ 213.86g/L，Mo 1.621g/L，其中钼酸盐事先已转变为硫代钼酸盐。干树脂重量与溶液体积之比为3.5％，搅拌2hr后，通入压缩空气，滤出液进入2^#装置，按同样方式运行2^#装置，1^#装置则开始依次进行洗涤，解析再生作业。2^#装置运行2hr后，同样用压缩空气将溶液滤出并送入3^#装置，2^#装置则开始洗涤解析再生作业，依此类推，2^#装置的除钼滤液压入3^#，3^#装置的除钼滤液为产品溶液。过程WO₃的总收率为99.81％，Mo/WO₃≈1×10^-4。

Claims (11)

1、一种反应及固液分离一体化装置，包括上盖(7)、底部(2)、筒体(8)，搅拌浆(5)由轴密封结构固定在上盖(7)的中央，搅拌浆在筒体内；其特征在于，所述的底部包括一凹形外壳(9)、微孔过滤板(1)、出液口(4)，在凹形外壳之顶端安装有由疏水材料制成的微孔过滤板(1)，凹形外壳底端设有出液口(4)；所述的上盖(7)上设有连接空气压缩机的空气进口(6)。

2、根据权利要求1所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)与底部(2)的凹形外壳之间留有狭小空间(3)作为滤液的通道。

3、根据权利要求2所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)通过密封圈紧密镶嵌在装置的凹形底部的顶端。

4、根据权利要求2所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)上覆盖有孔径小于微孔过滤板的微孔的微滤膜。

5、根据权利要求1-4任一项所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，所述的底部(2)与筒体(8)为可开启连接。

6、根据权利要求5所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，在出液口(4)处连接有真空管道或压空管道。

7、一种反应及固液分离一体化装置，包括上盖(7)、底部(2)、筒体(8)，搅拌浆(5)由轴密封结构固定在上盖(7)的中央，搅拌浆在筒体内；其特征在于，所述的底部包括一凹形外壳(9)、微孔过滤板(1)、出液口(4)，在凹形外壳之顶端安装有由疏水材料制成的微孔过滤板(1)，凹形外壳底端设有连接有抽真空装置或压空管道出液口(4)。

8、根据权利要求7所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)与底部(2)的凹形外壳之间留有狭小空间3作为滤液的通道。

9、根据权利要求8所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)通过密封圈紧密镶嵌在装置的凹形底部的顶端。

10、根据权利要求8所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，微孔过滤板(1)上覆盖有孔径小于微孔过滤板的微孔的微滤膜。

11、根据权利要求7-10任一项所述的一种反应及固液分离一体化装置，其特征在于，所述的底部(2)与筒体(8)为可开启连接。

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