CN101476038A - 一种管式净化方法及管式净化槽 - Google Patents

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Abstract

一种管式净化方法，待除杂溶液是在不可逆流经管式净化槽的过程中完成设定的净化过程。所述的待除杂溶液，是含有至少一种颗粒状溶质的溶液；所述的管式净化槽，包括一个盛满液态介质的腔室、浸没于液态介质中的至少一个超声波波源装置和至少一个盛满待除杂溶液的盘管式装置；所述的净化过程，是指待除杂溶液在不可逆流动过程中受到有效的超声波隔离照射的过程。

Description

一种管式净化方法及管式净化槽
所属技术领域
本发明涉及一种去除溶液中离子杂质的净化方法及装置，尤其是用锌粉作还原剂条件下去除硫酸锌溶液中铜、镉、钴、镍杂质的管式净化方法及管式净化槽，属净化技术领域。
背景技术
通称中上清的浸出锌矿粉产出的硫酸锌溶液，包含铜、镉、钴、镍等多种离子杂质。目前通用的连续净化工艺，是以锌粉作为还原剂，采用槽式净化方法实现除杂目的。通用的槽式净化方法，采用多个槽式净化槽串联，通过控制各净化槽的液温、净化时间、锌粉等添加剂用量和机械搅拌参数来去除铜、镉、钴、镍等离子杂质。这种槽式净化方法，在湿法锌冶金行业已有几十年的生产应用历史，冶金学者和工程师们作了大量研究，也一直没有找到一种突破性的工程化解决方案。槽式净化方法存在的问题包括：1)槽子容积大(80-145m3)，槽子数量多(9-10个)，净化流程长，能耗较高。2)依靠机械搅拌形成的水力去除锌粉表面的新生包层，效力很低，净化效率低下。3)去除钴、镍离子杂质需要较高液温(85-95℃)，采用蒸汽直接加热槽内溶液，导致蒸发加剧，溶液体积失衡，蒸发水汽出槽又带出大量有害气体，造成环境污染。4)锌粉置换产生的渣型晶粒易于滞留槽内，并大量复溶，导致锌粉消耗增加。5)净化工艺不能柔性调整，不能适应中上清离子杂质浓度大幅升高的变化，对上游配料工序操作要求苛刻，进而对锌矿粉原料杂质成分要求控制严格。随着锌矿粉原料趋向贫化，原料含杂趋向升高，槽式净化方法的缺陷，日益显现成为中上清净化的技术瓶颈。因此，很有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有超声净化方法的不足提出一种能适应大型流程工业净化需求，可靠性、通用性和经济性较好的管式超声净化方法及其装置和用途。
本发明的发明目的是通过下述技术方案实现的。本发明人完成的大量试验证实：1)一定声场的超声波可以在某些液态介质和固态介质中高效传递。采用超声波隔离照射不锈钢管内的硫酸锌溶液(含有锌粉等添加剂)，获得了快速去除铜、镉、钴、镍等离子杂质的效果。2)超声波在液态介质和固态介质中的传递过程，是超声波能量随穿透路程延长而趋向衰减的过程。根据上述试验结果，本发明旨在提出一种可靠性、通用性和经济性较好的管式净化方法及管式净化槽。因此，本发明的技术方案是：一种管式净化方法，其特征是：待除杂溶液是在管式净化槽内，采用不可逆流动的方式流经管式净化槽，并在溶液流经管式净化槽的过程中采用超声波隔离照射待除杂溶液的方法，完成设定的净化过程。其中：
所述的待除杂溶液，是含有至少一种颗粒状溶质的溶液；所述的溶液可以是硫酸锌溶液，所述的颗粒状溶质可以是锌粉溶质。
所述的不可逆流动的方式，为待除杂溶液在管式装置内是单向流动的。
所述的管式净化槽，包括一个盛满液态介质的腔室，在腔室的液态介质中浸没设有超声波波源装置和盛满待除杂溶液的管式装置。
所述的净化过程，是指待除杂溶液在不可逆流动过程中受到有效的超声波隔离照射的过程，所述的有效的超声波隔离照射的过程，是指超声空化泡对待除杂溶液、尤其是待除杂溶液中的溶质颗粒(如锌粉)表面发生有效撞击的过程。
所述的腔室，包括敞口腔室和密闭腔室。
所述的超声波波源装置，至少可以发射出波源频率15-28kHz、波源声强0.5-50w/cm2的超声波声场。
所述的管式装置，是具有至少一个待除杂溶液进口和至少一个除杂后溶液出口，且可以是一个以上同心圆螺旋盘管的管道装置，所述的同心圆螺旋盘管的相邻两个螺旋盘管的连通方式为圆滑过渡连接，且所有同心圆螺旋盘管内的待除杂溶液具有相同的流动走向(或为顺时针走向，或为逆时针走向)，所述的螺旋盘管可以是空置的，也可以设有至少一段静态混合管，所述的螺旋盘管的材质至少可以是硅基材料、工程塑料和不锈钢材料；也可以是具有一定长度的直管装置或多层叠加的板式装置。
所述的液态介质，可以是水基介质或有机溶液或无机溶液。
根据所述的管式净化方法提出的一种管式净化槽，包括一个盛满液态介质的腔室，在盛有液态介质的腔室中浸没设有超声波波源装置和盛满待除杂溶液的管式装置。所述的盛满待除杂溶液的管式装置可以是一个以上盘管式装置，还可以是具有一定长度的直管装置，还可以是多层叠加的板式装置。
本发明的技术原理是：待除杂溶液以一定流速进入管式净化槽。在管式净化槽内，待除杂溶液在浸没于液态介质中的管式装置内不可逆流动；浸没于液态介质中的超声波波源装置发射的超声波，经液态介质传导穿透管式装置的管壁，对管式装置内的待除杂溶液施加超声振动和(或)超声空化作用，产生大量超声空化泡撞击颗粒溶质(如锌粉)，高效去除颗粒溶质表面的新生包层，从而加速溶质与溶液的物理化学反应。对待除杂溶液设定的净化过程，是在超声波隔离照射下，在管式装置内的不可逆流动的过程中完成的。
本发明的优点是：1)净化槽容积减少80％，净化槽数量减少70％，净化流程大幅缩短，净化能耗降低70％。2)用超声空化泡撞击取代槽式净化过程中的机械搅拌，显著强化去除锌粉表面新生包层的效力，锌粉置换反应速率加快，净化效率大幅提高。3)去除钴、镍离子杂质需要的较高液温，无须采用蒸汽直接加热溶液，有效解决溶液体积失衡的问题，消除蒸发水汽造成的环境污染。4)锌粉置换产生的渣型晶粒无法滞留管式装置内，有效消除渣型晶粒复溶隐患。5)可根据中上清离子杂质浓度变化柔性调整管式净化槽数量，大幅拓宽了锌矿粉原料范围。
附图说明
图1，为本发明方法的一个实施例。
图2，为本发明方法的另一个实施例。
图3，为本发明方法的另一个实施例。
图1中，1、管式净化槽；2、腔室；3、液态介质；4、水基介质；5、管式装置；6、螺旋盘管；7、管壁；8、螺旋盘管A；9、螺旋盘管B；10、超声波波源装置；11、待除杂溶液；12、待除杂溶液进口；13、除杂后溶液；14、除杂后溶液出口；15、敞口腔室；16、静态混合管。
图2中，17、超声波波源装置；18、密闭腔室。
图3中，19、多层叠加板式装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不局限于实施例所描述的范围。
实施例一
通过图1可以看出，本发明为一种管式净化方法。所述的管式净化方法，待除杂溶液11是在不可逆流经管式净化槽1的过程中完成设定的净化过程。待除杂溶液11是含有至少一种颗粒状溶质的溶液，所述的溶液可以是硫酸锌溶液12，所述的颗粒状溶质可以是锌粉溶质。管式净化槽1包括一个盛满液态介质3的腔室2、浸没于液态介质3中的至少一个超声波波源装置10和浸没于液态介质3中的至少一个盛满待除杂溶液11的管式装置5。净化过程是指待除杂溶液11在不可逆流动过程中受到有效的超声波隔离照射的过程，所述的有效的超声波隔离照射的过程，是指超声空化泡对待除杂溶液11、尤其是待除杂溶液中的溶质颗粒(如锌粉)表而发生有效撞击的过程。腔室2包括敞口腔室15和密闭腔室18。超声波波源装置10至少可以发射出波源频率15-28kHz、波源声强0.5-50w/cm2的超声波声场。管式装置5是具有至少一个待除杂溶液进口12和至少一个除杂后溶液出口14、且具有一个以上同心圆螺旋盘管6的管道装置，所述的同心圆螺旋盘管6的相邻两个螺旋盘管A8和螺旋盘管B9的连通方式为圆滑过渡连接，且所有同心圆螺旋盘管6内的待除杂溶液11具有相同的流动走向(或为顺时针走向，或为逆时针走向)，所述的螺旋盘管6可以是空置的，也可以设有至少一段静态混合管16，所述的螺旋盘管6的材质可以是硅基材料、工程塑料和不锈钢材料。液态介质3可以是水基介质4。
根据所述的管式净化方法提出的一种管式净化槽1，包括一个盛满液态介质3的腔室2，在盛有液态介质3的腔室2中浸没设有超声波波源装置10和盛满待除杂溶液11的管式装置5。所述的盛满待除杂溶液11的管式装置5可以是一个以上螺旋盘管装置6。
本发明的技术原理是：待除杂溶液11以一定流速进入管式净化槽1。在管式净化槽1内，待除杂溶液11在浸没于液态介质3中的管式装置5内不可逆流动；浸没于液态介质3中的超声波波源装置10发射的超声波，经液态介质3传导穿透管式装置5的管壁7，对管式装置5内的待除杂溶液11施加超声振动和(或)超声空化作用，产生大量超声空化泡撞击颗粒溶质(如锌粉)，高效去除颗粒溶质表面的新生包层，从而加速溶质与溶液的物理化学反应。对待除杂溶液11设定的净化过程，是在超声波隔离照射下，在管式装置5内的不可逆流动的过程中完成的。
实施例二
实施例二为本发明用于湿法锌冶金硫酸锌溶液净化的实施例。其结构如图1所示，从图1可以看出，本实施例二与实施例一的技术原理是一样的。管式净化槽1的腔室2为敞口腔室15。根据杂质含量添加了锌粉等添加剂的待除杂的硫酸锌溶液，以设定的流速进入管式净化槽1，在不可逆流经管式装置5的过程中，经静态混合装置16高效混合，锌粉处于均匀分布状态，并受到波源频率20kHz、波源声强4w/cm2的超声波隔离照射，锌粉快速置换待除杂的硫酸锌溶液中的离子杂质，产出除杂后的硫酸锌溶液。当设定的净化过程是用于去除硫酸锌溶液中的铜离子杂质时，液态介质3的液温设定为75-85℃，超声照射时间设定为2-6分钟；当设定的净化过程是用于去除硫酸锌溶液中的钴镍离子杂质时，液态介质3的液温设定为75-85℃，超声照射时间设定为4-24分钟；当设定的净化过程是用于去除硫酸锌溶液中的镉离子杂质时，液态介质3的液温设定为55-65℃，超声照射时间设定为2-6分钟。按照上述管式净化方法设定的净化工艺，可以分别产出高品位铜渣、高品位钴镍渣和高品位镉渣。
本发明的优点是：管式净化槽与槽式净化槽相比，设备体积大幅减小，净化效率大幅提高，且设备结构极其简单，制造与维修成本大幅降低。
实施例三
图2为本发明的另一个实施例。从图2可以看出，本发明是具有两个超声波波源装置的管式净化槽。本实施例三与实施例一和实施例二的技术原理是一样的。只是所述的待除杂溶液11在不可逆流经的管式装置5为直管装置；所述的直管装置为一根总管进入管式净化槽1，再分为一根以上的支管流经超声波波源装置10和17所照射的区域，超声波波源装置10和17为内和外两层超声波波源装置，形成多层叠合的超声波发射波源；在流经超声波波源装置10和17的区域过程中，受到波源频率15kHz、波源声强4w/cm2的超声波波源装置17发射的超声波隔离照射；待除杂溶液11在不可逆流经直管装置的过程中，受到波源频率20kHz、波源声强2w/cm2的超声波波源装置10发射的超声波隔离照射。设置不同超声波声场的超声波照射，可以显著改善超声净化的效果。
实施例四
图3为本发明的另一个实施例。从图3可以看出，本发明是具有两个超声波波源装置的多层板式净化槽。本实施例四与实施例三、实施例二和实施例一的技术原理是一样的。只是所述的待除杂溶液11在不可逆流经的管式装置5为多层叠加的板式装置19；待除杂溶液11在不可逆流经多层板式净化槽的过程中，受到波源频率15kHz、波源声强4w/cm2的超声波波源装置17发射的超声波隔离照射；待除杂溶液11在不可逆流经多层板式净化槽的过程中，受到波源频率20kHz、波源声强2w/cm2的超声波波源装置10发射的超声波隔离照射。设置不同超声波声场的超声波照射，可以显著改善超声净化的效果。

Claims (10)

1、一种管式净化方法，其特征在于：待除杂溶液是在管式净化槽内，采用不可逆流动的方式流经管式净化槽，并在溶液流经管式净化槽的过程中采用超声波隔离照射待除杂溶液的方法，完成设定的净化过程。
2、如权利要求1所述的管式净化方法，其特征在于：所述的待除杂溶液，是含有至少一种颗粒状溶质的溶液；所述的溶液可以是硫酸锌溶液，所述的颗粒状溶质可以是锌粉溶质；所述的不可逆流动的方式，为待除杂溶液在管式装置内是单向流动的。
3、如权利要求1所述的管式净化方法，其特征在于：所述的净化过程是指待除杂溶液在不可逆流动过程中受到有效的超声波隔离照射的过程，所述的有效的超声波隔离照射的过程，是指超声空化泡对待除杂溶液、尤其是待除杂溶液中的溶质颗粒表面发生有效撞击的过程。
4、如权利要求1所述的管式净化方法，其特征在于：所述的管式净化槽，包括一个盛满液态介质的腔室，在腔室的液态介质中浸没设有超声波波源装置和盛满待除杂溶液的管式装置；所述的腔室，包括敞口腔室和密闭腔室。
5、如权利要求4所述的管式净化方法，其特征在于：所述的管式装置，是具有至少一个待除杂溶液进口和至少一个除杂后溶液出口，且可以是一个以上同心圆螺旋盘管的管道装置，所述的同心圆螺旋盘管的相邻两个螺旋盘管的连通方式为圆滑过渡连接，且所有同心圆螺旋盘管内的待除杂溶液具有相同的流动走向，或为顺时针走向或为逆时针走向。
6、如权利要求4所述的管式净化方法，其特征在于：所述的管式装置是具有一定长度的直管装置或多层叠加的板式装置。
7、如权利要求1所述的管式净化方法，其特征在于：所述的超声波波源装置，至少可以发射出波源频率15-28kHz、波源声强0.5-50w/cm2的超声波声场。
8、一种管式净化槽，其特征在于：包括一个盛满液态介质的腔室，在盛有液态介质的腔室中浸没设有超声波波源装置和盛满待除杂溶液的管式装置。
9、如权利要求8所述的管式净化槽，其特征在于：所述的管式装置是螺旋盘管。
10、如权利要求8所述的管式净化槽，其特征在于：所述的管式装置是直管装置或多层叠加的板式装置。
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