CN107893243A - 一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置及脱除方法 - Google Patents
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Abstract
一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置，包括旋流电解罐、沉降槽和浆化槽，在旋流电解罐上设有进浆口和排气口；内部设有带孔的阴极筒，阴极筒外侧设有绝缘阻流板，下方通过与沉降槽相连；沉降槽通过溢流管与浆化槽连通；在浆化槽上设有搅拌机，下方通过砂浆泵和管道与进浆口相连。本发明还公开了一种旋流矿浆电解脱除重金属的方法，首先，将含有重金属的粉料和盐溶液浆化后由旋流矿浆电解罐的进浆口泵入，由排浆口返回浆化槽形成循环；然后，接通直流电源电解，重金属在阴极以粉状析出，进入阴极筒内部并通过绝缘导管进入沉降槽内沉降从而实现脱除功能。本发明结构简单，效率高，能耗低，搅拌强度大，能有效保证重金属的分离和脱除。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋流矿浆电解脱除重金属的方法，可应用于冶金及环保领域，进行粉料中重金属的脱除及水体中重金属的回收。
背景技术
矿浆电解技术在湿法冶金中已有工业应用，根据金属的氧化还原电位，充分利用电解系统的阳极氧化和阴极还原，将矿粉中金属的溶解、沉积在电解槽内同步完成并提纯，提高了设备和能源利用效率，矿粉在矿浆中悬浮普遍采用机械搅拌方式，使用隔膜将电解槽分隔为阴、阳极区，因隔膜的存在，造成搅拌效果差，阴、阳极区阳离子浓度差异较大，不利于反应的进行。
公告号CN203683697U和公布号CN104313650A分别介绍了不同的电解槽形式，主要在于搅拌和阴阳极的设计。
旋流电积技术在冶金、环保领域也有应用，主要解决浓差极化问题，用于低浓度阳离子在阴极上的沉积，公布号CN105696019A提出了一种旋流电积生产镍扣的装置及其电积方法，此为旋流电积技术的一种常规应用。
上述两种技术各有优点，其应用也有局限性，对于尾矿或重金属污染土壤等低含量重金属物料，利用矿浆电解技术可将重金属溶出，因搅拌强度不够，且重金属离子不能及时从电解液中脱除，导致效果差，目前尚无较好的电化学处理该类物料的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置及方法，以解决现有技术中的问题。
本发明通过如下方案实现：一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置，其特征在于：包括旋流电解罐、沉降槽和与旋流电解罐下端相连的浆化槽，在旋流电解罐罐壁上端切线方向设有进浆口，旋流电解罐上方设有排气口；在旋流电解罐内部设有带孔的阴极筒，阴极筒外侧设有绝缘阻流板，下方通过绝缘导管与沉降槽相连；沉降槽通过上方的溢流管与浆化槽连通；在浆化槽上设有搅拌机，在浆化槽下方通过砂浆泵和管道与进浆口相连；所述旋流电解罐和阴极筒分别通过导线与直流电源的正、负极相连。
进一步的：在排气口上设有气液分离阀，在绝缘导管上设有调节阀，在旋流电解罐下方设有矿浆调节阀，在砂浆泵与浆化槽之间设有截止阀。
进一步的：所述旋流矿浆电解罐采用导电惰性材料制作或内衬导电惰性材料；阴极筒采用导电惰性材料网或开孔薄板制作。
进一步的：所述的旋流矿浆电解罐的材料可以是钛或石墨；所述阴极筒材料可以是不锈钢或钛金属或石墨。
一种旋流矿浆电解脱除重金属的方法，采用如上所述的装置，包括如下步骤：
首先，将含有重金属的粉料和盐溶液投入浆化槽中，开动搅拌机搅拌形成浆化液，关闭调节阀，打开矿浆调节阀和截止阀，将矿浆由旋流矿浆电解罐上部沿罐体切线方向的进浆口泵入，由罐体底部的排浆口排出返回浆化槽形成循环；
然后，接通直流电源以罐体为阳极，阴极筒为阴极进行电解，重金属在阴极以粉状析出，打开调节阀，析出的重金属粉在浆液的带动下通过阴极筒上的孔进入阴极筒内部并通过绝缘导管进入沉降槽内沉降，重金属粉在底层沉降，上层浆化液通过溢流管返回浆化槽；
最后，将浆化液过滤，滤液返回浆化槽使用，滤出的粉料水洗净化后回收，重金属粉在沉降槽内累积并回收处理。
进一步的：电解析出的气体由电解罐顶部排气口排出。
进一步的：所述盐溶液为酸性，PH值小于5。
进一步的：当电解时的耗电量为理论耗电量的1.1~10倍时，进行浆化液过滤。
本发明的优点是：本发明装置结构简单，重金属脱除效率高。本发明的方法步骤少，效率高，能耗低，搅拌强度大，能有效保证重金属的分离和脱除。
附图说明
图1 旋流矿浆电解装置；
图2 旋流电解罐A向视图。
图中序号说明：1为直流电源、2为导线、3为旋流电解罐、4为气液分离阀、5为排气口、6为阴极筒、7为绝缘阻流板、8为进浆口、9为管道、10为绝缘导管、11为调节阀、12为矿浆调节阀、13为沉降槽、14为溢流管、15为浆化槽、16为搅拌机、17为截止阀、18为砂浆泵。
具体实施方式
实施例1
如图1－2所示为本发明一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置，包括旋流电解罐3、沉降槽13和与旋流电解罐下端相连的浆化槽15，在旋流电解罐罐壁上端切线方向设有进浆口8，旋流电解罐上方设有排气口5；在旋流电解罐内部设有带孔的阴极筒6，阴极筒外侧设有绝缘阻流板7，下方通过绝缘导管10与沉降槽相连；沉降槽通过上方的溢流管14与浆化槽连通；在浆化槽上设有搅拌机16，在浆化槽下方通过砂浆泵18和管道9与进浆口相连；所述旋流电解罐和阴极筒分别通过导线2与直流电源1的正、负极相连。
优选的：在排气口上设有气液分离阀4，在绝缘导管上设有调节阀11，在旋流电解罐下方设有矿浆调节阀12，在砂浆泵与浆化槽之间设有截止阀17。
优选的：所述旋流矿浆电解罐采用导电惰性材料制作或内衬导电惰性材料；阴极筒采用导电惰性材料网或开孔薄板制作。
优选的：所述的旋流矿浆电解罐的材料可以是钛或石墨；所述阴极筒材料可以是不锈钢或钛金属或石墨。
本发明还公开了一种旋流矿浆电解脱除重金属的方法：采用旋流矿浆电解脱除重金属装置，包括如下步骤：
首先，将含有重金属的土壤或尾矿等粉碎成粉料，通常在100目，将NaCl溶液注入浆化槽中，并通过盐酸酸化，使PH值小于5，将粉料按固液比1：5投入，开动搅拌机搅拌使粉料动态悬浮于溶液中形成浆化液，关闭调节阀，打开矿浆调节阀和截止阀，将矿浆由旋流矿浆电解罐上部沿罐体切线方向的进浆口泵入，由罐体底部的排浆口排出返回浆化槽形成循环；在罐中旋转时，会产生离心力，所受离心力大小与其质量（比重）有关，质量越大离心力越大，一般各种废渣土等粉料比重比水大，粉料就会向罐壁移动，水比重相对小就会在中心，从而使罐中心的矿浆含固量大大减少甚至成清液，从而方便进行电解析出。如果粉料比重比水小，粉料就会向中心聚集，油水混合，旋流时油会向中心移动，可以进行油水分离。
然后，接通直流电源以罐体为阳极，阴极筒为阴极进行电解，重金属在阴极以粉状析出，打开调节阀，析出的重金属粉在浆液的带动下通过阴极筒上的孔进入阴极筒内部并通过绝缘导管进入沉降槽内沉降，重金属粉在底层沉降，上层浆化液通过溢流管返回浆化槽；循环进行，重金属不断析出并在沉降槽内沉降富集并回收处理，从而实现重金属的脱出。
最后，将浆化液过滤，滤液返回浆化槽使用，滤出的粉料经水洗净化除去残留的溶液及酸后回收，从而实现脱除重金属的目的。
本发明通过浆化液的循环，形成一个动态稳定的电解环境，重金属在阳极被氧化，在循环过程中迁移到阴极筒附近，析出后进入沉降槽沉降回收。
优选的：电解析出的气体由电解罐顶部排气口排出。
优选的：所述盐溶液为酸性，PH值小于5。
优选的：当电解时的耗电量为理论耗电量的1.1~10倍时，进行浆化液过滤。
实施例2
本发明使用如图1所示的旋流矿浆电解装置来实现，首先在浆化槽15中配制浓度为50g/l的NaCl水溶液，启动搅拌机16，将粉料按固液比为1：5投入浆化槽15中并搅拌均匀，打开矿浆调节阀12和截止阀17，启动砂浆泵18，矿浆由浆化槽15经截止阀17、砂浆泵18沿管道9、进浆口8进入旋流电解罐3，然后经矿浆调节阀12返回浆化槽，形成矿浆的循环。
开启直流电源1，经导线2送电，旋流电解罐3罐体为阳极，阴极筒6为阴极，开始进行矿浆电解，调整调节阀11和矿浆调节阀12的流量分配比为1：2。因矿浆沿切线方向高速进入旋流电解罐3，导致矿浆在旋流电解罐3内沿罐壁快速旋转，矿浆中粉料颗粒密度大于溶液密度，粉料颗粒向罐壁聚集，罐体中心含固量减少，利用绝缘阻流板7进一步降低罐体中心的液体旋转速度。矿浆电解过程中，粉料中的重金属在作为阳极的旋流电解罐3内壁上直接氧化或由析出的氧气氧化进入溶液，在离心力作用下，含固量较少的部分溶液向罐体中心流动，经过绝缘阻流板7，溶液中的重金属离子在作为阴极的阴极筒6上呈粉状析出，脱落后随溶液由调节阀11排入沉降槽13并沉降，浆化液经溢流管14返回浆化槽15。随着电解进行，粉料中重金属不断溶出，在阴极筒6上沉积、脱落后在沉降槽13内积累，电解完成后矿浆过滤，滤液返回重复使用，实现重金属从粉料中分离并在阴极析出的富集目的。电解过程中产生的气体，经旋流电解罐3顶部的气液分离器4由排气口5排出。
本发明装置结构简单，重金属脱除效率高。本发明的方法步骤少，效率高，能耗低，搅拌强度大，能有效保证重金属的分离和脱除。
Claims (8)
1.一种旋流矿浆电解脱除重金属的装置，其特征在于：包括旋流电解罐、沉降槽和与旋流电解罐下端相连的浆化槽，在旋流电解罐罐壁上端切线方向设有进浆口，旋流电解罐上方设有排气口；在旋流电解罐内部设有带孔的阴极筒，阴极筒外侧设有绝缘阻流板，下方通过绝缘导管与沉降槽相连；沉降槽通过上方的溢流管与浆化槽连通；在浆化槽上设有搅拌机，在浆化槽下方通过砂浆泵和管道与进浆口相连；所述旋流电解罐和阴极筒分别通过导线与直流电源的正、负极相连。
2.根据权利要求1所述的旋流矿浆电解脱除重金属的装置，其特征在于：在排气口上设有气液分离阀，在绝缘导管上设有调节阀，在旋流电解罐下方设有矿浆调节阀，在砂浆泵与浆化槽之间设有截止阀。
3.根据权利要求1所述的旋流矿浆电解脱除重金属的装置，其特征在于：所述旋流矿浆电解罐采用导电惰性材料制作或内衬导电惰性材料；阴极筒采用导电惰性材料网或开孔薄板制作。
4.根据权利要求3所述的旋流矿浆电解脱除重金属的装置，其特征在于：所述的旋流矿浆电解罐的材料可以是钛或石墨；所述阴极筒材料可以是不锈钢或钛金属或石墨。
5.一种旋流矿浆电解脱除重金属的方法，采用如上所述的装置，其特征在于：包括如下步骤：
首先，将含有重金属的粉料和盐溶液投入浆化槽中，开动搅拌机搅拌形成浆化液，关闭调节阀，打开矿浆调节阀和截止阀，将矿浆由旋流矿浆电解罐上部沿罐体切线方向的进浆口泵入，由罐体底部的排浆口排出返回浆化槽形成循环；
然后，接通直流电源以罐体为阳极，阴极筒为阴极进行电解，重金属在阴极以粉状析出，打开调节阀，析出的重金属粉在浆液的带动下通过阴极筒上的孔进入阴极筒内部并通过绝缘导管进入沉降槽内沉降，重金属粉在底层沉降，上层浆化液通过溢流管返回浆化槽；
最后，将浆化液过滤，滤液返回浆化槽使用，滤出的粉料水洗净化后回收，重金属粉在沉降槽内累积并回收处理。
6.根据权利要求5所述的旋流矿浆电解脱除重金属的方法，其特征是：电解析出的气体由电解罐顶部排气口排出。
7.根据权利要求5所述的旋流矿浆电解脱除重金属的方法，其特征是：所述盐溶液为酸性，PH值小于5。
8.根据权利要求5所述的旋流矿浆电解脱除重金属的方法，其特征是：当电解时的耗电量为理论耗电量的1.1~10倍时，进行浆化液过滤。
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|---|---|
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