CN109207731B - 一种含铒废水的稀土提取系统及方法 - Google Patents

一种含铒废水的稀土提取系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含铒废水处理技术，特别是一种含铒废水的稀土提取系统，其包括废水收集箱、预处理池、吸附装置、脱附装置、反应池以及焚烧装置，所述废水收集箱的废水出液管与预处理池的预处理池进液管相对接，所述预处理池的预处理池出液管与吸附装置的溶液入口相对接；所述脱附装置的溶液出口与反应池的反应池入口相对接。同时，本发明中还提供了一种含铒废水的稀土提取方法。本发明解决了“提升含铒废水中稀土元素的回收率和纯度”的技术问题，其具备吸附剂可循环使用多次，节约成本；在工艺流程中产品损失量少，产率高等一系列优点。

Description

一种含铒废水的稀土提取系统及方法
技术领域
本发明涉及一种含铒废水处理技术，特别是一种含铒废水的稀土提取系统及方法。
背景技术
现有技术中含铒废水的稀土提取方式，如下：含铒废水经沉降后通过过滤器除杂，加入碱性沉淀剂(碳酸钠和碳酸氢钠混合物)使废水中稀土元素沉淀，用稀盐酸回收稀土。
上述方式的工艺步骤：收集含铒废水后，先通入沉降池，上清液通过杂质过滤器，除去颗粒杂质。向去除杂质后的废水中加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使稀土元素转变为碳酸盐而沉淀，分离固液，向固相中加入盐酸，得到氯化稀土。
上述方式的工艺条件：废水收集箱、原料箱、沉降池、杂质过滤器、反应池装置、过滤器、压力泵、废弃沉淀箱、废水箱、废水排放装置。
使用原料：废水、碳酸钠和碳酸氢钠混合物、盐酸。
存在的缺点或不足之处：仅通过沉淀法提取稀土元素，无法完全除去杂质元素，会导致产品纯度较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种碳纳米材料吸附技术和沉淀技术相结合的含铒废水回收稀土元素的系统及方法。上述系统及方法通过氧化石墨烯溶胶对废水中稀土元素进行吸附，后在脱附得到的稀土溶液中加入碱性沉淀剂(碳酸钠和碳酸氢钠混合物)进行沉淀及回收，同时进行废水处理。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种含铒废水的稀土提取系统，该系统包括：
废水收集箱，所述废水收集箱包含单侧开口的箱体以及用以密封该箱体的开口的盖体；在箱体的内腔设有隔板，该隔板自盖体的表面先垂直延伸向箱体的开口对立面，后折弯延伸至箱体的顶面；所述箱体的内腔被隔板分为上密封室与下流通室；在下流通室内设有第一过滤网板和第二过滤网板，两者在水流的流通路径上先后排列，第一过滤网板自隔板表面垂直延伸至箱体的底面，第二过滤网板自隔板表面垂直延伸向箱体的底面，但与箱体的底面未接触，在第二过滤网板的下方设有斜向板，所述斜向板自第二过滤网板的端面径直延伸至箱体的底面，且逐渐线性接近第一过滤网板；在第一过滤网板的两侧均设有搅拌轴，每根搅拌轴上均设有搅拌叶轮，且每根搅拌轴均密封贯穿隔板后延伸进入至上密封室，并与从箱体外延伸至上密封腔内的对应电机轴相联接；在盖体上设有废水进液管，该废水进液管的管口与下流通室相贯通；在箱体上设有废水出液管，该废水出液管的管口同样与下流通室相贯通；
预处理池，在预处理池内设有挡板，所述挡板的底部设有通孔；所述预处理池被挡板分为第一腔室和第二腔室；在第一腔室内设有第一搅拌装置，所述第一腔室的顶部设有碱入口；在第二腔室内设有透析膜，所述第二腔室被透析膜分为前半腔与后半腔，在后半腔内设有pH计；预处理池进液管与第一腔室相贯通，预处理池出液管与第二腔室的后半腔相贯通；
吸附装置，所述吸附装置包含采用Hummers法生产石墨烯的制备装置、收集筛和恒温箱；在收集筛的内表面上铺设透析膜，采用Hummers法生产石墨烯的制备装置位于吸附装置的顶部，所述制备装置的下料口正对位于该制备装置下方的收集筛，恒温箱位于收集筛的下方，且在收集筛的一侧设有用于将该收集筛传送至恒温箱内的第一传送装置；所述恒温箱的一侧设有溶液入口；
脱附装置，所述脱附装置包含恒温脱附水箱，所述恒温脱附水箱的一侧设有收集筛入口，其对应侧则设有收集筛出口，在恒温脱附水箱的顶部设有酸入口，且紧邻收集筛入口，在恒温脱附水箱的底部设有溶液出口以及用于将从收集筛入口进入恒温脱附水箱的收集筛输送至收集筛出口的第二传送装置；
反应池，在反应池内设有渗析膜，所述反应池被渗析膜分隔成第三腔室与第四腔室；在第三腔室内设有第二搅拌装置，所述反应池的顶部设有反应池入口和碱性沉淀剂入口，所述反应池的中间部则设有反应池出口，所述反应池入口、碱性沉淀剂入口和反应池出口均与第三腔室相贯通；
以及，焚烧装置，所述焚烧装置包含焚烧炉以及位于该焚烧炉内的输送带装置，在焚烧炉上设有将吸附了稀土元素的石墨烯引至输送带装置的一侧的进料通道，所述输送带装置的另一侧则延伸至焚烧炉的外部；
其中，所述废水收集箱的废水出液管与预处理池的预处理池进液管相对接，所述预处理池的预处理池出液管与吸附装置的溶液入口相对接；所述脱附装置的溶液出口与反应池的反应池入口相对接。
同时，本发明中提供了一种含铒废水的稀土提取方法，其包括以下的步骤：
a、收集含铒废水，并加入碱调节废水的pH值至10-13，杂元素沉淀并去除；
b、采用Hummers法制备氧化石墨烯溶胶，将制备得到的氧化石墨烯溶胶加入步骤a得到的预处理废水中，氧化石墨烯溶胶吸附稀土元素；吸附剂氧化石墨烯溶胶可循环使用多次；
c、用盐酸溶液对步骤b中吸附了稀土元素的氧化石墨烯溶胶进行脱附，得到稀土溶液,稀土溶液纯度为65-70％；
d、向步骤c得到的稀土溶液中加入碱性沉淀剂，稀土元素转变为碳酸盐进而沉淀，后用渗析膜分离；
e、步骤d得到的碳酸盐经热分解得到稀土元素的氧化物，并收集。
上述一种含铒废水的稀土提取系统及方法，采用两次分离方法来提高稀土元素的回收率，对吸附剂氧化石墨烯溶胶进行脱附并循环使用，充分利用原料。
在长时间使用后，为了方便清除堆积在第一过滤网板与第二过滤网板之间的沉淀杂质，在上述箱体的底面上设有废料排料管，该废料排料管的管口与位于第一过滤网板与斜向板之间的下流通室部分相贯通；在废料排料管内设有用以密封该废料排料管的堵头。
作为优选，上述一种含铒废水的稀土提取系统，其还包括用以收集吸附装置的废水的废水箱，所述废水箱配备有用以检测该废水箱内废水水质的水质检测系统，废水经检测达标后可直接排放。
进一步的优选，上述一种含铒废水的稀土提取系统，其还包括用以收集预处理池的废弃沉淀物的废弃沉淀箱，该废弃沉淀箱方便预处理池的废弃沉淀物进行集中收集处理。
相对于现有技术的改进：本发明中吸附剂现场制备，可保证吸附剂的新鲜程度和吸附能力；三步工艺(废水预处理、氧化石墨烯溶胶吸附法、碱性沉淀剂沉淀法)提高了废水中稀土元素的回收率和纯度；氧化石墨烯溶胶吸附后的废水经检测达标后可直接排放，简化了工序；吸附剂氧化石墨烯溶胶可循环使用多次，节约成本；在工艺流程中产品损失量少，产率高。
附图说明
图1是实施例1所提供一种含铒废水的稀土提取系统的系统示意图；
图2是实施例1中废水收集箱的结构示意图；
图3是实施例1中废水收集箱去掉盖体的结构示意图；
图4是实施例1中预处理池的结构示意图；
图5是实施例1中吸附装置的结构示意图；
图6是实施例1中脱附装置的结构示意图；
图7是实施例1中反应池的结构示意图；
图8是实施例1中焚烧装置的结构示意图；
图9是实施例2中废水收集箱的结构示意图；
图10是实施例3中一种含铒废水的稀土提取系统的系统示意图；
图11是实施例4中一种含铒废水的稀土提取系统的系统示意图。
图中：废水收集箱1、开口1-1、箱体1-2、盖体1-3、隔板1-4、上密封室1-5、下流通室1-6、第一过滤网板1-7、第二过滤网板1-8、斜向板1-9、搅拌轴1-10、搅拌叶轮1-11、电机轴1-12、废水进液管1-13、废水出液管1-14、废料排料管1-15、堵头1-16、预处理池2、挡板2-1、通孔2-2、第一腔室2-3、第二腔室2-4、第一搅拌装置2-5、碱入口2-6、前半腔2-7、后半腔2-8、pH计2-9、预处理池进液管2-10、预处理池出液管2-11、废弃沉淀箱2-12、透析膜3、吸附装置4、制备装置4-1、收集筛4-2、恒温箱4-3、下料口4-4、第一传送装置4-5、溶液入口4-6、废水箱4-7、水质检测系统4-8、脱附装置5、恒温脱附水箱5-1、收集筛入口5-2、收集筛出口5-3、酸入口5-4、溶液出口5-5、第二传送装置5-6、反应池6、渗析膜6-1、第三腔室6-2、第四腔室6-3、第二搅拌装置6-4、反应池入口6-5、碱性沉淀剂入口6-6、反应池出口6-7、焚烧装置7、焚烧炉7-1、输送带装置7-2、进料通道7-3。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1-8所示，本实施例中所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，该系统包括：
废水收集箱1，所述废水收集箱1包含单侧开口1-1的箱体1-2以及用以密封该箱体1-2的开口1-1的盖体1-3；在箱体1-2的内腔设有隔板1-4，该隔板1-4自盖体1-3的表面先垂直延伸向箱体1-2的开口1-1对立面，后折弯延伸至箱体1-2的顶面；所述箱体1-2的内腔被隔板1-4分为上密封室1-5与下流通室1-6；在下流通室1-6内设有第一过滤网板1-7和第二过滤网板1-8，两者在水流的流通路径上先后排列，第一过滤网板1-7自隔板1-4表面垂直延伸至箱体1-2的底面，第二过滤网板1-8自隔板1-4表面垂直延伸向箱体1-2的底面，但与箱体1-2的底面未接触，在第二过滤网板1-8的下方设有斜向板1-9，所述斜向板1-9自第二过滤网板1-8的端面径直延伸至箱体1-2的底面，且逐渐线性接近第一过滤网板1-7；在第一过滤网板1-7的两侧均设有搅拌轴1-10，每根搅拌轴1-10上均设有搅拌叶轮1-11，且每根搅拌轴1-10均密封贯穿隔板1-4后延伸进入至上密封室1-5，并与从箱体1-2外延伸至上密封腔内的对应电机轴1-12相联接；在盖体1-3上设有废水进液管1-13，该废水进液管1-13的管口与下流通室1-6相贯通；在箱体1-2上设有废水出液管1-14，该废水出液管1-14的管口同样与下流通室1-6相贯通；
预处理池2，在预处理池2内设有挡板2-1，所述挡板2-1的底部设有通孔2-2；所述预处理池2被挡板2-1分为第一腔室2-3和第二腔室2-4；在第一腔室2-3内设有第一搅拌装置2-5，所述第一腔室2-3的顶部设有碱入口2-6；在第二腔室2-4内设有透析膜3，所述第二腔室2-4被透析膜3分为前半腔2-7与后半腔2-8，在后半腔2-8内设有pH计2-9；预处理池进液管2-10与第一腔室2-3相贯通，预处理池出液管2-11与第二腔室2-4的后半腔2-8相贯通；
吸附装置4，所述吸附装置4包含采用Hummers法生产石墨烯的制备装置4-1、收集筛4-2和恒温箱4-3；在收集筛4-2的内表面上铺设透析膜3，采用Hummers法生产石墨烯的制备装置4-1位于吸附装置4的顶部，所述制备装置4-1的下料口4-4正对位于该制备装置4-1下方的收集筛4-2，恒温箱4-3位于收集筛4-2的下方，且在收集筛4-2的一侧设有用于将该收集筛4-2传送至恒温箱4-3内的第一传送装置4-5；所述恒温箱4-3的一侧设有溶液入口4-6；
脱附装置5，所述脱附装置5包含恒温脱附水箱5-1，所述恒温脱附水箱5-1的一侧设有收集筛入口5-2，其对应侧则设有收集筛出口5-3，在恒温脱附水箱5-1的顶部设有酸入口5-4，且紧邻收集筛入口5-2，在恒温脱附水箱5-1的底部设有溶液出口5-5以及用于将从收集筛入口5-2进入恒温脱附水箱5-1的收集筛4-2输送至收集筛出口5-3的第二传送装置5-6；
反应池6，在反应池6内设有渗析膜6-1，所述反应池6被渗析膜6-1分隔成第三腔室6-2与第四腔室6-3；在第三腔室6-2内设有第二搅拌装置6-4，所述反应池6的顶部设有反应池入口6-5和碱性沉淀剂入口6-6，所述反应池6的中间部则设有反应池出口6-7，所述反应池入口6-5、碱性沉淀剂入口6-6和反应池出口6-7均与第三腔室6-2相贯通；
以及，焚烧装置7，所述焚烧装置7包含焚烧炉7-1以及位于该焚烧炉7-1内的输送带装置7-2，在焚烧炉7-1上设有将吸附了稀土元素的石墨烯引至输送带装置7-2的一侧的进料通道7-3，所述输送带装置7-2的另一侧则延伸至焚烧炉7-1的外部；
其中，所述废水收集箱1的废水出液管1-14与预处理池2的预处理池进液管2-10相对接，所述预处理池2的预处理池出液管2-11与吸附装置4的溶液入口4-6相对接；所述脱附装置5的溶液出口5-5与反应池6的反应池入口6-5相对接。
上述一种含铒废水的稀土提取系统，其为了达到目的所采取的技术手段为：废水收集技术，预处理技术，恒温技术，超声技术，氧化石墨烯溶胶吸附法，膜分离法，脱附技术，碱性沉淀剂沉淀法，催化燃烧技术。
上述一种含铒废水的稀土提取系统，其工艺步骤：收集废水—→预处理除去杂元素—→制备氧化石墨烯溶胶—→氧化石墨烯溶胶吸附法分离稀土元素—→用盐酸对氧化石墨烯溶胶进行脱附—→碱性沉淀剂沉淀法进一步分离稀土元素—→催化燃烧稀土元素的碳酸盐—→得到稀土元素的氧化物。
上述一种含铒废水的稀土提取系统，其工艺条件：废水收集箱1、预处理池2、pH计2-9、吸附装置4、原料箱、脱附装置5、反应池6、焚烧装置7、压力泵。
上述一种含铒废水的稀土提取系统，其使用原料：含铒废水、天然鳞片石墨粉(325目)、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、超纯水、30％双氧水、盐酸、碱性沉淀剂(碳酸钠和碳酸氢钠混合物)、燃料。
上述一种含铒废水的稀土提取系统，其工艺原理：收集废水后，加入碱调节pH值，使杂元素沉淀并除去，此为预处理步骤；采用Hummers法制备氧化石墨烯溶胶，用氧化石墨烯溶胶吸附稀土元素；用盐酸溶液对吸附剂氧化石墨烯溶胶进行脱附，得到稀土溶液，脱附后的吸附剂氧化石墨烯溶胶可循环使用；向稀土溶液中加入碱性沉淀剂使稀土元素转变为碳酸盐而沉淀，用渗析膜6-1分离，碳酸盐经热分解得到稀土元素的氧化物。
同时，本发明中提供了一种含铒废水的稀土提取方法，其包括以下的步骤：
a、废水进入预处理池2，加入碱调节废水pH值至10-13，搅拌，反应完全后经透析膜3过滤除去大颗粒物质；
b、采用Hummers法，通过恒温搅拌、超声等步骤制备得到新鲜的氧化石墨烯溶胶，将制备得到的氧化石墨烯溶胶放入内含透析膜3的收集筛4-2(由竹片编制而成)，由第一传送装置4-5传送至下方恒温箱4-3，与步骤a得到的预处理废水充分接触，氧化石墨烯溶胶吸附稀土元素；吸附剂氧化石墨烯溶胶可循环使用多次；吸附完毕后，将内含透析膜3和吸附剂的收集筛4-2拿出；
c、步骤b中吸附后的氧化石墨烯溶胶经收集筛入口5-2进入脱附装置5，由第二传送装置5-6从左到右充分与盐酸接触进行脱附，脱附后的稀土溶液由溶液出口5-5流出,稀土溶液纯度为65-70％；
d、向步骤c得到的稀土溶液中加入碱性沉淀剂，稀土溶液用碱中和后，经反应池入口6-5进入反应池6，在第二搅拌装置6-4的作用下同碱性沉淀剂充分反应，用渗析膜6-1分离固液，沉淀透过渗析膜6-1进入第四腔室6-3(沉淀收集箱)；
e、步骤d得到的碳酸盐由进料通道7-3进入焚烧炉7-1，在输送带装置7-2的传送过程中热分解，得到稀土的氧化物，并收集。
上述一种含铒废水的稀土提取系统及方法，采用两次分离方法来提高稀土元素的回收率，对吸附剂氧化石墨烯溶胶进行脱附并循环使用，充分利用原料。
实施例2：
本实施例中所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，其大体结构与实施例1相一致，但是在长时间使用后，为了方便清除堆积在第一过滤网板1-7与第二过滤网板1-8之间的沉淀杂质，如图9所示，本实施例中在所述箱体1-2的底面上设有废料排料管1-15，该废料排料管1-15的管口与位于第一过滤网板1-7与斜向板1-9之间的下流通室1-6部分相贯通；在废料排料管1-15内设有用以密封该废料排料管1-15的堵头1-16。
实施例3：
本实施例中所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，其大体结构与实施例2相一致，如图10所示，但是本实施例所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，其还包括用以收集吸附装置4的废水的废水箱4-7，所述废水箱4-7配备有用以检测该废水箱4-7内废水水质的水质检测系统4-8，废水经检测达标后可直接排放。
上述水质检测系统4-8采用的是紫外线水质检测技术。
实施例4：
本实施例中所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，其大体结构与实施例3相一致，如图11所示，但是，本实施例所提供的一种含铒废水的稀土提取系统，其还包括用以收集预处理池2的废弃沉淀物的废弃沉淀箱2-12，该废弃沉淀箱2-12方便预处理池2的废弃沉淀物进行集中收集并处理。

Claims (5)

1.一种基于含铒废水的稀土提取系统的稀土提取方法，其特征是，所述含铒废水的稀土提取系统包括：废水收集箱，所述废水收集箱包含单侧开口的箱体以及用以密封该箱体的开口的盖体；在箱体的内腔设有隔板，该隔板自盖体的表面先垂直延伸向箱体的开口对立面，后折弯延伸至箱体的顶面；所述箱体的内腔被隔板分为上密封室与下流通室；在下流通室内设有第一过滤网板和第二过滤网板，两者在水流的流通路径上先后排列，第一过滤网板自隔板表面垂直延伸至箱体的底面，第二过滤网板自隔板表面垂直延伸向箱体的底面，但与箱体的底面未接触，在第二过滤网板的下方设有斜向板，所述斜向板自第二过滤网板的端面径直延伸至箱体的底面，且逐渐线性接近第一过滤网板；在第一过滤网板的两侧均设有搅拌轴，每根搅拌轴上均设有搅拌叶轮，且每根搅拌轴均密封贯穿隔板后延伸进入至上密封室，并与从箱体外延伸至上密封腔内的对应电机轴相联接；在盖体上设有废水进液管，该废水进液管的管口与下流通室相贯通；在箱体上设有废水出液管，该废水出液管的管口同样与下流通室相贯通；
预处理池，在预处理池内设有挡板，所述挡板的底部设有通孔；所述预处理池被挡板分为第一腔室和第二腔室；在第一腔室内设有第一搅拌装置，所述第一腔室的顶部设有碱入口；在第二腔室内设有透析膜，所述第二腔室被透析膜分为前半腔与后半腔，在后半腔内设有pH计；预处理池进液管与第一腔室相贯通，预处理池出液管与第二腔室的后半腔相贯通；
吸附装置，所述吸附装置包含采用Hummers法生产石墨烯的制备装置、收集筛和恒温箱；在收集筛的内表面上铺设透析膜，采用Hummers法生产石墨烯的制备装置位于吸附装置的顶部，所述制备装置的下料口正对位于该制备装置下方的收集筛，恒温箱位于收集筛的下方，且在收集筛的一侧设有用于将该收集筛传送至恒温箱内的第一传送装置；所述恒温箱的一侧设有溶液入口；
脱附装置，所述脱附装置包含恒温脱附水箱，所述恒温脱附水箱的一侧设有收集筛入口，其对应侧则设有收集筛出口，在恒温脱附水箱的顶部设有酸入口，且紧邻收集筛入口，在恒温脱附水箱的底部设有溶液出口以及用于将从收集筛入口进入恒温脱附水箱的收集筛输送至收集筛出口的第二传送装置；
反应池，在反应池内设有渗析膜，所述反应池被渗析膜分隔成第三腔室与第四腔室；在第三腔室内设有第二搅拌装置，所述反应池的顶部设有反应池入口和碱性沉淀剂入口，所述反应池的中间部则设有反应池出口，所述反应池入口、碱性沉淀剂入口和反应池出口均与第三腔室相贯通；
以及，焚烧装置，所述焚烧装置包含焚烧炉以及位于该焚烧炉内的输送带装置，在焚烧炉上设有将吸附了稀土元素的石墨烯引至输送带装置的一侧的进料通道，所述输送带装置的另一侧则延伸至焚烧炉的外部；
其中，所述废水收集箱的废水出液管与预处理池的预处理池进液管相对接，所述预处理池的预处理池出液管与吸附装置的溶液入口相对接；所述脱附装置的溶液出口与反应池的反应池入口相对接；
所述稀土提取方法包括以下步骤：
a、收集含铒废水，并加入碱调节废水的pH值至10-13，杂元素沉淀并去除；
b、采用Hummers法制备氧化石墨烯溶胶，将制备得到的氧化石墨烯溶胶加入步骤a得到的预处理废水中，氧化石墨烯溶胶吸附稀土元素；
c、用盐酸溶液对步骤b中吸附了稀土元素的氧化石墨烯溶胶进行脱附，得到稀土溶液,稀土溶液纯度为65-70％；
d、向步骤c得到的稀土溶液中加入碱性沉淀剂，稀土元素转变为碳酸盐进而沉淀，后用渗析膜分离；
e、步骤d得到的碳酸盐经热分解得到稀土元素的氧化物，并收集。
2.根据权利要求1所述的一种基于含铒废水的稀土提取系统的稀土提取方法，其特征是在上述箱体的底面上设有废料排料管，该废料排料管的管口与位于第一过滤网板与斜向板之间的下流通室部分相贯通；在废料排料管内设有用以密封该废料排料管的堵头。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于含铒废水的稀土提取系统的稀土提取方法，其特征是还包括用以收集吸附装置的废水的废水箱，所述废水箱配备有用以检测该废水箱内废水水质的水质检测系统。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于含铒废水的稀土提取系统的稀土提取方法，其特征是还包括用以收集预处理池的废弃沉淀物的废弃沉淀箱。
5.根据权利要求3所述的一种基于含铒废水的稀土提取系统的稀土提取方法，其特征是还包括用以收集预处理池的废弃沉淀物的废弃沉淀箱。
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