CN110670081A - 反向离子交换的酸回收装置及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反向离子交换的酸回收装置,包括酸洗槽、热交换器、过滤器、离子交换柱、清水罐和废水站,离子交换柱为中空的圆柱体结构,离子交换柱的高度尺寸和内径尺寸之比为3:1,离子交换柱内填充有交换树脂颗粒,离子交换柱的底部位置设有废酸液进口、顶部位置设有清水出口,过滤器的底部位置设有废酸进口、顶部位置设有清水出口,酸洗槽与废酸液进口管路连接;离子交换柱右下阀门用作回收酸返回生产线;离子交换柱右上阀门用作将含金属废液回收并挂放到废水站。本发明简化了废酸液的回收利用流程,从而提高生产线的效能;而且可以减少污染,能够提供资源回收回用,从而减少酸资源浪费,节省设备和营运成本。

Description

反向离子交换的酸回收装置及工艺方法
技术领域
本发明涉及一种酸回收装置,具体涉及一种反向离子交换的酸回收装置及工艺方法。
背景技术
钢铁业加工厂如螺丝螺帽厂、线材厂、钢板厂和钢管厂等于金属表面处理之酸洗制程采用酸溶液,用以溶蚀铁材表面之氧化铁锈皮,产生含大量铁离子及少量重金属之酸洗废液。钢铁组件毛坯在表面电镀、喷涂前一般都要经过酸洗,以清除表面的氧化物,因而产生酸洗废液和酸洗废水。其中酸洗废液含酸浓度较高,可回收再生酸。而大量的冲洗水,即酸洗废水含酸量较低,用来回收则很不经济,所以作为废水外排。不同的组件或不同的加工要求,使用的酸的种类和浓度亦不同,如清洗钢铁工件或毛坯一般用硫酸,浓度为 250g/L,加热到70℃清洗,废液中含有硫酸100~150g/L、硫酸亚铁200~250g/L,还有氧化铁皮和油污等。盐酸清洗废液中一般含FeCl280~150g/L、盐酸10~50g/L。含酸废水的主要危害是腐蚀下水管道和钢筋混凝土等水工构筑物;阻碍废水生物处理中的生物繁殖;酸度大的废水会毒死鱼类,使庄稼枯死,影响水生作物生长。含酸废水渗入土壤,时间长了会造成土质钙化,破坏土层松散状态,因而影响农作物生长。人畜饮用酸度较大的水,可引起肠胃发炎,甚至烧伤。在酸洗工序中产生大量酸雾,不仅损害工人的身体健康,而且使厂房、设备遭到腐蚀,同时大量酸雾的挥发,造成酸液损耗,增加酸洗成本。酸洗废水中还含有大量的重金属离子,由其超标而造成的对水体的污染,对生物毒害,乃至最终对人类健康的伤害都是不言而喻的。所以一般都会对废酸进行回收处理。
酸洗废水的处理和综合利用中,传统的废酸回收方法有:中和法,硫酸铁盐法,蒸发浓缩—冷却结晶法,调酸—冷冻结晶法,碱液—硫酸亚铁共沉淀法以及扩散渗析—隔膜电解等方法。
(1)中和法
早期,对于含酸1%以下的酸性工业废水一般采用化学中和法进行处理。具体方法有:酸、碱废水中和、投药中和、过滤中和等。其中过滤中和一般适用于含油和盐较少,含酸浓度不高(硫酸小于2g/L,盐酸、硝酸小于20~30g/L)的酸性废水,该法一般不用于钢铁酸洗废水处理。处理钢铁酸洗废水最常用的是石灰中和法,向废水中添加消石灰将废水进行中和,使pH值达到5.6~6.5之间,达到国家排放标准后排放。
处理酸性废水的中和法简便易行,但是存在下列问题:管理繁琐,不易控制,废水处理量受到限制;废水中的硫酸、水、FeO、Fe3O4和FeSO4未能利用;处理过程中生成的气体扩散,引起二次污染;污泥量大,剩下的盐类残渣处理困难。故而人们一直在寻找有效解决这些问题的新途径。
(2)硫酸铁盐法
此法的特点是废液中的铁能够再利用,因此,受到研究人员重视,逐渐形成了较成熟的实用技术。以下几种方法,已投入生产实践。
浓缩—过滤—自然结晶法又名铁屑法,先将硫酸废液与铁屑置于一个反应槽中充分反应,再将溶液加热到100℃,反应2h,再加热浓缩后自然冷却,使硫酸亚铁结晶析出,最后由甩干机脱水烘干。
浓缩过滤自然结晶法工艺流程:该法可以从酸洗废水中回收低、中、高三级硫酸亚铁,供工农业、医药、化学试剂用。具有简单易操作、投资少、费用低等优点,但只能回收硫酸亚铁,不能回收硫酸,处理能力小;产品质量差、生产周期长,比较适合于乡镇企业小型生产。首钢特殊钢公司采用该法处理轧钢酸洗废液,经离心甩干后,残液含酸浓度为0.5%,硫酸亚铁为150~170g/L。
浸没燃烧高温结晶法该法的主要原理是将煤气和空气燃烧,产生高温烟气,直接喷入废酸水,使水分蒸发,浓缩了硫酸,同时析出硫酸亚铁。
浸没燃烧高温结晶法工艺流程:在二十世纪六七十年代,上海、天津、吉林等地采用浸没燃烧高温结晶法将浓度12%~15%废酸提高到45%~57%,同时生产含一个结晶水的硫酸亚铁(FeSO4.H2O)。该法的优点是热效高,再生酸浓度高,设备较易解决;缺点是酸雾大,需用可燃气体,较适用于处理量大的废酸。
蒸汽喷射真空结晶法将废酸液用雾化效率高的喷头喷射到燃烧着的火焰上,使水分蒸发,一般可得到约35%的硫酸和部分FeSO4.H2O。其工作原理是:通过蒸汽喷射器和冷凝器,使蒸发器和结晶器保持一定的真空度。当温度适宜废液通过时,其中的水分在绝热状况下蒸发,从而浓缩了废液,降低了废液温度,相应地降低了硫酸亚铁的溶解度,增加了它的过饱和程度。同时蒸发器中由于硫酸的加入,使硫酸亚铁的过饱和程度进一步提高。在此情况下,硫酸亚铁结晶析出。此方法要求使用的材质有较高的耐腐蚀性,易于产生二次污染或运行不稳定而不能正常生产。
(3)蒸发浓缩—冷却结晶法
其基本原理是利用负压蒸发浓缩废液,然后在低温下从废液中析出硫酸亚铁结晶并得到再生硫酸。适用于回收大型钢铁厂的酸洗废液中的硫酸亚铁和硫酸。
蒸发浓缩冷却结晶法工艺流程:在二十世纪70年代初,制订了蒸发浓缩—冷却结晶—盐酸分离工艺。整个过程不产生二次污染,达到无害化处理的要求,具有良好的经济效益和环境效益。
(4)调酸—冷冻结晶法
冷冻结晶处理硫酸酸洗废液,是通过控制硫酸亚铁从废液中结晶的条件,使硫酸亚铁结晶分离。达到净化酸洗废液及回收硫酸亚铁的效果。其主要流程是向废酸洗液中加浓硫酸,使硫酸的重量百分比浓度调至22%~25%,再用致冷法使废液温度由20~40℃降至0~3℃,以降低硫酸亚铁的溶解度并结晶析出,经过滤固液分离。回收硫酸亚铁,并将除去硫酸亚铁的再生酸回用。
(5)碱液—硫酸亚铁共沉淀法
该法是将中和法和硫酸亚铁法结合起来处理酸性废水的。其基本原理是:在废水中加入碱液或石灰以中和酸性废水,生成硫酸钠。生成的硫酸钠仍具有一定的溶解度,需投入聚丙烯酰胺絮凝剂,使金属离子聚集沉降。采用两级处理,将第一级处理所得的沉渣用搅拌器搅拌,以破坏沉淀与液相中离子的平衡,再经中和塔,使其充分反应,再进行第二级沉降处理,以获得较好的效果。本法适合于处理含硫浓度较高的酸性废水。1995年建成的宁波和森钢管有限公司,同时建成酸性废水治理装置,废水处理能力达10t/h,占地面积约300m2,总投资17万元。
(6)扩散渗析—隔膜电解
在二十世纪七十年代就应用扩散渗析—隔膜电解法来综合处理酸洗废水。废酸进入扩散渗析器,器中装有阴离子交换膜S-203共204张,膜二侧分别为水相和废酸相,由于两相存在酸的浓度差,加上离子交换膜的选择透过性和分子筛作用,使废酸中的游离酸不断进入水相,成为所要回收的硫酸。残液进入隔膜电解槽,插有阴阳极,中间隔着阴离子交换膜 F-201成阴极室和阳极室,利用阴膜的选择透过性,在直流电场的作用下,使残液中的铁离子和硫酸根离子还原为纯铁,在阳极室硫酸根离子和氢离子结合成硫酸。这种方法的优点是设备简单,回收效率高,可以回收废酸和提取铁。缺点是耗电量较高。
近年来新研究出了的一种环保、节能的废酸回收方法(即酸阻滞技术),但其效果并不佳。
废盐酸的再生利用中则是利用某些离子交换树脂可从废酸溶液中吸收酸而排除金属盐的功能来实现酸盐分离的。来自废酸罐的废盐酸经过滤设备过滤后进入清洁含亚铁盐酸罐,清洁含亚铁盐酸通过管道从底部流经树脂床,树脂将HCl吸收,而含有和其他离子的液体被排出,进入金属盐回收系统。从而实现酸盐分离。该方法具有工艺流程短,易操作;能耗低;常温处理,可提高设备和管道的使用寿命,减少氯化物的逸出等优点。但常压下处理时回收的盐酸浓度偏低,需添加浓盐酸才能使用。
根据专利号CN205999182U,矮床离子交换树脂法需要在高压环境下才做到酸和金属离子分离,加上树脂长期在高压情况下容易损坏及失效;令营运成本变高,加上树脂床矮,导致分离效果差。
现时处理无机废酸的各种方法均有其缺点:虽然矮床离子交换树脂法工艺流程短,易操作,能耗低,但常温处理时回收的无机酸浓度偏低,需添加高浓度酸才能使用;焙烧法不产生新的污染物,回收得到的产品可循环使用,但对环境有很大污染,容气污染是一个大问题;浓缩法所用的设备虽易结垢难清理,但该法处理后的酸可达到很高的浓度,可直接利用;中和法确保了处理后物质PH值;萃取法在一定条件下可以使有机物与算分离,但处理后的废酸中仍含有大量的有机物,在处理就比较困难。因此,在对废酸进行处理时要根据其具体情况选择不同的处理方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供反向离子交换的酸回收装置,以解决废酸液的回收利用的问题。
为解决存在的技术问题,本发明采用的技术方案为:反向离子交换的酸回收装置,包括热交换器、离子交换柱、清水罐和废水站,所述热交换器分别设置有热能释放入口、热能释放出口和热能吸收入口、热能吸收出口,热能释放入口和热能释放出口通过管路分别与生产线中的酸洗槽和离子交换柱的底部连接,热能吸收入口和热能吸收出口通过管路分别与离子交换柱的底部和生产线中的酸洗槽连接,废酸液从生产线中的酸洗槽进入热交换器后废酸液的热能释出,然后热交换器将热量转换至回收酸液里;所述离子交换柱为中空的圆柱体结构,离子交换柱内填充有离子交换树脂颗粒;所述清水罐通过管路与离子交换柱的顶部连接,清水罐中的清水从顶部进入离子交换柱将酸离子从离子交换树脂中解吸出来,并从离子交换柱的底部排出经热交换器的热能吸收入口进入热交换器吸收热量后,经热交换器的热能吸收出口排出返回生产线中的酸洗槽;所述废水站通过管路与离子交换柱的顶部连接,废酸液从生产线中的酸洗槽经热交换器的热能释放入口进入热交换器释出热能后,经热交换器的热能释放出口排出进入离子交换柱吸附酸离子洗出酸液中的金属离子的废水排至废水站。
为了过滤废酸液中的固体悬浮物和不可溶的固体粒子等,特别地,本发明所述酸回收装置优选还包括过滤器,过滤器安装在酸洗槽与热交换器或者热交换器与离子交换柱之间的管路中。
为了方便收集酸洗槽中的废酸液,以提高酸回收装置的使用效率,特别地,本发明所述酸回收装置优选还包括收集罐,收集罐安装在热交换器之后的管路中。
为了增加废酸液的流动性,方便酸回收装置的控制,特别地,本发明所述酸回收装置优选还包括增压泵,热交换器的热能释放出口和清水罐分别通过阀门Ⅰ和阀门Ⅱ及管路与增压泵入口连接,增压泵出口管路分成两条,一条管路通过阀门Ⅴ与离子交换柱的顶部连接,另一条管路通过阀门Ⅵ与离子交换柱的底部连接。
为了减少了清水使用量,从而将回收的酸液浓度提高,方便酸回收装置的控制,特别地,本发明所述酸回收装置优选还包括空压机,空压机和废水站分别通过阀门Ⅲ和阀门Ⅳ及管路与离子交换柱的顶部连接。
为了方便收集离子交换柱中的提纯后的酸液,以提高酸回收装置的使用效率,和方便酸回收装置的控制,特别地,本发明所述酸回收装置优选还包括酸液回收罐和酸液回收泵,酸液回收罐的入口通过阀门Ⅷ及管路与离子交换柱的底部连接;酸液回收罐的出口通过管路连接酸液回收泵后与热交换器的热能吸收入口连接。
为了方便过滤废酸液中的固体悬浮物和不可溶的固体粒子等和酸回收装置的控制,特别地,本发明所述增压泵与离子交换柱的底部连接的管路中优选安装有过滤器,增压泵与过滤器和过滤器与离子交换柱的底部之间的管路上分别安装阀门Ⅵ和阀门Ⅶ。
一般离子交换柱4可根据需要选择适合的尺寸,特别地,本发明所述离子交换柱的高度尺寸和内径尺寸之比优选为3:1。
本发明还公开了一种反向离子交换的酸回收方法,分为二个步骤,具体过程为:
第一步骤是废酸液进入离子交换柱将洗出的酸液中的金属离子排至废水站
首先,接通废酸液从酸洗槽流经热交换器进入离子交换柱并排入废水站的管路,并关闭其他管路,废酸液从酸洗槽进入热交换器释出热能冷却后,进入离子交换柱的底部,废酸液从离子交换柱的底部流向顶部过程中由交换树脂吸附酸离子,最后,废酸液从热交换器2的顶部排出到废水站进行金属离子回收;
第二步骤是用清水将离子交换柱中的酸液洗出并排至热交换器
将清水罐的清水进入离子交换柱的顶部的管路、离子交换柱的底部到热交换器的管路和热交换器到酸洗槽的管路接通,并关闭其他管路后,利用清水将吸附在离子交换柱中的交换树脂上的酸离子解吸反洗出来得到提纯后的酸液,提纯后的酸液由离子交换柱的底部排至热交换器中,酸液在热交换器中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽中进行循环使用;
当完成第二步骤后,返回第一步骤循还运作。
特别地,本发明还公开了一种具体的反向离子交换的酸回收方法,所述酸回收方法分为三个步骤,
第一步骤是废酸液进入离子交换柱将洗出的酸液中的金属离子排至废水站
首先,开启阀门Ⅰ、阀门Ⅳ、阀门Ⅵ和阀门Ⅶ,并关闭其他阀门,废酸液从酸洗槽进入热交换器释出热能冷却,然后,利用增压泵将从热交换器排出的废酸液加压进入过滤器进行过滤,经过滤器过滤的废酸液进入离子交换柱的底部,废酸液从离子交换柱的底部流向顶部过程中由交换树脂吸附酸离子,最后,废酸液从热交换器的顶部排出到废水站进行金属离子回收;
第二步骤是用清水将离子交换柱中的酸液洗出并排至热交换器
将阀门Ⅰ、阀门Ⅳ、阀门Ⅵ和阀门Ⅶ关闭,并开启阀门Ⅱ、阀门Ⅴ、阀门Ⅷ和增压泵、酸液回收泵,利用增压泵将清水罐中的清水加入离子交换柱的顶部,清水从离子交换柱的顶部流向底部过程中将吸附在交换树脂上的酸离子解吸反洗出来得到提纯后的酸液,提纯后的酸液由离子交换柱的底部排至酸液回收罐,并通过酸液回收泵将酸液回收罐中的酸液输送入热交换器中,酸液在热交换器中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽中进行循环使用;第三步骤是利用压缩空气将离子交换柱中剩余的酸液压出至酸液回收罐
将阀门Ⅱ和阀门Ⅴ关闭,并开启阀门Ⅲ和空压机,空压机产出的压缩空气从离子交换柱的顶部进入,压缩空气将离子交换柱内的酸液完全排至酸液回收罐,并通过酸液回收泵将酸液回收罐中的酸液输送入热交换器中,酸液在热交换器中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽中进行循环使用;
当完成第三步骤后,返回第一步骤循还运作。
一般,可根据需要选择适合的废酸液和清水流速及压缩空气压力,特别地,本发明酸回收方法的所述第一步骤中的废酸液以2-20m/h的流速从离子交换柱的底部流向顶部;所述第二步骤中的清水以2-20m/h流速从离子交换柱的顶部流向底部;所述第三步骤中的压缩空气压力维持在0.5–3bar。
本发明的离子交换柱应提供足够的高度,离子交换树脂的堆放距离越长,进行酸与金属的分离效果越好。利用离子交换作分离是一种色谱分离的重要技术,而树脂层高度越长,液体流程的距离越远,对分离系数有显著的提升。
本发明可以将废酸液平均地进入反向离子交换柱内,所有树脂均能完全接触废酸液,导致百分百利用到树脂作分离的功能。
本发明废酸进和出都加有热交换器,从生产线排出的废酸中的热能转化为酸返回系统中的热量。
本发明使用清水可以直接解吸离子交换树脂中的酸离子,无需使用其余化学药剂。
本发明反向离子交换酸回收装置是为了简化钢铁业加工厂的生产流程,从而提高生产线的效能;而且可以减少污染,能够提供资源回收回用,从而减少酸资源浪费,节省设备和营运成本。下表1为废酸液经酸回收装置处理提纯后的酸液实验数据,
表1废酸液回收实验数据
有益效果
本发明可以将废酸液平均地进入反向离子交换柱内,所有树脂均能完全接触废酸液,导致百分百利用到树脂作分离的功能,提高分离效果,反向离子交换柱亦可减少能耗,亦可减低树脂的损耗,从而延长树脂的使用寿命。废酸进和出都加有热交换器,从生产线排出的废酸中的热,能转化为酸返回系统中的热量,大大减少能耗,而且进入离子交换柱前的废酸温度可以减低,从而延长树脂做用寿命。使用清水可以直接解吸离子交换树脂中的酸离子,令整个过程变得更环保洁净,而且酸度亦得以提升。
附图说明
图1反向离子交换的酸回收装置示意图,图中标识:1-酸洗槽,2-热交换器,3-过滤器,4-离子交换柱,5-清水罐,6-废水站,7-阀门;
图2反向废酸提纯及金属回收设备结构图,图中标识:1-酸洗槽,2-热交换器,3-过滤器, 4-离子交换柱,5-清水罐,6-废水站,8-增压泵,9-空压机,10-酸液回收罐,11-酸液回收泵, 71-阀门Ⅰ,72-阀门Ⅱ,73-阀门Ⅲ,74-阀门Ⅳ,75-阀门Ⅴ,76-阀门Ⅵ,77-阀门Ⅶ,78- 阀门Ⅷ;
图3钢铁冶炼厂废盐酸液采用本发明的反向离子交换的酸回收方法的测试结果;
图4钢铁冶炼厂废盐酸液采用传统酸液回收方法的测试结果;
图5热浸锌电镀厂废盐酸液采用本发明的反向离子交换的酸回收方法的测试结果;
说明:任何适合本发明的罐、池、桶等容器都统一称为罐。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细阐述,以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解,从而对本发明要保护的范围做出更为明确的界定。
如附图1所示,一种反向离子交换的酸回收装置,包括酸洗槽1,热交换器2,过滤器3,离子交换柱4,清水罐5和废水站6,离子交换柱4为中空的圆柱体结构,离子交换柱4的高度尺寸和内径尺寸之比为3:1,离子交换柱4内填充有离子交换树脂颗粒,离子交换柱4的底部位置设有废酸液进口、顶部位置设有清水出口,过滤器3的底部位置设有废酸进口、顶部位置设有清水出口,酸洗槽1与废酸液进口管路连接;离子交换柱4右下阀门7用作回收酸返回生产线;离子交换柱4右上阀门7用作将含金属废液回收并挂放到废水站6。
废酸液从生产线中的酸洗槽1排出,进入热交换器2时酸液的热能会被释出,然后热交换器2会将热量转换至回收酸液里,同时,酸液经热交换器2降温后,会进入收集池,而当酸液被收集至一定的水量,酸液便会先进入过滤器3进行杂质过滤,以确保酸液进入离子交换柱前已进行大部分的杂质去除。
酸液离开过滤器3后,便会从底部进入离子交换柱4,以进行酸离子与金属离子分离,含金属离子废水会先被分离出来并排至废水站6进行金属离子回收回用,而酸离子则会停留在离子交换柱4的树脂里,再以清水从顶部进入离子交换柱4便可将酸离子从树脂中解吸出来,从而离开离子交换柱4并可以返回生产线作酸洗重用。
如图2所示,一种反向废酸提纯及金属回收方法及设备,包含有耐腐蚀材料制成的设备:酸洗槽1,热交换器2,过滤器3,离子交换柱4,清水罐5,废水站6,增压泵8,空压机9,酸液回收罐10,酸液回收泵11,,阀门电连接有自动控制电路;
热交换器2的热能释放入口用水管直接连到生产线的酸洗槽1,增压泵8的进液口分别设有两条水管,每根水管分别装有一个阀门Ⅰ71和阀门Ⅱ72,而热交换器2热能释出的出口设有阀门Ⅰ71用水管会连接到增压泵8入口,清水罐5设有阀门Ⅱ72亦接到增压泵8入口。增压泵8出口分别用水管接到过滤器3和离子交换柱4的顶部,两根水管分别设有阀门Ⅵ 76和阀门Ⅴ75。从过滤器3的出口用水管连接离子交换柱4的底部,该水管设有阀门Ⅶ77。另一水管设有阀门Ⅷ78从离子交换柱4底部连接接到酸液回收罐10。而离子交换柱4顶部出口接有三根管,一根水管固设有阀门Ⅴ75连接至增压泵8的出口,另一根水管固设阀门Ⅳ74则用水管连接到废水站6,第三根为气管固设有阀门Ⅲ73连接空压机9;
酸液回收罐10用水管连接到酸液回收泵11,酸液回收泵11出口用水管连接热交换器2的另一入口(热能吸收),从热交换器2热能吸收的出口用水管连接返回生产车间的酸洗槽1作直接使用。
本发明反向离子交换的酸回收方法,具体分为三个步骤,具体过程为:
第一步骤是废酸液进入离子交换柱4将洗出的酸液中的金属离子排至废水站6
生产线的酸洗槽经使用一段时间后,酸液含金属量升高而使酸浸效能减低,此时利用自动控制电路控制开启阀门Ⅰ71、阀门Ⅳ74、阀门Ⅵ76和阀门Ⅶ77,并关闭其他阀门,带有温度60度以上的酸液(亦作废酸液)从酸洗槽1进入热交换器2释出热能冷却,然后,利用自动控制电路控制增压泵8将从热交换器2排出的废酸液加压进入过滤器3进行过滤,藉此将废酸液中的固体悬浮物和不可溶的固体粒子过滤;经过滤器3过滤的废酸液进入离子交换柱4的底部,废酸液以2-20m/h的流速从离子交换柱4的底部流向顶部过程中由交换树脂吸附酸离子,让离子交换柱4内的树脂能有效并平均接触废酸液;对废酸进行极细致的色分离,废酸内大部份重金属离子(85–95%)会经阀门Ⅳ74排出到废水站6进行金属回收,而废酸内大部份酸离子(85-98%)会被吸附及停留在离子交换柱4内。
第二步骤是用清水将离子交换柱4中的酸液洗出并排至酸液回收罐10
将阀门Ⅰ71、阀门Ⅳ74、阀门Ⅵ76和阀门Ⅶ77关闭,并开启阀门Ⅱ72、阀门Ⅴ75、阀门Ⅷ78和增压泵8、酸液回收泵11,利用增压泵8将清水罐5中的清水加入离子交换柱4的顶部,清水以2-20m/h流速从离子交换柱4的顶部流向底部过程中将吸附在交换树脂上的酸离子解吸反洗出来得到提纯后的酸液,这些酸液与重金属分离后而得到提纯,而浓度亦有相应提升。提纯后的酸液由离子交换柱4的底部排至酸液回收罐10,并通过酸液回收泵11 将酸液回收罐10中的酸液输送入热交换器2中,酸液在热交换器2中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽1中进行循环使用;
第三步骤是利用压缩空气将离子交换柱4中剩余的酸液压出至酸液回收罐10
将阀门Ⅱ72和阀门Ⅴ75关闭,并开启阀门Ⅲ73和空压机9,空压机7产出的压缩空气从离子交换柱4的顶部进入,压缩空气压力维持在0.5–3bar,压缩空气将离子交换柱4内的酸液完全排至酸液回收罐10,并通过酸液回收泵11将酸液回收罐10中的酸液输送入热交换器2中,酸液在热交换器2中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽1中进行循环使用;
当完成第三步骤后,返回第一步骤循还运作。自动控制电路亦可按生产线需要,设定此设备装置的运行的次数,达到有效运用资源。
本发明酸液从离子交换柱4的底部进入离子交换柱4内,让离子交换柱4里的树脂能有效并平均接触废酸液;对废酸中的酸液进行吸附,提高其吸附面积,吸附效率和吸附量;酸液从离子交换柱4的底部进入,可以有效减低树脂床内压,不但可以减少树脂的损伤,而且可增大离子交换柱4的高度与面积2:1–10:1。从而大大增加离子交换色层分离的效果,产出的酸液得到提纯,提纯后酸内重金属只有2-10%,而酸回收率达85–98%。
本发明套用热交换器2,利用热交换器2将从生产线酸洗槽1的酸液中的热量,转移至从酸液回收罐10返回至生产线酸洗槽1中的酸液,能降低废酸液进入树脂床的温度,从而减低对树脂的损耗藉此延长设备的寿命。利用压缩空气机9提供压缩空气,将离子交换柱4内酸液完全压出离子交换柱4,可以大量减少了清水使用量,从而将回收的酸液浓度提高,返回生产线时可直接使用,减少了新酸液的补充达85–95%。
通过以上的方式,本发明通过离子交换柱4对废酸进行吸附,利用各个阀门的开和关实现废液中酸液的提纯、收集和金属杂质的排出,达到降低废酸处理费用、减少能源消耗、降低生产成本、提高废酸回收利用率和促进企业发展的目的。
实施例1:
在电镀及金属表面处理行业,要大量使用酸作清洗液及电解液,当这些酸中金属离子达到一定浓度时,废酸就必须用新鮮的酸液代替而产生大量废酸。钢铁行业的硫酸或盐酸酸洗系统ー股产生含有约50-200g/l的酸和150-300g/l的铁盐的废酸;不锈钢生产过程中需要用硝酸及氢氟酸之混合酸酸洗去除金属表面的氧化层,产生的不锈钢酸洗废盐酸HCl成份约为5~15%硝酸HNO3 2~5%和氢氟酸HF30~60g/L的金属盐。这些废酸液经过滤除颗粒后的废酸通过酸回收层析器进行酸和金属盐的分离,进料吸附和洗脱反方向交替进行,循环分別泵入废酸、清水和压缩空气,流出液分出提纯的酸液返回生产直接使用,而含重金属废水则送至废水站作回收。
附图3及图4分別为钢铁冶炼厂废盐酸液经本装置和方法做测试的结果,图3为使用了本发明的反向进废酸的方法,而图4则是采用传统酸液回收方法,酸树脂床直径为150mm、高750mm,废酸液流速为10m/hr,压力为1bar,废酸含酸浓度为12%及总铁离子浓度为150g/L。泵入及排出的酸和铁离子浓度的变化:
第一段、低酸水段:此段酸离子被吸附于离子交换柱4内,而金属铁离子则排出离子交换柱4直至流出液中直至酸离子浓度升到进料废酸中金属离子浓度的0.25倍时停止收集,此段金属水排到废水站作回收金属,
第二段、高盐中酸液段:离子交换柱4已跑和了酸离子,继续进入的废酸液时酸离子会开始大量排出离子交换柱4直至酸离子及铁离子升到进料废酸液一样浓度,
第三段、高酸高盐液段:B段结束后,直至流出液中金属离子浓度达到进料废酸中金属离子浓度时,离子交换柱4已达飽和状态,
本发明对离子交换柱4的效能有明显的改进,对比传统的废酸回收工艺,本发明能將树脂的利用率废酸回收率增加10-30%。
实施例2
热浸锌电镀厂利用热盐酸液进行电镀前酸洗,使用酸液浓度为15%,总铁含量130g/L,热废酸(温度约60度)进入热交换器后温度降至35度,经增压泵经过滤器將颗粒去除,反向进入装有吸酸树脂的酸回树脂床中,树脂(強碱性离子交换树脂)吸附酸,从树脂床顶部流出液中酸离子浓度低而金属离子浓度高而排到废水站进行金属回收,当出液酸离子浓度达进入酸液的0.5倍时,停止进废酸,进清水洗脱产出回用酸,回用酸流向与废酸流向相反,当树脂床流出液中酸离子浓度降到进入酸液的0.5倍时,停止进水,並通入压缩空气,將树脂床内余液完全推出。回收酸经过热交換器温度提升到55度返回生产线使用。
酸树脂床直径为750mm、高3000mm,废酸液(反向进树脂床)流速为10m/hr,压力为2bar,泵入及排出的酸和铁离子浓度的变化,如附图5所示。
A段、低酸高盐水段:酸液反向进入离子交换柱4,而流出液中H+浓度低而重金属浓度高而排至废水站6回收金属处理,直至流出液中酸离子浓度升到进料废酸中酸离子浓度的0.5倍时停止收集,A段收集液作为重金屬回收利用。
B段、纯酸段:清水从离子交换柱4顶部进入,直至流出液中H+浓度降到0.5倍时停止收集,D段收集液是回收后的纯酸。
B段结束后,C段利用压缩空气打入离子交换柱4内,此段收集亦为纯酸段;表2 为各段酸和铁离子浓度的变化。
表2各段酸和铁离子浓度的变化
*注:总Fe为包括Fe2+和Fe3+
此测试实现了本发明对废酸回收的效能,废酸回收率达92%;表3为本发明工艺与传统APU技术的比较。
表3本发明工艺与传统APU技术的比较
以上所述的仅是本发明所公开的一种废酸提纯回收设备的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.反向离子交换的酸回收装置,包括热交换器(2)、离子交换柱(4)、清水罐(5)和废水站(6),其特征在于:
所述热交换器(2)分别设置有热能释放入口、热能释放出口和热能吸收入口、热能吸收出口,热能释放入口和热能释放出口通过管路分别与生产线中的酸洗槽(1)和离子交换柱(4)的底部连接,热能吸收入口和热能吸收出口通过管路分别与离子交换柱(4)的底部和生产线中的酸洗槽(1)连接,废酸液从生产线中的酸洗槽(1)进入热交换器(2)后废酸液的热能释出,然后热交换器(2)将热量转换至回收酸液里;
所述离子交换柱(4)为中空的圆柱体结构,离子交换柱(4)内填充有离子交换树脂颗粒;
所述清水罐(5)通过管路与离子交换柱(4)的顶部连接,清水罐(5)中的清水从顶部进入离子交换柱(4)将酸离子从离子交换树脂中解吸出来,并从离子交换柱(4)的底部排出经热交换器(2)的热能吸收入口进入热交换器(2)吸收热量后,经热交换器(2)的热能吸收出口排出返回生产线中的酸洗槽(1);
所述废水站(6)通过管路与离子交换柱(4)的顶部连接,废酸液从生产线中的酸洗槽(1)经热交换器(2)的热能释放入口进入热交换器(2)释出热能后,经热交换器(2)的热能释放出口排出进入离子交换柱(4)吸附酸离子洗出酸液中的金属离子的废水排至废水站(6)。
2.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述酸回收装置还包括过滤器(3),过滤器(3)安装在酸洗槽(1)与热交换器(2)或者热交换器(2)与离子交换柱(4)之间的管路中。
3.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述酸回收装置还包括收集罐,收集罐安装在热交换器(2)之后的管路中。
4.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述酸回收装置还包括增压泵(8),热交换器(2)的热能释放出口和清水罐(5)分别通过阀门Ⅰ(71)和阀门Ⅱ(72)及管路与增压泵(8)入口连接,增压泵(8)出口管路分成两条,一条管路通过阀门Ⅴ(75)与离子交换柱(4)的顶部连接,另一条管路通过阀门Ⅵ(76)与离子交换柱(4)的底部连接。
5.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述酸回收装置还包括空压机(9),空压机(9)和废水站(6)分别通过阀门Ⅲ(73)和阀门Ⅳ(74)及管路与离子交换柱(4)的顶部连接。
6.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述酸回收装置还包括酸液回收罐(10)和酸液回收泵(11),酸液回收罐(10)的入口通过阀门Ⅷ(78)及管路与离子交换柱(4)的底部连接;酸液回收罐(10)的出口通过管路连接酸液回收泵(11)后与热交换器(2)的热能吸收入口连接。
7.根据权利要求4所述的酸回收装置,其特征在于:所述增压泵(8)与离子交换柱(4)的底部连接的管路中安装有过滤器(3),增压泵(8)与过滤器(3)和过滤器(3)与离子交换柱(4)的底部之间的管路上分别安装阀门Ⅵ(76)和阀门Ⅶ(77)。
8.根据权利要求1所述的酸回收装置,其特征在于:所述离子交换柱(4)的高度尺寸和内径尺寸之比为3:1。
9.反向离子交换的酸回收方法,分为二个步骤,具体过程为:
第一步骤是废酸液进入离子交换柱(4)将洗出的酸液中的金属离子排至废水站(6)
首先,接通废酸液从酸洗槽(1)流经热交换器(2)进入离子交换柱(4)并排入废水站(6)的管路,并关闭其他管路,废酸液从酸洗槽(1)进入热交换器(2)释出热能冷却后,进入离子交换柱(4)的底部,废酸液从离子交换柱(4)的底部流向顶部过程中由交换树脂吸附酸离子,最后,废酸液从热交换器(2)的顶部排出到废水站(6)进行金属离子回收;
第二步骤是用清水将离子交换柱(4)中的酸液洗出并排至热交换器(2)
将清水罐(5)的清水进入离子交换柱(4)的顶部的管路、离子交换柱(4)的底部到热交换器(2)的管路和热交换器(2)到酸洗槽(1)的管路接通,并关闭其他管路后,利用清水将吸附在离子交换柱(4)中的交换树脂上的酸离子解吸反洗出来得到提纯后的酸液,提纯后的酸液由离子交换柱(4)的底部排至热交换器(2)中,酸液在热交换器(2)中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽(1)中进行循环使用;
当完成第二步骤后,返回第一步骤循还运作。
10.根据权利要求9所述的酸回收方法,其特征在于:所述酸回收方法分为三个步骤,
第一步骤是废酸液进入离子交换柱(4)将洗出的酸液中的金属离子排至废水站(6)
首先,开启阀门Ⅰ(71)、阀门Ⅳ(74)、阀门Ⅵ(76)和阀门Ⅶ(77),并关闭其他阀门,废酸液从酸洗槽(1)进入热交换器(2)释出热能冷却,然后,利用增压泵(8)将从热交换器(2)排出的废酸液加压进入过滤器(3)进行过滤,经过滤器(3)过滤的废酸液进入离子交换柱(4)的底部,废酸液从离子交换柱(4)的底部流向顶部过程中由交换树脂吸附酸离子,最后,废酸液从热交换器(2)的顶部排出到废水站(6)进行金属离子回收;
第二步骤是用清水将离子交换柱(4)中的酸液洗出并排至热交换器(2)
将阀门Ⅰ(71)、阀门Ⅳ(74)、阀门Ⅵ(76)和阀门Ⅶ(77)关闭,并开启阀门Ⅱ(72)、阀门Ⅴ(75)、阀门Ⅷ(78)和增压泵(8)、酸液回收泵(11),利用增压泵(8)将清水罐(5)中的清水加入离子交换柱(4)的顶部,清水从离子交换柱(4)的顶部流向底部过程中将吸附在交换树脂上的酸离子解吸反洗出来得到提纯后的酸液,提纯后的酸液由离子交换柱(4)的底部排至酸液回收罐(10),并通过酸液回收泵(11)将酸液回收罐(10)中的酸液输送入热交换器(2)中,酸液在热交换器(2)中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽(1)中进行循环使用;
第三步骤是利用压缩空气将离子交换柱(4)中剩余的酸液压出至酸液回收罐(10)
将阀门Ⅱ(72)和阀门Ⅴ(75)关闭,并开启阀门Ⅲ(73)和空压机(9),空压机(9)产出的压缩空气从离子交换柱(4)的顶部进入,压缩空气将离子交换柱(4)内的酸液完全排至酸液回收罐(10),并通过酸液回收泵(11)将酸液回收罐(10)中的酸液输送入热交换器(2)中,酸液在热交换器(2)中吸收热能后,返回生产线中的酸洗槽(1)中进行循环使用;
当完成第三步骤后,返回第一步骤循还运作。
11.根据权利要求9或10所述的酸回收方法,其特征在于:所述第一步骤中的废酸液以2-20m/h的流速从离子交换柱(4)的底部流向顶部;所述第二步骤中的清水以2-20m/h流速从离子交换柱(4)的顶部流向底部;所述第三步骤中的压缩空气压力维持在0.5–3 bar。
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CN113149248A (zh) * 2021-01-19 2021-07-23 中基(海南)科技有限公司 一种绿色电镀废水资源化处理工艺

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