CN111206156A - 一种高效微电置换净化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效微电置换净化方法及装置，所述方法是将置换金属与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器或内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。所述装置包括底座及电动金属转筒。本发明方法利用置换反应及原电池反应的机理，将传统单一界面接触反应为主的氧化还原反应，变成多效组合接触式和溶液离子交换型电化学与置换有效组合的氧化还原反应，提高置换净化反应速度和效率。本发明装置可提高置换净化反应效果，采用金属碎料、粉料作为置换净化剂，可大大降低消耗，同时提高置换渣品质。

Description

一种高效微电置换净化方法及装置
技术领域
本发明属于湿法冶金及化工环保技术领域，具体涉及一种高效微电置换净化方法及装置。
背景技术
置换反应主要是在金属盐的溶液中，用一种较负电性金属取代另外一种较正电性金属的反应过程，在湿法冶金及化工领域中就是利用置换净化反应来达到净化除杂目的。例如在湿法冶炼的电解锌、电解锰、电解镍钴化工领域生产过程中的净化除杂工序都采用这一反应机理来达到净化除杂要求的，但其净化过程大部份都是采用机械拌或流态化净化槽来实现该反应过程的，在实际生产中存在很多不足之处，具体体现在置换反就不完全、消耗高、渣中金属损失大。
最典型的置换净化反应是湿法电解锌的净化部份，都是利用锌粉来进行置换净化反应的，在反应投料反应初期效果较好，但随着反应的进行，其反应表面形成置换包裹，加之反应过程中有部份反应形成氢气，使包裹颗粒表面PH值上升，促进碱式锌盐（包括Zn(OH)2）的生成，与置换的包裹形成纯化膜将锌粉包裹，阻止其进一步的置换反应，增加了净化剂的消耗，净化渣中的残锌含量高，增加了成本，尽管各行业都在努力寻找新方法来解决这一技术难点。例如专利200810031128用超声波改善锌粉活性的方法装置及用途。其工艺方法及装置确实有实际效果，但其装置存在一定问题，一直未在工业上大规模实际运用。专用Cv201510796081一种硫酸锌溶液置换除杂的方法及其净化槽，其反应是采用锌片而非锌粉作净化剂，利用锌片替锌粉大大降低了锌粉的消耗，对传统工艺技术取 得一定效果，但其反应槽底部堆集的碎锌片会造成反应堆积，阻碍反应进行造成反应不均匀，甚至造成反应死角及板结现象使反应不能正常运行，专利CN104711423A，是一种低温用锌粉采用辅助添加剂来来实现的一种置换反应，这些反应都是没有很好突破传统置换净化的有效方法。现有技术也有利用置换反应和原电池反应机理进行各类反应，但反应都是仅限于接触主体局部的氧化还原反应，效果不佳。为此，研发一种能够解决上述问题的高效微电置换净化方法及装置是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高效微电置换净化方法。
本发明的第二目的在于提供一种实现高效微电置换净化方法的装置。
本发明的第一目的是这样实现的，将将置换金属与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器或内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
本发明的第二目的是这样实现的，包括底座以及设于底座上的电动金属转筒，所述的电动金属转筒的筒体内壁设有若干个抄板，所述的电动金属转筒的筒体一端中心设有进料口，另一端中心设有出料口，且进料口直径小于出料口直径，所述的筒体出料端设有若干个等间距的挡板。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明方法利用置换反应及原电池反应的机理，将传统单一界面接触反应为主的氧化还原反应，变成多效组合接触式和溶液离子交换型电化学与置换有效组合的氧化还原反应，这样大大提高了置换净化反应速度和效率；
2、金属反应容器作为原电池的阴极或导体连接体，较负的置换金属碎片和/或置换金属粉体作为置换主体，即原电池的阳极，在原电池的机理下，置换金属主体的溶解即离子化为阳极过程，而被置换金属的沉积为阴极过程，也就是与电解质溶液相接解的金属表面上进行着共轭的阴极和阳极电化学反应，当较负电性的金属放入含更正电性金属离子的溶液中，在金属与溶液之间开始离子交换，并在金属表面形成了被置换金属覆盖的表面区，随着反应的进行，电子将由置换金属流向被置换金属的阴极区，该阴极既包含置换金属主体表面也包括筒体与液体的接触面，形成较大反应区域和较大反应比表面，加速了反应的进行，同时使反应中的析氢、包裹现象被弱化，既使形成阻碍层，一部分也会被不断转动的筒体自身磨破并消除，而大部分由于置换金属与被置换金属形成包裹体，在筒体的转动下，这样就形成多组元的微电池及大区域，大阴极表面的电子交换反应，从而实现快速高效的置换净化反应；反应条件下又形成新的小微电池反应，这样包裹内部的活性金属自然形成原电池的正极，不断在电化学过程中消耗殆尽，不受置换包裹层的影响；
3、本发明采用金属反应容器不断转动的结构方式，在运行中通过自我磨破，及时解决置换表面阻碍层的更新，同时金属筒体与置换净化前液在置换金属堆积条件下，自然构成多元形式的原电池反应组合，从而进一步提高置换净化反应效果，本发明采用金属碎料、粉料作为置换净化剂，可大大降低消耗，从而降低成本，同时提高置换渣品质。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为图1不包括进料装置的左视结构示意图；
图3为筒体内的结构示意图；
图中：1-底座，2-电动金属转筒，3-抄板，4-进料口，5-出料口，6-挡板，7-进料装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~图3所示本发明是将置换金属与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器或内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
优选地，反应容器的转速为5~50转/分钟，反应温度为20~90℃，反应停留时间为1~30分钟。
优选地，反应容器的转速为12~25转/分钟，反应温度为40~70℃，反应停留时间为3~8分钟。
优选地，所述的置换金属为碎料，或碎料与粉料，碎料尺寸为1~50mm，粉料中至少80%的粉料为-60目有效金属粉料。
优选地，所述的反应容器为金属材质的容器或内壁设有金属材质衬层的非金属容器。
优选地，所述的金属材质为铁、铜、不锈钢或钛。
优选地，所述的反应容器外侧设有保温层。
所述的高效微电置换净化方法的装置，包括底座1以及设于底座1上的电动金属转筒2，所述的电动金属转筒2的筒体内壁设有若干个抄板3，所述的电动金属转筒2的筒体一端中心设有进料口4，另一端中心设有出料口5，且进料口4直径小于出料口5直径，出料口5直径大于进料口4直径便于净化后液连续排出，所述的筒体出料端设有若干个等间距的挡板6。
优选地，所述的筒体至少一端呈锥形结构。
优选地，所述的筒体为平卧式或半卧式。
优选地，所述的电动金属转筒2为齿轮传动式电动金属转筒、皮带传动式电动链轮金属转筒或托轮传动式电动金属转筒。
优选地，所述的进料口4设有进料装置7。
本发明装置工作原理和工作过程：将置换金属与一定量置换净化前液由进料口4装入筒体中，启动电动金属转筒，筒体不断转动，进行试运行；试运行正常后，通过进料口4连续加入置换净化前液，经化反应后由出料口5连续流出；
筒体内的置换净化前液随筒体径向与置换金属一起旋转，同时与混合的金属形成不同差速的混合物料，在旋转过程中完成置换净化的多相反应，其次置换净化前液进入筒体后，与筒体不断旋转，从而增加反应停留时间和反应机率，再次置换金属在与筒体旋转时不断形成自磨过程，起到更新反应表面以及加速反应的作用，提高了反应速度和效率；
金属碎片、金属粉体可以根据工艺要求间断加入，反应完全的大颗粒净渣随出料口5定期排出，进行连续置换净化反应过程。
下面结合实施例1~实施例10对本发明作进一步说明。
实施例1
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为5转/分钟，反应温度20℃，反应停留时间为1分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例2
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为50转/分钟，反应温度90℃，反应停留时间为30分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例3
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料、粉料与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为27.5转/分钟，反应温度55℃，反应停留时间为15.5分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例4
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料与置换净化前液一起装入反应容器中，碎料尺寸为1mm，反应容器为金属材质的容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为12转/分钟，反应温度为40℃，反应停留时间为3分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例5
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料、粉料与置换净化前液一起装入反应容器中，碎料尺寸为50mm，粉料中80%的粉料为-60目粉料，反应容器为金属材质的容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为25转/分钟，反应温度为70℃，反应停留时间为8分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例6
高效微电置换净化方法，将置换金属碎料、粉料与置换净化前液一起装入反应容器中，碎料尺寸为25mm，粉料中90%的粉料为-60目粉料，反应容器为内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应容器的转速为18.5转/分钟，反应温度为55℃，反应停留时间为5.5分钟，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
实施例7
氨法电解锌工艺产生的待净化废液，即置换净化前液，置换净化前液Zn含量38g/L、Pb含量0.9g/L、Cd含量0.2g/L，温度为50℃；
将碎锌及锌粉装入本发明装置的筒体，将置换净化前液装入本发明装置的筒体，反应容器的转速为15转/分钟，反应温度为50℃，反应停留时间为3分钟，进行试运行，待试运行正常后，连续加入置换净化前液，经过净化，得到净化后液，净化后液经测定，其中Zn含量33.40g/L、Pb含量0.12g/L、Cd含量0.08g/L；
将净化后液再经过本发明装置处理，进行二段净化以及三段净化，得到的三段净化后液，经测定，其中Zn含量33.50g/L、Pb含量＜1mg/L、Cd含量＜0.5mg/L；
产出1号电锌后锌8%，碎锌消耗＜10Kg/吨锌，锌粉消耗＜5Kg/吨锌，产出含铅＞80%，含锌＜8%的净化渣。
实施例8
氨法电解锌工艺（3吨/日锌）产生的待净化废液，即置换净化前液，置换净化前液Zn含量36g/L、Pb含量1.15g/L、Cd含量0.26g/L，温度为55℃；
将碎锌装入本发明装置的筒体，再将置换净化前液装入本发明装置的筒体，反应容器的转速为27转/分钟，反应温度为60℃，反应停留时间为5分钟，进行试运行，待试运行正常后，连续加入置换净化前液，经过净化，得到净化后液，净化后液经测定，其中Zn含量31.50g/L、Pb含量0.11g/L、Cd含量0.05g/L；
将净化后液再经过本发明装置处理，进行二段净化以及三段净化，得到的三段净化后液经测定，其中Zn含量38.52g/L、Pb含量＜1mg/L、Cd含量＜0.5mg/L；
产出1号电锌，碎锌消耗＜15Kg/吨锌，产出含铅＞80%、含锌≤5%的净化渣。
实施例9
硫酸锌溶液度净化剂工业七水硫酸锌，置换净化前液Zn含量121g/L、Cd含量1.1g/L、Co含量10mg/L、Ni含量30mg/L，温度为70℃；
将碎锌和锌粉装入本发明装置的筒体，再将置换净化前液装入本发明装置的筒体，反应容器的转速为30转/分钟，反应温度为60℃，反应停留时间为5分钟，进行试运行，待试运行正常后，连续加入置换净化前液，经过净化，得到净化后液，净化后液经测定，其中Zn含量121.6g/L、 Cd含量＜5mg/L、Co含量＜3mg/L、Ni含量＜5mg/L；
净化后液满足硫酸锌产品要求，净化后液不容易返溶镉现象，比传统工艺锌粉制锌合格的工业七水硫酸锌产品消耗节能50%以上。
实施例10
硫酸锌溶液净化制饲料一水硫酸锌，置换净化前液Zn含量135g/L、Cd含量1.5g/L、Co含量2.5mg/L、Ni含量30mg/L，温度为75℃；
将碎锌装入本发明装置的筒体，再将置换净化前液装入本发明装置的筒体，进行试运行，反应容器的转速为25转/分钟，反应温度为65℃，反应停留时间为5分钟，待试运行正常后，连续加入置换净化前液，并通过三段净化，得到三段净化后液，经测定，净化后液中Zn含量136.3g/L、 Cd含量＜1.5mg/L、Co含量＜5mg/L、Ni含量＜5mg/L；
制出合格饲料级一水硫酸锌，降低锌粉消耗50%以上。

Claims (10)

1.一种高效微电置换净化方法，其特征在于将置换金属与置换净化前液一起装入反应容器中，反应容器为金属材质的容器或内壁设有金属材质衬层的非金属容器，然后不断旋转反应容器，使料液与反应容器一起旋转并进行反应，反应过程中，不断加入新的置换净化前液，同时不断将净化后液排出。
2.根据权利要求1所述的高效微电置换净化方法，其特征在于反应容器的转速为5~50转/分钟，反应温度20~90℃，反应停留时间为1~30分钟。
3.根据权利要求1或2所述的高效微电置换净化方法，其特征在于反应容器的转速为12~25转/分钟，反应温度为40~70℃，反应停留时间为3~8分钟。
4.根据权利要求1所述的高效微电置换净化方法，其特征在于所述的置换金属为碎料，或碎料与粉料，碎料尺寸为1~50mm，粉料中至少80%的粉料为-60目粉料。
5.根据权利要求4所述的高效微电置换净化方法，其特征在于所述的金属材质为铁、铜、不锈钢或钛。
6.一种实现根据权利要求1~5任一所述的高效微电置换净化方法的装置，其特征在于包括底座（1）以及设于底座（1）上的电动金属转筒（2），所述的电动金属转筒（2）的筒体内壁设有若干个抄板（3），所述的电动金属转筒（2）的筒体一端中心设有进料口（4），另一端中心设有出料口（5），且进料口（4）直径小于出料口（5）直径，所述的筒体出料端设有若干个等间距的挡板（6）。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的筒体至少一端呈锥形结构。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的筒体为平卧式或半卧式。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的电动金属转筒（2）为齿轮传动式电动金属转筒、皮带传动式电动链轮金属转筒或托轮传动式电动金属转筒。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的进料口（4）设有进料装置（7）。
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