CN111252968A - 一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,采用电渗析技术浓缩硫酸铜溶液,能耗较低,浓缩效率高,通过电渗析装置采用阳极室、阴极室和第三极室的三极室布局,在阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,防止阴离子和阳离子接触电极,克服了传统电渗析法处理硫酸铜料液时铜离子被吸引到阴极室,铜单质容易在电极上结晶析出的问题;通过压力驱动膜与电驱动膜集成技术浓缩硫酸铜溶液,整个生产过程采用封闭式循环,无污染物的排放,且生产过程中不需要添加大量的化学试剂,绿色环保,生产周期短,操作简单,大大降低了劳动强度,且产品纯度高,具有广阔的应用前景。

Description

一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法
技术领域
本发明涉及膜分离化工技术领域,尤其涉及一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法。
背景技术
硫酸铜为天蓝色晶体,水溶液呈弱酸性,俗名胆矾或蓝矾。硫酸铜是制备其他铜化合物的重要原料,例如,硫酸铜和石灰乳混合可得波尔多液,用作杀菌剂。硫酸铜也是电解精炼铜时的电解液,现有的硫酸铜浓缩方法为蒸发浓缩,利用蒸发浓缩能耗很大,对环境会造成一定污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作方便、效果良好、无废水排放、能耗小的应用膜技术浓缩硫酸铜的方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术解决方案是:
一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,包括以下步骤:
(1)将硫酸铜溶液经过保安过滤器过滤,去除杂质;
(2)将除杂后的硫酸铜溶液置入电渗析装置中进行浓缩淡化,硫酸铜溶液通过料液泵进入浓缩室和淡化室,在直流电场作用下,淡化室中的硫酸铜溶液浓度逐渐降低,浓缩室中的硫酸铜溶液浓度逐渐升高;
(3)通过电驱动膜分离器将淡化室的淡化液和浓缩室的浓缩液分离出来,将得到的淡化液通过压力驱动膜浓缩提高浓度;
(4)将提高浓度的淡化液回流到电渗析装置,继续进行浓缩处理,分离出淡化液和浓缩液,将得到的浓缩液回流至电镀槽重新利用。
进一步的,所述的步骤(2)中直流电场的作用是淡化室中的铜离子向阴极方向迁移,硫酸根离子向阳极方向迁移,铜离子与硫酸根离子就分别透过阳离子交换膜与阴离子交换膜迁移到相邻的隔室中去,使得淡化室的铜离子与硫酸根离子减少,浓缩室的铜离子与硫酸根离子增加。
进一步的,所述的除杂后的硫酸铜溶液和提高浓度的淡化液的铜含量为2g/L,所述的步骤(2)中淡化液的铜含量为1g/L,所述的步骤(4)中淡化液的铜含量为0.2g/L,所述的浓缩液铜含量为30g/L。
进一步的,所述的电渗析装置的膜组构成包括阴极室、阳离子交换膜、淡化室、阴离子交换膜、浓缩室和阳极室,所述的浓缩室和淡化室交替设置,所述的浓缩室与淡化室之间设置阳离子交换膜,所述的淡化室与浓缩室之间设置阴离子交换膜。
进一步的,所述阴极室一侧和阳极室一侧分别设置有第三极室,所述的阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜。
进一步的,所述电渗析装置的膜组构成还包括压力表、流量计、管路和直流电源。
进一步的,所述步骤(3)中的电驱动膜分离器的电流密度为300-500A/m2,工作温度为10-40℃。
进一步的,所述步骤(3)中压力驱动膜采用卷式纳滤膜或反渗透膜。
进一步的,所述压力驱动膜的孔径范围为0.1-10nm,工作温度为10-40℃,压力为0.5Mpa-3Mpa。
本发明的有益效果是:
1.本发明采用电渗析技术浓缩硫酸铜溶液,能耗较低,浓缩效率高,硫酸铜回收率可以达到100%,且不会对环境造成污染;
2.本发明的电渗析装置采用阳极室、阴极室和第三极室的三极室布局,在阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,防止阴离子和阳离子接触电极,克服了传统电渗析法处理硫酸铜料液时铜离子被吸引到阴极室,铜单质容易在电极上结晶析出的问题;
3.本发明通过压力驱动膜与电驱动膜集成技术浓缩硫酸铜溶液,整个生产过程采用封闭式循环,无污染物的排放,且生产过程中不需要添加大量的化学试剂,绿色环保,生产周期短,操作简单,大大降低了劳动强度,且产品纯度高,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的浓缩硫酸铜的生产工艺流程图;
图2为本发明对应的电渗析装置的工作原理图;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是,下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了解决现有的硫酸铜蒸发浓缩方法能耗很大,对环境会造成一定污染的问题,本申请公开了一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,如图1所示,包括以下步骤:
(1)将硫酸铜溶液经过保安过滤器过滤,去除杂质;
(2)将除杂后的硫酸铜溶液置入电渗析装置中进行浓缩淡化,硫酸铜溶液通过料液泵进入浓缩室和淡化室,在直流电场作用下,淡化室中的硫酸铜溶液浓度逐渐降低,浓缩室中的硫酸铜溶液浓度逐渐升高;优选的,所述的除杂后的硫酸铜溶液和提高浓度的淡化液的铜含量为2g/L,所述的步骤(2)中淡化液的铜含量为1g/L,所述的步骤(4)中淡化液的铜含量为0.2g/L,所述的浓缩液铜含量为30g/L。而直流电场的作用是淡化室中的铜离子向阴极方向迁移,硫酸根离子向阳极方向迁移,铜离子与硫酸根离子就分别透过阳离子交换膜与阴离子交换膜迁移到相邻的隔室中去,使得淡化室的铜离子与硫酸根离子减少,浓缩室的铜离子与硫酸根离子增加。通过该步骤,将原来铜含量为2g/L的硫酸铜溶液进入到电渗析装置进入到电渗析装置中,进行一级EDR(互动电渗析)处理,处理后形成浓缩液铜含量为30g/L,淡化液的铜含量为1g/L。
(3)通过电驱动膜分离器将淡化室的淡化液和浓缩室的浓缩液分离出来,将得到的淡化液通过压力驱动膜浓缩提高浓度;优选的,电驱动膜分离器的电流密度为300-500A/m2,工作温度为10-40℃。优选的,压力驱动膜采用卷式纳滤膜或反渗透膜,所述压力驱动膜的孔径范围为0.1-10nm,工作温度为10-40℃,压力为0.5Mpa-3Mpa。利用该步骤将淡化室的淡化液和浓缩室的浓缩液分离出来,并将淡化液的铜含量为2g/L。
(4)将提高浓度的淡化液回流到电渗析装置,进行二级EDR(互动电渗析)处理,处理后形成浓缩液铜含量为30g/L,淡化液的铜含量为0.2g/L,继续进行浓缩处理,分离出淡化液和浓缩液,将铜含量为0.2g/L淡化液排到反渗透系统,继续上述步骤浓缩后加入步骤(2)对应的电渗析装置中进行处理。将得到的浓缩液回流至电镀槽重新利用,具体是将得到的高浓度浓缩液运用到电解铜的电镀槽中,实现高浓度硫酸铜溶液的浓缩。
传统的电渗析装置并不适用于硫酸铜料液体系,因为其只有两个极室,在阴极由于阴极吸引阳离子,会导致很多铜离子吸引到阴极形成铜单质结晶,影响装置的继续使用,而阳极会有硫酸阴离子吸引,影响阳极正常使用,而本申请对应的电渗析装置的工作原理图如图2所示,为了制图方便,图中的阴极代表阴极室,阳极代表阴极室,阳膜代表阳离子交换膜,阴膜代表阴离子交换膜,淡室代表淡化室,浓室代表浓缩室,本申请对应的电渗析装置的膜组构成包括阴极室、阳离子交换膜、淡化室、阴离子交换膜、浓缩室和阳极室,所述的浓缩室和淡化室交替设置,所述的浓缩室与淡化室之间设置阳离子交换膜,所述的淡化室与浓缩室之间设置阴离子交换膜。
优选的,所述阴极室一侧和阳极室一侧分别设置有第三极室,所述的阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜。
优选的,所述电渗析装置的膜组构成还包括压力表、流量计、管路和直流电源。
当除杂后的硫酸铜溶液置入电渗析装置中,硫酸铜溶液通过料液泵进入浓缩室和淡化室,在直流电场作用下,淡化室中的铜离子向左,硫酸根离子向右,硫酸铜溶液浓度逐渐降低,而铜离子和硫酸根离子都到浓缩室,导致浓缩室中的硫酸铜溶液浓度逐渐升高,完成淡化液和浓缩液的分离,而在所述的阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,由于在阴极室对应的第三极室上设置有阴离子交换膜,只能通过阴离子,因此可以防止左侧阴极室吸引铜离子,而形成铜单质结晶,而右侧的阳极室对应的第三极室上设置有阳离子交换膜,只能通过阳离子,因此可以防止右侧阳极室吸引硫酸根离子,而破坏阳极。
本发明采用电渗析技术浓缩硫酸铜溶液,能耗较低,浓缩效率高,硫酸铜回收率可以达到100%,且不会对环境造成污染;通过电渗析装置采用阳极室、阴极室和第三极室的三极室布局,在阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,防止阴离子和阳离子接触电极,克服了传统电渗析法处理硫酸铜料液时铜离子被吸引到阴极室,铜单质容易在电极上结晶析出的问题;通过压力驱动膜与电驱动膜集成技术浓缩硫酸铜溶液,整个生产过程采用封闭式循环,无污染物的排放,且生产过程中不需要添加大量的化学试剂,绿色环保,生产周期短,操作简单,大大降低了劳动强度,且产品纯度高,具有广阔的应用前景。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰,皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将硫酸铜溶液经过保安过滤器过滤,去除杂质;
(2)将除杂后的硫酸铜溶液置入电渗析装置中进行浓缩淡化,硫酸铜溶液通过料液泵进入浓缩室和淡化室,在直流电场作用下,淡化室中的硫酸铜溶液浓度逐渐降低,浓缩室中的硫酸铜溶液浓度逐渐升高;
(3)通过电驱动膜分离器将淡化室的淡化液和浓缩室的浓缩液分离出来,将得到的淡化液通过压力驱动膜浓缩提高浓度;
(4)将提高浓度的淡化液回流到电渗析装置,继续进行浓缩处理,分离出淡化液和浓缩液,将得到的浓缩液回流至电镀槽重新利用。
2.根据权利要求1所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述的步骤(2)中直流电场的作用是淡化室中的铜离子向阴极方向迁移,硫酸根离子向阳极方向迁移,铜离子与硫酸根离子就分别透过阳离子交换膜与阴离子交换膜迁移到相邻的隔室中去,使得淡化室的铜离子与硫酸根离子减少,浓缩室的铜离子与硫酸根离子增加。
3.根据权利要求1所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述的除杂后的硫酸铜溶液和提高浓度的淡化液的铜含量为2g/L,所述的步骤(2)中淡化液的铜含量为1g/L,所述的步骤(4)中淡化液的铜含量为0.2g/L,所述的浓缩液铜含量为30g/L。
4.根据权利要求1所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述的电渗析装置的膜组构成包括阴极室、阳离子交换膜、淡化室、阴离子交换膜、浓缩室和阳极室,所述的浓缩室和淡化室交替设置,所述的浓缩室与淡化室之间设置阳离子交换膜,所述的淡化室与浓缩室之间设置阴离子交换膜。
5.根据权利要求4所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述阴极室一侧和阳极室一侧分别设置有第三极室,所述的阴极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜,所述阳极室一侧的第三极室上设置阴离子交换膜。
6.根据权利要求4所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述电渗析装置的膜组构成还包括压力表、流量计、管路和直流电源。
7.根据权利要求1所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述步骤(3)中的电驱动膜分离器的电流密度为300-500A/m2,工作温度为10-40℃。
8.根据权利要求1所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述步骤(3)中压力驱动膜采用卷式纳滤膜或反渗透膜。
9.根据权利要求8所述的一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法,其特征在于:所述压力驱动膜的孔径范围为0.1-10nm,工作温度为10-40℃,压力为0.5Mpa-3Mpa。
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