CN214655163U - 一种金属离子连续转化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种连续金属离子连续转化装置。本实用新型的目的是克服现有金属铅提取体系中存在阳极寿命短、电积环境差和成本高的技术问题，克服现有锌回收体系中存在占地面积大、成本高、设备腐蚀严重、环境污染大和安全风险高的问题。该装置利用膜腔框架和阳离子膜形成多个膜腔，在相邻膜腔盛放不同溶液，通过循环泵，实现连续金属离子转化。该装置整体结构简单，体积小，投入成本低。采用紧固螺栓进行紧固，稳定可靠，有效降低了安全风险。由体外循环泵推动，能耗低，可用于将硅氟酸+硅氟酸铅体系中的铅迁移进甲磺酸+甲磺酸铅并连续转化为甲磺酸铅的工艺，以及从氯盐或氯盐混合体系中的锌迁移进硫酸+硫酸锌体系并连续转化为硫酸锌的工艺。

Description

一种金属离子连续转化装置

技术领域

本实用新型涉及一种转化装置，具体涉及一种金属离子连续转化装置，适用于湿法冶冶炼铅和锌行业。

背景技术

现有的金属铅湿法提取体系主要是硅氟酸+硅氟酸铅体系和甲磺酸+甲磺酸铅体系两种。其中，采用硅氟酸+硅氟酸铅体系电积提取金属铅，反应产生氟离子和氢氟酸，会导致出现阳极寿命短和电积环境差等问题，一直未实现工业化生产；采用甲磺酸+甲磺酸铅体系湿法提取金属铅，虽具有电流密度高，阳极寿命长和电流效率高等优势，但由于甲磺酸价格高，甲磺酸浸出酸损耗高，导致甲磺酸浸出铅成本较高。

此外，现有采用氯盐或氯盐混合体系湿法浸出锌时，需用到萃取和反萃装置，占地面积大、投资大，且需采用p204萃取剂，这种萃取剂存在以下几方面的问题：

1、萃取时对氯离子的萃取率为1～2％，在反萃过程中氯离子通过反萃液再次进入电积系统富集，氯离子对电积的阴、阳极板腐蚀严重，同时还会产生氯气，对环境污染和人身危害巨大。

2、p204萃取剂中的煤油挥发性较大，环境污染大，且煤油遇明火，易燃烧、爆炸，安全风险高。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有金属铅提取体系中存在阳极寿命短、电积环境差和成本高的技术问题，克服现有锌回收体系中存在占地面积大、成本高、设备腐蚀严重、环境污染大和安全风险高的技术问题，提供一种金属离子连续转化装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：

一种金属离子连续转化装置，其特殊之处在于：包括底部支架、两个夹紧板、N个膜腔框架、N+1个阳离子膜片、连接管路、多个紧固螺栓、两个循环泵、第一浸出液和第二电解液；N≥3；

所述膜腔框架为钛或不锈钢板框；所述夹紧板为钛或不锈钢材质；N个膜腔框架相互平行设置，每个膜腔框架内部均设有膜腔，两个夹紧板分别设置于最外侧的两个膜腔框架外侧，并将这两个膜腔框架内的膜腔外侧封闭，所述阳离子膜片夹设于相邻两个膜腔框架之间，将两个相邻膜腔框架内的膜腔相互隔离，相邻膜腔分别盛放不同溶液，分别为所述第一浸出液和第二电解液，与夹紧板接触的为第一浸出液；多个紧固螺栓分别穿过两个夹紧板、各膜腔框架、各阳离子膜片，将两个夹紧板之间的各膜腔框架、各阳离子膜片紧固在一起；所述底部支架设置于两个夹紧板底部；

所述连接管路包括第一管路和第二管路；

所述第一管路包括第一进液总管、第一出液总管、多个第一进液分管和多个第一出液分管；各第一进液分管和各第一出液分管的一端分别连接盛有第一浸出液的膜腔框架两端的进、出液口；各第一出液分管的另一端均连接第一出液总管的一端；各第一进液分管的另一端均连接第一进液总管的一端；第一进液总管上设置有一个所述循环泵；

所述第二管路包括第二进液总管、第二出液总管、多个第二进液分管和多个第二出液分管；各第二进液分管和各第二出液分管的一端分别连接盛有第二电解液的膜腔框架两端的进、出液口；各第二出液分管的另一端均连接第二出液总管的一端；各第二进液分管的另一端均连接第二进液总管的一端；第二进液总管上设置有另一个所述循环泵。

进一步地，为了便于控制，所述第一进液总管、第一出液总管、第二进液总管和第二出液总管上均设有阀门。

进一步地，为了实现更好的连续转化金属离子的效果，所述N≥5。

进一步地，在应用于湿法铅领域中，所述夹紧板、紧固螺栓和膜腔框架均为钛材质；

所述第一进液总管、第一出液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或钛材料制成；

第一浸出液为硅氟酸和硅氟酸铅混合溶液；

第二电解液为甲磺酸和甲磺酸铅混合溶液；

第一浸出液中铅离子浓度高于第二电解液中铅离子浓度。

进一步地，在应用于湿法锌领域中，所述夹紧板、紧固螺栓和膜腔框架均为不锈钢材质；

所述第一进液总管、第一进液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或不锈钢材料制成；

第一浸出液为硫酸锌和氯化钠混合溶液；

第二电解液为硫酸和硫酸锌混合溶液；

第一浸出液中锌离子浓度高于第二电解液中锌离子浓度。

本实用新型相比现有技术具有的有益效果：

1、本实用新型提供的金属离子连续转化装置，利用离子膜框架和阳离子膜形成多个膜腔，在相邻膜腔盛放不同溶液，通过循环泵，实现连续金属离子转化。装置整体结构简单，体积小，投入成本低。

2、本实用新型提供的金属离子连续转化装置，采用紧固螺栓进行紧固，安装简单，稳定可靠，密封良好，有效降低了安全风险。

3、本实用新型提供的金属离子连续转化装置，液体流动由体外循环泵推动，能耗低。

4、本实用新型提供的金属离子连续转化装置，是一种将硅氟酸+硅氟酸铅体系中的铅迁移进甲磺酸+甲磺酸铅体系并连续转化为甲磺酸铅的工艺装置，将低成本的硅氟酸+硅氟酸铅体系浸出铅与甲磺酸+甲磺酸铅体系高效铅电积相结合，在离子浓差极化、循环速率、温度和阳离子膜的作用下，实现铅离子的交换，进一步实现铅离子与硅氟酸的分离，彻底避免了硅氟酸电积的弊端，改善了生产作业环境。因此，一方面节约了浸出和电积工序成本，另一方面避免了硅氟酸排放环境污染，绿色环保，具有较好的经济效益，为湿法冶铅技术开辟了一条新的工业化道路。

5、本实用新型提供的金属离子连续转化装置，是一种将氯盐或氯盐混合体系里的硫酸锌、氯化锌中的锌迁移至硫酸锌+硫酸体系并连续转化为硫酸锌的工艺装置，避免了锌电积过程中氯离子对电积阴、阳极板的腐蚀，提高了电流效率，实现了锌的连续稳定生产，同时避免产生氯气，不但改善了工作环境，同时避免了氯气对工作人员身体的危害。同时不会用到现有技术中的p204萃取剂，避免了煤油造成的环境污染和安全风险的发生。

附图说明

图1为本实用新型金属离子连续转化装置的结构示意图，图中连接管路中进液和出液方向相反；

图2为图1中虚线框内部分的局部放大图；

附图标记说明：

1-底部支架、2-夹紧板、3-膜腔框架、5-阳离子膜片、6-紧固螺栓、7-阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

一种金属离子连续转化装置，如图1和图2所示，所述膜腔框架3为钛或不锈钢板框；所述夹紧板2为钛或不锈钢材质；N个膜腔框架3相互平行设置，每个膜腔框架3内部均设有膜腔，两个夹紧板2分别设置于最外侧的两个膜腔框架3外侧，并将这两个膜腔框架3内的膜腔外侧封闭，所述阳离子膜片5夹设于相邻两个膜腔框架3之间，将两个相邻膜腔框架3内的膜腔相互隔离，相邻膜腔分别盛放不同溶液，分别为所述第一浸出液和第二电解液，与夹紧板2接触的为第一浸出液；多个紧固螺栓6分别穿过两个夹紧板2、各膜腔框架3、各阳离子膜片5，将两个夹紧板2之间的各膜腔框架3、各阳离子膜片5紧固在一起；所述底部支架1设置于两个夹紧板2底部。

所述连接管路包括第一管路和第二管路；所述第一管路包括第一进液总管、第一出液总管、多个第一进液分管和多个第一出液分管；各第一进液分管和各第一出液分管的一端分别连接盛有第一浸出液的膜腔框架3两端的进、出液口；各第一出液分管的另一端均连接第一出液总管的一端；各第一进液分管的另一端均连接第一进液总管的一端；第一进液总管上设置有一个所述循环泵。所述第二管路包括第二进液总管、第二出液总管、多个第二进液分管和多个第二出液分管；各第二进液分管和各第二出液分管的一端分别连接盛有第二电解液的膜腔框架3两端的进、出液口；各第二出液分管的另一端均连接第二出液总管的一端；各第二进液分管的另一端均连接第二进液总管的一端；第二进液总管上设置有另一个所述循环泵。所述第一进液总管、第一出液总管、第二进液总管和第二出液总管上均设有阀门7，以方便控制。

根据具体应用场景的需要，两个管路即第一管路和第二管路中进液和出液的方向可以相同，也可以相反。

实施例1

将硅氟酸铅体系中的铅迁移进甲磺酸铅体系并连续转化为甲磺酸铅：

所述夹紧板、紧固螺栓6和膜腔框架3均为钛材质；所述第一进液总管、第一出液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或钛材料制成。

第一浸出液为硅氟酸和硅氟酸铅混合溶液；第二电解液为甲磺酸和甲磺酸铅混合溶液；第一浸出液中铅离子浓度高于第二电解液中铅离子浓度。两种液体在两个管路对应的流道内分别循环(同向或逆向)，在离子浓差极化、循环速率、温度和阳离子膜的作用下，实现铅离子的交换，进一步实现铅离子与硅氟酸的分离。

实施例2

从氯盐或氯盐混合体系中的锌迁移进硫酸锌+硫酸体系并连续转化为硫酸锌：

所述夹紧板2、紧固螺栓6和膜腔框架3均为不锈钢材质；所述第一进液总管、第一进液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或不锈钢材料制成。

第一浸出液为硫酸锌和氯化钠混合溶液；第二电解液为硫酸和硫酸锌混合溶液；第一浸出液中锌离子浓度高于第二电解液中锌离子浓度。两种液体在两个管路对应的流道内分别循环(同向或逆向)，在离子浓差极化、温度和阳离子膜的作用下，实现锌离子的交换，进一步实现锌离子与氯离子的分离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种金属离子连续转化装置，其特征在于：包括底部支架(1)、两个夹紧板(2)、N个膜腔框架(3)、N-1个阳离子膜片(5)、连接管路、多个紧固螺栓(6)、两个循环泵、第一浸出液和第二电解液；N≥3；

所述膜腔框架(3)为钛或不锈钢板框；所述夹紧板(2)为钛或不锈钢材质；N个膜腔框架(3)相互平行设置，每个膜腔框架(3)内部均设有膜腔，两个夹紧板(2)分别设置于最外侧的两个膜腔框架(3)外侧，并将这两个膜腔框架(3)内的膜腔外侧封闭，所述阳离子膜片(5)夹设于相邻两个膜腔框架(3)之间，将两个相邻膜腔框架(3)内的膜腔相互隔离，相邻膜腔分别盛放不同溶液，分别为所述第一浸出液和第二电解液，与夹紧板(2)接触的为第一浸出液；多个紧固螺栓(6)分别穿过两个夹紧板(2)、各膜腔框架(3)、各阳离子膜片(5)，将两个夹紧板(2)之间的各膜腔框架(3)、各阳离子膜片(5)紧固在一起；所述底部支架(1)设置于两个夹紧板(2)底部；

所述连接管路包括第一管路和第二管路；

所述第一管路包括第一进液总管、第一出液总管、多个第一进液分管和多个第一出液分管；各第一进液分管和各第一出液分管的一端分别连接盛有第一浸出液的膜腔框架(3)两端的进、出液口；各第一出液分管的另一端均连接第一出液总管的一端；各第一进液分管的另一端均连接第一进液总管的一端；第一进液总管上设置有一个所述循环泵；

所述第二管路包括第二进液总管、第二出液总管、多个第二进液分管和多个第二出液分管；各第二进液分管和各第二出液分管的一端分别连接盛有第二电解液的膜腔框架(3)两端的进、出液口；各第二出液分管的另一端均连接第二出液总管的一端；各第二进液分管的另一端均连接第二进液总管的一端；第二进液总管上设置有另一个所述循环泵。

2.根据权利要求1所述的金属离子连续转化装置，其特征在于：

所述第一进液总管、第一出液总管、第二进液总管和第二出液总管上均设有阀门(7)。

3.根据权利要求2所述的金属离子连续转化装置，其特征在于：所述N≥5。

4.根据权利要求1或2或3所述的金属离子连续转化装置，其特征在于：

所述夹紧板(2)、紧固螺栓(6)和膜腔框架(3)均为钛材质；

所述第一进液总管、第一出液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或钛材料制成。

5.根据权利要求1或2或3所述的金属离子连续转化装置，其特征在于：

所述夹紧板(2)和紧固螺栓(6)和膜腔框架(3)均为不锈钢材质；

所述第一进液总管、第一进液总管、第一进液分管、第一出液分管、第二进液总管、第二出液总管、第二进液分管和第二出液分管，均采用塑料或不锈钢材料制成。

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