分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法
【專利摘要】一種分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，先采用裝置準(zhǔn)備步驟將儲容槽和多個彼此串聯(lián)的分離槽相連接而建構(gòu)串聯(lián)式純化設(shè)備，接著采用純化準(zhǔn)備步驟將預(yù)定分離回收離子的溶液儲容于儲容槽中，并在分離槽中分別放置預(yù)定濃度的酸溶液，最后采用純化反應(yīng)步驟使儲容槽的溶液流至分離槽并同步施加電能于分離槽的第一電極和第二電極產(chǎn)生電位差，讓分離槽中的第一離子和第二離子分別往第一電極和第二電極處聚集，并分別經(jīng)第一流道單元往下一個分離槽流動，以及經(jīng)第二流道單元回流至儲容槽，而結(jié)合電化學(xué)、離子延遲移動、流體動態(tài)平衡分離技術(shù)分別得到富含第一離子和第二離子的回收溶液。
【專利說明】分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分離溶液中不同離子的方法，特別涉及一種利用電位差分離回收水溶液中不同金屬離子的純化含離子溶液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，廢鍍液、廢棄電子裝置等均含有豐富的稀有金屬，如能在符合環(huán)保的前提下充分回收利用，估計每年至少將有30億的產(chǎn)值，能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造極大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]目前的回收技術(shù)大致可分為二種，其一是硫酸-復(fù)鹽沉淀工藝，主要是利用欲回收元素在硫酸中的溶解度不同，加入預(yù)定的沉淀劑達(dá)到沉淀分離后回收的目的；另一是氧化焙燒-鹽酸溶解工藝(又稱溶液萃取法)，主要是先進(jìn)行氧化焙燒得到欲回收元素的氧化物，繼而在嚴(yán)格控制酸分解條件下進(jìn)行鹽酸優(yōu)溶，得到單一種欲回收元素氯化物的溶液后，再沉淀、灼燒，而分離得到欲回收元素。
[0004]上述的回收技術(shù)雖然能回收分離得到欲定稀有金屬或元素化合物，但在整個回收過程中存在著化工原料消耗大、成本高、固液廢棄物多而對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的問題，另外，這兩種工藝的回收率低，還沒有達(dá)到最佳水平，有相當(dāng)比例的元素沒有被回收利用，殊為可惜。
[0005]另外，還有改變?nèi)芤褐械脑貎r態(tài)，進(jìn)而分離回收的特定離子的方法，例如電化學(xué)氧化、還原法等，但這些方法主要受限于電解所用的電解槽形態(tài)而無法用于連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種過程中使用的酸或堿溶液均可回收重復(fù)使用、不產(chǎn)生環(huán)境廢棄物二次污染的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法。
[0007]于是，本發(fā)明一種分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，分離溶液中的第一離子和第二離子，包含一個裝置準(zhǔn)備步驟、一個純化準(zhǔn)備步驟、及一個純化反應(yīng)步驟。
[0008]所述的裝置準(zhǔn)備步驟是將一個儲容槽、以及多個彼此串聯(lián)的分離槽相連接而建構(gòu)一個串聯(lián)式純化設(shè)備，其中，該儲容槽具有一個連通所述分離槽中一個最鄰近的分離槽的連通單兀，每一個分離槽具有一個第一電極、至少一個電位不同于該第一電極且與該第一電極相對遠(yuǎn)離的第二電極、一個鄰近該第一電極并與另一個相鄰的分離槽連通的第一流道單元，及至少一個鄰近該第二電極且連通該儲容槽的第二流道單元。
[0009]所述的純化準(zhǔn)備步驟將溶液儲容于該儲容槽中，并在該分離槽中分別放置預(yù)定濃度的酸溶液。
[0010]所述的純化反應(yīng)步驟使該儲容槽的溶液自該連通單元流滴至該最鄰近的分離槽，且同步施加電能于所述分離槽的第一電極和第二電極而使該第一電極和第二電極具有電位差，讓所述分離槽中的第一離子和第二離子分別往第一電極和第二電極處聚集并分別經(jīng)該第一流道單元往下一個分離槽流動，以及經(jīng)該第二流道單元回流至該儲容槽。
[0011]本發(fā)明分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0012]較佳地，該純化反應(yīng)步驟施加成連續(xù)時脈變化的電壓于該第一電極和第二電極，而施加振蕩分離力于該第一離子和第二離子助其移動。
[0013]較佳地，該純化反應(yīng)步驟選擇性地加熱所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液。
[0014]較佳地，該純化反應(yīng)步驟選擇性地擾動所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液使其具有預(yù)定的流場。
[0015]較佳地，該純化反應(yīng)步驟以機(jī)械擾動、外加磁場、氣泡、超音波振蕩中至少一種方式擾動所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液。
[0016]較佳地，該裝置準(zhǔn)備步驟中，該儲容槽的連通單元包括一支連通管、及一個控制流通過該連通管中流體流量的可調(diào)閥門。
[0017]較佳地，該裝置準(zhǔn)備步驟中，該分離槽的第一流道單元包括一支第一流管、及一個控制流通過該第一流管中流體流量的第一閥門，該第二流道單元包括一支第二流管、及一個控制流通過該第二流管中流體流量的第二閥門。
[0018]較佳地，該純化準(zhǔn)備步驟中放置于所述分離槽中的酸溶液選自鹽酸、硝酸、及硫酸中任一種。
[0019]本發(fā)明的功效在于:提供物理模式的分離純化方法，通過串聯(lián)儲容槽與具有第一電極和第二電極的分離槽，結(jié)合電化學(xué)、離子延遲移動及流體動態(tài)平衡，而在除原始料液而不外加化學(xué)藥品二次污染 環(huán)境的前提下，分離純化溶液而得到富含欲回收離子的溶液。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是流程圖，說明本發(fā)明分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法的一個較佳實施例；
[0021]圖2是示意圖，說明本發(fā)明分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法的較佳實施例的一個串聯(lián)式純化設(shè)備，及第一離子和第二離子聚集進(jìn)而分離的狀況；
[0022]圖3是示意圖，說明另一種形式的串聯(lián)式純化設(shè)備。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]在本發(fā)明被詳細(xì)描述前，要注意的是在以下的說明內(nèi)容中，類似的元件是以相同的編號來表不。
[0025]參閱圖1與圖2，本發(fā)明一種分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法的較佳實施例包含一個裝置準(zhǔn)備步驟11、一個純化準(zhǔn)備步驟12，及一個純化反應(yīng)步驟13，分離溶液中的第一離子和第二離子而得到分別富含第一離子和第二離子的溶液；在圖示中繪示第一離子為A離子、第二離子為B離子作說明。
[0026]首先進(jìn)行該裝置準(zhǔn)備步驟11，將一個儲容槽3，以及多個彼此串聯(lián)的分離槽4相連接而建構(gòu)一個串聯(lián)式純化設(shè)備2，其中，該儲容槽3具有一個連通所述分離槽中一個最鄰近的分離槽4的連通單兀31,每一個分離槽4具有一個第一電極41、至少一個電位不同于該第一電極41且與該第一電極41相對遠(yuǎn)離的第二電極42、一個鄰近該第一電極41并與另一相鄰的分離槽4連通的第一流道單元43，及至少一個鄰近該第二電極42且連通該儲容槽3的第二流道單元44，其中，該儲容槽3的連通單元31包括一支連通管311、及一個控制流通過該連通管311中流體流量的可調(diào)閥門312，該第一流道單元43包括一支第一流管431、及一個控制流通過該第一流管431中流體流量的第一閥門432，該第二流道單元44包括一支第二流管441、及一個控制流通過該第二流管441中流體流量的第二閥門442 ;在本例與圖示中，分別以兩個分離槽4作說明，其中一個分離槽4具有兩個第二電極42和兩個第二流道單元44，另一個分離槽4 (即最末端的分離槽4)具有一個第二電極42和一個第二流道單元44。
[0027]接著進(jìn)行該純化準(zhǔn)備步驟12，將溶液儲容于該儲容槽3中，并于該分離槽4分別放置預(yù)定濃度的酸液，較佳地，該酸液是硫酸，而鹽酸、硝酸也適用。
[0028]最后進(jìn)行該純化反應(yīng)步驟13，使該儲容槽3的溶液自該連通單元31流滴至該最鄰近的分離槽4，且同步施加電能于所述分離槽4的第一電極41和第二電極42而使該第一電極41和第二電極42具有電位差，而讓所述分離槽4中的第一離子和第二離子分別往第一電極41和第二電極42處聚集再分別經(jīng)該第一流道單元43往下一個分離槽4流動，以及經(jīng)該第二流道單元44回流至該儲容槽3，如此，不斷地反復(fù)，即可于儲容槽3中得到富含第一離子的溶液，并在最末的分離槽4或另外流滴得到富含第二離子的溶液。
[0029]另外要說明的是，在該純化反應(yīng)步驟13中可以施加呈連續(xù)時脈變化的電壓于該第一電極41和第二電極42，進(jìn)而產(chǎn)生振蕩分離力于該第一離子和第二離子助其移動，也可以依據(jù)欲分離得到的離子的差異，而選擇性地加熱所述儲容槽3和所述分離槽4中任一的溶液，和/或以機(jī)械擾動、外加磁場、氣泡、超音波振蕩中至少一種方式擾動所述儲容槽3和所述分離槽4中任一的溶液使其具有預(yù)定的流場，以達(dá)到最佳分離純化的效果，或是，設(shè)計第一電極41和第二電極42的形狀改變電壓分布，和/或利用重力影響設(shè)計可調(diào)閥門312、第一閥門432、第二閥門442、連通管311、第一流管431、第二流管441的形狀等，進(jìn)一步地提高純化分離效果。
·[0030]參閱圖3，還要特別說明的是，該裝置準(zhǔn)備步驟12還可以利用分流管5將儲容槽3與多組分別串聯(lián)有多個分離槽4的分離槽組合40相連接而建構(gòu)出純化效果更佳的串聯(lián)式純化設(shè)備2，由于這些串聯(lián)形式眾多，在此不再一一舉例說明。
[0031]實際以本發(fā)明分離純化IKg 二次鋰電池得到其中鈷離子和鋰離子時，是在該裝置準(zhǔn)備步驟11中，將儲容槽3，以及四個彼此串聯(lián)的分離槽4相連接而建構(gòu)串聯(lián)式純化設(shè)備2，并在該純化準(zhǔn)備步驟12中將二次鋰電池的鋰鈷合金電極用2M的硫酸溶解后儲容于該儲容槽3中，并在該分離槽4中分別放置2M的硫酸溶液，最后在該純化反應(yīng)步驟13中，分別控制每一分離槽4的第一電極41溫度是25°C~50°C，第二電極42的溫度是45°C~95°C，且以2000Hz和占空比10%的脈沖參數(shù)施于每一第二電極42呈連續(xù)時脈變化的電壓，其中，四個分離槽4的第二電極42的電位分別是-5疒-60V、-5疒-60V、-5疒-80V、-5疒-100V，以及以每分鐘IL的流速使該儲容槽3、分離槽4的溶液流滴，且同步施加5L/min空氣氣泡擾動該儲容槽3、分離槽4的溶液，讓所述分離槽4中的鈷離子、鋰離子分別往第一電極41和第二電極42處聚集并分別經(jīng)該第一流道單元43往下一個分離槽4流動，以及經(jīng)該第二流道單元44回流至該儲容槽3，如此，反復(fù)數(shù)次后，即可于儲容槽3中得到富含鈷離子的溶液，并在最末的分離槽4中或另外流滴得到富含鋰離子的溶液，進(jìn)而得到99.9%的氧化鋰(含鋰量50克)、99.9%的氧化鈷(含鈷量400克)。[0032] 綜上所述，本發(fā)明分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法主要是將儲容槽和設(shè)置有不同電位的第一電極和第二電極的分離槽串聯(lián)成分級串聯(lián)式的串聯(lián)式純化設(shè)備，利用溶液中所含離子具有不同的電位，并結(jié)合流體流動的動態(tài)平恒，而在施加電能時讓不同離子分別往預(yù)定電極處移動，進(jìn)而達(dá)到分離純化的目的；更進(jìn)一步地，本發(fā)明還可通過酸堿度的控制、電解波形控制，例如直流、脈沖及負(fù)偏壓等、溫度控制、流速控制、重力影響，及分流閥體、電極、流路等的形狀設(shè)計，提供更佳的分離系數(shù)，以達(dá)到最好的分離純化效果；再者，本發(fā)明分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法除了原始料液之外，無須再外加化學(xué)藥品進(jìn)行例如水洗、反萃，也不使用有機(jī)溶劑進(jìn)行極性分離，所以相較于現(xiàn)有的利用有機(jī)相及水相分離溶解、水洗及酸反萃的純化方式，本發(fā)明確實解決了化工原料消耗大、成本高、固液廢棄物多的諸多問題，降低對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的情況，`所以確實達(dá)成本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，用于分離溶液中的第一離子和第二離子；其特征在于: 所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法包含: 一個裝置準(zhǔn)備步驟，將一個儲容槽、以及多個彼此串聯(lián)的分離槽相連接而建構(gòu)一個串聯(lián)式純化設(shè)備，其中，該儲容槽具有一個連通所述分離槽中一個最鄰近的分離槽的連通單兀，每一個分離槽具有一個第一電極、至少一個電位不同于該第一電極且與該第一電極相對遠(yuǎn)離的第二電極、一個鄰近該第一電極并與另一個相鄰的分離槽連通的第一流道單元，及至少一個鄰近該第二電極且連通該儲容槽的第二流道單元； 一個純化準(zhǔn)備步驟，將溶液儲容于該儲容槽中，并在該分離槽中分別放置預(yù)定濃度的酸溶液；及 一個純化反應(yīng)步驟，使該儲容槽的溶液自該連通單元流滴至該最鄰近的分離槽，且同步施加電能于所述分離槽的第一電極和第二電極而使該第一電極和第二電極具有電位差，讓所述分離槽中的第一離子和第二離子分別往第一電極和第二電極處聚集并分別經(jīng)該第一流道單元往下一個分離槽流動，以及經(jīng)該第二流道單元回流至該儲容槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該純化反應(yīng)步驟施加呈連續(xù)時脈變化的電壓于該第一電極和第二電極，而施加振蕩分離力于該第一離子和第二離子助其移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該純化反應(yīng)步驟選擇性地加熱所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該純化反應(yīng)步驟選擇性地 擾動所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液使其具有預(yù)定的流場。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該純化反應(yīng)步驟以機(jī)械擾動、外加磁場、氣泡、超音波振蕩中至少一種方式擾動所述儲容槽和所述分離槽中任一的溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該裝置準(zhǔn)備步驟中，該儲容槽的連通單元包括一支連通管、及一個控制流通過該連通管中流體流量的可調(diào)閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該裝置準(zhǔn)備步驟中，該分離槽的第一流道單元包括一支第一流管、及一個控制流通過該第一流管中流體流量的第一閥門，該第二流道單元包括一支第二流管、及一個控制流通過該第二流管中流體流量的第二閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級串聯(lián)式純化含離子溶液的方法，其特征在于:該純化準(zhǔn)備步驟中放置于所述分離槽中的酸溶液選自鹽酸、硝酸、及硫酸中任一種。
【文檔編號】C02F1/58GK103848486SQ201210580112
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】許傳仁, 吳椲葶, 葉俊麟, 唐乃光, 王俊杰 申請人:財團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心