金屬離子分離裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分離裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種金屬離子分離裝置，其包括吸附塔和脫附塔；吸附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器，脫附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器，在吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器之間的吸附塔內(nèi)腔中固定安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，在脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器之間的脫附塔內(nèi)腔中固定安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，具有選擇性強(qiáng)、濃縮倍數(shù)大、富集效率高、富集速度快、投資低、運(yùn)行成本低、程序操作控制簡單等特點(diǎn)，特別適用于低濃度溶液中金屬離子的分離富集。
【專利說明】金屬離子分離裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分離裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種金屬離子分離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，重金屬污染已經(jīng)成為全球性的環(huán)境污染問題，嚴(yán)重影響著人類的身體健康乃至生命。重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同。不少有機(jī)化合物可以通過自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除。而重金屬很難在環(huán)境中降解，易被生物富集，并有生物放大效益，毒性大的特點(diǎn)。目前我國由于重金屬的開采、冶煉、加工及化工廢水排放，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進(jìn)入大氣、水、土壤引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。尤其是隨廢水排出的重金屬，由于其重金屬濃度很低，一般為ppm級，分離富集非常困難。
[0003]目前，金屬離子分離富集常用的方法主要有以下幾種，萃取法、沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、吸附法、生物法、電解和修飾電極富集、流動注射在線法以及新發(fā)展起來的研究最多的離子交換法、膜分離法、毛細(xì)管電泳法等。
[0004]這些方法對于低濃度金屬離子的分離富集存在一定的缺陷。萃取法是一種簡單、快速，應(yīng)用較普遍的方法，但存在共沉淀明顯，分離系數(shù)低，溶劑再生過程能耗和損耗較大，運(yùn)行成本較高，存在一定局限性；沉淀法只要添加藥劑即可除去重金屬，可直接生成沉淀物，然后進(jìn)行固液分離，處理非常簡單，但反應(yīng)速度較慢，還需要增加凝聚劑以加強(qiáng)去除效果，沉淀下來的沉渣會造成二次污染，蒸發(fā)濃縮法能耗大，操作費(fèi)用高；吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法，常用的吸附劑是活性炭，活性炭有很強(qiáng)的吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，價(jià)格高，應(yīng)用受到限制；生物法是利用微生物的生物學(xué)性質(zhì)對廢水溶液中重金屬離子進(jìn)行生物去除和生物體內(nèi)積累，從而降低重金屬的濃度，但目前這方面的研究僅局限于實(shí)驗(yàn)室，還未能廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保領(lǐng)域，其主要原因在于微生物對重金屬離子的去除能力還不夠大，去除過程時(shí)間過長；膜分離法存在的主要問題是膜組件昂貴，且在使用過程中膜容易受到污染而導(dǎo)致通量下降，影響去除效果；流動注射法和毛細(xì)管法盡管具有靈敏度高，富集率大的特點(diǎn)，但其投資相對較高，因而普遍應(yīng)用尚有困難。
[0005]通過對上述分離方法優(yōu)缺點(diǎn)的分析，如何提高低濃度污水中金屬離子的富集倍數(shù)，提高富集效率和富集速度，投資低，運(yùn)行成本低，能夠普遍應(yīng)用，就成為了一項(xiàng)亟待解決的的問題。本裝置采用離子交換法工作原理，提供一種可工業(yè)化的金屬離子分離富集裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了 一種金屬離子分離裝置，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決目前分離富集金屬離子的方法存在運(yùn)行成本高、應(yīng)用具有局限性、富集效率低、速度慢的問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:一種金屬離子分離裝置，包括吸附塔和脫附塔；吸附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器，脫附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器，在吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器之間的吸附塔內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，在脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器之間的脫附塔內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，對應(yīng)吸附塔下液體分布器的吸附塔的下部固定安裝有進(jìn)料管，在吸附塔上液體分布器上方的吸附塔上固定安裝有返料管，吸附塔下液體分布器下方的吸附塔與對應(yīng)脫附塔上液體分布器的脫附塔之間固定安裝有送料管，對應(yīng)脫附塔上液體分布器的脫附塔上固定安裝有富集A金屬離子出料管，脫附塔下液體分布器下方的脫附塔上固定安裝有富集B金屬離子出料管，對應(yīng)脫附塔下液體分布器的脫附塔上固定安裝有進(jìn)酸管，在進(jìn)酸管和返料管之間固定安裝有酸液連接管，在進(jìn)料管上固定安裝有加水管，在酸液連接管之前的進(jìn)酸管和加水管之間固定安裝有酸度調(diào)節(jié)管；在酸液連接管之后的返料管上固定安裝有第一閥門，在加水管之前的進(jìn)料管上固定安裝有第二閥門，在酸度調(diào)節(jié)管之后的加水管上固定安裝有第三閥門，在酸液連接管上固定安裝有第四閥門，在酸度調(diào)節(jié)管上固定安裝有第五閥門，在送料管上固定安裝有第六閥門，在富集B金屬離子出料管上固定安裝有第七閥門，在酸液連接管之后的進(jìn)酸管上固定安裝有第八閥門，在富集A金屬離子出料管上固定安裝有第九閥門，在酸度調(diào)節(jié)管之前的進(jìn)酸管和加水管上分別固定安裝有流量控制閥。
[0008]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，具有選擇性強(qiáng)、濃縮倍數(shù)大、富集效率高、富集速度快、投資低、運(yùn)行成本低、程序操作控制簡單等特點(diǎn)，特別適用于低濃度溶液中金屬離子的分離富集。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖1為本發(fā)明最佳實(shí)施例的工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]附圖中的編碼分別為:I為吸附塔，2為脫附塔，3為吸附塔上液體分布器，4為吸附塔下液體分布器，5為脫附塔上液體分布器，6為脫附塔下液體分布器，7為進(jìn)料管，8為返料管，9為送料管，10為富集A金屬離子出料管，11為富集B金屬離子出料管，12為進(jìn)酸管，13為酸液連接管，14為加水管，15為酸度調(diào)節(jié)管，16為第一閥門，17為第二閥門，18為第三閥門，19為第四閥門，20為第五閥門，21為第六閥門，22為第七閥門，23為第八閥門，24為第九閥門，25為流量控制閥。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。
[0012]在本發(fā)明中，為了便于描述，各部件的相對位置關(guān)系的描述均是根據(jù)說明書附圖1的布圖方式來進(jìn)行描述的，如:上、下、左、右等的位置關(guān)系是依據(jù)說明書附圖的布圖方向來確定的。
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
如附圖1所示，該金屬離子分離裝置包括吸附塔I和脫附塔2 ;吸附塔I的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有吸附塔上液體分布器3和吸附塔下液體分布器4，脫附塔2的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有脫附塔上液體分布器5和脫附塔下液體分布器6，在吸附塔上液體分布器3和吸附塔下液體分布器4之間的吸附塔I內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，在脫附塔上液體分布器5和脫附塔下液體分布器6之間的脫附塔2內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，對應(yīng)吸附塔下液體分布器4的吸附塔I的下部固定安裝有進(jìn)料管7，在吸附塔上液體分布器3上方的吸附塔I上固定安裝有返料管8，吸附塔下液體分布器4下方的吸附塔I與對應(yīng)脫附塔上液體分布器5的脫附塔2之間固定安裝有送料管9，對應(yīng)脫附塔上液體分布器5的脫附塔2上固定安裝有富集A金屬離子出料管10，脫附塔下液體分布器6下方的脫附塔2上固定安裝有富集B金屬離子出料管11，對應(yīng)脫附塔下液體分布器6的脫附塔2上固定安裝有進(jìn)酸管12，在進(jìn)酸管12和返料管8之間固定安裝有酸液連接管13，在進(jìn)料管7上固定安裝有加水管14，在酸液連接管13之前的進(jìn)酸管12和加水管14之間固定安裝有酸度調(diào)節(jié)管15 ;在酸液連接管13之后的返料管8上固定安裝有第一閥門16，在加水管14之前的進(jìn)料管7上固定安裝有第二閥門17，在酸度調(diào)節(jié)管15之后的加水管14上固定安裝有第三閥門18，在酸液連接管13上固定安裝有第四閥門19，在酸度調(diào)節(jié)管15上固定安裝有第五閥門20，在送料管9上固定安裝有第六閥門21，在富集B金屬離子出料管11上固定安裝有第七閥門22，在酸液連接管13之后的進(jìn)酸管12上固定安裝有第八閥門23，在富集A金屬離子出料管10上固定安裝有第九閥門24，在酸度調(diào)節(jié)管15之前的進(jìn)酸管12和加水管14上分別固定安裝有流量控制閥25。流量控制閥25為現(xiàn)有公知技術(shù)的流量控制閥。
[0014]吸附塔上液體分布器3和吸附塔下液體分布器4以及脫附塔上液體分布器5和脫附塔下液體分布器6均采用現(xiàn)有公知技術(shù)的液體分布器，吸附塔上液體分布器3和吸附塔下液體分布器4以及脫附塔上液體分布器5和脫附塔下液體分布器6不僅起到分布液體的作用，還防止強(qiáng)酸性陽離子樹脂的跑損。
[0015]離子交換樹脂作為功能型高分子材料，是進(jìn)行離子交換分離操作的物質(zhì)基礎(chǔ)。離子交換樹脂的單元機(jī)構(gòu)由三 部分組成:不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。通過控制樹脂上的這種可交換離子，使它與相接近的同類型離子進(jìn)行反復(fù)交換，達(dá)到不同的使用目的。
[0016]、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂工作原理簡介:
強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂是指交聯(lián)結(jié)構(gòu)高分子基體上帶有磺酸基(-SO3H)的離子交換樹月旨。若以R代表高分子基體，這種樹脂可用R-SO3H表示。其酸性相當(dāng)于硫酸、鹽酸等無機(jī)酸，在堿性、中性、甚至酸性介質(zhì)中都顯示離子交換功能。
[0017]離子交換反應(yīng)如下:
吸附:Mx++XR-S03H— (R-SO3) xM+XH+
脫附:(R-SO3) xM+XH+ — XR-S03H+Mx+
注:MX+代表金屬離子，其中X代表化合價(jià)。
[0018]、金屬離子分離工作原理:
2.1、離子交換對金屬離子的吸附能力優(yōu)先順序:
(1)優(yōu)先與化合價(jià)較高的離子發(fā)生交換；
(2)同價(jià)離子則優(yōu)先與原子序數(shù)較大的離子發(fā)生交換。
[0019]、樹脂官能團(tuán)和金屬離子生成鹽類和游離氫離子是一可逆反應(yīng)，向哪個(gè)方向進(jìn)行，即吸附、解吸，關(guān)鍵是一直通入金屬離子還是硝酸，這決定樹脂官能團(tuán)的反應(yīng)方向。
[0020]、離子交換層析原理是用離子交換劑(具有離子交換性能的物質(zhì))作固定相，利用它與流動相中的離子能進(jìn)行可逆的交換性質(zhì)來分離離子型化合物的層析方法。
[0021]使用時(shí)，將進(jìn)料管7和返料管8的另一端分別與進(jìn)料罐固定安裝在一起，富集A金屬離子出料管10的另一端與富集儲罐固定安裝在一起，富集B金屬離子出料管11的另一端與富集B金屬離子儲罐固定安裝在一起，A金屬離子的吸附能力大于B金屬離子的吸附能力。本發(fā)明的工作過程，以下各步驟中，除特別指明閥門打開外，其余沒有指明的閥門均為關(guān)閉狀態(tài)，
吸附步驟:打開第一閥門16和第二閥門17，含A、B兩種金屬離子的混合溶液由進(jìn)料管7進(jìn)入吸附塔1，在吸附塔I內(nèi)A、B兩種金屬離子與樹脂上官能團(tuán)進(jìn)行離子交換(吸附:Mx++XR-S03H — (R-S03)xM+XH+)，含A、B兩種金屬離子的混合溶液經(jīng)過吸附塔1、返料管8、進(jìn)料罐和進(jìn)料管7之間進(jìn)行循環(huán)吸附，吸附飽和后，進(jìn)行下一步水洗。
[0022]水洗步驟:吸附飽和后，打開第一閥門16和第三閥門18，調(diào)節(jié)加水管14上的流量控制閥25的開度，去離子水由加水管14和進(jìn)料管7進(jìn)入吸附塔I內(nèi)，進(jìn)行置換吸附塔1、進(jìn)料管7和返料管8，將吸附塔1置換成干凈的水環(huán)境，以利于解吸。
[0023]解吸步驟:打開第四閥門19、第五閥門20、第六閥門21和第七閥門22，通過控制加水管14上的流量控制閥25的開度和進(jìn)酸管12上的流量控制閥25的開度來調(diào)節(jié)解吸所需的酸液濃度，酸液由進(jìn)酸管12、酸液連接管13、返料管8進(jìn)入吸附塔I內(nèi)進(jìn)行較長時(shí)間反洗，H +與強(qiáng)酸性陽離子樹脂官能團(tuán)進(jìn)行離子交換(脫附:(R-S03)XM+XH+ — XR-SO3H+MX+),將A、B兩種金屬離子解吸出吸附塔1，含A、B兩種金屬離子的反洗液由送料管9從脫附塔
2上部進(jìn)入脫附塔2，由于A金屬離子吸附性能高于B金屬離子，在A金屬離子和H+離子共同置換作用下，B金屬離子首先被解吸出脫附塔2，由脫附塔2底部的B金屬離子出料管11解吸出料至富集B金屬離子儲罐。
[0024]再生步驟:在A金屬離子將要帶出脫附塔時(shí)，通過人工取樣分析，確定最佳的解吸/再生時(shí)間切換點(diǎn)。時(shí)序切換至再生工序，通入再生能力更強(qiáng)的酸加速A金屬離子的解吸。打開第五閥門20、第八閥門23和第九閥門24，通過控制加水管14上的流量控制閥25的開度和進(jìn)酸管12上的流量控制閥25的開度來調(diào)節(jié)解吸所需的酸液濃度，酸液由進(jìn)酸管12從脫附塔2下部進(jìn)入脫附塔2，由脫附塔2底部的進(jìn)酸管12通入更高濃度的強(qiáng)酸進(jìn)行較短時(shí)間的逆向反洗，酸液的濃度由加水管14上的流量控制閥25的開度和進(jìn)酸管12上的流量控制閥25的開度來調(diào)節(jié)，A金屬由脫附塔2底上部的富集A金屬離子出料管10解吸出料至富集A金屬離子儲罐。這樣就實(shí)現(xiàn)了 A、B兩種金屬離子分離富集的工作。
[0025]本發(fā)明中所指的A金屬離子和B金屬離子不僅特指某種單一的金屬離子，而且包括吸附能力或化合價(jià)近似的多種金屬離子組成的金屬離子群，例如，以醇酮為原料，以硝酸為氧化劑，在銅、釩催化劑的作用下，經(jīng)結(jié)晶、增稠、離心分離得到工業(yè)級(粗)己二酸，工業(yè)級(粗)己二酸經(jīng)溶解、活性炭脫色、過濾、結(jié)晶、增稠、離心、干燥、包裝后得產(chǎn)品級(精)己二酸。產(chǎn)品中對雜質(zhì)金屬離子(鐵、鉻)要求為小于0.4ppm。
[0026]為降低產(chǎn)品中雜質(zhì)金屬含量，通過對部分己二酸物料進(jìn)行精制，根據(jù)這四種金屬離子吸附性能排序?yàn)?Fe3+ >Cr2+ >Cu2+ >V02+ >H +。采用該工藝去除其中雜質(zhì)金屬離子。
[0027]進(jìn)料:銅含量800 mg/kg 至 1000mg/kg, f凡含量 500 mg/kg 至 700mg/kg,鐵含量200 mg/kg 至 300mg/kg,鉻含量 50 mg/kg 至 lOOmg/kg,溫度 55°C至 65°C。
[0028]通過時(shí)序控制吸附、水洗、解吸和再生各步驟，其中控制吸附時(shí)間為70_90min、水洗時(shí)間為16-20min、解吸時(shí)間為300_320min、再生時(shí)間為180_200min，強(qiáng)酸為硝酸，解吸酸體積濃度為6%至8%，再生酸濃度20%至25%，溫度為30°C至35°C。
[0029]出料:銅、釩去催化劑回收罐(這里的銅、釩即指本發(fā)明中的B金屬離子，催化劑回收罐即為富集B金屬離子儲罐)，其中銅含量2500-3000mg/kg，釩含量1500-2000mg/kg，鐵、鉻總量< 0.4mg/kg。
[0030]鐵、鉻去儲鐵罐(這里的鐵、鉻即指本發(fā)明中的A金屬離子，儲鐵罐即為富集A金屬離子儲罐)，其中鐵含量600-800mg/kg，鉻含量300-500mg/kg，銅、釩基本檢測不出。采用本發(fā)明能夠?qū)Υ呋瘎┻M(jìn)行回收利用，大大降低催化劑的損耗，同時(shí)去除了雜質(zhì)金屬離子，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0031]實(shí)際生產(chǎn)中，若需對同一批次出來的金屬離子群再進(jìn)一步進(jìn)行精制，若間歇生產(chǎn)，可以將物料再次經(jīng)過本發(fā)明進(jìn)行處理，若需連續(xù)生產(chǎn)，則將本發(fā)明根據(jù)實(shí)際情況需要連接起來即可，將富集A金屬離子出料管10或富集B金屬離子出料管11與下一級的本發(fā)明的進(jìn)料管7固定安裝在一起即可。
[0032]本實(shí)用新具有結(jié)構(gòu)簡單、選擇性強(qiáng)、濃縮倍數(shù)大、富集效率高、富集速度快、投資低、運(yùn)行成本低、程序操作控制簡單等特點(diǎn)，特別適用于低濃度溶液中金屬離子的分離富集。
[0033]以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和最佳實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬離子分離裝置，其特征在于包括吸附塔和脫附塔；吸附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器，脫附塔的上部內(nèi)腔和下部內(nèi)腔中分別固定安裝有脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器，在吸附塔上液體分布器和吸附塔下液體分布器之間的吸附塔內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，在脫附塔上液體分布器和脫附塔下液體分布器之間的脫附塔內(nèi)腔中安裝有強(qiáng)酸性陽離子樹脂，對應(yīng)吸附塔下液體分布器的吸附塔的下部固定安裝有進(jìn)料管，在吸附塔上液體分布器上方的吸附塔上固定安裝有返料管，吸附塔下液體分布器下方的吸附塔與對應(yīng)脫附塔上液體分布器的脫附塔之間固定安裝有送料管，對應(yīng)脫附塔上液體分布器的脫附塔上固定安裝有富集A金屬離子出料管，脫附塔下液體分布器下方的脫附塔上固定安裝有富集B金屬離子出料管，對應(yīng)脫附塔下液體分布器的脫附塔上固定安裝有進(jìn)酸管，在進(jìn)酸管和返料管之間固定安裝有酸液連接管，在進(jìn)料管上固定安裝有加水管，在酸液連接管之前的進(jìn)酸管和加水管之間固定安裝有酸度調(diào)節(jié)管；在酸液連接管之后的返料管上固定安裝有第一閥門，在加水管之前的進(jìn)料管上固定安裝有第二閥門，在酸度調(diào)節(jié)管之后的加水管上固定安裝有第三閥門，在酸液連接管上固定安裝有第四閥門，在酸度調(diào)節(jié)管上固定安裝有第五閥門，在送料管上固定安裝有第六閥門，在富集B金屬離子出料管上固定安裝有第七閥門，在酸液連接管之后的進(jìn)酸管上固定 安裝有第八閥門，在富集A金屬離子出料管上固定安裝有第九閥門，在酸度調(diào)節(jié)管之前的進(jìn)酸管和加水管上分別固定安裝有流量控制閥。
【文檔編號】C02F1/42GK103787454SQ201410019713
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】李剛, 薛巍, 王勇, 宋光武, 郭序利 申請人:新疆獨(dú)山子天利高新技術(shù)股份有限公司