專利名稱：從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的裝置及控制方 法，屬于廢水處理技術類，適用對多種金屬離子的混合液進行單一金屬離 子的提取。 技術背景目前針對混合離子稀溶液中提取貴重金屬方法主要有化學沉淀法、電 解裝置、膜分離裝置、普通離子交換裝置等。1、 化學沉淀法依靠金屬離子在不同PH值條件下形成氫氧化物、或 不溶性鹽沉淀去除或分離金屬離子，缺點是各種金屬離子的氫氧化物沉淀 和不溶性鹽沉淀物溶解度不同、存在共沉淀現(xiàn)象、藥劑消耗量大(特別是 低濃度廢水)、條件不易控制等因素；難以保證水中的重金屬離子去除干凈、 在多種金屬離子存在的水溶液中無法得到單一的金屬鹽/氫氧化物，只能得 到無用的混合物。2、 電解法(裝置)將稀溶液中重金屬從稀溶液使用電解法分離，可以分離，但由于電耗 較高，且由于溶液中含有大量其它離子，如鈣、鎂、鈉等離子，導致提取 重金屬純度不高、對低濃度的含重金屬離子水溶液不適用。3、 膜濃縮法(裝置)由于使用NF、 RO膜濃縮裝置只能從稀溶液中濃縮重金屬離子，其處 理范圍有限，總固溶物最大濃度不能超過5%，不能用于選擇性分離金屬離 子，因此其使用范圍有很大的局限性。離子交換膜不能處理主要含重金屬 離子的水溶液。4、 普通陽離子交換法(裝置)普通陽離子裝置一般采用有機骨架離子交換樹脂，對于從稀溶液中提 取濃縮重金屬離子，單一重金屬離子吸附可行，如果存在其它陽離子，再 生后純度不高，且樹脂不易經(jīng)常再生，樹脂破裂量大、樹脂在吸附-清洗-再生時的體積變化大，導致離子過早穿漏。由于目前的裝置在運行過程中 不能實現(xiàn)精確自動監(jiān)控吸附-清洗-再生過程，因此再生劑消耗量大，對于進 水離子濃度變化的不能用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的旨在利用新型的SI系列高選擇性無機骨架離子交換樹脂 的特點，以結構簡單的固定床離子交換柱為基礎，根據(jù)水溶液中不同金屬 離子的特點和濃度變化范圍，采用不同的在線監(jiān)測手段監(jiān)測重金屬離子的 在吸附-清洗-再生過程中離子濃度的變化，解決目前在水溶液中各種貴重、 有害重金屬的富集、分離、提純的過程出現(xiàn)的現(xiàn)有上述背景技術中出現(xiàn)的 各種問題。為環(huán)保、冶金、化工、金屬加工等領域的含重金屬水溶液/工業(yè) 廢水的無害化處理、并回收有用資源提供新的適用技術和裝置。這種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的的裝置，由充填著樹脂的固 定床離子交換柱1、在固定床離子交換柱的兩端通過法蘭機構連接著交換柱 上接頭1-1、交換柱下接頭1-21、并在固定床離子交換柱1腔體內(nèi)設有兩截分別經(jīng)上下柱體口伸出的上輸液管l-6和下輸液管1-7組成，其特征在于所述的固定床離子交換柱1的內(nèi)腔管體上設有阻礙板1-3，在交換柱上接頭 1-11和交換柱下接頭1-21內(nèi)分設著出水擋板1-8和下?lián)跛?-9;并在固定床離子交換柱1的上、下接頭向外伸出的管體上分別設置著一組電導率檢測探頭2-l、 2-1'和PH檢測探頭3-1、 3-l'，同時又在上部的輸液管體上 還設有一光電感應探頭4-1;此外又在所述上輸液管1-6的末端部位的管體 上設置著出酸閥6、出水閥7和閥5，在下輸液管1-7的末端部位的管體上 設置著進酸閥8、進水閥9和原液進入閥10。所述的固定床離子交換柱1與離子交換柱上接頭1-1、離子交換柱下接 頭l-2由法蘭連接，該連接處的內(nèi)腔各設有排水帽l-4。這種采用SI系列無機骨架離子交換樹脂；從混合離子稀溶液中提取貴 重金屬的方法是1、 在系統(tǒng)運行時，將需要進行處理的稀溶液從原液閥10進入樹脂體 內(nèi)腔，并同時打開閥6，此時設于固定離子交換柱1上下部的下輸液管1-7上的電導率檢測探頭2-1'和ra檢測探頭3-i'測得數(shù)據(jù)。2、 當原液進入柱上部后，柱腔內(nèi)下部未全部飽和，此時設于固定離子 交換柱1上部的上輸液管l-6上的電導率檢測探頭2-1測得的電導率數(shù)據(jù)升 高，檢測探頭3-1測得的PH值數(shù)據(jù)逐漸變小。3、 當柱內(nèi)樹脂要飽和時，此時設于固定離子交換柱1上部的上輸液管 l-6上的光電感應器4-l檢測到光的穿透率降低，此時對比上下兩電導率值、PH值，當后二者接近后，系統(tǒng)自動停止進原液；并根據(jù)不同顏色的目標重 金屬離子采用不同的單色光源。4、 而后，打開系統(tǒng)打開進水閥9、出水閥7，對腔內(nèi)系統(tǒng)進行自動清 洗，當洗至PH、電導率到設定值后，系統(tǒng)停止沖洗。5、 接著打開系統(tǒng)中的進酸閥8、出酸閥6，在系統(tǒng)內(nèi)進行再生，當運 行到光電感應探頭4-1不能感到顏色后，再生過程自動停止。6、 最后打開系統(tǒng)中的進水閥9、出水閥7，對腔體內(nèi)系統(tǒng)進行自動清 洗，當洗至PH、電導率到可析出金屬鹽值后，系統(tǒng)停止沖洗?；旌蠌U水采取逐步分離的方法，依照鐵、銅、鎳、鋅、鉻的順序依次 將它們從稀溶液中分離出來。鐵的分離過程是先通過SI-P樹脂柱除鐵，除鐵后溶液中的F^+含 量低于0.1 mg/1，柱子飽和后用本系統(tǒng)產(chǎn)生的去離子水清洗后用25%的硫酸 再生，再生液經(jīng)滲析器分離出游離硫酸后得到濃度為145克/升的硫酸鐵溶 液，除鐵柱飽和后的清洗水返回酸溶池；進一步濃縮結晶后得到純度超過 99%的硫酸鐵固體。銅的分離是將除鐵后的混合電鍍廢水進入儲槽后，用4%的氫氧化鈉 調節(jié)PH為2-3后通過SI-3樹脂柱除銅，除銅后的溶液中Cu"的濃度低于 0.1 mg/1，柱子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗控 制水中各離子的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用20%的硫酸再生，再生液經(jīng)滲 析器分離出大部分游離硫酸后得到濃度為75克/升的硫酸銅溶液，飽和柱清 洗水返回酸溶池(15);進一步濃縮結晶后得到純度超過96%的 CuS04 5H20。鎳的分離過程是將除銅后混合電鍍廢水進入儲槽，用4%的氫氧化鈉 調節(jié)PH為4-5后通過SI-2樹脂柱腔內(nèi)除鎳，除鎳后的溶液中N產(chǎn)的濃度低于0.1mg/1，柱子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗 控制水中各離子的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用20%的硫酸再生，再生液經(jīng) 滲析器分離出大部分游離硫酸后得到濃度為66克/升的硫酸銅溶液，進一步 濃縮結晶后得到純度超過96%的NiS04 7H20，飽和柱清洗水返回酸溶池 (15)。調節(jié)PH值時產(chǎn)生的Cr(OH)3沉淀經(jīng)過濾清洗后保存。每天可得48公斤NiS04 7H20或將溶液濃縮到含硫酸鎳260克/升以 上用于生產(chǎn)電解鎳，可得10公斤電解衛(wèi)天。飽和柱清洗水返回酸溶池(15)。 調節(jié)PH值時產(chǎn)生的Cr(OH)3沉淀經(jīng)過濾清洗后保存。鋅的分離過程是除鎳后溶液進入儲槽，用4%的氫氧化鈉調節(jié)PH為 5-6后通過SI-l樹脂柱除鋅，除鋅后的溶液中Zi^+的濃度低于0.1mg/1，柱 子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗控制水中各離子 的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用15%的硫酸再生，再生液經(jīng)滲析器分離出大 部分游離硫酸后得到濃度為50克/升的硫酸鋅溶液，進一步濃縮結晶后得到 純度超過96%的ZnS04 7H20;。飽和柱清洗水返回酸溶池(15)。鉻的分離過程是將除鋅后溶液進入儲槽，通過SI-2樹脂柱除去三價鉻，除三價鉻后的溶液中C^+的濃度低于0.1mg/1，柱子飽和后用3-6倍柱 體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗控制水中其他離子的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用20%的硫酸再生，再生液用分離鎳和分離鋅時飽和柱清洗水 得到的Cr(OH)3中和，得到120克/升左右的堿式硫酸鉻溶液。進一步濃縮 結晶后得到Cr203超過19%的Cr(OH)S04。采用上述方法分離含有貴金屬的稀溶液，有益效果不僅可以使再生 液的消耗降低2/3以上、再生液中目標重金屬離子的濃度提高2倍以上，使處理后目標離子在水中的濃度降低到0.1PPM以下、再生次數(shù)可達6次/天 以上，樹脂更換周期長達6000個循環(huán)以上，可以從混合金屬離子廢水/水溶 液中得到高純度的單一金屬的鹽。


附圖1為本發(fā)明裝置得主體結構示意圖； 附圖2為本發(fā)明裝置的工作狀態(tài)示意圖； 附圖3為圖2的右側視圖。圖中1-固定床離子交換柱 1-1、出水擋板1-2、阻隔板1-3、層 流平穩(wěn)墊1-4、排水帽1-5、下?lián)跛?-電導率探頭3-PH探頭4-光電感應器5-PH探頭6-電導率探頭7-閥門8-進酸閥9-出酸閥 10-出水閥 11-進水閥 12-進原液閥具體實施方式
(四)具體實施例按本發(fā)明內(nèi)容組裝五套裝置，采用雙柱，單個交換柱尺寸為O600X1500毫米，用于處理如下廢水并回收金屬三價鉻13.8 mg/1、銅15.34 mg/1、鎳34.5mg/1、鋅142.6 mg/1、鐵6.1mg/1、 PHl.l。處理量300立方米/天。據(jù)發(fā)明人操作表明每天可產(chǎn)5.75公斤硫酸鐵固體(100%計)。每天可產(chǎn)16.5公斤或將溶液濃縮到含硫酸銅150克/升用于生產(chǎn)電解 銅，可得4.3公斤電解銅/天。每天可得48公斤MS04 7H20或將溶液濃縮到含硫酸鎳260克/升以 上用于生產(chǎn)電解鎳，可得10公斤電解鎳/天。每天可產(chǎn)177公斤或將溶液濃縮到含硫酸鋅173克/升以上用于生產(chǎn)電 解鋅，可得40公斤電解鋅/天。每天進一步濃縮結晶后可獲得28公斤0203超過19%的Cr(OH)S04。
權利要求
1. 一種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的裝置，由充填著樹脂的固定床離子交換柱(1)、在固定床離子交換柱的兩端通過法蘭機構連接著交換柱上接頭(1-1)、交換柱下接頭(1-21)、并在固定床離子交換柱(1)腔體內(nèi)設有兩截分別經(jīng)上下柱體口伸出的上輸液管(1-6)和下輸液管(1-7)組成，其特征在于所述的固定床離子交換柱(1)的內(nèi)腔管體上設有阻礙板(1-3)，在交換柱上接頭(1-11)和交換柱下接頭(1-21)內(nèi)分設著出水擋板(1-8)和下?lián)跛?1-9)；并在固定床離子交換柱(1)的上、下接頭向外伸出的管體上分別設置著一組電導率檢測探頭(2-1、2-1′)和PH檢測探頭(3-1、3-1′)，同時又在上部的輸液管體上還設有一光電感應探頭(4-1)；此外又在所述上輸液管(1-6)的末端部位的管體上設置著出酸閥(6)、出水閥(7)和閥(5)，在下輸液管(1-7)的末端部位的管體上設置著進酸閥(8)、進水閥(9)和原液進入閥(10)。
2、如權利要求1所述的一種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的裝置， 所述的固定床離子交換柱(1)與離子交換柱上接頭(1-1)、離子交換柱下 接頭(1-2)由法蘭連接，該連接處的內(nèi)腔各設有排水帽(1-4)。
3、 一種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法是其特征是采用SI系列無機骨架離子交換樹脂對含有貴重金屬的稀溶液進行分離；并且其 分離過程如下A、在系統(tǒng)運行時，將需要進行處理的稀溶液從原液閥10進入樹脂體 內(nèi)腔，并同時打開閥6，此時設于固定離子交換柱1上下部的下輸液管1-7上的電導率檢測探頭2-l'和PH檢測探頭3-1'測得數(shù)據(jù)；B、 當原液進入柱上部后，柱腔內(nèi)下部未全部飽和，此時設于固定離子 交換柱1上部的上輸液管l-6上的電導率檢測探頭2-1測得的電導率數(shù)據(jù)升高，檢測探頭3-i測得的ra值數(shù)據(jù)逐漸變??；C、 當柱內(nèi)樹脂要飽和時，此時設于固定離子交換柱1上部的上輸液管 1-6上的光電感應器4-l檢測到光的穿透率降低，此時對比上下兩電導率值、 ra值，當后二者接近后，系統(tǒng)自動停止進原液；并根據(jù)不同顏色的目標重 金屬離子采用不同的單色光源；D、 而后，打開系統(tǒng)打開進水閥9、出水閥7，對腔內(nèi)系統(tǒng)進行自動清 洗，當洗至PH、電導率到設定值后，系統(tǒng)停止沖洗；E、 接著打開系統(tǒng)中的進酸閥8、出酸閥6，在系統(tǒng)內(nèi)進行再生，當運 行到光電感應探頭4-1不能感到顏色后，再生過程自動停止。F、 最后打開系統(tǒng)中的進水閥9、出水閥7，對腔體內(nèi)系統(tǒng)進行自動清 洗，當洗至ra、電導率到可析出金屬鹽值后，系統(tǒng)停止沖洗。
4、如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法，其 特征在于混合廢水采取逐步分離的方法，依照鐵、銅、鎳、鋅、絡的順 序依次將它們從稀溶液中分離出來。
5、如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法， 其特征在于鐵的分離過程是先通過SI-P樹脂柱除鐵，除鐵后溶液中的 Fe"含量低于0.1 mg/1，柱子飽和后用本系統(tǒng)產(chǎn)生的去離子水清洗后用25% 的硫酸再生，再生液經(jīng)滲析器分離出游離硫酸后得到濃度為145克/升的硫 酸鐵溶液，除鐵柱飽和后的清洗水返回酸溶池；進一步濃縮結晶后得到純度超過99%的硫酸鐵固體。
6. 如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法，其 特征在于銅的分離是將除鐵后的混合電鍍廢水進入儲槽后，用4%的氫 氧化鈉調節(jié)PH為2-3后通過SI-3樹脂柱除銅，除銅后的溶液中012+的濃 度低于0.1mg/1，柱子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終 水洗控制水中各離子的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用20%的硫酸再生，再生 液經(jīng)滲析器分離出大部分游離硫酸后得到濃度為75克/升的硫酸銅溶液，飽 和柱清洗水返回酸溶池(15);進一步濃縮結晶后得到純度超過96%的 CuS04 5H20。
7. 如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法，其特征在于鎳的分離過程是將除銅后混合電鍍廢水進入儲槽，用4%的氫氧化鈉調節(jié)PH為4-5后通過SI-2樹脂柱腔內(nèi)除鎳，除鎳后的溶液中Ni2+ 的濃度低于0.1 mg/l，柱子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱， 最終水洗控制水中各離子的含量在0.1-0.5 mg/1,然后用20%的硫酸再生， 再生液經(jīng)滲析器分離出大部分游離硫酸后得到濃度為66克/升的硫酸銅溶 液，進一步濃縮結晶后得到純度超過96n/。的NiS0^7H20，飽和柱清洗水 返回酸溶池(15)。
8. 如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法，其 特征在于鋅的分離過程是除鎳后溶液進入儲槽，用4%的氫氧化鈉調節(jié) PH為5-6后通過SI-l樹脂柱除鋅，除鋅后的溶液中Zn"的濃度低于0.1mg/1， 柱子飽和后用3-6倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗控制水中各離 子的含量在0.1-0.5 mg/1，然后用15%的硫酸再生，再生液經(jīng)滲析器分離出大部分游離硫酸后得到濃度為50克/升的硫酸鋅溶液，進一步濃縮結晶后得 到純度超過96%的ZnS04 7H20;飽和柱清洗水返回酸溶池。
9、如權利要求3所述的從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的方法，其 特征在于鉻的分離過程是將除鋅后溶液進入儲槽，通過SI-2樹脂柱除去三價鉻，除三價鉻后的溶液中03+的濃度低于0.1 mg/1，柱子飽和后用3-6 倍柱體積的去離子水清洗飽和柱，最終水洗控制水中其他離子的含量在 0.1-0.5 mg/1，然后用20%的硫酸再生，再生液用分離鎳和分離鋅時飽和柱 清洗水得到的Cr(OH)3中和，得到120克/升左右的堿式硫酸鉻溶液；進一 步濃縮結晶后得到0203超過19%的Cr(OH)S04。
全文摘要
一種從混合離子稀溶液中提取貴重金屬的裝置和方法，由充填著SI系列樹脂的固定床離子交換柱、通過設于兩端的交換柱上、下接頭、以及與接頭連接的上輸液管和下輸液管組成，特征是所述的固定床離子交換柱的內(nèi)腔管體上設有阻礙板，在交換柱上接頭和交換柱下接頭內(nèi)分設著出水擋板和下?lián)跛澹徊⒃诠潭ù搽x子交換柱的上、下接頭外伸的管體上分設置著一組電導率檢測探頭和PH檢測探頭，同時又在上部的輸液管體上還設有一光電感應探頭；此外又在所述上輸液管的末端部位的管體上設置著出酸閥、出水閥和閥，在下輸液管的末端部位的管體上設置著進酸閥、進水閥和原液進入閥；依照鐵、銅、鎳、鋅、鉻的順序依次將它們從稀溶液中分離出來。
文檔編號C22B3/42GK101225472SQ20071003649
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權日2007年1月16日
發(fā)明者宏 鄭 申請人:上海興平生化科技有限公司