專利名稱：一種固體多相混合物的沉浮分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種把固體多相混合物粉末分離為純凈組分的方法。尤其是一種采用沉浮分離方法對(duì)固體多相混合物粉末進(jìn)行分離的方法。
背景技術(shù)：
固體多相混合物的分離是化學(xué)工業(yè)中常常面臨的問題。其原因主要是因?yàn)槲覀兞?xí)慣于使用純物質(zhì)。近年來(lái)，隨著環(huán)境問題的加劇，人們也在考慮把各種環(huán)境廢棄物分類，以簡(jiǎn)化它們的處理過程。
在已有的固體多相混合物分類的方法中，除了像溶解-結(jié)晶一類的過程以外，人們普遍地考慮了使用旋風(fēng)分離、旋液分離、浮選分離等等，并設(shè)計(jì)了各種各樣的裝置以有效地實(shí)現(xiàn)各種分離目的。應(yīng)該指出，這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，沒有那種技術(shù)可以適合所有的要求。尤其重要的是，像旋風(fēng)(液)分離技術(shù)一樣的技術(shù)無(wú)法分離密度相差比較小的固體顆粒。
根據(jù)阿基米德浮力定律，固體在液體介質(zhì)中可以漂浮(如果固體的密度小于液體介質(zhì)的密度)、下沉(如果固體的密度大于液體介質(zhì)的密度)或懸浮于介質(zhì)之中任意位置(如果固體的密度等于液體介質(zhì)的密度)。因此，如果液體介質(zhì)的密度正好介于組分密度之間，液體將會(huì)把混合物分離為兩部分密度小于液體介質(zhì)的所有成分(上浮)和密度大于介質(zhì)密度的部分(下沉)。文獻(xiàn)中已有很多使用這種原理進(jìn)行固體多相混合物分離的例子。例如，US6024226報(bào)道了如何使用固體在重液體介質(zhì)(heavy liquid media)中的沉浮現(xiàn)象來(lái)連續(xù)分離各種廢棄物的技術(shù)。其中使用了由水和一種膠體(如磁鐵礦或硅鐵)構(gòu)成的重介質(zhì)作為分離介質(zhì)。
與重液體介質(zhì)沉浮分離技術(shù)不同的是，本專利使用了一種密度連續(xù)可調(diào)、對(duì)待分離固體多相混合物惰性的均勻液體介質(zhì)。因此，我們可以使用一種介質(zhì)使其密度剛好介于所有成分密度的最小(或最大)值與次小(或次大)值之間，使密度最小(或最大)的成分與所有其它成分分離。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種固體多相混合物的沉浮分離方法，該方法能把固體多相混合物粉末的各種成分分離開來(lái)，且速度快、效果好。
技術(shù)方案本發(fā)明依據(jù)的原理是密度小于液體密度的固體會(huì)漂浮在液體上面，密度大于液體密度的固體會(huì)沉到液體的底部。因此，通過調(diào)節(jié)液體的密度可以讓固體成分按照密度順序一一浮到液面上，或一一沉淀到容器底部，可以達(dá)到混合物逐一分離的目的。如果混合物組分密度各不相同，則分離得到的每個(gè)組分都非常純凈，且基本不受固體顆粒大小的影響。
對(duì)一個(gè)固體多相混合物，使用密度為d的分離液，把它分為密度大于d的部分和密度小于d的部分；通過調(diào)節(jié)分離液的密度，使固體組分按密度大小順序逐一沉淀到容器底部或者漂浮在液體上表面，然后通過切分、過濾的手段把固體和液體分離開來(lái)。
所述的分離液由單一液體構(gòu)成，或由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調(diào)配而成；液體選取標(biāo)準(zhǔn)是，待分離的固體多相混合物中的每一個(gè)組分都不溶于上述任何一種分離液，也不溶于它們的混合物；分離液的密度大于密度最小的組分的密度，小于密度最大的組分的密度。
有益效果本發(fā)明涉及的是一種固體多相混合物的物理分離方案，可以最大程度地減小分離過程對(duì)固體組分的破環(huán)。本法適用于任何固體多相混合物的分離，特別是一些混合物的精細(xì)分離。當(dāng)固體多相混合物組分的密度相差較大時(shí)，可以獲得非常有效和快速的分離，所得組分純度很高，且速度快、效果好。


圖1是一雙組分混合物的分離流程圖。
圖2是四溴乙烷與二氯甲烷的溶液密度與二氯甲烷體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖。
圖3是沉浮分離法分離鋰離子電池電極活性成分混合物得到的石墨與鈷酸鋰的XRD圖(CuKα射線)。
具體實(shí)施例方式
對(duì)一固體多相混合物，使用密度為d的分離液，使之與固體多相混合物混合，則密度大于d的所有固體組分沉于容器底部，密度小于d的所有固體組分會(huì)漂浮在液面上。通過逐漸調(diào)節(jié)分離液的密度，可以使固體組分按密度大小順序逐一沉淀到容器底部或者漂浮在液體上表面，然后通過切分、過濾等手段把固體和液體分離開來(lái)。所述的分離液可以由單一液體構(gòu)成，也可以由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調(diào)配而成。分離液組分液體的選取標(biāo)準(zhǔn)是，待分離的固體多相混合物中每一個(gè)組分都不溶于上述任何一種分離液，也不溶于它們的混合物；分離液的密度大于密度最小的組分的密度，小于密度最大的組分的密度。為了降低能耗，過濾得到的純凈固體組分含有的少量分離液可以使用密度較小的液體洗滌，洗滌產(chǎn)生的洗滌液可直接用于調(diào)節(jié)分離液的密度而得到利用。
本實(shí)施例以由兩種液體構(gòu)成的溶液為分離液為例，其它類推1)選擇兩種相互混溶，同時(shí)又不溶解固體多相混合物組分的液體；2)兩種液體密度應(yīng)該相差足夠大，其中，密度較大者的密度至少應(yīng)大于固體多相混合物組分中密度次大者的密度，液體密度較小者的密度應(yīng)不小于固體組分密度次小者的密度；3)通過把密度較小的液體加入密度較大的液體中，逐漸減小液體的密度，使混合物中密度最大的成分逐一下沉；4)使用可攪拌容器作為實(shí)施分離的裝置，使分離后的下層清液以及其下沉淀的固體粉末從下部開口轉(zhuǎn)移到一個(gè)過濾裝置中，通過過濾使固液分離。得到的濾液可以直接用于下面的分離過程；5)重復(fù)以上步驟3)、步驟4)，直至所有的固體組分得到分離；6)分離結(jié)束后得到的液體通過蒸餾把兩種液體分開，以備下一輪分離使用；7)由于密度大的液體沸點(diǎn)也較高，為了使分離得到的固體易于干燥，并盡可能地回收用于分離的液體以減少浪費(fèi)和污染，可以使用密度較小的液體洗滌固體，使密度較大的液體溶于其中，這樣固體干燥會(huì)比較容易，能耗也會(huì)降低。
實(shí)施例1具有指定密度的液體介質(zhì)的配置方法1，1，2，2-四溴乙烷的密度為2.96g·cm-3，二氯甲烷的密度為1.32g·cm-3，二者可以混溶?？梢岳盟鼈儍蓚€(gè)配制處于1.32g·cm-3和2.96g·cm-3之間的任意一個(gè)密度的混合液體?；旌弦旱拿芏扰c混合體積比的關(guān)系如圖2所示實(shí)施例2NaCl和NaNO3的分離NaCl的密度約為2.17g·cm-3，NaNO3的密度約為2.26g·cm-3。使用5.6cm3的二氯甲烷和5.0cm3的1，1，2，2-四溴乙烷的混合液(密度約為2.15g·cm-3)可以把它們分離開來(lái)。方法是，把完全干燥的NaCl和NaNO3晶體混合得到待分離的固體多相混合物，向其中加入如上混合液，則NaCl漂浮在混合液上，NaNO3則下沉于容器底部。
實(shí)施例3石墨與鈷酸鋰的分離鋰離子電池電極材料的分離過程中得到了一種石墨與鈷酸鋰的混合物。向該混合物加入20cm31，1，2，2-四溴乙烷和33cm3二氯甲烷的混合溶液，則石墨漂浮在混合液體的上層，鈷酸鋰沉于容器的底部。分離得到的石墨與鈷酸鋰的XRD如圖3，從中可以看出分離十分完全。
權(quán)利要求
1.一種固體多相混合物的沉浮分離方法，其特征在于對(duì)一個(gè)多相固體多相混合物，使用密度為d的分離液，把它分為密度大于d的部分和密度小于d的部分；通過調(diào)節(jié)分離液的密度，使固體組分按密度大小順序逐一沉淀到容器底部或者漂浮在液體上表面，然后通過切分、過濾的手段把固體和液體分離開來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體多相混合物的沉浮分離方法，其特征在于所述的分離液由單一液體構(gòu)成，或由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調(diào)配而成；液體選取標(biāo)準(zhǔn)是，待分離的固體多相混合物中的每一個(gè)組分都不溶于上述任何一種分離液，也不溶于它們的混合物；分離液的密度大于密度最小的組分的密度，小于密度最大的組分的密度。
全文摘要
固體多相混合物的沉浮分離方法涉及一種把固體多相混合物粉末分離為純凈組分的方法。對(duì)一個(gè)固體多相混合物和一個(gè)密度為d的分離液，使二者混合，則可以把混合物分為密度大于d的部分和密度小于d的部分。通過調(diào)節(jié)分離液的密度，可以使固體組分按密度大小順序逐一沉淀到容器底部或者漂浮在液體上表面，然后通過切分、過濾等手段把固體和液體分離開來(lái)，達(dá)到混合物組分逐一分離的目的。如果混合物組分密度各不相同，則分離得到的每個(gè)組分都非常純凈，且基本不受固體顆粒大小的影響。
文檔編號(hào)B03B5/28GK1736613SQ200510040598
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者雷立旭 申請(qǐng)人:東南大學(xué)