一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置及其方法，属于湿法冶金净化技术领域。该硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置，由n级结构相同的分离单元串联构成，每个分离单元均包括阳极室K1、处理室K2、阴极室K3、净化液进口F1、净化液出口F2、富集液出口F3、阴极电极液出口F4、阴极电极液进口F5、阳极电极液出口F6、阳极电极液进口F7、离子通道F8、阴极电极F9、阳极电极F10、阴离子交换膜F11和阳离子交换膜F12。本发明专利技术可以实现连续、高效、环保、低成本的从硫酸锌溶液中分离杂质离子，净化深度可控，避免传统方法中成本高，脱除率低，不便于工业化的缺点。不便于工业化的缺点。不便于工业化的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置及其方法


[0001]本专利技术涉及一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置及其方法，属于湿法冶金净化


技术介绍

[0002]在锌电积过程中，氟、氯离子的存在会导致各种危害。氯离子的存在会腐蚀阳极，使铅基阳极溶解，导致获得的锌品质下降；且易产生氯气污染工作环境。氟离子的存在会腐蚀阴极，导致电积所得的锌难以剥离。故在工业生产中，通常要求溶液中氯离子含量不高于100mg/L，氟离子含量不高于80mg/L。
[0003]现有脱除氯离子主要有以下工艺：铜渣除氯法、萃取法以及离子交换法。其中铜渣除氯法难以建立Cu与Cu
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的平衡点，难以深度净化溶液；萃取法中使用的萃取剂难以于硫酸锌溶液完全分离，导致电积过程中电流效率降低；离子交换法的脱除率较低。现有的研究主要针对于铜渣除氯法和萃取法。针对铜渣除氯法的研究主要有两个方向：通过调节体系中铜渣与氯离子的摩尔比、调节pH及温度；或额外加入氧化剂或还原剂来建立Cu与Cu
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的平衡点，以最大可能的去除硫酸锌溶液中的氯离子。CN113846354A专利公开了一种利用亚硫酸锌还原铜离子生成亚铜离子从而去除氯离子的工艺：在硫酸锌溶液中同时加入等摩尔量的亚硫酸锌和硫酸铜，搅拌至沉淀不在增多，过滤，即可得到脱氯液，该方法可将氯离子浓度降低至700mg/L。CN101113015A专利公开了一种利用高锰酸钾或二氧化锰氧化铜渣生成亚铜离子从而脱除氯离子的工艺：将铜渣用水浆化成浆液，加入硫酸与高锰酸钾搅拌，将铜单质氧化为铜离子，从而生成亚铜离子；再将混合物与硫酸锌溶液混合，搅拌，处理1.5小时，使其生成氯化亚铜沉淀而除去氯离子；再经过固液分离装置分离沉淀物。该方法可将氯离子浓度降低至240mg/L。针对萃取法的研究主要为研究新型萃取剂。CN106834682A专利公开了一种利用混合萃取剂萃取氯离子的工艺：使用体积分数为5～40％的N235、3～10％的仲辛醇和磺化煤油混合液作为萃取剂，萃取硫酸锌溶液中的杂质氯离子。将络合剂酒石酸与硫酸锌溶液混合，控制酸度在10～100g/L，并加入萃取剂，充分混合进行萃取。该方法可萃取溶液中80％的氯离子。
[0004]现有脱除氟离子主要有以下工艺：吸附法、萃取法、沉淀法。其中吸附法脱除效率不高；萃取法操作复杂，难以实现工业流程化与自动化；沉淀法会导致溶液过滤性能差。现有脱氟方法的研究方向主要针对沉淀法和吸附法，通过研制新型沉淀剂和吸附剂，以最大可能的去除硫酸锌溶液中的氟离子。CN114807626A专利公开了一种利用铅基除氟剂粉末脱氟的方法：将氧化铅或氢氧化铅按照固液比(g/mL)为1～5:1加入到不含氟的硫酸锌溶液中湿磨以形成料浆；将料浆加入到待除氟的硫酸锌溶液中搅拌均匀，控制除氟剂与氟的质量比为100～200:1，再向混合液加入质量百分数大于90％的工业硫酸，控制温度为40～85℃，搅拌反应90～150分钟后过滤，即可获得脱氟硫酸锌溶液。CN105483378B专利公开了一种利用硅渣脱氟的方法：在硫酸盐介质溶液中，反复加入水玻璃溶液和稀硫酸溶液，在40～90℃、pH为7～10的条件下沉淀得到纳米级硅渣，并焙烧。将焙烧所得硅渣加入pH≤5.0的含氟
硫酸锌溶液中，控制硅渣与氟的质量比为20～80:1，搅拌吸附1～2小时后即可脱除硫酸锌溶液中的氟离子。硅渣在经过水洗、碱洗后，即可循环使用。
[0005]亦有使用EST方法对硫酸锌溶液脱氟、氯的相关研究，CN109626482B专利公开了一种利用电促吸附方法去除氟、氯离子的方法：将活性炭和粉煤灰基沸石按照重量比1:1～5的比例混合作为中间电极，外加电压和搅拌装置对硫酸锌溶液中氟、氯离子进行吸附，吸附后可通过施加反向电位使吸附剂再生。该方法可去除体系中90％以上的氟离子，以及60％以上的氯离子。
[0006]现有的脱除氟、氯的方法成本高、脱除率低，且不便于实现工业化，更难以将氟、氯元素深度净化，使其含量降低至符合工业标准。故需要一种可深度净化溶液中氟、氯的方法。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置及其方法。本专利技术提供利用外加电场并构造离子通道的方法，连续分离硫酸锌溶液中的氟、氯离子。本专利技术可以实现连续、高效、环保、低成本的从硫酸锌溶液中分离杂质离子，净化深度可控，避免传统方法中成本高，脱除率低，不便于工业化的缺点。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0008]湿法炼锌浸出过程所得的浸出液pH约为4～5，在该条件下，溶液中的氟、氯元素均以离子的形式存在。由于氟或氯离子与硫酸根离子的水化半径和质荷比不同，故其在匀强电场的作用下迁移速率不同；并通过构造离子通道强化氟或氯离子与硫酸根离子迁移速率的差异，即可使氟或氯离子和硫酸根离子分离，达到分离净化的目的。
[0009]一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置，由n级结构相同的分离单元串联构成，每个分离单元均包括阳极室K1、处理室K2、阴极室K3、净化液进口F1、净化液出口F2、富集液出口F3、阴极电极液出口F4、阴极电极液进口F5、阳极电极液出口F6、阳极电极液进口F7、离子通道F8、阴极电极F9、阳极电极F10、阴离子交换膜F11和阳离子交换膜F12；
[0010]处理室K2内部两侧分别通过阴离子交换膜F11和阳离子交换膜F12分隔成阴极室K3、离子通道F8和阳极室K1，阳极室K1内部设有阳极电极F10，阴极室K3内部设有阴极电极F9，阳极电极F10和阴极电极F9外接电场(阳极电极F10和阴极电极F9通过导线连接恒电位器)，阳极室K1下端侧部设有阳极电极液进口F7和上部侧端设有阳极电极液出口F6，阴极室K3下端侧部设有阴极电极液进口F5和上部侧端设有阴极电极液出口F4；
[0011]处理室K2上端上设有净化液进口F1连通离子通道F8，离子通道F8底部分别在阳极室K1旁设有富集液出口F3，在阴极室K3旁设有净化液出口F2；
[0012]n级分离单元中n
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1级分离单元的净化液出口F2连通n级分离单元的净化液进口F1，n级分离单元的富集液出口F3连通n
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1级分离单元的净化液进口F1，其中分离单元1中的富集液出口F3富集液经化学法脱除氟或氯离子后返回到分离单元1中净化液进口F1处。
[0013]所述离子通道F8用硅粉、石墨粉、石墨烯、木炭粉、竹炭粉、焦炭粉、碳黑、生物质碳、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、COF材料、MOF
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COF杂化材料中的一种或几种混合物进行填料，粒度为5～100μm。
[0014]所述阴极电极F9、阳极电极F10为镀铂钛网电极、碳布电极、石墨电极或金电极。
[0015]一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置的应用方法，其具体步骤如下：
[0016]S1、根据净化前液中氟、氯离子浓度、净化的指标要求以及分离比，计算所需分离单元数n；并将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置，其特征在于：由n级结构相同的分离单元串联构成，每个分离单元均包括阳极室(K1)、处理室(K2)、阴极室(K3)、净化液进口(F1)、净化液出口(F2)、富集液出口(F3)、阴极电极液出口(F4)、阴极电极液进口(F5)、阳极电极液出口(F6)、阳极电极液进口(F7)、离子通道(F8)、阴极电极(F9)、阳极电极(F10)、阴离子交换膜(F11)和阳离子交换膜(F12)；处理室(K2)内部两侧分别通过阴离子交换膜(F11)和阳离子交换膜(F12)分隔成阴极室(K3)、离子通道(F8)和阳极室(K1)，阳极室(K1)内部设有阳极电极(F10)，阴极室(K3)内部设有阴极电极(F9)，阳极电极(F10)和阴极电极(F9)外接电场，阳极室(K1)下端侧部设有阳极电极液进口(F7)和上部侧端设有阳极电极液出口(F6)，阴极室(K3)下端侧部设有阴极电极液进口(F5)和上部侧端设有阴极电极液出口(F4)；处理室(K2)上端上设有净化液进口(F1)连通离子通道(F8)，离子通道(F8)底部分别在阳极室(K1)旁设有富集液出口(F3)，在阴极室(K3)旁设有净化液出口(F2)；n级分离单元中n
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1级分离单元的净化液出口(F2)连通n级分离单元的净化液进口(F1)，n级分离单元的富集液出口(F3)连通n
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1级分离单元的净化液进口(F1)，其中分离单元(1)中的富集液出口(F3)富集液经化学法脱除氟或氯离子后返回到分离单元(1)中净化液进口(F1)处。2.根据权利要求1所述的硫酸锌溶液中分离氟或氯离子的连续净化装置，其特征在于：所述离子通道(F8)用硅粉、石墨粉、石墨烯、木...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，李启坤，沈庆峰，常军，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：