[发明专利]一种湿法冶金中金属溶液高倍浓缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿法冶金工业浓缩方法，特别是涉及一种采用膜技术在湿法冶金中金属溶液高倍浓缩方法

背景技术

浓缩是湿法冶金中经常遇到的生产作业，冶金工业中常用的浓缩方法主要有蒸馏、纳滤、反渗透等，但是这些方法也存在的以下不足：

蒸馏法浓缩需要耗费大量能源，成本过高。

反渗透(RO)或纳滤(NF)是一种富集微量离子的有效方法，对于解决环保问题及提高贵重金属材料收率作用显著，但受渗透压影响，其富集浓缩上限有限。

电渗析(ED)也是一种浓缩盐溶液的方法，盐溶液通过电渗析后可以得到稀液和浓液两部分，但水通过离子膜的反渗透作用会使浓液稀释，因此浓缩程度的提高必然以提高能耗为代价，而且浓缩极限也受膜的性质所限制。

而近年来，正渗透技术也在不断发展，国际上对该技术正进行着多角度、深层次的理论研究和实践探索。尽管正渗透膜的商业化应用还很有限，但它已经在食品、药学、能源等领域，尤其是在水纯淡化领域有很多成功的尝试，展示了其潜在的应用价值。Tzahi Y.等在题为《Forward osmosis：Principles，applications，and recent developments》介绍了正渗透技术原理和一些实施方法。

发明内容

本发明一种湿法冶金中金属溶液高倍浓缩方法是针对目前各种湿法冶炼厂金属溶液浓缩采用蒸馏法等工艺方法的缺陷，如对于一些低浓度溶液直接用蒸汽浓缩成本高，反渗透、纳滤、电渗析技术实现对其浓缩存在效益差、难度大、浓缩倍数有限等缺点。为此本发明提出了一种改进的膜处理湿法冶金金属溶液高倍浓缩方法，以使金属溶液在低能耗条件下实现对其进行高倍数浓缩，同时透析液也可回用的目的。本发明方法中采用纳滤和正渗透技术结合，正渗透的特点在于无须外压，耗能低，膜污染小，是未来膜技术应用发展的主要方向之一。

本发明方案针对以上问题改进这一工艺方法，冶金金属溶液经过初步的纳滤低倍浓缩后，增加一步正渗透膜浓缩技术，进行高倍数浓缩，使得金属溶液中重金属离子浓度达到冶炼电解的要求，进而进行下一步冶炼电解，提高金属资源和水资源的利用率，在环保上实现废水的低污染，资源的高利用，降低了能源消耗。

为解决以上问题，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：

(1)纳滤浓缩：将预处理后的湿法冶金金属溶液泵入卷式膜纳滤系统，得到浓缩液和透析液。纳滤浓缩的主要目的是用来去除金属溶液中的一价离子如Na⁺、F^-、Cl^-等；F^-、Cl^-去除可以减轻电解工序对设备的腐蚀；同时一价盐的去除，也可以降低浓缩液的渗透压，减少下一步正渗透中渗透剂的使用量；并且可对金属溶液进行低倍浓缩；

(2)正渗透浓缩：将经过纳滤浓缩后得浓缩液泵入正渗透系统，透析液加入渗透剂(NH₃-CO₂)，进行高浓度浓缩，浓缩液直接进入下一步的电解工段中；

(3)柱蒸馏：渗透剂的回收可以通过简单的柱蒸馏方式进行回收，柱蒸馏分离出的纯水也可以直接回用。

步骤(1)中所述纳滤系统选用的膜为截留分子量为150-300道尔顿的聚砜、聚醚砜、复合纳滤膜，纳滤三层复合膜，设备为卷式纳滤分离设备，操作温度为常温，操作压力为2.0-3.5Mpa；

步骤(2)中所述正渗透系统选用膜为正渗透CTA膜(三乙酸纤维膜)；所选用的渗透剂为高溶气体氨和二氧化碳组合(即NH3-CO2)，渗透剂浓度为2-10mol/L。

步骤(3)中所用的渗透剂回收设备为柱蒸馏设备，温度为50-70℃。

本发明相比于传统的蒸馏、反渗透、纳滤等浓缩，所具有的优点如下：

(1)浓缩倍数高：可以达到冶金电解工序中对电解液中金属离子高浓度的要求；

(2)能耗低：正渗透无需压力驱动，便可以实现浓缩过程；

(3)成本低：渗透剂为热敏化合物，只需要简单的加热分解便可以回收再利用；

(4)节约用水：过程中的透析水都可也全部回收应用。

(5)另外纳滤步骤中F^-、Cl^-的部分去除，能够很有效的减少电解工序中电解设备的腐蚀。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式：

下面结合图1和实施例进行详细说明：