[发明专利]用于沉淀阳离子金属氢氧化物以及从酸性溶液中回收硫酸的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于沉淀阳离子金属氢氧化物和从强酸性溶液中回收硫酸的电化学方法，该溶液常见于矿物加工和许多其他诸如金属表面精整的工业方法中，以及含硫化物岩石或酸性硫酸盐土壤自然氧化形成的酸性岩石排水产生的浸析液中。

背景技术

本发明特别适用于低pH的溶液，而且与采矿和工业方法流尤其相关。典型地，采矿和工业方法产生的溶液产生含有一系列高浓度金属阳离子的强酸性溶液。在这些情况下，大多数金属阳离子都是可溶的，在低pH溶液中不会沉淀。按照惯例，为了回收金属和硫酸盐，将使用pH调节剂对这些溶液进行中和处理。但是，由于这些溶液的强酸性(根据特定的金属阳离子而定)，酸性浓度通常需要降低100倍到100000倍，金属阳离子才能沉淀。这之后需要浓缩、脱水或过滤处理，或需调整中和剂液位，以致回收并不现实或商业上不可行。

发明内容

本发明包括整合以下方法：(i)电极化使得金属阳离子作为氢氧化物(或氧化物)物质(或种类)沉淀，(ii)电吸附/电凝聚使精细(finely)的沉淀氢氧化物(或氧化物)物质粘附在阴极上，以及(iii)酸性阴离子的电渗析传输穿过阴离子交换膜，选择性地去除酸性阴离子从而使得能够进行硫酸的浓缩和回收。

根据本发明，电流通过含有一种或多种可溶性金属盐的酸性原料液(通常，说明书和附图中称为“酸性原料液”或“待处理的酸性溶液”)，该溶液使用阴极和阳极由阴离子交换膜隔开的电解液电池。选用的阴离子交换膜应该在硫酸中保持稳定。

包含一种或多种可溶性金属盐的酸性溶液被送入阴极室，由此电流以充足的电压通过导致在阴极产生氢。这导致在阴极产生局部高度极化区域，从而形成局部有效的相对高pH。这导致金属阳离子种类作为氢氧化物(或氧化物)种类在阴极沉淀，并且电吸附/电凝聚导致精细的沉淀氢氧化物(或氧化物)种类粘附在阴极上。这发生在总pH通常不允许形成氢氧化物的溶液内部。

由于阳离子种类在阴极沉淀，阴离子(之前与沉淀的阳离子种类联系在一起)得以释放并且通过阴离子交换膜进入阳极室。被释放的酸性阴离子的电渗析传输穿过阴离子交换膜，选择性地去除酸性阴离子。通过作为逆反应的水解，在阳极产生氢和氧离子。由于在阳极产生了氧离子，氢离子被传送到溶液主体，其与阴离子结合再生成硫酸。阴离子交换膜保持酸性阴离子与初始金属和含酸溶液隔开，从而使得能够进行硫酸的浓缩与回收。

此外，用于以上方法的装置在具有至少一个阳极和阴极的电解液电池中进行说明，阳极和阴极由阴离子交换膜隔开形成阳极室和阴极室。该阳极室具有用于酸性接收流股进入的开口以及具有用于富酸流股排出的开口。阴极室具有用于含有可溶性金属盐的待处理的酸性溶液进入的开口，以及用于酸和废金属流排出的开口。这种方法可用于各种电化学电池配置(包括标准和流体电池配置)。

因此，本发明主要通过沉淀的方法使得能够溶液中阳离子金属种类作为不溶性氢氧化物或氧化物(它们沉淀是由于在阴极局部的非常高的极化，导致局部有效的相对高pH，以及由于电吸附/电凝聚而粘附在阴极上)的回收，该溶液总pH通常不允许在再生和回收硫酸的同时形成氢氧化物。

本发明的重要性和意想不到的结果都是惊人和难以想象的，它使得在低pH溶液中阳离子金属种类作为不可溶的氢氧化物(或氧化物)沉淀，大部分金属阳离子在这样的低pH溶液中为可溶物，并且不会沉淀，除非酸浓度降低100倍至100000倍，取决于所涉及的具体的金属阳离子。

本发明可用于回收一系列金属，包括但绝不仅限于镁、铁、镍、铝、锰、钴和铬，以及其他过渡金属。

本方法所拥有的优点包括：从溶液中回收作为氢氧化物(或氧化物)的可溶性金属，沉淀阳离子的物理分离不需要或减少对浓缩、脱水或过滤处理的需要，使固体废料最少化、回收否则作为可溶性金属盐存在的酸，以及将该方法用于废料处理，从矿物加工和其他工业方法中的废水流中回收水。

附图说明

为了使本发明更容易理解和实用，现在将参考附图说明本发明的优选实施例，其中：

图1为电解液流电池示意图，示出了回收金属氢氧化物和硫酸的方法操作。

具体实施方式

参考图1，电化学装置的形式为电化学流电池1，由阴离子交换膜2分离成阳极室3和阴极室4。