一種固體多相混合物的沉浮分離方法
2023-05-17 03:05:56
專利名稱：一種固體多相混合物的沉浮分離方法
技術領域：
本發明涉及一種把固體多相混合物粉末分離為純淨組分的方法。尤其是一種採用沉浮分離方法對固體多相混合物粉末進行分離的方法。
背景技術：
固體多相混合物的分離是化學工業中常常面臨的問題。其原因主要是因為我們習慣於使用純物質。近年來，隨著環境問題的加劇，人們也在考慮把各種環境廢棄物分類，以簡化它們的處理過程。
在已有的固體多相混合物分類的方法中，除了像溶解-結晶一類的過程以外，人們普遍地考慮了使用旋風分離、旋液分離、浮選分離等等，並設計了各種各樣的裝置以有效地實現各種分離目的。應該指出，這些技術各有優缺點，沒有那種技術可以適合所有的要求。尤其重要的是，像旋風(液)分離技術一樣的技術無法分離密度相差比較小的固體顆粒。
根據阿基米德浮力定律，固體在液體介質中可以漂浮(如果固體的密度小於液體介質的密度)、下沉(如果固體的密度大於液體介質的密度)或懸浮於介質之中任意位置(如果固體的密度等於液體介質的密度)。因此，如果液體介質的密度正好介於組分密度之間，液體將會把混合物分離為兩部分密度小於液體介質的所有成分(上浮)和密度大於介質密度的部分(下沉)。文獻中已有很多使用這種原理進行固體多相混合物分離的例子。例如，US6024226報導了如何使用固體在重液體介質(heavy liquid media)中的沉浮現象來連續分離各種廢棄物的技術。其中使用了由水和一種膠體(如磁鐵礦或矽鐵)構成的重介質作為分離介質。
與重液體介質沉浮分離技術不同的是，本專利使用了一種密度連續可調、對待分離固體多相混合物惰性的均勻液體介質。因此，我們可以使用一種介質使其密度剛好介於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。
發明內容
技術問題本發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，且速度快、效果好。
技術方案本發明依據的原理是密度小於液體密度的固體會漂浮在液體上面，密度大於液體密度的固體會沉到液體的底部。因此，通過調節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，或一一沉澱到容器底部，可以達到混合物逐一分離的目的。如果混合物組分密度各不相同，則分離得到的每個組分都非常純淨，且基本不受固體顆粒大小的影響。
對一個固體多相混合物，使用密度為d的分離液，把它分為密度大於d的部分和密度小於d的部分；通過調節分離液的密度，使固體組分按密度大小順序逐一沉澱到容器底部或者漂浮在液體上表面，然後通過切分、過濾的手段把固體和液體分離開來。
所述的分離液由單一液體構成，或由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調配而成；液體選取標準是，待分離的固體多相混合物中的每一個組分都不溶於上述任何一種分離液，也不溶於它們的混合物；分離液的密度大於密度最小的組分的密度，小於密度最大的組分的密度。
有益效果本發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固體組分的破環。本法適用於任何固體多相混合物的分離，特別是一些混合物的精細分離。當固體多相混合物組分的密度相差較大時，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數的關係圖。
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)。
具體實施例方式
對一固體多相混合物，使用密度為d的分離液，使之與固體多相混合物混合，則密度大於d的所有固體組分沉於容器底部，密度小於d的所有固體組分會漂浮在液面上。通過逐漸調節分離液的密度，可以使固體組分按密度大小順序逐一沉澱到容器底部或者漂浮在液體上表面，然後通過切分、過濾等手段把固體和液體分離開來。所述的分離液可以由單一液體構成，也可以由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調配而成。分離液組分液體的選取標準是，待分離的固體多相混合物中每一個組分都不溶於上述任何一種分離液，也不溶於它們的混合物；分離液的密度大於密度最小的組分的密度，小於密度最大的組分的密度。為了降低能耗，過濾得到的純淨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，洗滌產生的洗滌液可直接用於調節分離液的密度而得到利用。
本實施例以由兩種液體構成的溶液為分離液為例，其它類推1)選擇兩種相互混溶，同時又不溶解固體多相混合物組分的液體；2)兩種液體密度應該相差足夠大，其中，密度較大者的密度至少應大於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不小於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施分離的裝置，使分離後的下層清液以及其下沉澱的固體粉末從下部開口轉移到一個過濾裝置中，通過過濾使固液分離。得到的濾液可以直接用於下面的分離過程；5)重複以上步驟3)、步驟4)，直至所有的固體組分得到分離；6)分離結束後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)由於密度大的液體沸點也較高，為了使分離得到的固體易於乾燥，並儘可能地回收用於分離的液體以減少浪費和汙染，可以使用密度較小的液體洗滌固體，使密度較大的液體溶於其中，這樣固體乾燥會比較容易，能耗也會降低。
實施例1具有指定密度的液體介質的配置方法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。可以利用它們兩個配製處於1.32g·cm-3和2.96g·cm-3之間的任意一個密度的混合液體。混合液的密度與混合體積比的關係如圖2所示實施例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。方法是，把完全乾燥的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則下沉於容器底部。
實施例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，鈷酸鋰沉於容器的底部。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。
權利要求
1.一種固體多相混合物的沉浮分離方法，其特徵在於對一個多相固體多相混合物，使用密度為d的分離液，把它分為密度大於d的部分和密度小於d的部分；通過調節分離液的密度，使固體組分按密度大小順序逐一沉澱到容器底部或者漂浮在液體上表面，然後通過切分、過濾的手段把固體和液體分離開來。
2.根據權利要求1所述的固體多相混合物的沉浮分離方法，其特徵在於所述的分離液由單一液體構成，或由兩種甚至多種密度不同但可以混溶的液體調配而成；液體選取標準是，待分離的固體多相混合物中的每一個組分都不溶於上述任何一種分離液，也不溶於它們的混合物；分離液的密度大於密度最小的組分的密度，小於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淨組分的方法。對一個固體多相混合物和一個密度為d的分離液，使二者混合，則可以把混合物分為密度大於d的部分和密度小於d的部分。通過調節分離液的密度，可以使固體組分按密度大小順序逐一沉澱到容器底部或者漂浮在液體上表面，然後通過切分、過濾等手段把固體和液體分離開來，達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，則分離得到的每個組分都非常純淨，且基本不受固體顆粒大小的影響。
文檔編號B03B5/28GK1736613SQ200510040598
公開日2006年2月22日 申請日期2005年6月17日 優先權日2005年6月17日
發明者雷立旭 申請人:東南大學