重金屬分離方法、分離裝置及分離系統與流程
2023-04-24 18:34:02
本發明涉及汙染物處理技術領域，具體而言，涉及一種重金屬分離方法、分離裝置及分離系統。
背景技術：
重金屬是指比重大於5克每立方釐米的金屬，如金、銀、銅、鐵、鉛等。重金屬元素不能被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下大量富集，並通過飲食進入人體。在人體內，重金屬能和蛋白質及酶等發生絡合作用使它們失去生物活性。在我國，由於採礦業與化工業的飛速發展，重金屬或其化合物對環境造成了越來越大的汙染。重金屬的含量不斷在環境中富集，大大超出了正常範圍，直接危害國民身體健康。
目前，水體中重金屬的治理主要還是依靠化學沉澱或吸附沉澱法。其中，法學沉澱法是根據不同重金屬的化學特性，靠投加化學藥劑，使重金屬與藥品發生化學反應而產生沉澱。吸附沉澱法根據不同重金屬的粒徑及表面特性，靠投加多孔物質(如活性炭)將重金屬吸附而沉澱出來。上述兩種方法都是將重金屬從水體中沉澱出來，然後把重金屬汙染物從水體中排出到汙泥等外界環境中，排放出的重金屬仍然會對環境造成汙染。可以看出，上述兩種方法都未能從本質上解決重金屬汙染的問題，而只是對重金屬汙染物進行了轉移而已。
技術實現要素：
鑑於此，本發明提出了一種重金屬分離方法、分離裝置及分離系統，旨在解決現有重金屬處理方法由於不能對重金屬進行回收的問題。
一個方面，本發明提出了一種重金屬分離方法，該方法包括如下步驟：向待處理物料中添加載磁體；將待處理物料與載磁體的混合物輸送至內部施加有磁場的管道中；磁場對待處理物料中的重金屬進行作用，使重金屬從待處理物料中分離。
進一步地，上述重金屬分離方法中，所述載磁體包括內核和包覆於所述內核的包覆層。
進一步地，上述重金屬分離方法中，所述內核為鐵氧化合物。
進一步地，上述重金屬分離方法中，所述包覆層為聚合物電解質。
可以看出，本發明通過向待處理液體中添加載磁體，以及向管道中施加磁場，不僅實現了從待處理物料中分離出重金屬，而且還實現了對重金屬的回收，避免了現有技術中由於重金屬排放到環境中而造成的汙染問題。此外，由於對重金屬進行了回收，所以處理後的物料中的重金屬含量低，也降低了後續的處理成本。
另一方面，本發明提出了一種重金屬分離裝置，該裝置包括：管道、磁場發生裝置和至少一個收納體；其中，所述管道為中空殼體，並且，所述中空殼體相對的兩個側面分別設置有輸入管和輸出管；個所述收納體均置於所述管道的底部，並且，各所述收納體的開口端均向上設置；所述磁場發生裝置連接於所述管道，用於向所述管道內施加使待處理液體中的重金屬落入所述收納體的磁場。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述管道的底部開設有多個通孔，各所述通孔的內壁向所述管道的外部均延設有環形連接體；各所述收納體與各所述環形連接體一一對應地可拆卸連接。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述管道的側壁設置有開關門；各所述收納體均為開設於所述管道底部的沉降槽。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述輸入管與所述輸出管同軸設置。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述管道為內徑均勻的圓環體，所述輸入管的內徑小於所述管道的內徑。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述磁場的施加方向垂直於所述輸入管的軸線且指向所述管道的底部。
進一步地，上述重金屬分離裝置中，所述磁場為方向固定的均勻磁場。
本發明通過在管道內施加磁場，不僅實現了從待處理物料中分離出重金屬，而且還實現了對重金屬的回收，避免了現有技術中由於重金屬排放到環境中而造成的汙染問題。此外，由於對重金屬進行了回收，所以處理後的物料中的重金屬含量低，也降低了後續的處理成本。
又一方面，本發明還提出了一種重金屬分離系統，該系統包括載磁體添加裝置和上述任一種重金屬分離裝置；其中，所述載磁體添加裝置用於接收和混合待處理液體和載磁體；所述重金屬分離裝置與所述載磁體添加裝置相連接，用於接收並處理與所述載磁體相混合的待處理液體。
進一步地，上述重金屬分離系統中，所述重金屬分離裝置為偶數個，並且，每兩個所述重金屬分離裝置為一組且並聯連接互為備用，以及各組所述重金屬分離裝置並聯連接；每個所述重金屬分離裝置的管道的輸入管和輸出管均安裝有閥門
由於重金屬分離裝置具有上述效果，所以具有該重金屬分離裝置的重金屬分離系統也具有相應的技術效果。
附圖說明
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
圖1為本發明實施例提供的重金屬分離方法的流程圖；
圖2為本發明實施例提供的重金屬分離裝置的結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的重金屬分離系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
分離方法實施例：
參見圖1，圖1為本發明實施例還提出了一種重金屬分離方法的流程圖。如圖所示，該方法包括如下步驟：
步驟S1，向待處理物料中添加載磁體。載磁體可以由強磁性的內核和外層的包覆層組成。其內核能產生較強的順磁性，可以為鐵氧化合物，如四氧化三鐵等。內核優選為球型，包覆層可以由聚合物電解質組成。具體實施時，可以在球體內核的外圍負載上高分子化合物包覆層，包覆層可以為PEO、PLA等中的一種或多種，使高分子外圍帶負電荷，可吸附溶液中的重金屬離子形成化合物。
步驟S2，將待處理物料與載磁體的混合物輸送至內部施加有磁場的管道中。具體實施時，可以在管道外部設置一磁場發生裝置，通過該磁場發生裝置使管道內部產生磁場。
步驟S3，磁場對待處理物料中的重金屬進行作用，使重金屬從待處理物料中分離。在重金屬離子的影響下，內核的磁性會發生一定的變化，在管道外加磁場的影響下，會產生不同的作用力與移動活性，最終使重金屬從待處理物料中分離出。
本實施例的工作原理：金屬化合物中絕大多數都是順磁性的，有些甚至是強磁性的。順磁性的材料對磁場會有響應。從原子結構來看，組成順磁性物體的原子、離子或分子具有未被電子填滿的內殼層。但因其相互作用遠小於熱運動能，磁矩的取向無規，使材料不能形成自發磁化。通過投加一種載磁體，使含重金屬的物料與該載磁體在製漿池中攪拌並混合，載磁體可以由強磁性的內核與外層的聚合物電解質組成。其中，強磁性的內核可吸附物料中的重金屬。外層的聚合物電解質沉積於內核上，既不影響內核與重金屬的磁力作用，又能在酸、鹼、鹽環境中保護內核不受侵蝕。在混合階段，載磁體能與重金屬相結合形成細小的磁性懸浮物，並在磁力源的影響下集中遷移並進行收集
可以看出，本實施例通過向待處理液體中添加載磁體，以及向管道中施加磁場，不僅實現了從待處理物料中分離出重金屬，而且還實現了對重金屬的回收，避免了現有技術中由於重金屬排放到環境中而造成的汙染問題。此外，由於對重金屬進行了回收，所以處理後的物料中的重金屬含量低，也降低了後續的處理成本。
分離裝置實施例：
參見圖2，圖2為本發明實施例提供的重金屬分離裝置的結構示意圖。如圖所示，該裝置包括：兩端封閉的管道1、收納體2和磁場發生裝置(圖中未示出)。
其中，管道1相對的兩個側面分別設置有輸入管11和輸出管12。具體地，管道1可以為兩端封閉的環形體。優選地，輸入管11與輸出管12同軸設置，並且，輸入管11和輸出管12的軸線與管道1的軸線相重合或平行。
收納體2置於管道1的底部，並且，收納體2與管道1可拆卸連接，收納體2設有開口端且向上設置，收納體2的收納空間與管道1內部空間相連通。需要說明的是，本實施例中的底部為管道1下方的部位。具體實施時，收納體2可以設置一個、兩個，也可以設置多個，收納體2的具體數量可以根據需分離重金屬種類相對應，每個收納體2用於收納一種重金屬。
磁場發生裝置連接於管道1，用於向管道1內施加使待處理液體中的重金屬落入收納體2的磁場。具體地，磁場發生裝置可以為設置於管道1外壁的磁力源，具體實施時，該磁力源可以選擇能夠產生磁場的線圈等，當然，也可以為本領域技術人員所熟知的能夠產生磁場的其他裝置，例如磁鐵等，本實施例對磁力源的具體形式不做任何限定。磁場發生裝置也可以為磁性物質，管道1的側壁可以設置一環形空間，磁性物質可以填充在該環形空間內。
本實施例的分離過程：經與載磁體相混合的待處理物料以一定的速度通過輸入管11輸入至管道1內，載磁體與重金屬混合後形成的磁性懸浮物受到管道1內磁場的作用，以拋物線的軌跡在管道1內向管道1的下方運動，進而落入收納體內。由於不同的重金屬受磁場影響的能力不同，所以不同重金屬的運動軌跡也不同，這樣，含有不同重金屬的磁性沉積物會落入不同的收納體2內，實現了對不同重金屬的分離和收集。然後可分別用洗液將附著收納體2上的重金屬洗下，用於後續提純或精煉，剩餘的物質經水洗、過濾後，可重新獲得載磁體，經乾燥可循環利用。
需要說明的是，本實施例是利用管道1向下方向的磁場使重金屬向下運動，進而落入收納盒內，具體實施時，可以直接對內管2施加沿徑向向下磁場，即圖2所示的B方向，也可以對內管2施加與內管2軸向成一定角度的磁場，利用該磁場的徑向向下的分量來對重金屬進行吸附。此外，磁場可以為固定的均勻磁場。優選地，磁場的施加方向垂直於輸入管11的軸線且指向管道1的底部。
可以看出，本實施例通過在管道1內施加磁場，不僅實現了從待處理物料中分離出重金屬，而且還實現了對重金屬的回收，避免了現有技術中由於重金屬排放到環境中而造成的汙染問題。此外，由於對重金屬進行了回收，所以處理後的物料中的重金屬含量低，也降低了後續的處理成本。
繼續參見圖2，圖中還示出了收納體2的優選結構。如圖所示，管道1的底部開設有多個通孔，每個通孔的內壁向管道1的外部均延設有環形連接體；收納體2與環形連接體可拆卸連接。具體地，收納體2置於管道1的外部，收納體2設有一開口端，開口端與環形連接體可拆卸連接。優選地，收納體2與環形連接體螺紋或法蘭連接。
上述實施例中，收納體2也可以為開設於管道1內底部的多個沉降槽。管道1的側壁設置有開關門，通過該開關門取出各沉降槽內收集的磁性沉積物。
本領域技術人員應當理解，當待處理物料進入管道1的初始流速較大時，各重金屬之間運動軌跡的區別也較明顯，便於不同重金屬的分離，圖2中的三條軌跡A、軌跡B和軌跡C分別為三種不同重金屬的運動軌跡，輸入管11的內徑小於管道1的最小內徑。具體地，管道1可以為內徑均勻的圓環體，輸入管11的內徑小於該圓環體的內徑。
綜上，本實施例通過在管道1內施加磁場，不僅實現了從待處理物料中分離出重金屬，而且還實現了對重金屬的回收。
分離系統實施例：
參見圖3，圖3為本發明實施例提供的重金屬分離系統的結構示意圖。如圖所示，該系統包括載磁體添加裝置和上述任一種重金屬分離裝置。其中，載磁體添加裝置與重金屬分離裝置相連接。重金屬分離裝置的具體實施過程參見上述說明即可，本實施例在此不再贅述。具體實施時，載磁體添加裝置可以是一種配有攪拌裝置的製漿池6，載磁體添加裝置將接收的待處理物料和載磁體進行攪拌混合，並將與載磁體充分混合後的待處理物料輸送入重金屬分離裝置。重金屬分離裝置利用內部的磁場將接收的待處理物料中的重金屬分離至收納槽內。
具體實施時，上述分離系統中還可以設置泵5，泵5的輸入口與製漿池6相連，泵5的輸出口與重金屬分離裝置3的輸入管相連接，泵5用於將製漿池6中的待處理物料輸入至重金屬分離裝置3中。
上述實施例中，重金屬分離裝置可以為偶數個，並且，每兩個重金屬分離裝置為一組且並聯連接互為備用，以及各組重金屬分離裝置之間並聯連接。
每個重金屬分離裝置的管道的輸入管和輸出管均安裝有閥門，以便於切換操作。參見圖3，保持截止閥4a與4b開啟，截止閥7a與7b關閉。混合好的物料由泵5打至第一重金屬分離裝置3內，受磁力影響的不同的磁性懸浮物可選擇性收集。一定時間後，關閉4a與4b，同時開啟7a與7b，將第一重金屬分離裝置3切換成另一路備用的第二重金屬分離裝置8，保持設備連續運轉。待將第二重金屬分離裝置8中沉積的磁性懸浮物清理乾淨後，可回裝待用，再將第一重金屬分離裝置3切換至工作狀態。
由於重金屬分離裝置具有上述效果，所以具有該重金屬分離裝置的重金屬分離系統也具有相應的技術效果。
需要說明的是，本發明實施例中的重金屬分離裝置、分離系統及分離方法原理相似，相關之處可以相互參照。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。