用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備的製作方法

2023-05-22 18:49:16 1

專利名稱：用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境技術和資源回收領域，尤其是涉及一種用於回收利用不鏽鋼 中性鹽電解廢液的設備。
背景技術：
不鏽鋼被譽為鋼鐵產品中的精品，以其優越的耐蝕性、獨特的表面和優異的加工 性能，發展十分迅速，應用領域越來越廣闊。不鏽鋼帶鋼的酸洗是冷軋不鏽鋼生產中關鍵的 一道工序，對保證產品表面質量具有決定性的作用。酸洗工藝也由六、七十年代的純化學酸 洗髮展到目前的化學酸洗與電解酸洗相結合的工藝。在不鏽鋼酸洗中產生會產生包含重金 屬鎳、鉻的的廢水。傳統上，這些廢水直接排放，嚴重汙染了環境。為了應對日益嚴重的環境問題，業界正著手解決廢水的汙染問題。採用一些化學 沉澱的方法能使廢水回收利用，但是沉澱產生的含重金屬汙泥的處理仍然是個問題。由於 近年來金屬價格的上漲，一些金屬資源，例如鎳、鉻的回收可能產生經濟效益。因此出現了 從含重金屬廢水或汙泥中提取貴金屬的工藝。但是目前的不鏽鋼酸洗廢液回收技術，在廢 水回收和金屬回收上分別進行考慮，其結果是在一些工藝中，只能選擇回收水和金屬其中 之一，或者通過兩個相互獨立的工藝中來實現含金屬廢液的水和金屬的綜合回收。這無疑 增加了整個回收過程的時間、資源等方面的耗費。舉例來說，不鏽鋼中性鹽電解工藝產生的酸洗廢液中主要含有鐵、鎳、鉻等金屬離 子。為避免直接排放導致嚴重汙染環境，目前一般採用加鹼對金屬離子進行沉澱的方法進 行處理，沉澱後的出水回用到電解槽。這一方法雖然能回收電解液，卻要產生包含三種金屬 氫氧化物的混合物的汙泥，這產生了額外的汙泥處理成本，而且汙泥的利用價值也相對較 低，尤其是無法回收具有較高經濟價值的鎳離子。因此，期望有一種更加有效的設備可以對不鏽鋼中性鹽電解廢液中進行回收利 用，一方面可以回收鎳離子，以獲得一定的經濟利益，另一方面也可以降低汙泥的處置費用。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢 液的設備，可以從廢液中提取鎳離子，同時考慮到電解廢液的回用，該設備運行過程中不引 入新的雜質。本實用新型為解決上述技術問題而採用的技術方案是提出一種用於回收利用不 鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，該電解廢液包括鎳離子，亞鐵離子、鐵離子、鉻離子中的部分 或全部，以及硫酸鈉，該設備包括氧化反應池、PH值調節裝置、固液分離裝置、以及離子交換 裝置。氧化反應池從一電解液儲罐輸入該電解廢液，在該反應池中對該電解廢液進行一氧 化操作，使該電解廢液中的亞鐵離子被氧化為鐵離子，其中該氧化操作不向該廢液引入新 離子。PH值調節裝置調節該電解廢液的pH值至一預設值，該預設值在4. 8-5.2之間。固液分離裝置輸入經PH值調節的電解廢液，將電解廢液中的鐵離子和鉻離子形成的沉澱與清 液分離。離子交換裝置輸入固液分離裝置分離出的清液以進行離子交換，提取其中的鎳，離 子交換後輸出的液體回輸至電解液儲罐。在上述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備中，該氧化操作的氧化劑為
氧氣或過氧化氫。在上述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備中，當該氧化劑為氧氣時， 該設備還包括曝氣裝置，通過曝氣使氧氣混入該廢液中。在上述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備中，該PH值調節裝置是與 該氧化反應池結合。在上述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備中，還包括精密過濾器，連 接在固液分離裝置與離子交換裝置之間。在上述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備中，該離子交換裝置中的離 子交換樹脂為鈉型弱酸性陽離子交換樹脂。本實用新型由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，通過少量裝置的組合 以及簡單的工序，即可實現鎳離子和電解液的回收，而且所耗費的資源更低。

為讓本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，
以下結合附圖對本實用 新型的具體實施方式
作詳細說明，其中圖1示出本實用新型一實施例的不鏽鋼中性鹽電解廢液的回收利用設備。圖2示出本實用新型一實施例的不鏽鋼中性鹽電解廢液的回收利用設備工藝流 程圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種不鏽鋼中性鹽電解廢液的回收利用設備，該設備的一個方 面將鎳離子從廢液中提取出來，以達到回收的目的，為達成這一點，需要先排除廢液中其它 金屬離子的幹擾。另一方面，由於廢液(主要是指包含電解質的溶液)需要回用，要保證設 備的運行過程中不引入新的雜質。不鏽鋼中性鹽電解廢液的分析檢測結果表明不鏽鋼中性鹽電解廢液中主要金屬 離子為Fe2+，Fe3+，Ni2+, Cr3+，其餘為電解質(Na2SO4)。電解廢液的pH值變化較大，總體來講 在2 6的範圍內。因為pH值的不同，金屬離子含量也有很大的不同，其中鎳離子隨pH值 的變化影響不是很大，濃度較高的時候可以達到1200mg/L，一般都在200mg/L以上。而鐵 離子(在本說明書中指三價離子)、亞鐵離子(在本說明書中指二價離子)和鉻離子隨著 PH值的變化就非常明顯。在pH值達到5時，鐵離子和鉻離子的濃度非常低，都在lmg/L以 下，而PH值較低時，鐵離子和鉻離子濃度都有大幅度提高，其中鐵離子濃度最高可以達到 1050mg/l，平均在600mg/l左右；鉻濃度最高可以達到160mg/l，平均在60mg/l左右。進一步查化合物的溶度積數據表可知=Fe(OH)2的溶度積為8. 0 X 10_16，Fe (OH) 3的 溶度積為4. OX 10_38，Ni (OH)2的溶度積為2. OX 10_15，Cr(OH)3的溶度積為6. 3X 10_31。根 據溶度積數據可以推算，在Ni離子濃度維持在2000mg/L左右時，pH大約在7左右，在此pH
4條件下，Fe3+和Cr3+的離子濃度可以分別降到2. 78X10_4mg/L和1. 61X10_3mg/L以下，而 Fe2+濃度不會有明顯的變化。考慮到鐵離子在沉澱過程中會結合一部分鎳離子產生共沉澱 現象，致使鎳的回收率會明顯降低，綜合考慮鐵鉻離子的去除率和鎳的保留率，因此在一實 施例中選擇的PH值為預設值4. 8-5. 2。本實用新型一實施例的不鏽鋼中性鹽電解廢液的回收利用設備參照圖2所示，包 含氧化反應池10、壓濾機20、泵30、精密過濾器40、離子交換裝置50。氧化反應池10的輸 入口連接一個電解液儲罐60，離子交換裝置50的輸出口連接兩個電解液儲罐60、70。兩個 電解液儲罐60、70通過連通管連通。氧化反應池10、壓濾機20、泵30、精密過濾器40、離子 交換裝置50按照工藝流程依次序連接。其中氧化反應池10中進行氧化操作，氧化操作可 以是通過曝氣裝置往廢液中混入氧氣，也可以是加入其它氧化劑。通過為氧化反應池10配 置一 PH值調節裝置(圖未示)可在氧化反應池10中實現pH值調節。但是容易理解的是 PH值調節可以用另外的單獨裝置來完成。pH值調節裝置通常包含加藥機構、控制加藥的控 制器、以及用以檢測PH調節結果並反饋給控制器的pH傳感器。圖2示出本實用新型一實施例的不鏽鋼中性鹽電解廢液的回收利用方法流程圖。 下面參照圖2所示描述設備的運作流程。當電解廢液從電解液儲罐60進入氧化反應池10時，在步驟Sl，對該廢液進行一氧 化步驟，使廢液中的亞鐵離子(Fe2+)被氧化為鐵離子(Fe3+)。如前所述，鐵離子在後續的流 程中經PH調節就可大部分沉澱，從而達到分離金屬離子的目的。Fe2+極易被氧化成Fe3+，由 於電解液需要全部回用到電解液儲罐，因此在氧化步驟中加入的氧化劑不能向廢液引入新 的離子。在本實用新型的實施例中，可選擇氧氣和過氧化氫作為Fe2+的氧化劑，氧氣和過氧 化氫氧化二價鐵離子都不會引入新的雜質。反應方程式如下2Fe2++2H++02 — 2Fe3++2H202Fe2++H202+2H+ — 2Fe3++2H20當氧化劑為氧氣時，甚至只需要通過曝氣就可向溶液中混入氧氣。在步驟S2，以pH調節裝置調節廢液的pH值到一 5左右(4.8-5.2)的預設值，將鐵 離子和鉻離子以沉澱的方式析出。在一實施例中，調節廢液的PH值所使用的試劑是氫氧化 鈉(NaOH)，以確保不會向廢液中引入新離子。對於pH值大大高於5的廢液，pH值調節可能 不是必須的。反應方程式如下Fe(OH)3 Fe3+ + 30H~ [Fe3+] [OF]3 = 4. OX 1(Γ38Cr(OH)3 <~~ Cr3+ + 30Η' [Cr3+] [OF]3 = 6· 3 X 1(Γ31然後，在步驟S3，經過反應後，廢液會在作為固液分離裝置的壓濾機20中形成沉 澱，沉澱部分經壓濾機處理後形成汙泥運出，上清液經過泵30繼續到下一流程。電解廢液 經過氧化和沉澱處理後，溶液中陽離子只剩下鎳離子和鈉離子，還有極低含量雜質金屬離 子(鐵離子和鉻離子的濃度都低於lmg/1)。可選地，在步驟S4中，廢液進入精密過濾器40進行過濾，之後進入下一流程。在步驟S5中，通過離子交換裝置50以離子交換的方式將鎳離子提取出來。由於電 解液中的鈉離子含量較高，所以最好採用鈉型弱酸性陽離子交換樹脂吸附鎳離子。當鎳離 子以游離狀態存在於液體中，當經過含有可交換離子的樹脂層時發生如下離子交換反應[0033]2RNa+Ni2+ — R2Ni+2Na+離子交換樹脂吸附金屬鎳離子的效率很高，一般鎳的吸附回收率可以達到99%以 上，出水鎳離子小於lmg/1。鎳吸附飽和的樹脂可以進行再生後，獲得的高濃度鎳溶液可以 作為生產鎳產品的原料。最後，於步驟S6，經過離子交換後的電解液可以回輸到電解液儲罐60、70進行回用。在上述的整個過程中，所添加的試劑為氧氣(或過氧化氫)、氫氧化鈉，試劑數量 簡單，不引入新雜質，這有利於實現鎳和電解液的同時回收。並且，由於從原本作為汙泥處 理的多種金屬氫氧化物的混合物中提取了鎳，可以減少汙泥的處理費用。從經濟效益上看， 提取的金屬鎳產生的收益和減少的汙泥處理費用會超過回收裝置所帶來的收益。雖然上述實施例中是以包含Fe2+，Fe3+，Ni2+，Cr3+，Na2SO4的電解廢液為例進行描述， 但是容易理解。本實用新型的實施例也可適用於含有Fe2+，Fe3+，Cr3+中的一部分離子的電 解廢液或者其它類似的廢液。雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本實用新型，任何 本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本 實用新型的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求一種用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，其特徵在於，該設備包括氧化反應池，從一電解液儲罐輸入該電解廢液，在該反應池中對該電解廢液進行一氧化操作，使該電解廢液中的亞鐵離子被氧化為鐵離子，其中該氧化操作不向該電解廢液引入新離子；pH值調節裝置，調節該電解廢液的pH值至一預設值，該預設值在4.8 5.2之間；固液分離裝置，輸入經pH值調節的電解廢液，將電解廢液中的鐵離子和鉻離子形成的沉澱與清液分離；離子交換裝置，輸入固液分離裝置分離出的清液以進行離子交換，提取其中的鎳，離子交換後輸出的液體回輸至該電解液儲罐。
2.如權利要求1所述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，其特徵在於，當 該氧化劑為氧氣時，該設備還包括曝氣裝置，通過曝氣使氧氣混入該廢液中。
3.如權利要求1所述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，其特徵在於，該 PH值調節裝置是與該氧化反應池結合。
4.如權利要求1所述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，其特徵在於，還 包括精密過濾器，連接在固液分離裝置與離子交換裝置之間。
5.如權利要求1所述的用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，其特徵在於，該 離子交換裝置中的離子交換樹脂為鈉型弱酸性陽離子交換樹脂。
專利摘要本實用新型涉及一種用於回收利用不鏽鋼中性鹽電解廢液的設備，該電解廢液包括鎳離子，亞鐵離子、鐵離子、鉻離子中的部分或全部，以及硫酸鈉。在該設備中，在氧化反應池中對從電解液儲罐輸入的電解廢液進行一氧化操作，使電解廢液中的亞鐵離子被氧化為鐵離子，其中氧化操作不向電解廢液引入新離子。利用pH值調節裝置調節電解廢液的pH值至一介於4.8-5.2之間的預設值。再利用固液分離裝置將經pH值調節的電解廢液中的鐵離子和鉻離子形成的沉澱與清液分離。最後在離子交換裝置中對分離出的清液以進行離子交換，提取其中的鎳，離子交換後輸出的液體回輸至電解液儲罐。因此，本實用新型可以簡單的方式同時回收金屬鎳和電解廢液。
文檔編號C02F1/72GK201729722SQ20092029140
公開日2011年2月2日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者傅堅亮 申請人:上海輕工業研究所有限公司