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矮床FM树脂应用于酸回收

Short Bed Ion Exchange/矮床离子交换树脂 

    早在20世纪70年代,矮床离子交换工艺已经广泛的应用于金属表面处理行业。矮床系统也被出售给原金属生产商,用于从铜精炼厂的废液中分离硫酸,也用于从厂的污水中回收镍和钴。这种独特的技术优化了离子交换工艺,表现出了许多比传统的离子交换更显著的优势。这种技术的主要特点和优势如下: 

Fine Mesh Resins / 精细树脂

 

    矮床技术使用的树脂颗粒直径比传统离子交换系统中的要小许多(大约20%)。减小了粒径使得交换动力学得到了大大的提高。这就允许在较高的流速下工作,并且降低了交换区域的长度。这对于交换动力学一般非常慢的螯合树脂尤其重要。试验表明,树脂的交换速率是与树脂的粒径的平方成反比例的。因此,减少一半的粒径大约可以增加400%的交换效率。因此更高的流速显著降低了所需的树脂量。当使用昂贵的螯合树脂的时候,这是非常重要的。较细的粒径也有助于流体的位移,因此可以减少所要求的冲洗量。

 

Short Depth Resin Beds矮床树脂床

 

    在固定床操作工艺中,交换只在传质区占用的一小部分,MTZ。上冲程中树脂被耗尽,下冲程中树脂得到再生。因此,在传统的树脂柱中大多数树脂是不活跃的。矮床工艺降低了不活跃区域的高度,并且使得更有效的利用了剩下树脂。还应当指出的是,当传质区的深度降低到0.15-0.61米时,有效的增加了反应动力学。

1. 矮床树脂柱传质区

 Counter-Current Regeneration/ 逆流再生

逆流再生以和进料相反的方向把再生剂加入树脂床中。这种技术是众所周知的一种化学工程原理,这种方法有利于减少再生剂的用量,最大限度的提高回收到的酸或者金属的浓度,并且可以确保在最小泄露的情况下完全再生。

 

Fully Packed Bed/满床

 

在矮床中,树脂罐被完全填充满,不留任何空间。在常规的树脂柱中,并用各种方法去处理多出空间。当需要较高浓度的溶液时,这种稀释的结果是特别让人烦恼的。满床消除了稀释的问题,并且有助于保持树脂床中的浓度分布。这确保了逆流再生的优势的完美实现。

        虽然这种功能表现出了许多优势,但是下面的缺点必须要指出。未过滤的进料将很快污染精细树脂,并且满床不允许树脂反冲洗去去除固体杂质颗粒。因此,必须预过滤所有的溶液然后再进入满床。并且,精细树脂不是标准的材料,结果是每个单位的价格都是比较昂贵的,并且是很难购买到的。      

 Acid Separation/酸分离

 

    矮床技术已经成熟的运用到了酸分离中,作为酸纯化单元供应,简称为APU。这种工艺使用那些选择性吸附游离酸而不吸附溶解的金属盐树脂。吸附的酸可以用水冲洗下来。虽然要求使用特殊型号的离子交换树脂,但是这个工艺严格来说不是离子交换。这个酸没有被交换到特定的地方,并且它的交换能力不仅仅局限于树脂的离子交换能力。这种工艺是通过树脂内部和周围流体的酸浓度差来驱动的。


  3. 酸的吸附和解析

     通常,每个循环只能处理很少体积的溶液,处理的量少于离子交换树脂床的体积。此种限制再加上大多数离子交换工艺的标准工艺设计推迟了酸迟滞工艺的成功商业化。直到20世纪70年代,因为矮床技术使用满床和逆流再生工艺,常规设计所遇到的稀释和控制问题都被克服了。

    1979年第一个酸纯化系统被安装在铝工业中,用于回收铝阳极氧化反应中的硫酸。从那时开始,酸纯化系统开始应用在不同的工业中去回收许多不同的酸,包括湿法冶金的处理等等。迄今为止,世界范围内已经安装超过300套设施,这些设备大多安装在金属表面处理行业。

APU Operating Cycle酸纯化操作周期

 

    酸纯化工艺的第一步是通过一个多介质砂式过滤器过滤进料。随后是通过本机上的滤芯式抛光过滤器。

    酸纯化操作周期,一般持续4-5分钟,如图4所 示分为上冲程和下冲程。在上冲程中,进料用泵加压通过酸纯化系统树脂床。最初树脂的空隙中充满了上一次循环中残留的水。进来的经过过滤的进料取代了上面的 水,因此最初收集到的是无用的水。被传递到水箱,然后和新增加的水一起在下冲程中使用。当进来连续的通过树脂后,酸被吸附到树脂球里,它通过树脂床的路径 被称为“迟滞”。树脂不吸附金属盐,他们透过树脂排出去,或者是作为酸前面的副产品。当酸开始进入到副产品中时,上冲程完成。

     在下冲程中,水被泵加压向下通过树脂床。最初,树脂床的空隙被未分离的料液填满。未分离的进料被进水冲洗进进料罐中,重新进入下一个循环中。当水持续通过 树脂床,大多数金属盐被去除,上冲程叫做解析,在此工艺中纯酸作为产品收集起来。根据操作条件和进料浓度的不同,纯酸的浓度大概是进料酸浓度的50%-110%。通过调节不同工艺步骤的流速和体积,可以使得酸纯化系统的性能更加完美。典型的工艺处理能力为回收70-95%的酸,去除50-90%的金属。

 

 

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