CN111001444A - 一种离子交换树脂塔 - Google Patents

Abstract

一种离子交换树脂塔。适用于低品位红土镍矿中回收镍和钴。离子交换树脂塔塔体上下部设有进出液口，树脂塔为多段分层结构，每段短接之间用法兰及螺栓连接固定；每段短接中部有供排液和布液的空腔结构，空腔由两块多孔板及一块中空垫板组成；树脂装填于短接内部，由短接两端的多孔板固定，避免小颗粒树脂的移动和流失。本发明不仅能有效地解决颗粒度较细树脂的装填及布液的问题，而且可大量节约新水用量，减少酸性废水的排放，是一种处理低品位红土镍矿回收镍和钴的理想设备。

Description

一种离子交换树脂塔

技术领域

本发明涉及湿法冶金过程中用离子交换法提取镍和钴的技术领域，尤其是离子交换法所用的树脂装置。

背景技术

目前国内处理低品位红土镍矿的方法主要为硫酸加压酸浸工艺(简称为HPAL)，产品主要是氢氧化镍钴，产品成本较高，附加值较低。

目前，离子交换技术用于水处理工业相对成熟。在50年代秘鲁首先把离子交换技术用于湿法炼铜，前苏联的冶金工作者在这方面做了大量研究。美国在90年代发展的连续离子交换技术在氨基酸提取等工业中应用成熟。美国RSA实验室在Impala有限公司用Superlig树脂萃取金属铂。此外，该技术广泛地应用于分离提纯铀。国外应用离子交换技术替代湿法炼铜中萃取工艺已进入工业化阶段。而国内应用离子交换技术仅局限于发电厂水处理，污水处理及医药行业。

目前世界上使用的离子交换树脂绝大多数是以苯乙烯或丙烯酸聚合物为骨架的有机离子交换树脂，其性能存在难以克服的缺陷：交换容量小、交换速度慢、循环使用周期短、含水率高和转型膨胀率高等弊端，尤其是其离子交换的选择性太差而导致其无法在成分十分复杂的多金属酸浸液中分离富集有价金属的工业化应用。对于具有更高效率、更高选择性的无机离子交换树脂，目前在有色冶金领域中未能得到大规模工业化应用，特别是在提取经济价值较高的镍和钴的过程中，只能应用于尾液中回收镍、钴的工艺中。

离子交换柱是用来进行离子交换反应的柱状压力容器，是管柱法离子交换的交换设备，一般采用圆筒形，溶液从柱的一端通入，与柱内呈密实状态的固定离子交换树脂层或流动状态离子交换树脂床充分接触，进行离子交换。由于此种树脂的颗粒度较小，溶液再交换柱内流动时内部压力较大，当树脂装填密度有细微差别时，溶液就很容易在交换柱内部分散流动，密度较高的区域流速较慢，密度较小的区域流速较快，导致溶液无法很均匀的向交换柱出口移动，最终形成混流，无法有效实现离子交换柱的工艺过程，特别是交换柱的直径越大时，混流现象越严重；

为了保证此种树脂交换柱运行时的均匀性，现有交换柱的直径必须控制在300mm以内，如此一来，交换柱的体积受限，必须控制在150L左右，如果要达到较高的生产规模，则所需要的树脂塔数量非常多，装置成本高，在工业化过程中的控制及维护问题难以解决，最终导致无法实现大规模工业化的生产应用。

本发明对现有交换柱的结构进行了重新设计和优化，在保证溶液轴向流动的均匀性不变的前提下，有效扩大了树脂柱的直径，使得树脂塔的有效容积增加至之前的10-20倍；同样的生产规模，树脂塔的数量大幅减少，降低配套设备规模，简化控制系统，降低运行时的能耗和物耗，为此种树脂的大规模工业化应用提供了可靠的设备保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体分布均匀、易于清洗的树脂塔结构形式。具体的技术方案为： 一种离子交换树脂塔，所述树脂塔由多段树脂柱短接（3）组合而成，每段树脂柱短接（3）之间用法兰连接，树脂塔上下端部设置有封头（2），封头有供进出液的管口（1），所述树脂柱短接（3）之间放置两块多孔板（4）和一块垫板（5），组成圆柱形空腔结构，所述垫板（5）为中空结构，所述空腔直径与树脂塔内径一致。

进一步的，所述空腔的体积占树脂塔容积的1%-5%。

进一步的，所述垫板（5）中部设有供排液的排液口（6），排液口（6）连接排液阀（7）。

进一步的，所述短接（3）、多孔板（4）及垫板（5）之间均用密封圈或密封环进行密封，用螺栓固定。

进一步的，所述多孔板（4）、垫板（5）均为耐酸材质。

进一步的，所述多孔板（4）、垫板（5）为PTFE、PVC或PP材质。

树脂装填于短接内部，由短接两端的多孔板固定，避免小颗粒树脂的移动和流失。当溶液经过多孔板进入垫板内部的空腔结构时，将进行再次混合，由于溶液处于流动状态，且受溶液离子的布朗运动影响，空腔内各处不同浓度的溶液会趋于均匀状态，混合均匀后的溶液再经多孔板流入下一节短接，继续与树脂进行离子交换过程；此过程相当于对溶液进行二次分布，保证了溶液在树脂塔中轴向流动的均匀性和一致性。

在树脂塔高度不变的前提下，增加树脂塔的直径，扩大至原先的3-4倍，大幅度增加了树脂塔的有效容积，有效容积扩大至之前的10-20倍；在工业化过程中，树脂柱的数量大幅度减少，对于溶液分布系统及控制系统可大幅度简化，便于系统操作及维护，为大规模工业化应用提供了可行性；同时树脂塔的辅助配套的设备及仪控也将大幅度减少，节约了设备加工制作的成本，同时降低了系统运行的能耗和物耗，经济效益突出。

本发明不仅能有效地解决颗粒度较细树脂的装填及布液的问题，而且可大量节约新水用量，减少酸性废水的排放，是一种处理低品位红土镍矿回收镍和钴的理想设备。

附图说明

图1树脂塔的主视图。

图2树脂塔的剖视图。

图3树脂塔的局部放大图

图4树脂塔的立体图。

其中，1-管口，2-封头，3-短接，4-多孔板，5-垫板，6-排液口，7-排液阀。

具体实施方式

本发明是这样实现的，树脂塔装填树脂时，由下向上，分段装填，树脂装填于树脂短接的空腔中，上下有多孔板密封，装填后呈密实状态，避免运行过程中的树脂流失，也不影响液体的正常流动，由于树脂在运行过程中具有一定的溶胀性，多孔板宜采用具有一定韧性的耐酸材质。树脂短接相邻的两块多孔板之间安装一块垫板，垫板内部为中空结构，便于液体混合均匀和重新分布；垫板侧壁处有排液口，水洗或再生时用于排出树脂内部的残液或残酸，减少洗水用量。树脂塔的短接、多孔板及垫板之间均用密封圈或密封环进行密封，用螺栓固定。

树脂塔在运行时，液体由下向上进行轴向流动，由于树脂颗粒度的限制，径向分布的均匀性有偏差，液体穿过树脂层时的径向分布不一致，形成偏流，如果不能及时纠偏，最终会导致整体偏流，影响树脂塔运行效率和产品质量，增加物耗和环保负担；通过设置多层中空的垫板结构，液体轴向流动一段时间后经由多孔板流入垫板内部的空腔中，浓度不均的溶液进行重新混合，达到及时纠偏的效果，最终树脂塔中液体分布的均匀程度得到有效控制。

树脂塔在运行过程中分为吸附、水洗、再生、水洗四个阶段，树脂塔吸附更加均匀，避免了大量杂质离子的聚集，提高了产品质量。在吸附完成后需要对树脂塔中残留的原液进行洗涤，此时打开垫板的排液口阀门，先把大部分原液排出树脂塔，再用水对剩余的原液进行冲洗，大量减少新水的用量，优化运行效率；树脂用高浓度酸再生后，树脂塔中残留的残酸也用同样的方法优先排出大部分残酸，避免耗费大量的新水，以及产生大量难处理的稀酸废水。

Claims (6)

1.一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述树脂塔由多段树脂柱短接（3）组合而成，每段树脂柱短接（3）之间用法兰连接，树脂塔上下端部设置有封头（2），封头有供进出液的管口（1），所述树脂柱短接（3）之间放置两块多孔板（4）和一块垫板（5），组成圆柱形空腔结构，所述垫板（5）为中空结构，所述空腔直径与树脂塔内径一致。

2.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述空腔的体积占树脂塔容积的1%-5%。

3.根据权利要求1或2所述的一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述垫板（5）中部设有供排液的排液口（6），排液口（6）连接排液阀（7）。

4.根据权利要求3所述的一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述短接（3）、多孔板（4）及垫板（5）之间均用密封圈或密封环进行密封，用螺栓固定。

5.根据权利要求4所述的一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述多孔板（4）、垫板（5）均为耐酸材质。

6.根据权利要求5所述的一种离子交换树脂塔，其特征在于，所述多孔板（4）、垫板（5）为PTFE、PVC或PP材质。

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