專利名稱：一種管式凈化方法及管式凈化槽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種去除溶液中離子雜質的凈化方法及裝置，尤其是用鋅粉作還原劑條 件下去除硫酸鋅溶液中銅、鎘、鈷、鎳雜質的管式凈化方法及管式凈化槽，屬凈化技術 領域。
背景技術：
通稱中上清的浸出鋅礦粉產出的硫酸鋅溶液，包含銅、鎘、鈷、鎳等多種離子雜質。 目前通用的連續(xù)凈化工藝，是以鋅粉作為還原劑，采用槽式凈化方法實現(xiàn)除雜目的。通
用的槽式凈化方法，采用多個槽式凈化槽串聯(lián)z返過控制各凈化槽的液溫、凈化時間、 鋅粉等添加劑用量和機械攪拌參數(shù)來去除銅、鎘、鈷、鎳等離子雜質。這種槽式凈化方 法，在濕法鋅冶金行業(yè)已有幾十年的生產應用歷史，冶金學者和工程師們作了大量研究，
也一直沒有找到一種突破性的工程化解決方案。槽式凈化方法存在的問題包括1)槽
子容積大(80-145m:')，槽子數(shù)量多(9-10個)，凈化流程長，能耗較高。2)依靠機械 攪拌形成的水力去除鋅粉表面的新生包層，效力很低，凈化效率低下。3)去除鈷、鎳 離子雜質需要較高液溫(85-95°C)，采用蒸汽直g加熱槽內溶液，導致蒸發(fā)加劇，溶液 體積失衡，蒸發(fā)水汽出槽又帶出大量有害氣體，造成環(huán)境污染。4)鋅粉置換產生的渣 型晶粒易于滯留槽內，并大量復溶，導致鋅粉消耗增加。5)凈化工藝不能柔性調整， 不能適應中上清離子雜質濃度大幅升高的變化，對上游配料工序操作要求苛刻，進而對 鋅礦粉原料雜質成分要求控制嚴格。隨著鋅礦粉原料趨向貧化，原料含雜趨向升高，槽 式凈化方法的缺陷，日益顯現(xiàn)成為中上清凈化的技術瓶頸。因此，很有必要加以改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有超聲凈化方法的不足提出一種能適應大型流程工業(yè)凈 化需求，可靠性、通用性和經濟性較好的管式超聲凈化方法及其裝置和用途。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明人完成的大量試驗證實1)一定聲場的超聲波可以在某些液態(tài)介質和固態(tài)介質中高效傳遞。采用超聲波隔離照射不銹鋼管內的硫酸鋅溶液(含有鋅粉等添加劑)，獲得了快速去除銅、鎘、鈷、鎳等離子雜質的效果。2)超聲波在液態(tài)介質和固態(tài)介質中的傳遞過程，是超聲波能量隨穿透路程延長而趨向衰減的過程。根據(jù)上述試驗結果，本發(fā)明旨在提出一種可靠性、通用性和經濟性較好的管式凈化方法及管式凈化槽。因此，本發(fā)明的技術方案是 一種管式凈化方法，其特征是待除雜溶液是在管式凈化槽內，采用不可逆流動的方式流經管式凈化槽，并在溶液流經管式凈化槽的過程中采用^聲波隔離照射待除雜溶液的方法，完成設定的凈化過程。其中
所述的待除雜溶液，是含有至少一種顆粒狀溶質的溶液；所述的溶液可以是硫酸鋅溶液，所述的顆粒狀溶質可以是鋅粉溶質。
所述的不可逆流動的方式，為待除雜溶液在管式裝置內是單向流動的。
所述的管式凈化槽，包括一個盛滿液態(tài)介質的腔室，在腔室的液態(tài)介質中浸沒設有超聲波波源裝置和盛滿待除雜溶液的管式裝置。
所述的凈化過程，是指待除雜溶液在不可逆流動過程中受到有效的超聲波隔離照射的過程，所述的有效的超聲波隔離照射的過程，是指超聲空化泡對待除雜溶液、尤其是待除雜溶液中的溶質顆粒(如鋅粉)表面發(fā)生有效撞擊的過程。
所述的腔室，包括敞口腔室和密閉腔室。
所述的超聲波波源裝置，至少可以發(fā)射出波源頻率15-28kHz、波源聲強0. 5-50w/cm2的超聲波聲場。
所述的管式裝置，是具有至少一個待除雜溶液進口和至少一個除雜后溶液出口，且可以是一個以上同心圓螺旋盤管的管道裝置，所述的同心圓螺旋盤管的相鄰兩個螺旋盤管的連通方式為圓滑過渡連接，且所有同心圓螺旋盤管內的待除雜溶液具有相同的流動走向(或為順時針走向，或為逆時針走向)，所述的螺旋盤管可以是空置的，也可以設有至少一段靜態(tài)混合管，所述的螺旋盤管的材質至少可以是硅基材料、工程塑料和不銹鋼材料；也可以是具有一定長度的直管裝置或多層疊加的板式裝置。所述的液態(tài)介質，可以是水基介質或有機溶液或無機溶液。
根據(jù)所述的管式凈化方法提出的一種管式凈化槽，包括一個盛滿液態(tài)介質的腔室，在盛有液態(tài)介質的腔室中浸沒設有超聲波波源裝置和盛滿待除雜溶液的管式裝置。所述的盛滿待除雜溶液的管式裝置可以是一個以上盤管式裝置，還可以是具有一定長度的直管裝置，還可以是多層疊加的板式裝置。
本發(fā)明的技術原理是待除雜溶液以一定流速進入管式凈化槽。在管式凈化槽內，待除雜溶液在浸沒于液態(tài)介質中的管式裝置內不可逆流動；浸沒于液態(tài)介質中的超聲波波源裝置發(fā)射的超聲波，經液態(tài)介質傳導穿透管式裝置的管壁，對管式裝置內的待除雜溶液施加超聲振動和(或)超聲空化作用，產生大量超聲空化泡撞擊顆粒溶質(如鋅粉)，高效去除顆粒溶質表面的新生包層，從而加速溶質與溶液的物理化學反應。對待除雜溶液設定的凈化過程，是在超聲波隔離照射下，在管式裝置內的不可逆流動的過程中完成的。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)凈化槽容積減少80%，凈化槽數(shù)量減少70%，凈化流程大幅縮短，凈化能耗降低70%。 2)用超聲空化泡撞擊取代槽式凈化過程中的機械攪拌，顯著
強化去除鋅粉表面新生包層的效力，鋅粉置換反應速率加快，凈化效率大幅提高。3)
去除鈷、鎳離子雜質需要的較高液溫，無須采用蒸汽直接加熱溶液，有效解決溶液體積
失衡的問題，消除蒸發(fā)水汽造成的環(huán)境污染。4)鋅粉置換產生的渣型晶粒無法滯留管式裝置內，有效消除渣型晶粒復溶隱患。5)可根據(jù)中上清離子雜質濃度變化柔性調整
管式凈化槽數(shù)量，大幅拓寬了鋅礦粉原料范圍。


圖l，為本發(fā)明方法的一個實施例。
圖2，為本發(fā)明方法的另一個實施例。圖3，為本發(fā)明方法的另一個實施例。
圖1中，1、管式凈化槽；2、腔室；3、液態(tài)介質；4、水基介質；5、管式裝置；6、螺旋盤管；7、管壁；8、螺旋盤管A; 9、螺旋盤管B; 10、超聲波波源裝置；11、待除雜溶液；12、待除雜溶液進口； 13、除雜后溶液；14、除雜后溶液出口； 15、敞口腔室；16、靜態(tài)混合管。
圖2中，17、超聲波波源裝置；18、密閉腔室。圖3中，19、多層疊加板式裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于實施例所描述的范圍。實施例一
通過圖l可以看出，本發(fā)明為一種管式凈化方法。所述的管式凈化方法，待除雜溶液11是在不可逆流經管式凈化槽1的過程中完成設定的凈化過程。待除雜溶液11是含有至少一種顆粒狀溶質的溶液，所述的溶液可以是硫酸鋅溶液12，所述的顆粒狀溶質可以是鋅粉溶質。管式凈化槽1包括一個盛滿液態(tài)介質3的腔室2、浸沒于液態(tài)介質3中的至少一個超聲波波源裝置IO和浸沒于液態(tài)介質3中的至少一個盛滿待除雜溶液11的管式裝置5。凈化過程是指待除雜溶液11在不可逆流動過程中受到有效的超聲波隔離照射的過程，所述的有效的超聲波隔離照射的過程，是指超聲空化泡對待除雜溶液11、尤其是待除雜溶液中的溶質顆粒(如鋅粉、'表面發(fā)生有效撞擊的過程。腔室2包括敞口腔室15和密閉腔室18。超聲波波源裝置10至少可以發(fā)射出波源頻率15-28kHz、波源聲強0.5-50w/cm2的超聲波聲場。管式裝置5是具有至少一個待除雜溶液進口 12和至少一個除雜后溶液出口 14、且具有一個以上同心圓螺旋盤管6的管道裝置，所述的同心圓螺旋盤管6的相鄰兩個螺旋盤管A8和螺旋盤管B9的連通方式為圓滑過渡連接，且所有同心圓螺旋盤管6內的待除雜溶液11具有相同的流動走向(或為順時針走向，或為逆時針走向)，所述的螺旋盤管6可以是空置的，也可以設有至少一段靜態(tài)混合管16，所述的螺旋盤管6的材質可以是硅基材料、工程塑料和不銹鋼材料。液態(tài)介質3可以是水基介質4。根據(jù)所述的管式凈化方法提出的一種管式凈化槽1，包括一個盛滿液態(tài)介質3的腔室2，在盛有液態(tài)介質3的腔室2中浸沒設有超聲波波源裝置10和盛滿待除雜溶液11的管式裝置5。所述的盛滿待除雜溶液11的管式裝置5可以是一個以上螺旋盤管裝置6。
本發(fā)明的技術原理是待除雜溶液11以一定流速進入管式凈化槽1。在管式凈化槽1內，待除雜溶液11在浸沒于液態(tài)介質3中的管式裝置5內不可逆流動；浸沒于液
態(tài)介質3中的超聲波波源裝置10發(fā)射的超聲波，經液態(tài)介質3傳導穿透管式裝置5的管壁7，對管式裝置5內的待除雜溶液11施加超聲振動和(或)超聲空化作用，產生大量超聲空化泡撞擊顆粒溶質(如鋅粉)，高效去除顆粒溶質表面的新生包層，從而加速溶質與溶液的物理化學反應。對待除雜溶液11設定的凈化過程，是在超聲波隔離照射下，在管式裝置5內的不可逆流動的過程中完成的。實施例二
實施例二為本發(fā)明用于濕法鋅冶金硫酸鋅溶液凈化的實施例。其結構如圖l所示，從圖1可以看出，本實施例二與實施例一的技術原理是一樣的。管式凈化槽1的腔室2為敞口腔室15。根據(jù)雜質含量添加了鋅粉等添加劑的待除雜的硫酸鋅溶液，以設定的流速進入管式凈化槽l，在不可逆流經管式裝置5的過程中，經靜態(tài)混合裝置16高效混合，鋅粉處于均勻分布狀態(tài)，并受到波源頻傘20kHz、波源聲強4w/cm2的超聲波隔離照射，鋅粉快速置換待除雜的硫酸鋅溶液中的離子雜質，產出除雜后的硫酸鋅溶液。當設定的凈化過程是用于去除硫酸鋅溶液中的銅離子雜質時，液態(tài)介質3的液溫設定為75-85°C，超聲照射時間設定為2-6分鐘；當設定的凈化過程是用于去除硫酸鋅溶液中的鈷鎳離子雜質時，液態(tài)介質3的液溫設定為75-85'C，超聲照射時間設定為4-24分鐘；當設定的凈化過程是用于去除硫酸鋅溶液中的鎘離子雜質時，液態(tài)介質3的液溫設定為55-65°C，超聲照射時間設定為2-6分鐘。fe照上述管式凈化方法設定的凈化工藝，可以分別產出高品位銅渣、高品位鈷鎳渣和高品位鎘渣。
本發(fā)明的優(yōu)點是管式凈化槽與槽式凈化槽相比，設備體積大幅減小，凈化效率大幅提高，且設備結構極其簡單，制造與維修成本大幅降低。實施例三
圖2為本發(fā)明的另一個實施例。從圖2可以看出，本發(fā)明是具有兩個超聲波波源裝置的管式凈化槽。本實施例三與實施例一和實施例二的技術原理是一樣的。只是所述的
待除雜溶液11在不可逆流經的管式裝置5為直管裝置；所述的直管裝置為一根總管進
入管式凈化槽1，再分為一根以上的支管流經超聲波波源裝置10和17所照射的區(qū)域，超聲波波源裝置10和17為內和外兩層超聲波波源裝置，形成多層疊合的超聲波發(fā)射波源;在流經超聲波波源裝置10和17的區(qū)域過程中，受到波源頻率15kHz、波源聲強4w/cm2的超聲波波源裝置17發(fā)射的超聲波隔離照射；待除雜溶液11在不可逆流經直管裝置的過程中，受到波源頻率20kHz、波源聲強2w/ci^的超聲波波源裝置10發(fā)射的超聲波隔離照射。設置不同超聲波聲場的超聲波照射，可以顯著改善超聲凈化的效果。
實施例四
圖3為本發(fā)明的另一個實施例。從圖3可以看出，本發(fā)明是具有兩個超聲波波源裝置的多層板式凈化槽。本實施例四與實施例三、實施例二和實施例一的技術原理是一樣的。只是所述的待除雜溶液11在不可逆流經的管式裝置5為多層疊加的板式裝置19;待除雜溶液11在不可逆流經多層板式凈化槽的過程中，受到波源頻率15kHz、波源聲強4w/cm2的超聲波波源裝置17發(fā)射的超聲波隔離照射;待除雜溶液11在不可逆流經多層板式凈化槽的過程中，受到波源頻率20kHz、波源聲強2w/cm2的超聲波波源裝置10發(fā)射的超聲波隔離照射。設置不同超聲波聲場的超聲波照射，可以顯著改善超聲凈化的效果。
權利要求
1、一種管式凈化方法，其特征在于待除雜溶液是在管式凈化槽內，采用不可逆流動的方式流經管式凈化槽，并在溶液流經管式凈化槽的過程中采用超聲波隔離照射待除雜溶液的方法，完成設定的凈化過程。
2、 如權利要求1所述的管式凈化方法，其特征在于所述的待除雜溶液，是含有 至少一種顆粒狀溶質的溶液；所述的溶液可以是硫酸鋅溶液，所述的顆粒狀溶質可以是 鋅粉溶質；所述的不可逆流動的方式，為待除雜溶液在管式裝置內是單向流動的。
3、 如權利要求1所述的管式凈化方法，其特征在于所述的凈化過程是指待除雜 溶液在不可逆流動過程中受到有效的超聲波隔離照射的過程，所述的有效的超聲波隔離 照射的過程，是指超聲空化泡對待除雜溶液、尤其是待除雜溶液中的溶質顆粒表面發(fā)生 有效撞擊的過程。
4、 如權利要求1所述的管式凈化方法，其特征在于所述的管式凈化槽，包括一 個盛滿液態(tài)介質的腔室，在腔室的液態(tài)介質中浸沒設有超聲波波源裝置和盛滿待除雜溶 液的管式裝置；所述的腔室，包括敞口腔室和密閉腔室。
5、 如權利要求4所述的管式凈化方法，其特征在于所述的管式裝置，是具有至 少一個待除雜溶液進口和至少一個除雜后溶液出口，且可以是一個以上同心圓螺旋盤管 的管道裝置，所述的同心圓螺旋盤管的相鄰兩個螺旋盤管的連通方式為圓滑過渡連接， 且所有同心圓螺旋盤管內的待除雜溶液具有相同的流動走向，或為順時針走向或為逆時 針走向。
6、 如權利要求4所述的管式凈化方法，其特征在于所述的管式裝置是具有一定 長度的直管裝置或多層疊加的板式裝置。
7、 如權利要求1所述的管式凈化方法，其特征在于所述的超聲波波源裝置，至少可以發(fā)射出波源頻率15-28kHz、波源聲強0. 5-50w/cnf的超聲波聲場。
8、 一種管式凈化槽，其特征在于包括一個盛滿液態(tài)介質的腔室，在盛有液態(tài)介 質的腔室中浸沒設有超聲波波源裝置和盛滿待除雜溶液的管式裝置。
9、 如權利要求8所述的管式凈化槽，其特征在于所述的管式裝置是螺旋盤管。
10、 如權利要求8所述的管式凈化槽，其特征在于所述的管式裝置是直管裝置或 多層疊加的板式裝置。
全文摘要
一種管式凈化方法，待除雜溶液是在不可逆流經管式凈化槽的過程中完成設定的凈化過程。所述的待除雜溶液，是含有至少一種顆粒狀溶質的溶液；所述的管式凈化槽，包括一個盛滿液態(tài)介質的腔室、浸沒于液態(tài)介質中的至少一個超聲波波源裝置和至少一個盛滿待除雜溶液的盤管式裝置；所述的凈化過程，是指待除雜溶液在不可逆流動過程中受到有效的超聲波隔離照射的過程。
文檔編號C22B3/44GK101476038SQ20091004259
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權日2009年1月23日
發(fā)明者曾興民 申請人:佛山市興民科技有限公司