專利名稱：釩鈉分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
釩鈉分離裝置
技術(shù)領(lǐng) 域本實(shí)用新型涉及釩鈉溶液中的釩鈉分離技術(shù)，例如濕法提釩工藝中的釩與鈉分 離、水處理工藝中的釩鈉分離等等，特別是一種釩鈉分離裝置。
背景技術(shù)：
釩是一種重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金、化工、釩電池等行業(yè)中。釩在自 然界分布很廣，約占地殼質(zhì)量0. 02 %，但其分布卻十分分散，主要是和金屬礦如鐵、鈦、鈾、 鉬、銅、鉛、鋅、鋁等礦共生，或與碳質(zhì)礦、磷礦共生。因此如何實(shí)現(xiàn)釩與其他元素的分離，是 實(shí)現(xiàn)釩的應(yīng)用價值的關(guān)鍵所在。由于各種礦物的組成和結(jié)構(gòu)不同，因此從不同礦物中提取釩的方法各異。釩渣浸 出提釩是一種重要且廣泛采用的提釩工藝，即從釩鈦磁鐵礦(或含礬磁鐵礦)提釩，通常采 用礦石煉鐵——含釩鐵水吹煉礬渣——銀渣氧化鈉化焙燒水浸提釩的方法。該方法中，不 可避免的混入了鈉鹽，如何實(shí)現(xiàn)浸出液中釩鈉的分離是提釩工藝的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的釩鈉分離工藝過程如下浸出液-凈化液-(加(NH4) 2S04)沉釩-(攪拌加熱)過濾洗滌-接第1路和第2路。第1路-多釩酸銨_高溫?zé)峤鈅片狀V205。第2路-沉釩母液_(加FeSO4)沉淀，得到釩酸鐵返回焙燒工序，另外得到濾液進(jìn) 入下一步_(加Na2SO4)沉淀-濾液-蒸發(fā)濃縮-Na2SCV (NH4)2S04。從上述工藝過程中看出，傳統(tǒng)釩鈉分離工藝流程長，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗高、污 水排放量大，且不易治理。其采用的蒸發(fā)濃縮工藝是萬不得已的措施。因沉釩母液中含有 Na2SO4, (NH4)2SO4,既無法返回工藝使用，又難以治理。蒸發(fā)濃縮工藝能耗高，每生產(chǎn)1噸V2O5 需處理廢水40m3左右。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提出一種釩鈉分離裝置。采用所 述裝置，有利于解決目前在釩鈉分離工藝中，工藝流程長，能耗高，釩回收率低等問題，有利 于獲得最佳的釩鈉分離效果，提高釩的回收率，且工藝簡單，能耗低，符合國家節(jié)能減排的 政策。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思是，采用納濾膜的膜分離原理和納濾膜荷電基團(tuán)的道南 (Donnan)效應(yīng)，在較低操作壓力下實(shí)現(xiàn)釩鈉溶液中不同價態(tài)離子釩與鈉的分離，從而提高 釩的回收率，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下釩鈉分離裝置，其特征在于，包括納濾膜分離系統(tǒng)，所述納濾膜分離系統(tǒng)的原液進(jìn) 口通過壓力泵連接原液管路，所述納濾膜分離系統(tǒng)的鈉透過液出口連接鈉透過液管路，所 述納濾膜分離系統(tǒng)的釩濃液回收口連接釩濃液回收管路。[0013]所述納濾膜分離系統(tǒng)采用兩個或兩個以上納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。所述納濾膜分離系統(tǒng)采用4個納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。 所述壓力泵采用高壓泵，所述高壓泵的原液進(jìn)口端連接前置過濾裝置，所述前置 過濾裝置通過增壓泵連接原液箱。所述前置過濾裝置采用微濾器，所述增壓泵與原液箱之間設(shè)置有原液調(diào)節(jié)閥。所述釩濃液回收管路連接循環(huán)脫鈉溶液箱，所述循環(huán)脫鈉溶液箱與納濾膜分離系 統(tǒng)的釩濃液回收口之間設(shè)置有濃液調(diào)節(jié)閥，所述循環(huán)脫鈉溶液箱通過脫鈉溶液補(bǔ)水循環(huán)處 理管路連接原液箱。釩鈉分離方法，其特征在于，包括以下步驟將包含釩鈉的原液加壓輸入納濾膜分 離系統(tǒng)中，通過納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件形成原液的反滲透過程和道南效應(yīng)，使得原 液中的鈉離子透過膜組件形成鈉透過液并進(jìn)入鈉透過液管路，而原液中的釩離子被膜組件 截留形成釩濃液并進(jìn)入釩濃液回收管路。所述釩濃液通過補(bǔ)加去離子水后進(jìn)入原液，循環(huán)進(jìn)行納濾膜分離處理，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一 步脫鈉。采用納濾膜處理釩鈉混合溶液時，通過調(diào)節(jié)膜進(jìn)出壓力、PH值及溫度，釩離子的單 次截留率高達(dá)99. 5 100%，鈉離子的單次截留率釩離子的循環(huán)截留率高達(dá)99. 5 100%，鈉離子的循環(huán)截留率低至0. 49%，從而實(shí)現(xiàn)釩鈉的分離。所述包含釩鈉的原液通過增壓泵輸入微濾器進(jìn)行前置過濾，以去除對膜組件有損 害的物質(zhì)后，再由高壓泵泵入納濾膜分離系統(tǒng)中；所述膜組件中反滲透濃溶液側(cè)的壓力范 圍為1. 99 1. 49MPa,跨膜壓差為0. 05 0. 2IMPa ；所述微濾器的孔徑規(guī)格為4 6 μ m ； 所述原液PH值調(diào)整為8. 3 8. 8。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下納濾膜對釩的截留效果很好，基本上可以達(dá)到100%，鈉的截留率很低，經(jīng)過八次 循環(huán)后只有0. 49%?；旧蠁未窝h(huán)的截留率都在8%以下，經(jīng)過了八次循環(huán)之后，鈉的總 截留率降至0. 49%，有高達(dá)99. 51 %的鈉離子順利的透過納濾膜，和釩分離開，基本上實(shí)現(xiàn) 了釩鈉完全分離。本實(shí)用新型的釩鈉分離裝置具有以下特點(diǎn)(1)納米級孔徑；(2)操作壓力低；(3)具有離子選擇性；(4)較好的耐壓密性和較強(qiáng)的抗污染能力；(5)可取代傳統(tǒng)處理過程中的多個步驟，因而比較經(jīng)濟(jì)。

圖1是實(shí)施本實(shí)用新型的釩鈉分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是納濾膜的滲透模式和反滲透模式工作原理示意圖。圖中標(biāo)記列示如下1-原液箱，2-原液調(diào)節(jié)閥，3-增壓泵，4-微濾器，5-高壓泵，6_納濾膜分離系統(tǒng)， 7-透過液箱，8-濃液調(diào)節(jié)閥，9-循環(huán)脫鈉溶液箱，10-脫鈉溶液補(bǔ)水循環(huán)處理管路。[0034]11-滲透方向，12-反滲透方向，13-滲透濃溶液側(cè)，14-滲透納濾膜，15-滲透稀溶 液側(cè)，16-加壓裝置，17-反滲透納濾膜，18-反滲透稀溶液側(cè)，19-反滲透濃溶液側(cè)。
具體實(shí) 施方式
以下結(jié)合附圖(圖1-圖2)對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。本實(shí)用新型提出一種新型的釩鈉分離裝置，可以解決目前在釩鈉分離工藝中，工 藝流程長，能耗高，釩回收率低等問題，能夠獲得最佳的釩鈉分離效果，提高釩的回收率，且 工藝簡單，能耗低，符合國家節(jié)能減排的政策。如圖1所示，釩鈉分離裝置，包括納濾膜分離系統(tǒng)6，所述納濾膜分離系統(tǒng)6的原 液進(jìn)口通過壓力泵連接原液管路，所述納濾膜分離系統(tǒng)6的鈉透過液出口連接鈉透過液管 路，所述納濾膜分離系統(tǒng)6的釩濃液回收口連接釩濃液回收管路。所述納濾膜分離系統(tǒng)6 采用兩個或兩個以上納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。所述納濾膜分離系統(tǒng)6采用4個納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。所述壓力泵采用 高壓泵5，所述高壓泵5的原液進(jìn)口端連接前置過濾裝置，所述前置過濾裝置通過增壓泵3 連接原液箱1。所述前置過濾裝置采用微濾器4，所述增壓泵3與原液箱1之間設(shè)置有原液 調(diào)節(jié)閥2。所述釩濃液回收管路連接循環(huán)脫鈉溶液箱9，所述循環(huán)脫鈉溶液箱9與納濾膜分 離系統(tǒng)6的釩濃液回收口之間設(shè)置有濃液調(diào)節(jié)閥8，所述循環(huán)脫鈉溶液箱9通過脫鈉溶液補(bǔ) 水循環(huán)處理管路10連接原液箱1。圖1中通過連接線箭頭示意表示了釩鈉分離方法的工藝流程。釩鈉分離方法，包 括以下步驟將包含釩鈉的原液加壓輸入納濾膜分離系統(tǒng)中，通過納濾膜元件串聯(lián)而成的 膜組件形成原液的反滲透過程和道南效應(yīng)，使得原液中的鈉離子透過膜組件形成鈉透過液 并進(jìn)入鈉透過液管路，而原液中的釩離子被膜組件截留形成釩濃液并進(jìn)入釩濃液回收管 路。所述釩濃液通過補(bǔ)加去離子水后進(jìn)入原液，循環(huán)進(jìn)行納濾膜分離處理，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步脫 鈉。圖2是納濾膜的滲透模式和反滲透模式工作原理示意圖。如圖2所示，圖2中的 左邊部分是納濾膜的滲透模式，其滲透方向11是從滲透稀溶液側(cè)15指向滲透濃溶液側(cè)13， 并且穿過滲透納濾膜14。圖2中的右邊部分是納濾膜的反滲透模式，其反滲透方向12是從 滲透濃溶液側(cè)19指向滲透稀溶液側(cè)18，并且穿過反滲透納濾膜17，在滲透濃溶液側(cè)19具 有標(biāo)記為16的加壓工序或設(shè)置。膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的某些成分進(jìn)行選擇性透過的一種方法，具 有節(jié)能、高效等特點(diǎn)，是解決當(dāng)代人類能源危機(jī)及環(huán)境污染等重大問題的高新技術(shù)。納濾膜 工作原理是在進(jìn)水(濃溶液)側(cè)施加操作壓力以克服自然滲透壓，當(dāng)高于自然滲透壓的操 作壓力施加于濃溶液側(cè)時，水分子自然滲透的流動方向就會逆轉(zhuǎn)，進(jìn)水(濃溶液)中的水分 子部分通過膜成為稀溶液側(cè)的凈化產(chǎn)水。見圖2。采用納濾膜原理來分離釩鈉的研究在國內(nèi)外尚未見文獻(xiàn)報道。納濾膜的一個特點(diǎn)是具有離子選擇性一價離子可以大量的滲過膜(但并非無阻 擋)而多價離子(例如硫酸鹽和碳酸鹽)的去除率則高得多。因此鹽的滲透性主要由離子 的價態(tài)決定。對于陰離子，去除率按以下順序上升N03_ < CF < OH- < SO/— < C032_。[0045]對于陽離子，去除率按以下順序上升H+ < Na+ < K+< Ca2+ < Mg2+。納濾過程之所以具有離子選擇性，是由于在膜上或者膜中有帶電基團(tuán)，它們通過 靜電相互作用阻礙多價離子的滲透。荷電性的不同(如正電或負(fù)電)及荷電密度的不同等， 都會對膜性能產(chǎn)生明顯的影響。納濾膜的傳質(zhì)機(jī)理可用溶解_擴(kuò)散模型來解釋，大部分納濾膜為荷電型，其對無 機(jī)鹽的分離行為不僅受化學(xué)勢控制，同時也受到電勢梯度的影響，具體可用道南(Dorman) 平衡來解釋。所謂Dorman平衡，是指在透過膜體系中，在膜兩側(cè)溶液處于平衡時，不只化學(xué) 位相等，而且必須是電中性的。水中正電荷離子可以在濃度差作用下透過膜，但負(fù)電荷離子 卻受到帶負(fù)電的膜的阻滯，無法(或很少)透過膜達(dá)到淡水側(cè)，由于電中性原理，又限制了 正電荷離子向淡水側(cè)擴(kuò)散，這就達(dá)到了脫鹽的目的。與一價離子相比，二價離子由于電荷 多，電中性原理造成濃差擴(kuò)散的阻力更大，也更不容易透過膜，所以納濾膜對二價離子的脫 除率要大于對一價離子的脫除率。 由于無機(jī)鹽能透過納濾膜，使其滲透壓遠(yuǎn)比反滲透膜低，因此在通量一定時，納濾 膜過程所需的外加壓力比反滲透低得多；而在同等壓力下，納濾的通量比R反滲透大得多。 此外，納濾能使?jié)饪s與脫鹽同步進(jìn)行。所以用納濾代替反滲透時，濃縮過程可有效、快速地 進(jìn)行，并達(dá)到較大的濃縮倍數(shù)。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下采用納濾膜處理釩鈉混合溶液時，通過調(diào)節(jié)膜進(jìn)出壓力、PH值及溫度，釩的單次截 留率基本上達(dá)到100%，鈉的單次截留率< 8% ；釩的循環(huán)截留率達(dá)到100%，鈉的循環(huán)截留 率可達(dá)0. 49%，基本上實(shí)現(xiàn)了釩鈉的有效分離。本實(shí)驗(yàn)改變壓力、流量等條件，考察納濾處理過程中鈉離子濃度及釩濃度的變化 規(guī)律，計(jì)算出該納濾膜的脫鈉效果及釩損失情況。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，原水料液經(jīng)原水調(diào)節(jié)閥，由增壓泵泵入預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理 系統(tǒng)為一個孔徑為5 μ m的微濾器，原水經(jīng)過微濾器，去除對膜組件有損害的物質(zhì)后，再由 高壓泵泵入膜組件。膜組件由4個納濾膜元件串聯(lián)而成。原水由納濾膜元件的進(jìn)水端進(jìn)入，經(jīng)過串聯(lián) 的納濾膜元件的滲透產(chǎn)生滲透液。由于膜的截留性能，水及分子量很小的鈉離子等物質(zhì)透 過膜形成透過液，被移送或排放。其他相對大分子的釩酸根則被截留，形成脫釩溶液，經(jīng)過 濃水調(diào)節(jié)閥，回收到脫鈉溶液的水箱。若此時的脫鈉溶液中仍含有鈉，脫鈉不完全，需補(bǔ)加 和滲透液等量去離子水，再次進(jìn)行納濾膜分離處理，循環(huán)直至達(dá)到釩鈉分離的要求。實(shí)驗(yàn)步驟如下(1)在原水箱中加料液110L，開增壓泵。(2)開高壓泵，模擬四只納濾膜元件串聯(lián)的壓力、流量條件。(3)測量原水的溫度、pH，濃縮液流量、滲透液流量。(4)在原水處理完畢之后，測量滲透液的體積。(5)放出滲透液，在脫鈉溶液中補(bǔ)加和滲透液等體積的去離子水，測量此時脫鈉溶 液中的釩濃度和鈉濃度。(6)重復(fù)(1) (5)實(shí)驗(yàn)過程，做循環(huán)實(shí)驗(yàn)，直到達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求為止。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)[0062](1)納米級孔徑納濾膜是介于反滲透膜與超濾膜之間的一種膜，其表面孔徑處于納米級范圍 (10-9m)，截留相對分子質(zhì)量(MWCO)在200 1000之間，適宜于分離相對分子質(zhì)量在200 以上，分子粒徑大小約為Inm的溶解組分。RO脫除所有的鹽和有機(jī)物，UF對鹽和低分子有 機(jī)物沒有截留效果，而納濾膜能截留低分子有機(jī)物和多價鹽。UF-超濾膜。RO-反滲透膜。 NF-納濾膜。(2)操作壓力低反滲透(RO)過程所需操作壓力很高，一般在幾個甚至幾十兆帕之間。NF比RO所 要求的操作壓力要低，通常NF分離需要的跨膜壓差可以為0. 01 2. OMPa,比用RO達(dá)到同 樣的滲透通量所必需施加的壓差低0. 5-3. OMPa,因而也被稱為“低壓反滲透”(Low press R0)。操作壓力降低則意味著對系統(tǒng)動力設(shè)備要求的降低，這對于降低整個分離系統(tǒng)的設(shè)備 投資費(fèi)用是有利的。(3)具有離子選擇性由于在膜上或膜中常帶有荷電基團(tuán)，通過靜電相互作用，產(chǎn)生Dorman效應(yīng)，對含 有不同價態(tài)離子的多元體系溶液，可實(shí)現(xiàn)不同價態(tài)離子的分離，故有時也稱“選擇性反滲 透”(Selective R0)。一般來說，納濾膜對單價鹽的截留率僅為10% 80%，具有相當(dāng)大的 滲透性，而二價及多價鹽的截留率均在90%以上。(4)較好的耐壓密性和較強(qiáng)的抗污染能力由于納濾膜多為復(fù)合膜及荷電膜，因而其耐壓密性和抗污染能力強(qiáng)，此外，荷電納 濾膜能根據(jù)離子的大小及電價的高低對低價離子和高價離子進(jìn)行分離。(5)可取代傳統(tǒng)處理過程中的多個步驟，因而比較經(jīng)濟(jì)例如，為了對水進(jìn)行軟化和凈化，常采用石灰_蘇打法或離子交換法去除Ca2+、Mg2+ 等二價離子，用活性炭吸附法除去有機(jī)物。這種水處理過程工藝繁瑣，效率低，費(fèi)用高。而 采用納濾技術(shù)就可以一次性將上述物質(zhì)同時除去。案例實(shí)驗(yàn)用水采用釩化工廠的釩鈉溶液，其相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)見表1。表1實(shí)驗(yàn)水質(zhì)
權(quán)利要求1.釩鈉分離裝置，其特征在于，包括納濾膜分離系統(tǒng)，所述納濾膜分離系統(tǒng)的原液進(jìn)口 通過壓力泵連接原液管路，所述納濾膜分離系統(tǒng)的鈉透過液出口連接鈉透過液管路，所述 納濾膜分離系統(tǒng)的釩濃液回收口連接釩濃液回收管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈉分離裝置，其特征在于，所述納濾膜分離系統(tǒng)采用兩個 或兩個以上納濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈉分離裝置，其特征在于，所述納濾膜分離系統(tǒng)采用4個納 濾膜元件串聯(lián)而成的膜組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈉分離裝置，其特征在于，所述壓力泵采用高壓泵，所述高 壓泵的原液進(jìn)口端連接前置過濾裝置，所述前置過濾裝置通過增壓泵連接原液箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釩鈉分離裝置，其特征在于，所述前置過濾裝置采用微濾器， 所述增壓泵與原液箱之間設(shè)置有原液調(diào)節(jié)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈉分離裝置，其特征在于，所述釩濃液回收管路連接循環(huán) 脫鈉溶液箱，所述循環(huán)脫鈉溶液箱與納濾膜分離系統(tǒng)的釩濃液回收口之間設(shè)置有濃液調(diào)節(jié) 閥，所述循環(huán)脫鈉溶液箱通過脫鈉溶液補(bǔ)水循環(huán)處理管路連接原液箱。
專利摘要釩鈉分離裝置，有利于解決目前在釩鈉分離工藝中，工藝流程長，能耗高，釩回收率低等問題，有利于獲得最佳的釩鈉分離效果，提高釩的回收率，且工藝簡單，能耗低，符合國家節(jié)能減排的政策，其特征在于，包括納濾膜分離系統(tǒng)，所述納濾膜分離系統(tǒng)的原液進(jìn)口通過壓力泵連接原液管路，所述納濾膜分離系統(tǒng)的鈉透過液出口連接鈉透過液管路，所述納濾膜分離系統(tǒng)的釩濃液回收口連接釩濃液回收管路。
文檔編號B01D61/18GK201832563SQ20102055881
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者侯娜娜, 劉彥華, 劉雪冬, 李培佑, 李士琦 申請人:北京能泰高科環(huán)保技術(shù)有限公司