氨法生产金属化合物的装置及工艺的制作方法

文档序号:11122613
氨法生产金属化合物的装置及工艺的制造方法

本发明属于化工领域,具体涉及一种氨法生产金属化合物的装置及工艺。



背景技术:

目前,金属化合物包括碳酸镍、碳酸锌、(活性)氧化铜、碳酸铜等的生产工艺流程长、耗能大,装置设备结构复杂,并且工艺中存在各种各样的缺点。

例如:活性氧化铜具有纯度高、粒径小、比表面积大、在电镀行业规定的酸中溶解速度快等特点,在电子、催化等领域有许多特异性能和极大的潜在应用价值。通常生产高纯活性氧化铜粉主要采用碳酸盐煅烧法,由于碳酸盐煅烧法工艺流程长,后续洗涤困难,产品纯度不高、分散性不好、同时煅烧后晶粒粗化造成的产品活性不高、成本相对较高、有高盐废水产生。

而,关于活性氧化铜的生产工艺,在目前公开的一些发明专利中,主要有以下几种常用的工艺:

(1) 申请号为01127175.2 的中国专利公开的以硫酸铜及铜料为原料,经80-85℃的低温氧化得硫酸铜结晶,然后配制溶液与氢氧化钠反应,在经球磨、压滤、洗涤、烘干、粉碎制的活性氧化铜的工艺。

(2) 申请号为200710076208.1 的中国专利公开的以碱性蚀刻废液经蒸氨生产氧化铜的工艺。

以上方法均存在工艺、装置复杂和耗能高的缺点,并且会产生大量洗涤废水,给后续处理带来麻烦。



技术实现要素:

为了解决上述技术问题,本发明提出一种环保、节能的氨法生产金属氧化物的装置及工艺。

本发明提供的一种氨法生产金属化合物的装置,包括:浸出槽、分解沉淀槽和吸收装置;其中浸出槽的放料口通过设有过滤装置的管线连接分解沉淀槽的加料口,浸出槽的反应气出口连接所述吸收装置的进气口,所述分解沉淀槽的混合气出口通过设有冷凝器的管线连接所述吸收装置的进气口;

其中,所述浸出槽包括:

浸出槽壳体,其顶部设有反应气出口,底部设有放料口;

循环管,其通过支撑件固定在所述浸出槽壳体内部;

隔离套管,其套设在所述循环管外,并通过支撑件固定在所述浸出槽壳体内部;其中,所述循环管与所述隔离套管之间形成的空间的顶部封闭;

设有一开口的孔板,其通过支撑件固定于所述浸出槽壳体内,所述孔板的边沿贴合固定在所述浸出槽壳体的内壁,所述隔离套管的下端固定在孔板上,循环管的下端通过设在孔板的开口伸入孔板下方;

反应气进口,其设置在浸出槽壳体外侧,对应位于所述孔板的下方,所述反应气进口连接一进气管道,该进气管道通过设于所述循环管的管壁的开口与所述循环管连通;

其中,所述浸出槽壳体与所述隔离套管之间的空间为金属加料区,所述金属加料区位于所述孔板上方、所述循环管的上开口的下方,金属原料装填于所述金属加料区。

作为优选技术方案,所述浸出槽的循环管与所述隔离套管之间形成的空间的底部开放,所述隔离套管的管壁下部开设有多个循环孔。

作为优选技术方案,所述浸出槽的隔离套管的多个循环孔对应位于所述隔离套管高度的二分之一以下。

作为优选技术方案,所述浸出槽的循环管的上开口上方设有循环挡板,所述循环挡板通过支撑架固定在所述循环管的上开口上方。

作为优选技术方案,所述浸出槽的浸出槽壳体顶部的反应气出口下方设有加料孔。

作为优选技术方案,所述浸出槽壳体的外侧套设有冷却套管。

作为优选技术方案,所述浸出槽的冷却套管对应位于所述孔板的上方、所述循环管的上开口的下方,所述冷却套管的进水口位于冷却套管的下部,出水口位于冷却套管的上部。

作为优选技术方案,所述浸出槽壳体、所述循环管、所述隔离套管和所述支撑件均为不锈钢材质。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽,包括:

沉淀槽壳体,其包括自上而下相互连接的顶区、上连接区、消泡区、下连接区、速热区和底区;所述顶区设有混合气出口;所述上连接区设有空气入口和加料口;所述底区设有放料口;

设有一开口的孔板,设于沉淀槽壳体内对应位于所述速热区的底部以下,孔板的边缘贴合固定在沉淀槽壳体的内壁;

空气搅拌管,其设于沉淀槽壳体内部,一端连接所述空气入口,另一端穿过所述孔板的开口伸入所述孔板下方的底区内;

加热盘管组,固定于孔板上;

其中,消泡区的内径大于速热区的内径。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的沉淀槽壳体的速热区设有热介质入口和热介质出口,所述热介质入口连接所述加热盘管组的入口,所述热介质出口连接所述加热盘管组的出口。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的加热盘管组包括多个串联的加热盘管。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的消泡区的内径为速热区的内径的1.1倍以上。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的消泡区的内径为速热区的内径的1.1倍~5倍。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽还包括:第一保温套管,其套设在所述沉淀槽壳体的设有加热套管组的位置的外侧,所述第一保温套管的热介质入口连接设于所述速热区的热介质出口。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽还包括:第二保温套管,其套设在所述底区外侧,所述第二保温套管的热介质入口连接设于所述第一保温套管的热介质出口。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的顶区还设有观察孔。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的消泡区的内径大于顶区的内径。

作为优选技术方案,所述分解沉淀槽的顶区、消泡区、速热区为圆筒形,所述分解沉淀槽的上连接区和下连接区为圆台筒形,所述底区为圆锥筒形;所述上连接区的小直径顶面连接顶区的底面,所述上连接区的小直径顶面与所述顶区的横截面相同;所述上连接区的大直径底面连接消泡区的顶面,所述上连接区的大直径底面与所述消泡区的横截面相同;所述下连接区的大直径顶面连接所述消泡区底面,所述下连接区的大直径顶面与所述消泡区的横截面相同;所述下连接区的小直径底面连接所述速热区的顶面,所述下连接区的小直径底面与所述速热区的横截面相同;所述底区的顶面连接所述速热区的底面,所述底区的顶面与所述速热区的横截面相同。

作为优选技术方案,所述吸收装置包括至少一个吸收塔,所述吸收塔自上而下包括连通的顶区、吸收区和冷凝区;

所述顶区设有混合气出口;

所述吸收区底部设有漏斗状底板,所述漏斗状底板的边缘贴合固定于所述吸收塔的内壁,所述漏斗状底板的出口连通所述冷凝区;所述吸收区设有对应位于所述漏斗状底板上方的进气口;所述吸收区内设有第一孔板和第二孔板,第一孔板位于所述进气口上方,第二孔板位于所述第一孔板的上方,第一孔板和第二孔板的边缘贴合固定于所述吸收塔的内壁;所述吸收区设有吸收液入口,所述吸收液入口对应位于所述第一孔板和第二孔板之间;所述第一孔板上和第二孔板上均堆放吸收材料;

所述冷凝区设有冷凝装置和吸收液出口。

作为优选技术方案,所述吸收装置包括多个串连的吸收塔;所述吸收塔的顶区的混合气出口连接另一吸收塔的进气口。

作为优选技术方案,所述氨法生产金属化合物的装置还包括碳铵溶液储罐和供水装置;

所述吸收塔的顶区还设有回流液入口,所述吸收塔的吸收液出口连接前一个吸收塔的回流液入口,第一个吸收塔的回流液入口连接所述碳铵溶液储罐,最后一个吸收塔的回流液入口连接所述供水装置。

作为优选技术方案,碳铵溶液储罐连接所述浸出槽。

作为优选技术方案,所述吸收装置中的最后一个吸收塔的混合气出口连接一压力调节装置。优选地,所述压力调节装置为罗茨风机。

优选地,所述吸收装置包括4个以上串连的吸收塔。

作为优选技术方案,所述吸收塔的吸收液出口通过设有提升泵的管线连接该吸收塔的吸收液入口。

作为优选技术方案,所述吸收塔的吸收液入口连接设于所述吸收塔内的喷雾管道,所述喷雾管道对应位于所述第二孔板的下方。

作为优选技术方案,所述吸收装置的冷凝装置为冷凝盘管组,其包括多个串连的冷凝盘管。

作为优选技术方案,所述吸收塔的冷凝区设有冷却介质入口和冷却介质出口,冷却介质入口连接所述冷凝装置的入口,冷却介质出口连接所述冷凝装置的出口。

本发明还提供上述的氨法生产金属化合物的装置的生产工艺,其特征在于,包括如下步骤:

(1)浸取络合反应:将金属原料加入到所述浸出槽的金属加料区,然后向所述浸出槽中加入碳铵溶液,并通过反应气进口和循环管向所述浸出槽内部鼓入空气,鼓入的空气在循环管内和碳铵溶液充分反应后,逸出的气体通过浸出槽的反应气出口冷凝后进入吸收装置,溶液被空气推出循环管而与金属原料接触进行络合反应,反应同时溶液也通过孔板的孔和设于所述隔离套管上的循环孔流入孔板下方,再通过循环管的下端开口进入所述循环管循环反应,至金属含量达标;

(2)加热分解反应:所述浸出槽中得到金属氨络合物溶液过滤后,自所述分解沉淀槽的加料口加入所述分解沉淀槽内,通过分解沉淀槽内的加热盘管组进行加热,自同时空气搅拌管鼓入空气,对分解沉淀槽内的溶液搅拌,分解后得到的金属化合物自分解沉淀槽的放料口流出;

(3)尾气吸收:分解沉淀槽内分解反应产生的气体经冷却后进入吸收装置进行吸收。

本发明能够达到以下技术效果:

1、本发明的氨法生产金属化合物的装置及工艺简单,耗能低,且环保。

2、本发明的浸出槽通过循环管、隔离套管(循环孔)、孔板和反应气进气的设置使得浸出槽内部形成一个循环反应区,能够提高反应效率,节约能源。浸出槽利用隔离套管和孔板分隔出一个独立的金属加料区,高压空气通入循环管在循环管内和浸出液充分反应,经循环管喷出的反应液进入金属加料区下行和金属充分接触进行络合反应,反复循环,速度极快(金属与溶液反应生成离子,溶液中金属离子浓度从0至100g/L只需要2小时左右的时间)。

3、本发明的分解沉淀槽的空气搅拌功能使产生的金属化合物不沉淀,同时鼓入的空气在上升时带走大量的氨气,降低液内氨气挥发的阻力,降低氨气被溶液二次吸收生成氨水的可能性。同时,第一保温套管和第二保温套管保证了热量的充分利用。

4、本发明的吸收装置的吸收塔可常压和低压操作,并采用的逐级喷淋吸收的方法,很好的满足了生产要求和环境要求。

附图说明

图1是本发明的氨法生产金属化合物的装置的结构示意图。

图2是本发明的氨法生产金属化合物的装置的浸出槽剖面结构示意图。

图3是本发明的氨法生产金属化合物的装置的分解沉淀槽剖面结构示意图。

图4是本发明的氨法生产金属化合物的装置的吸收塔剖面结构示意图。

图5是本发明的氨法生产金属化合物的装置的吸收装置的剖面结构示意图。

图6是本发明的氨法生产金属化合物的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示,本发明的氨法生产金属化合物的装置,其特征在于,包括:浸出槽1、分解沉淀槽3和吸收装置5;其中浸出槽1的放料口通过设有过滤装置2的管线连接分解沉淀槽3的加料口,浸出槽1的反应气出口连接吸收装置的进气口,分解沉淀槽3的混合气出口通过设有冷凝器4的管线连接吸收装置5的进气口。

结合图2所示,本发明的氨法生产金属化合物的溶金属浸出槽1,包括:

浸出槽壳体10,其顶部设有反应气出口100,底部设有放料口110;

循环管11,其通过支撑件12固定在浸出槽壳体10内部;

隔离套管13,其套设在循环管11外,并通过支撑件14固定在浸出槽壳体10内部;其中,循环管11与隔离套管13之间形成的空间的顶部封闭;

设有一开口的孔板15,其通过支撑件16固定于浸出槽壳体10内,孔板15的边沿贴合固定在浸出槽壳体10的内壁,隔离套管13的下端固定在孔板15上,循环管11的下端通过设在孔板15的开口伸入孔板15下方;

反应气进口120,其设置在浸出槽壳体10外侧,对应位于孔板15的下方,反应气进口120连接一进气管道17,该进气管道17通过设于循环管11的管壁的开口与循环管11连通。

循环管11与隔离套管13之间形成的空间的底部开放,隔离套管13的管壁下部开设有多个循环孔131。多个循环孔131对应位于隔离套管13高度的二分之一以下。

循环管11的上开口上方设有循环挡板18,循环挡板18通过支撑架19固定在循环管11的上开口上方(支撑架190固定在循环管11与隔离套管13之间形成的空间的封闭顶部)。

浸出槽壳体10与隔离套管13之间的空间为金属加料区140,金属加料区140位于孔板15上方、循环管11的上开口的下方,金属原料装填于金属加料区140。

浸出槽壳体10顶部的反应气出口100下方设有加料孔150。

浸出槽壳体10的外侧套设有冷却套管130。冷却套管130对应位于孔板15的上方、循环管11的上开口的下方,冷却套管130的进水口1300位于冷却套管130的下部,出水口1301位于冷却套管1300的上部。

浸出槽壳体10、循环管20、隔离套管40和支撑件均为不锈钢材质。

结合图3所示,本发明的氨法生产金属化合物的分解沉淀槽3,包括:

沉淀槽壳体31,其包括自上而下相互连接的顶区310、上连接区311、消泡区312、下连接区313、速热区314和底区315。顶区310、消泡区312、速热区314为圆筒形,上连接区311和下连接区313为圆台筒形,底区315为圆锥筒形。消泡区312的内径大于速热区314的内径,优选地,消泡区312的内径为速热区314的内径的1.1倍以上,更优选地消泡区312的内径为速热区314的内径的1.1倍~5倍(如此设置能够有效实现消泡和气液分离)。消泡区312的内径大于顶区310的内径。上连接区311的小直径顶面连接顶区310的底面,上连接区311的小直径顶面与顶区310的横截面相同;上连接区311的大直径底面连接消泡区312的顶面,上连接区311的大直径底面与消泡区312的横截面相同;下连接区313的大直径顶面连接消泡区312底面,下连接区313的大直径顶面与消泡区312的横截面相同;下连接区313的小直径底面连接速热区314的顶面,下连接区313的小直径底面与速热区314的横截面相同;底区315的顶面连接速热区314的底面,底区315的顶面与速热区314的横截面相同。

顶区310设有混合气出口3100和观察孔3101;上连接区311设有空气入口3110和加料口3111;底区315设有放料口3150。

设有一开口的孔板32,其设于沉淀槽壳体31内对应位于速热区314的底部以下,孔板32的边缘贴合固定在沉淀槽壳体31的内壁;

空气搅拌管33,其设于沉淀槽壳体31内部,一端连接空气入口3110,另一端穿过孔板32的开口伸入孔板32下方的底区315内;

加热盘管组34,加热盘管组34包括多个彼此连接的加热盘管340,其固定于孔板32上;速热区314设有热介质入口3140和热介质出口3141,热介质入口3140连接加热盘管组34的入口,热介质出口3141连接加热盘管组34的出口。

第一保温套管35,其套设在沉淀槽壳体31的设有加热套管组34的位置的外侧,第一保温套管35的热介质入口350连接设于速热区314的热介质出口3141(图中未示出)。

第二保温套管36,其套设在底区315外侧,第二保温套管36的热介质入口360连接设于第一保温套管的热介质出口351。

结合图4和5所示,本发明的氨法生产金属化合物的吸收装置5,包括至少一个吸收塔51,在本发明的优选实施方式中,吸收塔51为多个串连连接,最优选的实施方式中,为了保证最佳的吸收效率,吸收塔优选为4个以上串联连接,更优选为4~16个,最优选为8个。

吸收塔51自上而下包括连通的顶区510、吸收区511和冷凝区512;

顶区510设有混合气出口5100,其可连接另一吸收塔的进气口,最后一个吸收塔51的混合气出口连接一罗茨风机52以调节吸收塔内的压力。

顶区510设有混合气出口5100,其可连接下一个吸收塔的进气口,最后一个吸收塔的混合气出口连接一罗茨风机52以调节吸收塔内的压力。吸收塔51的顶区510还设有回流液入口5101,吸收塔的吸收液出口5120通过设有提升泵的管线连接前一个吸收塔的回流液入口5101,第一个吸收塔的回流液入口5101连接碳铵溶液储罐6,最后一个吸收塔51的回流液入口5101连接供水装置7。并且,吸收塔的吸收液出口5120通过设有提升泵的管线连接该吸收塔的吸收液入口5114。

吸收区511底部设有漏斗状底板5110,漏斗状底板5110的边缘贴合固定于吸收塔51的内壁,漏斗状底板5110的出口51100连通冷凝区512;吸收区511设有对应位于漏斗状底板5110上方的进气口5111;吸收区511内设有第一孔板5112和第二孔板5113,第一孔板5112位于进气口511上方,第二孔板5113位于第一孔板5112的上方,第一孔板5112和第二孔板5113的边缘贴合固定于吸收塔51的内壁;吸收区511设有吸收液入口5114,吸收液入口5114对应位于第一孔板5112和第二孔板5113之间;第一孔板5112上和第二孔板5113上均堆放吸收材料(图中未示出)。

冷凝区512设有冷凝装置和吸收液出口5120。

在本发明的优选实施方式中,吸收液入口5114连接设于吸收塔51内的喷雾管道5115,喷雾管道5115对应位于第二孔板5113的下方。

在本发明的优选实施方式中,冷凝装置为冷凝盘管组5121,其包括多个串连的冷凝盘管51211。

在本发明的优选实施方式中,冷凝区512设有冷却介质入口5122和冷却介质出口5123,冷却介质入口5122连接冷凝装置的入口,冷却介质出口5123连接冷凝装置的出口。

结合图1和图6所示,本发明的氨法生产金属化合物的装置的生产工艺,包括如下步骤:

(1)浸取络合反应:将金属原料加入到所述浸出槽的金属加料区140,然后向浸出槽中加入碳铵溶液,并通过反应气进口120和循环管11向浸出槽内部鼓入空气,鼓入的空气在循环管11内和碳铵溶液充分反应后,逸出的气体通过浸出槽的反应气出口100冷凝后进入吸收装置5,溶液被空气推出循环管11而与金属原料充分接触进行络合反应,反应同时溶液也通过孔板的孔和设于隔离套管13上的循环孔131流入孔板15下方,再通过循环管11的下端开口进入循环管11循环反应,至金属含量达标。

(2)加热分解反应:浸出槽1中得到金属氨络合物溶液过滤后,自分解沉淀槽3的加料口3111加入分解沉淀槽3内,通过分解沉淀槽3内的加热盘管组34进行加热,自同时空气搅拌管33鼓入空气,对分解沉淀槽3内的溶液搅拌(金属化合物在其中悬浮),分解后得到的金属化合物自分解沉淀槽的放料口流出;

(3)尾气吸收:分解沉淀槽内分解反应产生的气体经冷却后进入吸收装置5进行吸收。

以下,以电子级活性氧化铜的制备为例,对本发明进行说明:

(1)将剪好的铜板由加料孔150放入金属加料区140,加入碳铵溶液,空气由反应气进口120进入循环管11,进入循环管11的空气和被空气吸入的浸出液在循环管11内充分反应,反应好的浸出液被循环挡板18阻挡进入金属加料区140溶解铜板,溶铜液经孔板15的孔和隔离套管13下部设置的循环孔131再进入循环管11循环,反应至铜含量达标止,得到铜氨络合物。铜氨络合物加热分解后得到氧化铜。本发明的浸出槽1由隔离套管13隔离出一个独立的金属加料区140,循环管11实现搅拌功能,同时溶铜所需的反应原料在循环管内溶入浸出液中,用于提高氨浸出液对铜的溶解度和溶解速度。

反应方程式如下:Cu+2NH4HCO3+2NH3+O2=Cu(NH3)4CO3+2H2O。

(2)经过滤的铜氨络合物溶液,由加料口3111进入分解沉淀槽,由空气搅拌管33进入的空气经底部的孔板32均匀分布进行鼓泡搅拌,铜氨络合物溶液在速热区314被加热盘管组34迅速加热(加热盘管组中的热介质可为蒸汽),当溶液达到一定温度时,分解生成碳酸铜(或氧化铜)和混合氨气,碳酸铜在空气搅拌下在溶液中悬浮。因快速分解氨气产生的大量泡沫在消泡区312实现消泡和气液分离,经分离后的混合氨气经混合气出口3100排放至冷凝器被冷凝为混合氨水。本发明的分解沉淀槽的空气搅拌管33的搅拌功能使产生的金属化合物(碳酸铜)不沉淀,同时鼓入的空气在上升时带走大量的氨气,降低液内氨气挥发的阻力,降低氨气被溶液二次吸收生成氨水的可能性。同时,第一保温套管35和第二保温套管36保证了热量的充分利用。

(3)来自浸出槽1的气体进入吸收装置5,来自分解沉淀槽3的气体经冷凝器2冷凝,没有完全冷凝的混合氨气进入吸收装置5的吸收塔51,经由孔板(第一孔板5112)均匀分布上升至下部吸收材料(拉西环)堆放区,在上升过程中被堆放区堆放的吸收材料表面的水液吸收,没有被吸收的混合氨气进一步被喷雾管道5115喷出的水雾吸收,汇聚在吸收塔底部的混合氨液被冷却盘管51211冷却,并不断由泵循环喷雾吸收,未被喷雾吸收的氨混合气经顶部的第二孔板5113上的吸收材料堆放区时,实现了气水分离,该部分混合氨气经混合气出口进入下一个吸收塔,逐步吸收至氨尾气达标排放。其中,在多个串连的吸收塔构成的吸收装置中,吸收液出口5120流出的吸收液可提升至该吸收塔的吸收液入口5114作为吸收液对氨气进行吸收,并且吸收塔的吸收液出口5120流出的吸收液可提升后自前一个吸收塔的回流液入口5101进入前一个吸收塔中,以对吸收材料进行湿润并对氨气进行吸收。为保证吸收效率,吸收塔可设4个以上为一组(优选为8个),操作过程可由最后一个吸收塔排出口的罗茨风机根据需要调节微正压或微负压。一般常见的吸收塔都是有压操作的泡沫吸收塔,不适合氨法生产金属化合物的工艺要求。本发明采用的逐级喷淋吸收的方法,很好的满足了生产要求和环境要求。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

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