重金属分离方法、分离装置及分离系统与流程

本发明涉及污染物处理技术领域，具体而言，涉及一种重金属分离方法、分离装置及分离系统。

背景技术：

重金属是指比重大于5克每立方厘米的金属，如金、银、铜、铁、铅等。重金属元素不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下大量富集，并通过饮食进入人体。在人体内，重金属能和蛋白质及酶等发生络合作用使它们失去生物活性。在我国，由于采矿业与化工业的飞速发展，重金属或其化合物对环境造成了越来越大的污染。重金属的含量不断在环境中富集，大大超出了正常范围，直接危害国民身体健康。

目前，水体中重金属的治理主要还是依靠化学沉淀或吸附沉淀法。其中，法学沉淀法是根据不同重金属的化学特性，靠投加化学药剂，使重金属与药品发生化学反应而产生沉淀。吸附沉淀法根据不同重金属的粒径及表面特性，靠投加多孔物质(如活性炭)将重金属吸附而沉淀出来。上述两种方法都是将重金属从水体中沉淀出来，然后把重金属污染物从水体中排出到污泥等外界环境中，排放出的重金属仍然会对环境造成污染。可以看出，上述两种方法都未能从本质上解决重金属污染的问题，而只是对重金属污染物进行了转移而已。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种重金属分离方法、分离装置及分离系统，旨在解决现有重金属处理方法由于不能对重金属进行回收的问题。

一个方面，本发明提出了一种重金属分离方法，该方法包括如下步骤：向待处理物料中添加载磁体；将待处理物料与载磁体的混合物输送至内部施加有磁场的管道中；磁场对待处理物料中的重金属进行作用，使重金属从待处理物料中分离。

进一步地，上述重金属分离方法中，所述载磁体包括内核和包覆于所述内核的包覆层。

进一步地，上述重金属分离方法中，所述内核为铁氧化合物。

进一步地，上述重金属分离方法中，所述包覆层为聚合物电解质。

可以看出，本发明通过向待处理液体中添加载磁体，以及向管道中施加磁场，不仅实现了从待处理物料中分离出重金属，而且还实现了对重金属的回收，避免了现有技术中由于重金属排放到环境中而造成的污染问题。此外，由于对重金属进行了回收，所以处理后的物料中的重金属含量低，也降低了后续的处理成本。

另一方面，本发明提出了一种重金属分离装置，该装置包括：管道、磁场发生装置和至少一个收纳体；其中，所述管道为中空壳体，并且，所述中空壳体相对的两个侧面分别设置有输入管和输出管；个所述收纳体均置于所述管道的底部，并且，各所述收纳体的开口端均向上设置；所述磁场发生装置连接于所述管道，用于向所述管道内施加使待处理液体中的重金属落入所述收纳体的磁场。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述管道的底部开设有多个通孔，各所述通孔的内壁向所述管道的外部均延设有环形连接体；各所述收纳体与各所述环形连接体一一对应地可拆卸连接。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述管道的侧壁设置有开关门；各所述收纳体均为开设于所述管道底部的沉降槽。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述输入管与所述输出管同轴设置。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述管道为内径均匀的圆环体，所述输入管的内径小于所述管道的内径。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述磁场的施加方向垂直于所述输入管的轴线且指向所述管道的底部。

进一步地，上述重金属分离装置中，所述磁场为方向固定的均匀磁场。

本发明通过在管道内施加磁场，不仅实现了从待处理物料中分离出重金属，而且还实现了对重金属的回收，避免了现有技术中由于重金属排放到环境中而造成的污染问题。此外，由于对重金属进行了回收，所以处理后的物料中的重金属含量低，也降低了后续的处理成本。

又一方面，本发明还提出了一种重金属分离系统，该系统包括载磁体添加装置和上述任一种重金属分离装置；其中，所述载磁体添加装置用于接收和混合待处理液体和载磁体；所述重金属分离装置与所述载磁体添加装置相连接，用于接收并处理与所述载磁体相混合的待处理液体。

进一步地，上述重金属分离系统中，所述重金属分离装置为偶数个，并且，每两个所述重金属分离装置为一组且并联连接互为备用，以及各组所述重金属分离装置并联连接；每个所述重金属分离装置的管道的输入管和输出管均安装有阀门

由于重金属分离装置具有上述效果，所以具有该重金属分离装置的重金属分离系统也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的重金属分离方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的重金属分离装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的重金属分离系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

分离方法实施例：

参见图1，图1为本发明实施例还提出了一种重金属分离方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1，向待处理物料中添加载磁体。载磁体可以由强磁性的内核和外层的包覆层组成。其内核能产生较强的顺磁性，可以为铁氧化合物，如四氧化三铁等。内核优选为球型，包覆层可以由聚合物电解质组成。具体实施时，可以在球体内核的外围负载上高分子化合物包覆层，包覆层可以为PEO、PLA等中的一种或多种，使高分子外围带负电荷，可吸附溶液中的重金属离子形成化合物。

步骤S2，将待处理物料与载磁体的混合物输送至内部施加有磁场的管道中。具体实施时，可以在管道外部设置一磁场发生装置，通过该磁场发生装置使管道内部产生磁场。

步骤S3，磁场对待处理物料中的重金属进行作用，使重金属从待处理物料中分离。在重金属离子的影响下，内核的磁性会发生一定的变化，在管道外加磁场的影响下，会产生不同的作用力与移动活性，最终使重金属从待处理物料中分离出。

本实施例的工作原理：金属化合物中绝大多数都是顺磁性的，有些甚至是强磁性的。顺磁性的材料对磁场会有响应。从原子结构来看，组成顺磁性物体的原子、离子或分子具有未被电子填满的内壳层。但因其相互作用远小于热运动能，磁矩的取向无规，使材料不能形成自发磁化。通过投加一种载磁体，使含重金属的物料与该载磁体在制浆池中搅拌并混合，载磁体可以由强磁性的内核与外层的聚合物电解质组成。其中，强磁性的内核可吸附物料中的重金属。外层的聚合物电解质沉积于内核上，既不影响内核与重金属的磁力作用，又能在酸、碱、盐环境中保护内核不受侵蚀。在混合阶段，载磁体能与重金属相结合形成细小的磁性悬浮物，并在磁力源的影响下集中迁移并进行收集

可以看出，本实施例通过向待处理液体中添加载磁体，以及向管道中施加磁场，不仅实现了从待处理物料中分离出重金属，而且还实现了对重金属的回收，避免了现有技术中由于重金属排放到环境中而造成的污染问题。此外，由于对重金属进行了回收，所以处理后的物料中的重金属含量低，也降低了后续的处理成本。

分离装置实施例：

参见图2，图2为本发明实施例提供的重金属分离装置的结构示意图。如图所示，该装置包括：两端封闭的管道1、收纳体2和磁场发生装置(图中未示出)。

其中，管道1相对的两个侧面分别设置有输入管11和输出管12。具体地，管道1可以为两端封闭的环形体。优选地，输入管11与输出管12同轴设置，并且，输入管11和输出管12的轴线与管道1的轴线相重合或平行。

收纳体2置于管道1的底部，并且，收纳体2与管道1可拆卸连接，收纳体2设有开口端且向上设置，收纳体2的收纳空间与管道1内部空间相连通。需要说明的是，本实施例中的底部为管道1下方的部位。具体实施时，收纳体2可以设置一个、两个，也可以设置多个，收纳体2的具体数量可以根据需分离重金属种类相对应，每个收纳体2用于收纳一种重金属。

磁场发生装置连接于管道1，用于向管道1内施加使待处理液体中的重金属落入收纳体2的磁场。具体地，磁场发生装置可以为设置于管道1外壁的磁力源，具体实施时，该磁力源可以选择能够产生磁场的线圈等，当然，也可以为本领域技术人员所熟知的能够产生磁场的其他装置，例如磁铁等，本实施例对磁力源的具体形式不做任何限定。磁场发生装置也可以为磁性物质，管道1的侧壁可以设置一环形空间，磁性物质可以填充在该环形空间内。

本实施例的分离过程：经与载磁体相混合的待处理物料以一定的速度通过输入管11输入至管道1内，载磁体与重金属混合后形成的磁性悬浮物受到管道1内磁场的作用，以抛物线的轨迹在管道1内向管道1的下方运动，进而落入收纳体内。由于不同的重金属受磁场影响的能力不同，所以不同重金属的运动轨迹也不同，这样，含有不同重金属的磁性沉积物会落入不同的收纳体2内，实现了对不同重金属的分离和收集。然后可分别用洗液将附着收纳体2上的重金属洗下，用于后续提纯或精炼，剩余的物质经水洗、过滤后，可重新获得载磁体，经干燥可循环利用。

需要说明的是，本实施例是利用管道1向下方向的磁场使重金属向下运动，进而落入收纳盒内，具体实施时，可以直接对内管2施加沿径向向下磁场，即图2所示的B方向，也可以对内管2施加与内管2轴向成一定角度的磁场，利用该磁场的径向向下的分量来对重金属进行吸附。此外，磁场可以为固定的均匀磁场。优选地，磁场的施加方向垂直于输入管11的轴线且指向管道1的底部。

可以看出，本实施例通过在管道1内施加磁场，不仅实现了从待处理物料中分离出重金属，而且还实现了对重金属的回收，避免了现有技术中由于重金属排放到环境中而造成的污染问题。此外，由于对重金属进行了回收，所以处理后的物料中的重金属含量低，也降低了后续的处理成本。

继续参见图2，图中还示出了收纳体2的优选结构。如图所示，管道1的底部开设有多个通孔，每个通孔的内壁向管道1的外部均延设有环形连接体；收纳体2与环形连接体可拆卸连接。具体地，收纳体2置于管道1的外部，收纳体2设有一开口端，开口端与环形连接体可拆卸连接。优选地，收纳体2与环形连接体螺纹或法兰连接。

上述实施例中，收纳体2也可以为开设于管道1内底部的多个沉降槽。管道1的侧壁设置有开关门，通过该开关门取出各沉降槽内收集的磁性沉积物。

本领域技术人员应当理解，当待处理物料进入管道1的初始流速较大时，各重金属之间运动轨迹的区别也较明显，便于不同重金属的分离，图2中的三条轨迹A、轨迹B和轨迹C分别为三种不同重金属的运动轨迹，输入管11的内径小于管道1的最小内径。具体地，管道1可以为内径均匀的圆环体，输入管11的内径小于该圆环体的内径。

综上，本实施例通过在管道1内施加磁场，不仅实现了从待处理物料中分离出重金属，而且还实现了对重金属的回收。

分离系统实施例：

参见图3，图3为本发明实施例提供的重金属分离系统的结构示意图。如图所示，该系统包括载磁体添加装置和上述任一种重金属分离装置。其中，载磁体添加装置与重金属分离装置相连接。重金属分离装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。具体实施时，载磁体添加装置可以是一种配有搅拌装置的制浆池6，载磁体添加装置将接收的待处理物料和载磁体进行搅拌混合，并将与载磁体充分混合后的待处理物料输送入重金属分离装置。重金属分离装置利用内部的磁场将接收的待处理物料中的重金属分离至收纳槽内。

具体实施时，上述分离系统中还可以设置泵5，泵5的输入口与制浆池6相连，泵5的输出口与重金属分离装置3的输入管相连接，泵5用于将制浆池6中的待处理物料输入至重金属分离装置3中。

上述实施例中，重金属分离装置可以为偶数个，并且，每两个重金属分离装置为一组且并联连接互为备用，以及各组重金属分离装置之间并联连接。

每个重金属分离装置的管道的输入管和输出管均安装有阀门，以便于切换操作。参见图3，保持截止阀4a与4b开启，截止阀7a与7b关闭。混合好的物料由泵5打至第一重金属分离装置3内，受磁力影响的不同的磁性悬浮物可选择性收集。一定时间后，关闭4a与4b，同时开启7a与7b，将第一重金属分离装置3切换成另一路备用的第二重金属分离装置8，保持设备连续运转。待将第二重金属分离装置8中沉积的磁性悬浮物清理干净后，可回装待用，再将第一重金属分离装置3切换至工作状态。

由于重金属分离装置具有上述效果，所以具有该重金属分离装置的重金属分离系统也具有相应的技术效果。

需要说明的是，本发明实施例中的重金属分离装置、分离系统及分离方法原理相似，相关之处可以相互参照。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。