一种从含铜废液中回收铜的装置和方法与流程

本发明涉及废水处理领域，具体涉及到从含铜废水中回收高浓度铜溶液的装置。

背景技术：

铜矿山开采、冶炼、电镀行业以及电子行业每年会产生大量的含铜废水，重金属铜离子排放对水体、土壤、生物具有很大的危害性。

对于含铜废水（包括各类重金属废水）的处理目前大多采用化学法，化学法虽具有工艺成熟、适应性强等特点，但也存在处理过程中加药量大、产生大量污泥、造成二次污染、不具备资源回收利用能力等缺陷。铜属于贵重金属，对其进行回收利用具有很高的经济价值。早些年，行业内对含铜废水的处理仍停留在水质达标、中水回用阶段，相对缺少对铜等贵重金属回收的装置和方法。近年来，在国家对环保要求逐步提高，鼓励资源化回收利用，倡导清洁生产工艺，收紧对二次污染物管理政策的大环境下，对贵重金属的回收再利用，具有一定的战略意义。

现有技术采用的比较环保的废水处理技术是离子交换法，通过离子交换将铜离子从废液中置换出来，因为工艺和设备的限制，目前使用该方法回收溶液中的铜浓度普遍较低，再次利用的价值低。因此，要提高利用价值必须提高铜的浓度，一般情况下采用蒸发进行浓缩，但是蒸发装置在蒸发过程中是非常耗能的，特别是在工业应用中要达到指定浓度的溶液，单独采用蒸发手段不经济且效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的是在现有离子交换工艺基础上，改进其装置结构，提升吸附过程中铜的吸附效率，从而一定程度上提升再生液的浓度。

本发明的另一目的，采用电渗析和蒸发装置相结合的方式对含铜溶液进行浓缩，可以按照实际需求得到对应浓度的目标溶液。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种从含铜废液中回收铜的装置，从输入端到输出端依次包括过滤槽、ph调节槽、离子交换柱和浓缩系统，所述离子交换柱包括密封柱体和对立设置在柱体两端的进口和出口，所述柱体内设置有分层的阳离子交换纤维。

在上述技术方案中，所述密封柱体内设置有若干块隔板，隔板将密封柱体从一端到另一端分为若干层，每层内填充有阳离子交换纤维。

在上述技术方案中，所述隔板上设置有若干个通孔，密封柱体内层与层之间互通。

在上述技术方案中，所述密封柱体的上端设置有废液入口和再生液出口，密封柱体的下端设置有废液出口和解析液入口。

在上述技术方案中，所述废液入口、废液出口、再生液出口和解析液入口上均设置有截止阀。

在上述技术方案中，所述浓缩系统包括电渗析装置和蒸发装置，蒸发装置的冷凝室连接到解析液槽，解析液槽与离子交换柱的解析液入口连通。

在上述技术方案中，在所述电渗析装置设置在蒸发装置与离子交换柱之间。

在上述技术方案中，包括至少两组离子交换柱并联连接。

本发明还公开了一种从含铜废液中回收铜的方法，由吸附再生、浓缩两个环节组成，其特征在于包括以下步骤：

s1:将含铜废液过滤去除固体悬浮物和杂质后调节ph值2-4；

s2：将ph值调节后的含铜废液注入交换柱进行吸附，将废液排出废液待处理池，

s3:配制3%至5%的硫酸解析液，将解析液注入饱和的离子交换柱进行再生，获得一定浓度的铜再生液；

s4：按浓缩倍数要求将铜再生液分别注入到电渗析装置中的淡室和浓室中，并通电工作；

s5:将电渗析装置浓室中的铜再生液注入到蒸发装置中进行二次浓缩，获得最终目标浓度含铜溶液。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明在废水处理的基础上深度开发资源化利用技术。利用离子交换材料将废水中的贵重金属铜吸附再生，通过改变装置结构，提供高吸附过程中铜的吸附量，而后通过技术手段将再生液进行浓缩，获得具有高价值的铜溶液。在浓缩环节通过电渗析，短时间内大幅度降低目标溶液的体积，快速提高溶液浓度，再利用蒸发装置对其进行最终浓缩，提高了浓缩全过程的效率，降低能耗。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是系统流程示意图；

图2是本发明系统的结构示意图；

其中：1是含铜原液槽；2是过滤装置；3是ph调节槽；4和5是离子交换柱；6是废液待处理槽；7是解析液配制槽；8是再生液收集槽；9是电渗析浓室；10是电渗析淡室；11是电渗析膜；12是蒸发装置；13是蒸发装置浓室；14是蒸发装置冷凝室；15、16、17、18、19、20是水泵；21、23是ph显示器；22、24是ph探头；25是多孔隔板；26是多孔隔板受力台；27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44是阀门。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例如图1所示，采用的基本工艺过程为：首先对含铜废液进行过滤，去除杂质，然后对其废液进行ph调节，对调节过后的废液进行离子交换再生，对再生后的溶液通过电渗析和蒸发后得到高浓度的含铜溶液。在整个工艺过程中，本实施例最主要的是体现在离子交换再生的环节，通过对该环节的工艺和设备进行改进，极大的提升离子交换的效率，得到较高浓度的再生液。本实施例还在浓缩环节进行工艺改进，通过增加电渗析的方式实现了液体浓缩倍数可调节，浓缩效率高，在低耗能的情况下得到目标浓度溶液。

如图2所示，是本实施例的装置结构示意图，对于含铜废液的过滤采用现有技术进行，在本实施例中并不做单独说明，本实施例对于离子交换柱和电渗析进行详细描述。

在常规的离子交换柱中，因为在封闭空间中填充满絮状的阳离子交换纤维，当废液进入后，阳离子交换纤维立刻大量的吸附废液中的铜离子，在吸附过程中，水流动的压力会导致纤维被压缩成一团，而密闭空间中因为纤维被压缩导致出现大量的空余空间、被压缩后的纤维团内部的纤维无法与废液充分接触，导致吸附效率低下。

本实施例为了克服这一问题，采用在密闭的空间内设置隔板，将柱形的密闭空间分割成若干层，如图2中离子交换柱4、5。隔板25上设置有若干个通孔，在离子交换柱内设置有台阶26，将隔板25设置在台阶26上，将离子交换柱分割成两层。将絮状的阳离子交换纤维依次填充在两个隔板之间，并且将每一层都通过压缩的方式压紧交换纤维。当废液进入离子交换柱后，水压将阳离子交换纤维进行压缩，但是因为有隔板进行承重，交换纤维并不会被无限的压缩成一团，只会在层与层之间进行压缩，提高交换纤维与废液的接触面积，提升交换效率。

通过本实施例离子交换柱交换再生的铜溶液浓度可以达到5000mg/l，但是这个浓度的铜溶液开发价值低，因此需要对其进行浓缩。现有的技术一般都采用蒸发工艺，但是蒸发工艺属于高耗能工艺，并且效率很低，耗时很长。

本实施例在废液从离子交换柱出来后，设置一个电渗析装置，电渗析装置包括一个浓室、一个淡室、极室和电渗析膜，在满足电渗析装置启用的基本条件基础上，可根据浓缩倍数的要求，通过调节阀门39、40的开闭时间调节浓室与淡室的体积比。比如设定浓室的体积为1，而淡室的体积为4，那么在通电工作的时间内，通过电渗析膜实现阴阳离子的分离，可以快速的将浓室中的溶液浓度提升5倍。根据该工作原理和方式，可以高效率的获得需求的浓度溶液。

当然，由于电渗析装置浓室、淡室的最低溶液体积要求，电渗析不能无限制的进行浓缩，因此在达到一定的倍数极限后仍然需要通过蒸发装置进行浓缩，但是在本身浓度已经很高的情况下，再进行蒸发。比如上述的交换液浓度为5000mg/l，电渗析浓缩5倍后为25000mg/l，如果目标浓度为30000mg/l，那么就只需要短短的时间对溶液浓度为25000mg/l的溶液进行蒸发就可以实现目标溶液浓度的浓缩。相对于单独使用蒸发装置将溶液浓度5000mg/l浓缩到30000mg/l的过程，本实施例具有非常明显的效率提升，并且极大的降低能耗。

在本实施例中，如图2所示，采用两个离子交换柱4、5并联方式连接。在吸附过程中，打开阀门27，废液进入离子交换柱4，吸附后的溶液从打开的阀门28流入废液处理槽6；当阀门28与废液处理槽6之间的ph值出现明显变化，关闭阀门27、28，同时打开阀门29、30，废液进入离子交换柱5进行吸附；在同时打开阀门33、34,将解析液从离子交换柱4底部注入、并由离子交换柱4顶部排出到再生液收集槽8。当再次检测到阀门30与废液处理槽6之间的ph值出现明显变化，关闭阀门29、30。在离子交换柱5上重复离子交换柱4上的过程，实现装置对废液的连续吸附和再生。

在本实施中，如图2所示，打开阀门39注入再生液到淡室10室内，然后打开阀门40注入再生液到浓室9室内，通过控制阀门39、40的开闭时间，调节进入到淡室和浓室的再生液的体积。然后通电工作，当电流小于0.5a时，停止工作，完成电渗析浓缩。

本实施例如图2所述，在蒸发过程中，蒸发出的水进行冷凝后用于解析液的配制，实现循环使用。

本实施例可以针对具体的目标需求进行合理的配置，可以轻松的实现需求浓度在50000mg/l内铜的回收，回收的铜溶液可以直接进入再利用阶段。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。