离子分离方法和设备的制作方法

专利名称：离子分离方法和设备的制作方法
技术领域：
本 发明为未来最为低碳、低排、低耗、高效的生产方式，最符合节能、环保理念，涉及冶金、化工和净化海水、污水等技术领域。
背景技术：
运动电荷切割磁场产生法拉弟力，运用法拉弟力发明的电动机、发电机的技术早已成熟；正负电场用于电渗淅的技术早已成熟，参阅化工辞典141页。传统冶金绝大多数为火法冶金，或湿法与火法结合的冶金，传统化工也只是根据化学平衡关系，从化学平衡化学动力学方向寻找可以完成的化工，从改变热力、压强、体积、 浓度、触媒等等方面突破化学平衡以获得有利于反应走向的化工，即使电子化工也只是局限在电镀、电解等行业生产。以往，离子给人们的概念是凡是在水中能电离的化合物，在水中离解开了的才叫离子或离子团；凡是离子或离子团都有与它对应的异电性的离子或离子团；不存在有孤单的离子，也就是正离子和负离子虽然在水中解离开了，但他们总是相伴相随，形影不离；就像舞池里的舞伴，一旦曲终舞散，它们仍各投所好，相依相偎，从来不会有离子，孑身孤影， 离伴而散。人们意识到离子的存在，但无人想过要拆散离子关系，更无人想通过利用拆散开的离子，去开发科技和生产新的领域。用本发明的方法将混杂在一起的离子，按正负极电性不同，分离、拆散它们之间的关系，再将拆散开的离子进行筛分，而得到的同一元素的离子或离子团，再用同元素的离子或离子团，通过“给予”或“剥夺”电子的手段，开辟电子化工的新领域，到本发明为止，这样的背景技术，已渐趋成熟。离子的获得，它标志着一个新的科技时代的开始，标志着离子时代从2011年在人类文明史上要翻开新的一页。离子技术的出现，对生产技术将会有飞跃性的改变，原来的技术难点，在离子技术面前将变得十分简单(详见后面实例)。离子技术，会在实践中得到证实而被更多人接受； 敢于对新生事物实践的人，就像敢于第一个吃螃蟹的人一样，要比别人更有勇气；希望有机会与本发明接触的有识人士也站到“吃螃蟹”的队伍中，人们常说“只有想不到，没有做不到”。真是这样，今天想到了就不会做不到。

发明内容
本发明的目的在于提供一系列的方法和设备用于离子的分离、提取、浓集、筛分、 过滤、干燥和使用。具体体现这一系列方法的设备有离子分离提取机，以提取出正、负离子； 离子浓集机、离子筛分机、离子过滤器、负离子放电反应室以及怎样使用离子，开发新技术。本发明的技术方案如下①利用离子有正负电性的特性，在强正负电场中，每一离子都受到正负电场的引力和斥力，利用电场力分离离子的方法；②利用定向运动的离子载液通过磁场，因离子切割磁场而产生的法拉弟力分离离子方法；③将上述两种方法组合，构建电、磁协同作用分离离子的方法。单独或综合利用本方案，设计一种离子分离提取机； ④利用每种离子都有不同的荷质比，荷质比大的受电场力、法拉弟力大，荷质比小的受力就小；受力大的加速度大，运动速度也会大，利用离子在电、磁协同作用下而产生的运动距离差异，制作离子筛分机筛分离子；⑤利用电场对异电性离子的吸力，对同 电性离子的斥力， 制作离子过滤器，并考虑有些离子可能为气态的对应方法；⑥制作便于离子放电而显现化学能力的反应室；⑦离子技术用于冶金化工。所述提取机图1包括前段的离子分离管路图2和后段的离子提取管路图3、4，该两管路前后贯通装配在一起，前段的离子分离管路通道件2前后，水平方向从左端开始用平面电场体件3，接着用立体电场体件8、9，建立电场空间；顶层、底层件5和中间多层件4为平板磁层，方向向上，建立磁场空间；载液从左端进入通道。通道空间，同时也是电场空间和磁场空间，载液中的正离子和负离子因受电、法两力而被分别分离到靠近管路前后两侧， 达到分离的目的；后段的离子提取管路件10内，通过绝缘隔板将管路分成与正负离子簇流对应的正离子岔道管路图6件21和负离子岔道管路件25，在正离子岔道管路件21和负离子岔道管路件25上，分别设置用于将各自岔道管路中流过的正离子或负离子推向岔道管路下部的异电性电场场体的装置件24、11和/或磁场装置件13、15 ；使正离子和负离子沿岔道底部件24、11运行；在正离子、负离子岔道管路下部，分别设有提取管道件18和提取管道上设置的离子加速器件19，加速后的离子管路，分别与正离子、负离子汇流管件29、20连接，将离子加速排遣，送往正、负离子站，等待筛分。离子筛分前，先用离子浓集机图7、8浓集，再用离子筛分机图9、10，将混杂在一起的正离子或负离子及离子团进行筛分，筛分得到带水过多的离子，再次经离子浓集机图7、8浓集，分离掉大部分水分，再用离子过滤器图11 过滤ο所述离子过滤器图11过滤脱水，进干燥室，用干燥剂干燥，得到干态离子。通常， 干燥这一步骤设置在使用前完成。根据方案所设计的离子提取机图1，及图2···6，，其前段的离子分离管路图2件2 为左右贯通结构，左端与方圆接头件1密封相接，贯通结构件2上下均有紧贴上平面、下平面的永磁体件5，贯通体内前后两侧设有正、负平面型电场体件3，立体型电场体件8、9贯通结构件2内有自左至右贯通整体的多层平板永磁体件4，连同顶层底层的永磁体件5构成一磁力线向上的磁场空间，这空间同时也是前后水平向的电场空间，空间的外围，用顺磁性材料，搭建成磁通回路件6，在磁通回路件6之外，又用绝磁材料封严整个磁场。所述的前段的离子分离管路贯通体件2内，与平面电场件3相挨的前后两侧水平方向设有立体型正、负电场；正电场场体件8、9，和与件8、件9正对的负电场场体，都是立体型电场场体。其电性与件8、件9相反，立体正电场的场体件8、件9是由多层绝缘金属网重叠在一起做成；层与层之间，网孔之间构成相应的异电性离子通道空间；该正、负离子通道向右延伸，并且一直延伸到后段的正、负离子岔道件24、11，沿着岔道底沟延伸到岔道合并。所述的正离子或负离子被载液惯性力、电场力和法拉弟力推向岔道管路中的底部件24、11，岔道件21、件25内有块顶部生根的隔板，形成岔道管路的上部由隔板隔开，岔道管路的下部连通，连通部位，为离子通道件24、11，占据岔道管路下部的底沟。正离子岔道上方设有正永电场体件17，下方为负永电场体件12 ；负离子岔道上方设有负永电场体件12， 下方为正永电场体件17，在岔道件21、件25管路隔板一侧的下角部外侧设有永磁体件28，岔道上均设有多个两端抱拢的磁轭件14，磁轭件14与线圈件13构成电磁场场体，磁轭两端设有向内弯的磁头件26，磁头件26N极S极两两相对，构成离子通道内的磁场空间，永磁体件28的场向与电磁体件14、13的场向一致，磁轭的外表都有阻磁衣覆盖，阻磁衣件15由绝磁材料做成。所述岔道管路图3 6离子提取机构，左端与图2、件2右端相接，在纵向中间分岔，分岔后成为正离子通道件21和负离子通道件25，岔道电场方向改为上下向，磁场方向改为水平向，岔道右端与图4、件21相接，图4为图3的继续，载液中残剩离子，在图4岔道内被提取尽。被提取的离子分别由管子通过离子加速器件19加速之后进汇流总管件29、 20。 所述的加速器件19是将电磁体或永磁体制成圆盒，离子载液管子在盒盖的中心进入盒子，管子从中心向外在同一平面内蟠绕，蟠绕的方向是在磁力线向上的条件下，正离子管顺时针方向蟠绕，绕紧，负离子管逆时针方向蟠绕，也绕紧。所述的正永电场场体件17、负永电场场体件12的制作，为将正离子或负离子封闭在一个几何形状符合要求的容器里，并加封严密的器件。所述的正负离子汇流管件29、20后分别连接有离子浓集机图7、图8，该离子浓集机的浓集方法特征与离子分离提取机图2、3、4相同，都是用电场磁场协同作用将载液中的离子推向某个指定部位，只是用途不同，外形大小不同，载液通道变成宽而扁平形状和整体管带捲成园捆卷状的区别。离子浓集机图7、8结构特征在于载液通道管带件34断面宽而扁平，通道内用非磁性材料，耐腐蚀性好的弹簧纵向横向支撑，以保持载液通道管带件34 不因受挤压而变形，管带与管带之间，铺有一块块永磁体磁条件43，卷成捆后磁场方向与辐射方向一致。磁条件43为梯形截面，卷成一层磁层件43 —层管带层件34，彼此相间的，载液在蟠曲通道中运行的，既可同时分离正负离子，又可将分离后的同电性离子进行浓集脱水的设备。所述的离子浓集机图7、图8由被支架件38支撑，支架件38上的轮毂件37，毂面外紧包一顺磁性圆筒件36，圆筒件36外为永磁体拼砌而成的内磁圈件35，磁性方向与辐射方向一致，伴有永磁体件43拼接起来的管带状通道件34，以进液接口件39为起点，将管带件34卷在内磁圈件35上，进液接口件39穿过内磁圈件35，穿过顺磁圆筒件36，穿过轮毂件37，可以与输入载液接口相接，管带件34在内磁圈件35上绕过一圈后，开始拼接磁层件 43，磁层件43的磁性向外，卷成后与辐射方向一致，磁层件43的拼接与管带件34的捆卷同时进行，一层这，一层那，一直卷到最后一圈，管带件34的外层就与外磁圈件40相挨，外磁圈件40也是由一块块磁条拼接而成，磁性方向与磁层件43 —致，外磁圈件40覆盖在管带件34外，并将管带件34的出液接头件46、件45、件47固定在外磁圈件40中，外磁圈件40 外侧为导磁圆筒件30，管带件34和磁层件34的两侧设有永电场体件32、件44，件32负电性，件44正电性，负电性永电场体件32的外侧和正电性永电场体件44的外侧为磁轭件31， 管带件34边缘上的出离子液龙头多个件33和件42，分别从磁轭件31拼接的夹缝中孔间引出，磁轭31外缘与导磁圆筒件30固定，内缘与顺磁性圆筒件36固定。所述的离子浓集机图7、图8后连接有离子筛分机图9、图10，该筛分机筛分方法特征在于推动离子运动的力来自电场力和法拉弟力。由于各种元素的离子或离子团自身的电荷量和质量都有差异，也就是荷质比的差异，在电场力的作用和法拉弟力的作用下，产生的运动就有差异，其差异首先表现在加速度的差异，经过一定的时间又表现在速度和运动位移的差异，利用位移的差异将不同的离子或离子团区分开来，这种区分，就是筛分。根据这一方法，设计的离子筛分机的机械结构特征为左右水平向为正负电场场向；前后-前为纸面外，后为纸面里的磁场水平向，场向向里；上下清液运动方向，由上向下。在筛分机左上角很窄的一长条待筛离子入口，离子入口后，因各离子的荷质比不同立即显现离子的加速度不同，并表现出运动速度和位移的不同，这就是好比清液勻速向下的，电场、磁场空间为离子运动比赛的赛场，离子入口处为同一起跑线，跑得快的跑到终点时，根据荷质比计算出跑得慢的位置，用所谓的异电性离子通道将筛分开的离子引出筛分机。该筛分机的入口处为井字格通道件50，井字格通道件50上方设有清水进水口件49和离子载液进液口件48， 离子筛图9、图10设有一直向下到出口的筛分空间件51，筛分空间，实际上是清水在磁场和电场协同作用的空间，磁场由永磁体件66，件67，一层又一层构建起来的磁场，电场来自图 9左右的平面电场，左正，右负。磁场方向在图10中向左。在筛分空间件51的出口处设有至少两个与离子异电性的静电离子引出通道件60、58。所述的离子筛分机的各个静电离子通道件52、54，将离子引入件60、58后分别连接有离子滤水器图11，该离子滤水器图11滤水方法特征在于在滤袋内设有与被滤离子电性相反的电场体件76，滤袋下设有与被滤离子同电性的电场场体件79，两场体对被滤离子产生“一留一阻”的静电力。滤水器的结构特征在于考虑到某些离子滤去水后，可能成为气态，故设计成可拆装的三截膨胀筒件71，滤筒件75，和底座件81。膨胀筒件71为允许当离子脱水后可能会成为气态，体积会膨胀，故制成像手风琴，皮老虎那样，由一层一层金属圈和不透气膜制作而成，件71膨胀筒下为与件75滤筒相接的制扣，有橡胶圈密封，件71的顶盖上有与抽气机相接的阀件70，当离子气化时膨胀筒的层形结构允许离子气向上顶胀而不致漏气，并及时通过件70将离子气收集。膨胀筒件71与滤筒身件75，可用扣件73扣紧，并有便于天车吊重的耳扣件74，滤筒身件75内为用纳米布袋盛装带水的离子，电场体件76设在纳米布袋中；场体的电性随被滤离子的电性而定，当被滤离子为正电性，电场场体件76则为负电性，场体电势件76分成由下而上，由低到高三档绝对值；也就是当正离子在滤筒内，受负电性的场体件76的作用，吸引了相当的正离子；滤身下部为与滤筒身件75 相套接的底座件81，另一电场体件79，安装在其座81内，电场体件79电性与被滤离子电性相同，使其电场对被滤电子产生斥力，阻止离子随水一起向下渗，骨架件78为电场场体件 79的骨架，被滤离子和水的重量全压在骨架件78上，件80为支承梁，设在底座81中，底座件81上还装有排水阀件82，底座上还有接口，用于连接抽气机，形成底座里的负压吸滤。脱水后的离子，某些情况需要干燥，某些情况可以不脱水、不过滤、不干燥。所述干态离子如何使用，这不是一种二种方法可以概括的，一些利用离子或离子团失去电子产生强氧化性能力的方法，涉及“负离子放电反应室”图12流程1。所述的负离子放电反应室，图12，流程1，其方法特征为用负离子、负离子团引弧， 参与化学反应的反应物，可以伴随负离子或负离子团一起射向阳极，在射向阳极的电弧中， 非离子反应物被提高化学能位或被激活成等离子，负离子或负离子团的电子在阳极上被剥夺，立即呈现极强的氧化性，将伴随到阳极并升高能位的反应物氧化，反应物和负离子从负极进反应室，反应生成物和残剩物从阳极出反应室，构成连续反应的模式。该负离子放电反应室结构特征实际上是一种负离子“放电管”；以往我们所遇到的电子管的电子是可以在导体上来往实现电子管的功用；负离子放电管则是开放式的，来有来的管路，去有去的管路， 必须有管路作通道，负离子在通道中进入“放电管”。进反应室的负离子或负离子团，可以携带一些不是离子的反应物，这些反应物在负离子引发的电弧中激活，或成等离子，当负离子 /负离子团与其携带反应物到达阳极时，由于“放电”和能位暴升，在反应室里呈现出极强氧化性。依靠这种极强的氧化条件，反应物被氧化，包括激活的等离子被氧化，反应物顺利地变成生成物。生成物由放电反应室右端通过管路排出反应室。


图1为离子分离、提取机管路的总装图；图2为离子分离管路结构示意图；图3为离子提取管路及离子加速器的结构示意图；图4为图3的外部结构示意图；图5为图3的俯视图；图6为图3的断面图，左为负离子岔道，右为正离子岔道。；图7为离子浓集机的结构示意图；图8为图7的左视图；图9为离子筛分机的结构示意图；图10为图9的纵剖图；图11为离子过滤器的结构示意图；图12离子技术硫酸生产工艺流程方框图；图13离子技术硝酸生产工艺流程方框图。
具体实施例方式离子有正离子，负离子，正离子团，负离子团，不同的元素有不同的离子，不同元素的结合，有不同离子团，设备要求能①将正负离子分离开；②将同电性离子浓集；③将浓集的离子筛分；④将筛分过的离子再次浓集；⑤将二次浓集后的离子过滤，如果有必要，还要在使用前进行干燥。图1为分离和提取离子的设备，图中台1即件2内所包括的构件，台2即件10内所包括的构件，台3即件21内所包括的构件，相接为左右贯通的，电场磁场共用的离子分离、 浓集、排送装置；也可称为除离子净化水装置。台1为正负静电场和磁场协同作用，分离离子的结构，完成正负离子两相分离任务；台2将台1分开的离子，分别进入正离子岔道和负离子岔道。在岔道中浓集、提取、排送。排送的工具为离子加速器件19。台3为台2的继续，继续将台2岔道中的离子排尽，而台3在离子排尽后岔道合并，清水从合并后通道送往清水池；排出的离子分别由两根管道汇流管29、20送往离子站，或直接送入离子浓集机图 7、浓集，分离掉过多的水分。再经过图9、10离子筛分机筛分，筛分后的离子或离子团，再次浓集而后进行过滤脱水。干燥，通常在离子使用前干燥。。各台设备，分别叙述A，离子分离提取机，或简称为离子提取机，无离子海水净化装置图2，图3......图6均为离子分离提取机，图2即为图1中的台1单台前视图，
8部件1为载液_运载离子的载体_入口，经过电场磁场协同作用的通道空间，离子被分离， 并进一步被异电性电场体纳入场体内，称这场体内的空间为“离子通道”，电场场体件8、件 9为正电场体，件8、件9立体场体内空间便是构成的负离子通道结构。贯通体件2内有自左至右贯通整体的层状永磁体件4多层，连同顶层底层永磁体件5，构成一磁力线向上的磁场空间，这空间同时也是前后水平向的电场空间。磁场空间的外围，用顺磁性材料，搭建成磁通回路件6，从件1过来的载液，在磁层与磁层之间，由纹流变成平流。具有一定流速的载液中的正、负离子，在前进中切割永磁体磁场，正、负离子因而受到正负电场力和法拉第力作用，使离子按人们的设计要求运行分离，作用在离子上的力主要有这三个力，即载液惯性力、电场力、法拉弟力，这三个力在同一个层面内，磁场方向与这个层面法线一致，从三个力的总趋向来说，可以比作用右手四指伸直，大拇指向外踐，手心向上，四指指向载液流动方向，法拉第力，电场力合力对正离子而言，大致方向为大拇指所指方向；对负离子而言，其他不变，只要将手心向下，此时大拇指指向为负离子的大致走向。用这样的方法“拆散”正离子和负离子相伴相随的关系，将他们按电性分开。当离子进入异电性电场场体之后，离子处在等电势环境中，只表现在受载液的带动和法拉第力的作用而决定离子走向。图2和图3左端的结构，要完成正负离子的相互彻底分离。所有的离子，只要越过左右向的中轴线的纵向切面，即正离子在纵向切面的这一边，负离子在纵向切面的那一边， 分离离子的目的就已达到。图3的左端与图2的右端相接，载液中的离子在图2中得到了分离；在图3中就将这已分离开的离子载液分成两股岔道件21、件25。图5正离子的载液进入下面的一股岔道件21，负离子和负离子团的载液进入上面的一股岔道件25。电场场体件11和件24随着岔道延伸而续建，电场场体件U和件24均为立体空间场体，即所谓的离子通道，场体外的异电性离子，只要进了场体，就只能顺着场体的走向被载液和法拉第力“推动”，直到在提取管件18的出口处排出分离装置，进入加速器件19。岔道件25、21上设置了电磁场体件15，并把磁场方向由图3的向上转变为水平向，产生的法拉第力几乎与电场力一致，使离子向下运行；在图5中，岔道件21、件25，岔道部分的电磁场方向为下面岔道磁场方向向纸面外， 上面岔道磁场方向向纸面里。岔道内部结构可由图6看清，图6，为图3的断面图。图6左为负离子岔道件25，右为正离子岔道件21。岔道内有块隔板，隔板在岔道上底“生根”，下面连通；载液在其中运行。图6右，正离子岔道上方件17为正永电场体，件17下方为负永电场体件12 ；图6左，负离子岔道上方为负永电场体件12，下方为正永电场体件17。件28为永磁体，永磁体的场向与同岔道电磁体的场向一致，磁轭件14、件26的外表都有阻磁衣件 15覆盖，阻磁衣件15为绝磁材料(金属钠，导磁系数等于零)做成。图3加速器件(19)是用来加速带有离子载液的离子加速器，是将永磁体或电磁体制成园合，管子在合盖的中心进入盒子，管子从中心向外蟠绕，蟠绕的方向是在磁力线向上的条件下，正离子管顺时针方向蟠绕，绕紧；负离子管逆时针方向蟠绕，也绕紧。这样载离子管的中心轴线轨迹，为一种渐开线。件19磁合外用顺磁性材料做合子，作为磁轭。加速器件19也可以加速干态离子，加速干态离子的磁合，空腔内不用管子，其结构特征在于， 在上磁层的下面，在下磁层的上面，即离子运行的磁场空间的上顶和下底，制作防止在加速过程中离子因重力或浮力与下磁层或上磁层相撞击的，用与离子同电性的，形状为扇形的， 拼接成互不连通的，圆面的电场场体，在磁场中形成上下夹层空间电场，夹层空间即为离子回旋空间。这样电场可以修正运行中离子忽上忽下的轨迹，不致因离子的重力或浮力与磁体相撞。干态离子进入加速轨道的方法，可以用离子加速器加速已加快了速度的离子，掌握切角r值(P = r θ , dp = rd6 , dp/ θ =r，r=常数)的大小，打入另一加速器的比较靠轴心的渐开螺线轨道，在第二个加速器内得到第二轮加速。如此可以多级串接。初始的加速方法可用泵或者什么别的离子喷嘴，许多种离子是气态，即使是固态离子，也几乎像会流动尘埃，像干水泥粉倒在地上那样，可以用泵“打”。用若干台加速器串接加速，可以使加速器小型化。图3，图4加速器件19，更兼备离子浓度的“感知”和“自动作出反应”的功能—— 离子越浓，加速“越来劲”，加速量“越大”；离子没了，加速器也就不工作了 ；离子经过加速后进入汇流管件29、20送往离子站，或直接送往第一次脱水，用来脱水的叫离子浓缩机，图7、 图8。图3件14为两端抱而不拢的磁轭，与线圈件13构成电磁场场体，磁轭两端向内弯，好像拥抱时的手臂一样，称它为磁头的件26，其磁面两两相对，构成离子通道件21、件 25的磁场空间，法拉弟力的大小可以通过改变件13的电流加以控制。本发明离子分离提取机，也可以用来除尽海水中的离子，使海水变为可饮用水。也可用来净化城市污水，净化城市自来水，净化地下盐碱水，地表苦水。B,离子浓集机，或叫离子排除机，或小型海水淡化机离子分离浓集机图7、8，用于本发明以离子浓集为目的。经分离提取所提取到的离子，会携带过多的水，需要浓集；筛分后的离子或离子团，也会带有过多的水，也需要浓集。将已经分离提取到的同电性离子的载液，进一步将离子浓集，排除过多的水分；离子浓集机图7，图8，是蟠曲成渐开线状管带件34载液通道，其断面宽而扁平，通道内用非磁性材料，耐腐蚀性好的弹簧纵向横向支撑，以保持载液通道不因受挤压而液流受阻，管带件34 与管带件34之间为磁层件43，也可说磁层件43与磁层件43之间为管带层件34，即管带层 34与磁层件43相间而构成。其结构好比将管带件34平铺，上面再平铺拼接磁条，即磁层件43，再捲成捆，管带边缘设置若干个小阀门或“龙头”。带面上铺有一块块永磁体磁条，卷成捆后磁场方向为沿辐射方向，磁条截面为梯形，这样连同一块块磁条卷成一捆时，就成了一层磁层一层管带层相间的，磁性由内向外的捆卷。构成一种小型分离离子、浓集离子的机器。结合图7、图8，被支架件38支撑的毂轮件37，毂面外紧包一顺磁性圆筒件36，圆筒件 36外为拼砌而成的磁圈，叫它为内磁圈件35，磁场方向与辐射方向一致，伴有永磁体件43 拼接起来的管带状通道件34，以进液接口件39为起点，将管带件34卷在内磁圈件35上，进液接口件39穿过内磁圈件35，穿过顺磁圆筒件36，穿过轮毂件37，可以与输入载液接口相接；管带件34在内磁圈件35上绕过一圈后，开始拼接磁层件43。磁层件43的拼接与管带件34的捆卷同时进行，一层一层，一直卷到最后一圈。管带件34的外层就与外磁圈件40 相挨，外磁圈件40也是一块块磁条拼接而成，磁性方向与磁层件43 —致，外磁圈件40覆盖在管带件34外，并将管带件34的出液接头件46、件45、件47固定在外磁圈件40中，外磁圈件40外为导磁圆筒件30。在图7中，可以看出管带件34的两侧设有永电场体件32、件 44，件32负电性，件44正电性。负电性永电场体件32的外侧和正电性永电场体件44的外侧为磁轭件31，管带件34边缘上的出离子龙头件33和件42，分别从磁轭件31拼接的夹缝中孔间引出。磁轭外圆弧边缘与导磁圆筒件30固定，内圆弧边缘与顺磁性圆筒件36固定；另外，与支架件38、底座41固定好，其与空气接触的部位，用磁阻衣覆盖。这样就完成了整台离子浓集机的组装。载液从进液接口件39进入管带件34，顺时针方向运行，这样载液在运行中离子受到电场力和法拉第力作用，正、负离子各自背离而偏向一侧，若载液中只有正离子，则法拉第力和电场力将正离子向“左”侧推动图7，从件33和件47出来的为正离子浓集液；而关闭件43、45阀门，若载液中只有负离子，则离子被向“右”侧推动，从件45和件42出来的为负离子浓集液；关闭件33、47阀门，如果载液中正、负离子都有，则两侧都有不同电性的离子液排出，而载液已成为无离子的清水从中间口件46喷涌而出。这就是将展开为一长条的， 靠电场力和法拉第力分离离子的“装置”，卷成了一捆，成为一小型分离提取机、浓集机。凡是水中有离子，要想提取或排除，小规模的场合都可用上“离子浓集机”。因此， 也可用于获取饮用水，比如用于分离海水，分离地下水，分离城市污水；军舰、海轮、渔民、牧民都可采用的水处理机。C，离子筛分机，或简单地叫它为离子筛离子筛图9、10是用来筛分同电性离子的机械。离子分离提取机，只能将离子按正、负电性进行分离，对混杂在一起的同电性离子，在离子分离提取机里不能再进一步筛分。离子筛图9、10就是将同电性离子根据离子的荷质比进行筛分的机械。根据离子的荷质比的差异，将离子进行筛分。具体方法是建立允许离子“赛跑”的环境，所谓的“环境”，即建立电场力和法拉弟力协同作用的空间件51，此空间用清水勻速向下运行，离子进入这样的空间后，会因为受力的差异和离子质量的差异，即荷质比的差异在运动速度和位移上产生差距。这种赛跑环境，让不同质量、不同电荷量的同电性离子“在同一起跑线上”出发；受力跑得快的，跑得慢的经过若干秒钟之后，彼此之间的差距明显拉开， 而且一定是“档次分明”。当分开档次后，利用离子一旦进入与离子异电性的静电场场体，会沿着场体构成的通道流到专用容器里。这就是“离子赛跑”和“离子特别通道”构成的离子筛。图9，图10为离子筛分机的结构图，图9件50为井字格通道，清水从进水口件49p 处进入，纹乱的水流经井字格件50，纹流成为平流，进入离子筛的空腔件51，一直向下到出口，空腔件51，筛分前先用电场、磁场、清水构成“空间”。这就成了同电性，不同荷质比离子 “赛跑”的赛场。然后待筛分的混有几种同电性的离子载液从进液口件48，R处进入，经过井字格件50变成平流到达0点的所谓“同一起跑线”，进入筛分环境件51，即筛分空间件51。 “比赛”之前先有清水在磁场电场中勻速下行，而后离子载液从R进入，离子受法拉第力和电场力横向作用在空间件51向右偏行，偏行的快慢就是“比赛”。磁场由图10永磁体件66， 件67，一层间隔一层构建起来的空间，若筛分的为正离子，磁场图10方向向左。离子进入运动中的清水磁场空间51后，开始进行筛分。结合我国青海湖卤干石或叫苦卤石，苦卤，其中含钾、钙、镁的具体情况，设定任务为将钾离子、钙离子、镁离子筛分开。经查知镁离子的荷质比q/m = e/12，钙离子的荷质比 q/m = e/20，钾离子荷质比q/m = e/39.当Mg++镁离子“跑完”全程时，全程为筛分机宽， Ca++钙离子只“跑” 了全程的60%，而K+钾离子只“跑” 了钙离子行程的一半，50% X60%, 即Mg++处在全程的100%处，Ca++处在全程的60%处，而K+则处在全程的30%处。这样的分档很清晰，用“离子通道”件54、件52及时将离子引入件58、60接收口引出，从图9可以看出Mg++，Ca++可从接收处口件58和件60引出。图中K+可另设专用接收口，用离子通道引入抽液泵。件58的位置可以通过调节摇把件57调整位置，接收口件60也可像接收口件 58那样通过摇把将件64调正位置。接收口件58、件60通过悬挂轮61在挂轮轨道件59上滚动。接收口的下方还设有滚道件63，以保证在调整接收口件58、件60顺畅使用。结合图 10，可以清楚地看出进水口件49设有溢流口，多余的水可以通过溢流管件65流到下面清水道，再循环使用。实际生产活动中，离子或离子团不一定都要筛分，有许多情况是可以不筛分，而直接进入下一步工艺环节；比如铁矿石中混有为数不多的白云石、锰矿石、矾土之类的杂物，用硫酸反应后，肯定铁离子为主要成分，其中少不了有锰离子，和钙离子、镁离子、铝离子、铅离子、锌离子等等。当铁离子及其它混杂离子经通电沉淀后被用来炼钢时，锰被氧化掉，或成了钢的合金成分，铅、锌早已氧化掉了，钙成了氢氧化钙水溶液了，镁的一部分仍混在铁粉中，最后成了钢铁细化晶粒的成分或进了炉渣。无论进入炉渣，或成了合金成份，都无伤大局。又如负离子团中，硫酸根离子，亚硫酸根离子，硫离子，可以不筛分。脱水干燥后， 再补充一定量的氧离子或氧，用离子化工反应设备可以直接生产硫酸。但有时一定要筛分； 将需要筛分的离子进行筛分，通常离子筛能达到满意的要求；但有时也会遇到十分棘手的情况；比如，周期表中的镧系，锕系，荷质比几乎没有多大区别。请参阅下文包头铁矿的离子冶金。遇到这种情况，就只能另想办法了。离子在载液中被筛分，携带了许多水分，所以筛分过的离子，还要进行一次浓集， 脱水；脱水后的离子，蒸发、泄漏，等等情况都可能出现。离子虽是稳定得像惰性物，但我们不希望它蒸发流失。我们可以做到不造成“离子污染”。存放离子的容器都应用绝缘材料制成，即使如此，容器①接地、②屏蔽、③车间避雷放电都应严格要求。D、离子滤水器浓集的离子要求脱水，脱水的方法是把水滤掉，或者“熬”掉，或又滤又熬，或蒸发冷凝联用。这些都有一定缺陷。原因是，其一，目前对离子的性状只是猜测，许多方面尚不了解。其二，能渗过水的滤孔，往往有些离子也能渗过，纳米布过滤技术可能太慢，也可研制更有效的纳米制作滤袋；其三，若用熬的方法，水能蒸腾，离子也会蒸发。其四，用强酸或强碱作干燥剂，离子与酸碱的物理性态尚不明确。滤水器图11为可拆装的三截组成，膨胀筒件71，滤筒身件75，和底座件81。膨胀筒件71为允许当离子脱水后成为气态，体积膨胀，故制成像手风琴，皮老虎那样，由一层一层金属圈和不透气膜，制作而成。件71膨胀筒下为与件75滤筒身相接的制扣，有橡胶圈密封，件71的顶盖上有与抽气机相接的阀件70，当离子气化时，膨胀筒71的层形结构允许离子气向上顶胀而不漏气，膨胀筒件71与滤筒身件75，可用扣件73扣紧滤筒身件75，并设有便于天车吊重的耳扣件74，滤筒身件75内为三级电势的电场体件76，用纳米布袋盛放带水的离子，在纳米布袋中再设置电场体件76。电场体76的电性随被滤离子的电性而定；被滤离子为正电性，电场场体件76即为负电性，场体件76的电势分成由下而上，由低到高三档(绝对值)，也就是当被滤正离子在滤筒内，电势为负电性的电场体件76，实际上分成低、 中、高三档吸引了相当的正离子；这些离子实际上，在某种意义上是在场控之中。滤筒件75 下部与底座81相套接，底座上方为另一电场体件79，电场体件79的电性与被滤离子电性相同，使79产生的电场对被滤离子产生斥力，以阻止离子随水一起向下渗。电场体件79设置在底座件81内。图中骨架件78为电场场体件79的骨架，被滤离子和水的重量全压在骨架体件78上，件80为支承梁。底座件81上还装有排水阀件(82)；底座件(81)上设有一与照相机的快门相似的抽气接口，如果需要用负压吸滤，只要在快门似的接口上，接上抽气机，底座里就形成了吸滤所需的负压。离子带水，和气态离子的干燥这实际上是离子过滤的后续工作，往往带水离子在过滤时，离子随水一起蒸发，干燥用袋式干燥室。视具体离子特性送电加热，蒸出的伴有水汽的离子气，在冷凝时会有水在器壁上冷却凝结出“汗”，用加热冷凝的方法，将经过冷却的冷凝离子气在事先将袋中空气赶尽，即袋状干燥室未用前是瘪的袋状干燥室，将干燥剂投入袋中，再将待干燥离子渐渐送入袋中进行干燥。真正干燥的离子用压缩机，将离子气压缩到耐压容器中，贮存或运输。不与水反应的金属元素离子，可以不必过滤，通电就产生沉淀。比如铁离子，铜离子，不会与水直接发生反应的金属元素的离子，都可用通负电的方式，获得其金属粉状沉淀物。E、离子设备联用所述离子分离、提取、浓集、过滤、干燥、贮存以及生产车间、设备、工装器具都要防雷防爆接地。载液进入①离子分离提取机，提取同电性离子，离子分离提取机为连续生产设备， 调整好载液进入量与提取效果关系就进入正常运行。将提取到的正离子和负离子分别送进 ②离子浓集机。排除掉过多的水分。浓集机也是连续不间断的生产模式，将浓缩后的同电性离子送入③离子筛分机进行筛分，筛离分机暂无离子示踪仪表，要计算载液流速与荷质比最大离子的关系，确定筛口宽位置，根据其它离子荷质比计算出它们的相对位置，处理好离子引出位置，再进行筛分。筛分得到的离子为同元素离子。因筛分后有过多的水，需再次进④离子浓集机脱去过多的水；然后送入⑤离子过滤器进行过滤。前后5次涉及4种离子设备。其中只有过滤是间歇生产模式。以湖北大冶钢铁厂用黄石铁矿为例，述说正离子联用的设备和以山东盐田、河北盐田的卤水为例，述说负离子设备联用。黄石铁矿，夹杂有为数不多，但也足以危害钢材性能的铜矿，不是冶金业业内人士，可能不知道铜在钢铁中到底会有多大危害。钢铁中的铜和钢铁中的硫一样有害，更可恨的是硫可用冶炼方法把它炼掉，但铜在传统方法中却炼不掉！或说无法炼掉！用离子冶金方法，铜能完全分离出来，大冶绝对能炼出好钢！黄石铁矿成分三氧二化铁、四氧三化铁、硫化亚铁、硫化铜、碳酸铜、氧化锰、二氧化硅、铝矾土。用浓硫酸与矿粉反应，生成物有硫化氢、二氧化硫、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铜、硫酸锰等等溶于水正离子有Fe++、Fe++、Cu++、Mn++、Ar++负离子有S04--、S03-、S-、C03--、用水稀释反应生成液，经过沉清后，进入①离子分离提取机，分离到正离子有Fe++、Fe++、Mn++、 Cu+\A1+++负离子有S04__、S03__、S__、C03__ ；五种正离子全都被分离、提取；出了提取机件18经离子加速器件19，进入汇流管件29，送往离子站暂时存放，或直接进入②离子浓集机进行浓集，分离掉过多的水。进③离子筛分机。Al+++荷质比大但量不多，又无害，Fe+++荷质比也比较大，与AL+++归为一组；Mn++、Fe++与Cu++的荷质比很相近，用筛分机筛分，得到的第一组是 Al+++、Fe+++ 和第二组 Fe++、Mn++、CU++ 两组。Al+++、Fe+++，经离子通道经件 58 引出，Fe++、Mn++、Cu++，由离子通道经件60引出。⑤件58引出的离子经第二次浓集后，通负电，Al+++、Fe+++全部沉淀成铝粉铁粉。取样分析件60出口液即第二组Fe++、Mn++、CU++，中Cu++的百分含量，知 Cu++的百分含量和总量，设总量为QT，而Cu++的百分含量为k%。因此铜离子Cu++的总量为 A% Qt，铁的原子量与铜的原子量相差不多。故用k% Qt的铁粉取代铜离子，在稀硫酸液中， 可以完全将铜离子置换出来Fe+CU++ —Cu丨+Fe++。铜粉沉淀，即是本例要分离除掉的目标。铜除掉后，母液硫酸亚铁溶液，经分离提取进入下一轮工作。至于负离子，其分离步骤 ①的负离子由汇流管(件20)进入离子站或直接进②离子浓集机，排除过多的水分，然后准备筛分。实际情况，本例的负离子仍然用于生产硫酸，除S—外，所有的负离子，都是丢失电子后的强氧化剂。对生产硫酸而言，它们本身是工作质，好比搬运工，没有必要进行分离。另举一个负离子需要筛分的例子，山东盐田、河北盐田，晒盐之后的母液，人们称之为盐卤，作为本发明探讨的范例盐卤的主要成分为氯化镁、碳酸氢镁、氯化钠、氯化钾、 氯化钙、氢氧化钙，碳酸氢钙、溴化钾。这里关注的是负离子有氯离子、氢氧根离子，溴离子、碳酸氢根离子。化学符号为Cr、0H—、Br—、HCO3-,等·它们的荷质比0H_q/m = e/17, HCCVq/m = e/61，CFq/m = e/35，BfqAi = e/80.根据荷质比和化学特性，0H\ “归为一组，HCO3-为一组，Br"为一组。负离子用的离子筛分机，由于负离子在磁场中的受力方向与正离子受力方向相反，因此需要筛分的负离子的入口位置设在正离子入口(图10)R的对面q处，其它与正离子筛分的情景一样，不变。CI_、0H_组中CI—占85% -95%，，通常用来生产盐酸。脱水后，干燥，用氢，在Cr、0H_通过阳极时，明火通氢气，在专用容器中燃烧，给燃烧产物再补充50%的水，就成37-39%的盐酸。Br"制取溴，溴的主要来源就是卤水，将溴离子过滤，可能成为气态溴离子，干燥， 通过阳电极夺走电子即成单质溴。F、离子技术的应用离子化工，离子冶金、淡化海水、核能科技探索下面用实例阐明离子化工、离子冶金、离子炼钢a\苛性钾，苛性钠的生产离子技术实例之一①原料氯化钾或硝酸钾，工业用食盐。对原料进行清洁处理，采用清洁方法视原料清洁状况而定溶解沉淀、过滤、结晶方法都可。结晶法可以得到最为洁净的原料；② 进行离子分离将氯化钾，或硝酸钾溶于纯净水或二者混在一起溶于纯净水(这是生产苛性钾)，将氯化钠溶于纯净水(这是生产苛性钠)；(也可钾盐、钠盐混在一起，提取钾、钠离子，再用离子筛将钾离子、钠离子筛分开)③将制取苛性钾的溶液和制取苛性钠的溶液适当稀释，分别用泵将含钾溶液和含纳溶液送入离子分离提取机；④将分离而得到的钾、 钠离子载液进一步浓集筛分。因为制取苛性钾、苛性钠，只要将含水量控制在钾离子中 <30%，钠离子中<42. 5%就可以；⑤分别通以负电，苛性钾、苛性钠就已制成。别忘了收集氢气和趁热将苛性钾，苛性钠铸成粒、片或铁皮桶封装。请从成本、劳动量、劳动条件、污染情况、产品质量，各方面都与传统的电解法作对比。b\青海湖苦卤石提炼钾、钙、镁——离子技术实例之二青海湖水中富含钾、钙、镁，分别占苦卤石的20%左右。苦卤石，也叫苦卤，是青海湖水中晒盐的残液，或叫母液，进一步风干后像石头，就叫苦卤石，它是由自然界的碳酸氢钙，碳酸氢镁，氯化钾等能溶于水的矿物质，经过晒盐，残剩的残余物。①原料处理；苦卤，不是以湖水、海水为原料的主产品，通常比较脏，将苦卤石溶于水，有时要用火煮化，用无纺布、帆布做的滤池过滤，取清液；②离子分离将苦卤水清液稀释，用泵送进离子分离提取机，得到正离子；钾离子K+，钙离子Ca++，镁离子Mg++，负离子有 Cl—，HCO3-；③离子筛分前文叙述离子筛分机时，文中提到分离K+、Ca++、Mg++，可以利用离子荷质比的差异，将离子进行筛分，在此不赘述。用离子筛可以把K+、Ca++、Mg++筛分开；④浓集，滤水，干燥。为了得到K+、Ca++、Mg++的干燥物，应设计一些专用设备。干态K+、Ca++、Mg++ 不一定是固态或液态。K+、Ca++、Mg++是气态的可能性极大。浓集后用离子滤水器滤去大部分水，再用酒精湿润，继续蒸馏、冷凝除去“酒精水”，一切都应在有封闭的容器中进行。也可在有苛性钠或磷酸三钾做干燥剂的容器中干燥；⑤在负电极上还原成金属分别将气态的干离子，用离子泵抽压至三个瘪的袋式容器，在泵的出口，装上让离子气有足够机会获得电子的热阴极栅，分别让离子气通过热阴极，离子得到电子后，成为纳米粉状金属，这样三个袋状容器中沉积下来的就是所要的，分别是粉状的金属钾、金属钙、金属镁。⑥将未结块的钾粉，钙粉，镁粉在防止与空气接触的前提下压成块，密封包装。供炼制轻质合金和其他用途。请对比钾、钙、镁的传统生产方法。c\包头铁矿石离子冶金，离子炼钢一一离子技术实例之三上世纪70年代80年代有过许多“怪”事日本人高价进口我国攀枝花钢厂的高炉渣；只进口包钢生铁等等。原来日本要的不是渣不是铁，它要的是金属钒和“稀土”铈。稀土不是土，而是周期表中III副族镧系元素，常被人们称稀土族，地球上存有量极少，但在我国却是得天独厚，包头铁矿中有较多的“独居石”，独居石主要成份为铈、镧、 钕…的磷酸盐和二氧化钍。在炼铁过程中，“一部分”被还原到了铁中。下面叙述用离子技术提取包头铁矿石的有用成分和炼钢。包头铁矿石，含有铁、锰、硫、磷、铈、镧、钕、钍的混杂铁矿，独居石占有一定的分量，单斜晶系，板状，柱状，锥状结晶，晶体由于晶面的存在，化学反应特别慢，并且特别不彻底，即使经球磨成粉，微观状态仍是晶体，仍存在这样的弊端，严重影响有用成分的“收得率”。所以要用适当温度破坏结晶。①矿石准备粒矿或粉矿加热到晶粒彻底破坏的，但不成釉的温度，通常低于 780°C保持若干时间，焖透，以不成釉，不成渣为佳，彻底破坏矿粒结晶；②用50-80%硫酸与当量矿粉反应，用30%氢氧化钠吸收生成气体二氧化硫和硫化氢。硫酸与矿粉充分反应后用清水稀释反应液，充分清洗残渣、硫酸钙、石英、矾土之类的残余矿渣，有用成分都已进入反应液中；③清洗液进入刮板沉淀池沉淀，清洗液的PH值应该略偏酸性(6. 5-7)。溶液中正离子有:Fe+\Fe++\Mn+\Ce+++(铈离子)、La+++(镧离子)、NcT (钕离子)、Th4+(钍离子)、 负离子有:S04—、SO3-、S—、HPO4-、H2PO4-等等；④离子分离正离子:Fe++, Fe+++，Mn++，Ce+++， La+++，Nd+++，Th4+，负离子不赘述。金属离子荷质比:Mn++e/27.5，Fe+++e/18. 7，Fe++e/28, La+++e/46. 3，Ce+++, e/46, Nd+++e/48，Th4+e/57. 5Mn++没有必要将它单独分离出去，所以可以将Mn++，Fe+++，Fe++，归在一组，La+++，Ce+++，NcT离子的荷质比十分相近，归在一组。Th4+都单独归一组。以荷质比大小，设离子筛的总口宽为100%, Fe+++为荷质比最大，以Fe++，为总口宽100%，则Fe+++、Mn++、Fe++都进了同一接口。镧、铈，钕等离子La+++，Ce+++，Nd+++的荷质比约占Fe++ 口宽的60%，与亚铁离子 Fe++有足够宽的“分档距离”，钍离子Th4+与镧系离子也有10%的分档距离。可以继续用化学、物理方法将La+++、Ce+++、Nd+++分开。比如金属镧、钕与冷水起反应。而铈与热水才起反应，这样可以将铈分离出去，而镧、钕中只有金属钕具有顺磁性；将钕离子、镧离子干燥后在无氧环境中，将离子粉通过专用器具，边扬粉通负电、边用强磁性吸附分离刚变成金属粉的钕，将钕与镧分开，利用这些化学和物理性能的差异，将La、Ce、Nd逐个儿分开，钍也可以得到很好的提取。将分离到的铁离子组进行浓集，通负电，沉淀、空干水分。使之成为铁粉和锰粉，供给炼钢。假设冶炼任务钢种G45工具钢，冶炼方法沸腾氧化法，选用炉型酸性中频感应炉，炉体大小60T。冶炼造渣料与常规酸性炉同石灰、河沙、碎玻璃、轧钢氧化皮、萤石、碎炉渣；冶炼技术特征是因为①铁粉中没有硫、磷、硅等发热成分，也没有除S、除P的氧化任务；②铁粉中没有碳，配料时要补焦炭粉；③铁粉中水分较多，会影响钢的质量，故设计冶炼工艺中应有沸腾除氢除氮过程，炉渣可以粉碎回用；④熔炼炉选用感应电炉，废弃纯氧顶吹炉。离子炼钢具备特点是①需要给铁粉补碳，补硅、补锰；②“锰区理论”似乎在此无意义；③补加一些国标中未提到的成分，如Cr，Mo, V之类；④熔炼更容易。冶炼工艺①.作好冶炼记录，补炉，察看炉况，查看炉料，铁粉状况、金属料、造渣料等；②将已空干的铁粉60T，与450公斤炭粉混勻加入炉中，用烤炉功率送电，烘烤炉料； ③.待水蒸汽从炉口冒完，用造渣料盖住炉口 ；④.全功率送电，筑假炉坎；⑤.化清，取炉前1#样送检，查碳；看火花估碳，添加适量返炉废钢，扒渣，补造酸性氧化渣，根据渣的稠稀， 调整炉渣，沸腾降碳至< 0. 35% ；或更低；不能以中频炉本身有较大的翻滚来代替“沸腾”。 再次看火花估碳，用Si铁脱氧止沸。⑥.炉前1#样报告送到，扒渣，造中性渣，根据报告调整碳，补加合金成分。取2#炉前样送检，查C、Si、Mn，调整送电功率，使冶炼的降碳速度，和升温速度，同时到达“终点”。炉前2#样报告一经送到，根据报告查对各合金成分，温度达到终点加硅铁加铝脱氧，停电、出钢，炉后加铝脱氧，取炉后1#样送检，查C、Si、Mn，铸锭。或送连车U从铁矿石到45号钢铸锭，中间省去了高炉冶炼环节，而且稀土和钍等稀有贵重成份得到充分提取。请与传统高炉炼铁、纯氧顶吹炼钢作对比。d\离子技术生产硫酸——离子技术实例之四。含硫矿很多很多，自然界甚至存在游离硫；用游离硫或含硫矿石制取硫酸，或用本发明方法分离到的S__、S03__、S0厂再生生产硫酸，均可。原料来源无甚讲究，难点在于将+4 价硫进一步氧化成+6价硫的过程。将+4价硫氧化成+6价硫，要具备特别强的氧化条件。 “离子化学”可以呈现极强的氧化性和还原性。假设有用硫酸与矿石反应产生的S__、S03__、 S04__、或硫磺燃烧生产的SO2，用NaOH吸收得到S03__，就可设计硫酸生产工艺。原料黄铁矿(FeS2)，方铅矿(PbS)，硫砷铁矿FeAsS，闪锌矿(ZnS)，辉锑矿(Sb2S3) 等等，含硫金属矿或非金属矿都可做硫的矿源而被利用。综合利用各有用成分，是本发明的根本宗旨；②.球磨成粉粒状矿粉，用纯氧在封闭系统中“燃烧”矿粉，慢慢“燃烧”，供氧速度慢些，温度应尽量控制低些，矿粉“燃烧”加热，目的是为了破坏结晶。能破坏晶粒而不成釉，就是“燃烧”的最佳温度；③.用20 30% NaOH水溶液，用文丘里管吸收硫酸与矿粉反应生成的SO2和H2S气体，用60% 80%硫酸与矿粉当量反应，生成物有金属离子，和非金属离子S04--、S03--、S-，等等离子。用水冲洗矿渣至pH值< 7，反应液进沉淀池沉淀；④取澄清液，用泵抽送进离子分离提取机进行分离，分离结果得负离子SO厂、S03__、S__。连同氢氧化钠吸收液分离出来的S03__，S__构成的比例，假设为S04— S03__ S—= 2 2 1，即 40% 40% 20%。要使离子组成中的所有硫都成为三氧化硫，除了 SO4-供氧，还缺全重 16%的氧，现今适当多补充一些氧，首次循环过程中不妨补充到全重25%的氧，以后每次循环只需补充16%就可；⑤参阅图12，将全部负离子通过硫酸干燥室，经过干燥后的负离子， 再次进行干燥程13 ；⑥补充氧程15进入“负离子放电反应室”程1。运行过程中用出口压强为6. 5kg/cm2的气泵将经过干燥的离子气和氧程15，及返回的残气程4，通过负电压的“枪” 口程1左端，打向反应室的热阳极栅；⑦.反应室程1的热阳极栅夺走了负离子的电子。 S—失去电子成为S，S氧化成S02，SO厂的电子在阳极栅释放后，放出初生氧，SO2与初生氧又进一步氧化成SO3,而S03__的电子释放后就已将+4价硫氧化成+6价硫了，S03__-2e — SO3 ； ⑧.像尘埃飞扬似的三氧化硫出反应室程1后，在三氧化硫吸收室程2用来自程3的雾化浓硫酸吸收，反应中未用完的残剩氧程4被抽进加压站程14，三氧化硫被浓硫酸吸收后成为发烟硫酸程5，用发烟硫酸作干燥剂在干燥室对S__、S03__、SO4-进行干燥程6，流程10送来的负离子及双氧水离子，其量占总游离氧0 20%均可，进行第一次干燥程6，经过第一次干燥程6的负离子，再经用粉状可再生的聚丙烯酰胺制作而成的吸湿干燥器进行二次干燥程13。而在程6进行干燥的发烟硫酸此时已吸够了水分成为98%浓硫酸，经沉降程7，进入库池程8。出口压强为6. 5kg/cm2加压站程14同时将程13过来的干态离子、残气程4、 氧程15 —起压入负离子放电反应室程1 ；到此完成了一个循环过程。在下一个循环中，固残气中多为氧，往后再补16%的氧即可，供氧站程15维持16%就行。反应过程可以用下述方程式表达S—_2e — S0, S°+02 — SO2, S0 — S+4SO2+
— SO3, S+4 — S+6S04-_2e — SO3+

初生态氧 S03—_2e — SO3, +4 价 S+4 — +6 价 S+6氧化能力最强的产生方法就是用电势夺取电子，放电反应室就是夺取电子的“战场”，负离子的电场被夺取后产生初生态氧，在塔式法生产硫酸的方法中，这样强的氧化能力无法出现，只有离子技术才可达到这个境界。本发明反应室，负离子从负极引弧发射，不仅可使氧气处在等离子状态，而且电弧稳定，放电又可产生高温，在高温条件下，更利于三氧化硫的生成。有了三氧化硫，用浓硫酸吸收，在稀释到98%，就成了商品硫酸。e\离子技术生产硝酸——离子技术实例之五传统的工业法生产硝酸是个有难点的行业，难点之一是要有合成氨；难点之二是要求反应环境为760 840°C高温，和9kg/cm2的压强，设备投资极高，生产规模小了，成本就高得无利可盈了。离子技术生产硝酸。图13，负离子放电反应室生产硝酸的工艺流程。负离子放电反应室由负离子反应物通道、热阴极、电弧放电空间、栅状热阳极、反应生成物通道，以及供电网路构成。热阴极加热Ν03_、Ν02_、0__离子，氧、氮，并有负离子引弧，使被夹带的氮、氧在电弧中成为等离子氮和等离子氧，这些负离子和等离子气在电弧中撞到阳极栅，负离子失去电子，在初生氧量十分充足的高温环境中，与已成等离子氮的电子，形成一氧化氮。从前一循环残剩下的气体氧、氮和少量的NO2开始，随着程14滤水后，又经干燥程5、15干燥后被加压程16进入反应室程1，与此同时，进入反应室的有氧离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子，还有补充的纯氧程18、纯氮程17，上述这些反应物按一定比例(NO2- NO3- (Γ O02 N02 =5:1:1:2: 1)进入程16压气站混合加压；经热阴极发射枪射向阳极栅，负离起到引弧稳弧和导电作用，负离子、氧、氮在电弧中，一同打向阳极栅。反应室程1右端；制作阳极栅材料为碳硅棒或钼硅棒，用图13中接线方法，阳极、阴极不仅可以自身发热，而且还可以电弧放电发热，将负离子的电子在阳极上夺走，使氧离子，硝酸根离子，亚硝酸根离子失去电子，释放氧化能力极强的初生氧，与等离子氮发生氧化反应。当Ν03_，Ν02_，0__与等离子氮、等离子氧一起撞上阳极时，将发生如下反应2N03"-2e = N2O5+
,0—_2e=
，N2°+2
= 2N0,2N0+02 = 2N023N02 = NCHN2O5从流程1进入流程2加氧，NO会自动生成NO2和N2O3、N2O52N0+l/202 = N2O3N0+l/202 = NO23N02 = NCHN2O5从加氧程2进入喷雾吸收程3，经喷冷水雾与N2O5反应，并与N2O3反应，生成硝酸和亚硝酸Ν205+Η20 = 2HN03 ；Ν203+Η20 = 2HN02HNO3, HNO2继续被硝酸吸收后成发烟硝酸程9，HNO2不溶于浓酸，而剩余下亚硝酸和残氧、残氮用水吸收流程8，不被流程8吸收的气体为残氧、残氮及NO2,而HNO2和少量的 HNO3被水吸收，进入程10，进行离子分离，双氧水在专用分离设备分离出的氧离子，亚硝酸根离子，硝酸根离子一起，而后进入流程13，脱水流程14，送入第一次干燥程5，残气也得到了干燥程5，而发烟硝酸程4用来做干燥剂吸收离子气程13中的水份。吸收到水分后，发烟硝酸成为98%的浓硝酸，经沉降程6后，即可进入库池程7 ；而经过第一次干燥程5的离子气，再经过第二次干燥程15，此后进入第二轮大循环。在本发明的硫酸和硝酸生产工艺中，都用到一个“负离子放电反应室”，本发明的 “负离子放电反应室”，是典型的范例，在反应中①提供了生成等离子氮的条件，②提供了电弧放电生成高热的条件③具备热阳极夺取电子，生成初生氧的条件，④具备反应物从阴极一端进，生成物和残余物从阳极一端出的符合连续生产的条件。放电反应室的结构，其特征在于见图13阳极栅为石墨硅棒，其高压端在内，低压端在外，参阅电路图，发射过来的离子在石墨硅棒上失去电子，形成电子回路。反应室做成锥形，参与反应的反应物离子，氧，氮等在热阴极获得热量并开始活化，在射枪的动力、热阴极与阳极栅电压差的动力的推动下，从反应室锥尖部位向各个方向发射放电。伴随电弧放电作功，使反应室具备完成反应所需的温度和压力环境。给部分反应物提供形成等离子参与反应的条件。另一部分反应物释放初生氧，为呈现强氧化能力创造了条件。淡化海水在前面述说离子分离提取机和浓缩机时，曾多次提到可以用于淡化海水，淡化海水可以有很多方法，比如离子交换法、纳米布过滤法、分子筛法、沸石法；所有这些方法都存在这样那样的缺憾，而用电场力、法拉第力将离子分离后再进行排除的方法最为彻底，规模最大、成本最低、耗能最少、无二次污染、足以胜过以前的一切淡化海水方法。核能科技探索离子，是带电的大魁头，比α粒子大几倍到几十倍、几百倍，比α粒子可控，也比中子可控。用离子人工合成某种元素，或用离子激发某种原子核，肯定要比较便于操控。探索，exploration，至少本发明为探索者提供了一条思路。本发明要求的保护点a.使正负电场体对异电性离子相吸，同电性离子相斥的特性，分离正负离子的方法。b.利用定向运动的载离子液体，穿过磁场，载液中正离子和负离子切割磁场而受到法拉第力，利用法拉弟力对正离子和负离子作用方向相反分离正负离子的方法。c.将电场力分离正、负离子和法拉弟力分离运动中的正、负离子的方法组合，产生电场力和法拉弟力协同作用，分离正、负离子的方法；d.用网状绝缘金属丝做成平面电场场体，以及做成三维立体电场场体空间，场体外的电场随着与场体距离变化存在电位梯度，而场体内则是等电势；等电势电场体成为异电性离子的离子通道的方法。e.磁场场体，采用永磁体和电磁体两种①块体的磁性方向按要求充磁；用拼接的方法做成大平板层面或其它几何形状，用块体拼接的方法；②将永磁体层面制作成平行的，层与层间用支撑件保持一定距离的，既是稳流载液运动空间，又是叠加磁层空间的方法。f.①贯通式分离离子、提取离子方法，其机械结构特征左右贯通，靠电场、磁场协同作用，先将正离子与负离子在适当位置分离、分岔，在岔道沟里提取离子，提取到的离子，用加速器排走离子；②贯通通道不受几何形状限制，可以是直通道，可以是弯曲通道，可以是方形截面，也可以是其它形状截面。g.离子加速方法建立强磁性磁场，在磁场中使离子按阿基米德螺线运行轨迹运动，离子运动产生的磁性与所建磁场方向相反，产生互感导致离子加速的方法。h.离子筛分机，根据离子荷质比的差异使离子在电场磁场协同作用的清水环境中，受力产生运动差异，进行离子筛分的方法。i.离子滤水器，离子过滤过程中用同电性电场体“挡住”离子及用异电性电场体 “留住”离子的方法；以及离子体积膨胀的对应方法。j.干态负离子的离子化工方法，构建负离子放电反应室的，通过离子进行离子化工方法。离子技术将在生产和科技领域产生深远影响，就能量消耗极低极低的离子炼钢来讲，足见一斑，离子炼钢，不必经过高炉炼铁，既省去了高炉炼铁厂，也就不存在高炉炼铁的排放，省去了焦化厂，选矿厂、烧结厂、耐火材料厂，也就省去了相应能耗，省去相应排放，省去了纯氧顶吹炼钢厂，消除了漫天烟尘满地灰，省去了制氧厂，机修厂，电修厂，鞍山钢铁厂可以砍掉几乎一半多余的工厂；没了二氧化碳的排放！没了二氧化硫的排放！没了废弃物的排放！高炉渣没了，炼钢渣没了，多出了粉状略带酸性的矿渣，成了改良北方碱性土壤的绝佳肥料，方方面面，好处不一而足。退一百步，分离离子的设备，可以用来淡化海水，将海水中的离子彻底除掉，海水就成了淡水，可以饮用，可以灌溉，可以满足工业用水需求，根本不必“南水北调”；如此，青海湖也有望成为淡水湖；戈壁滩、准格尔、塔里木、柴达木等沙漠地将有充沛的水种植树木， 有水种植庄稼，有水栽种鲜花，有水滋养牧草，锡林格勒草原的羊群也有幸饮用到“甜”水， “沙漠变绿洲”能在不久的将来实现。对外，可以用淡水出口，使中国水成为阿拉伯国家的生命水，中国水换取阿拉伯人的石油；向全世界出口低碳技术，向全世界出口海水淡化技术。何况，更何况，离子是微粒世界的“带电大个子”，离子与离子对撞，比α粒子对撞容易实现，用离子轰击原子核，好比小弹丸换上了大炮弹，用加速离子叩击核能大门，其可行性、可控性、可靠性都远远超出乱七八糟的“小不点儿” α粒子、快中子。
权利要求
1.一种离子分离方案，其特征在于利用正负电场对异电性离子相吸，对同电性离子相斥的电场力和利用定向运动的离子切割磁场产生的法拉弟力，在同一空间协同作用分离离子的方法；并进一步利用离子荷质比差异，将正离子或负离子进行筛分的方法，以及利用正负电场力对同一种离子一推一拉的特性进行离子过滤、脱水的方法。
2.根据权利要求1所述的电场磁场协同分离离子的方法，其特征在于运用该方法构建的分离，提取离子并加速排遣的设备，设计成自左向右贯通的连续工作的离子分离提取设备图1前后为(件3、8、9)电场场体，上下为顶层、底层及中间多层为磁场方向向上的平板永磁体(件5、4)完成载液的正离子与负离子的分离；继续用电场力和法拉弟力分别将离子 “推”入提取离子的(件21、25)离子通道经过离子通道，将离子排出提取机，提取到的离子， 经离子加速器加速进入(件29、20)汇流管。
3.根据权利要求2所述离子加速器，其加速方法特征在于其加速原理为无论是湿态或干态离子在磁场中离子得到加速的方法和用与离子同电性的电场体防止离子与上下磁层撞击的方法。
4.根据权利要求1所述电场磁场协同分离离子方法，设计的离子浓集机(图7、8)其性能特征为能将带水过多的正离子或负离子进行浓集，分离掉过多的水分；其结构特征在于为用宽而扁平的管带，蟠成渐开线状的载液通道，管带与管带之间，用永磁体磁条拼砌成与管带相间隔相伴随的磁层，载液在管带内的流过，过多的水得到分离，离子得到浓集的结构。
5.根据权利要求1 3所述分离到的离子，为同电性的混杂离子，又根据权利要求4混杂的同电性离子浓集后进离子筛分机筛分，该筛分机(图9、10)筛分方法特征为利用不同离子有不同荷质比；利用离子、离子团荷质比差异进行筛分的方法，以及结构特征在于构建离子因受力大小和自身质量大小产生的加速度，形成的速度、位移的差异的比赛环境和离子通道引出离子的结构。
6.根据权利要求1 5所述筛分后的离子或离子团，进行过滤脱水的方法，该过滤方法特征在于正负电场对离子产生异电性相吸和同电性相斥关系；用纳米布袋盛装被滤离子， 滤袋中设有与被滤离子异电性的(图11、件76)立体电场体，滤筒身上设有允许膨胀的(件 71)伸缩盖，筒身下为滤座，内设有与被滤离子同电性的(件79)电场场体，过滤时，滤袋中电场体力图“挽留”离子，滤座中电场体力图阻止离子通过，而滤去水分的方法。
7.根据权利要求1 6所述滤去水分的离子为正离子的离子冶金方法，该离子冶金方法，其特征在于，凡是矿石中的金属成分，通过化学方法使之成为离子，并用本发明方法将离子分离、筛分、过滤，干燥或不干燥，将离子通负电获得金属粉的离子冶金方法。
8.根据权利要求1 6所述滤去水分的离子为离子或离子团，用于离子化工方法，其特征在于使负离子、负离子团干燥，干态的负离子和负离子团通过(图11、流程1)阳极被夺取电子后，与反应物进行化学反应的方法或使干态正离子通过阴极给予电子后，与反应物进行化学反应的方法。
9.根据权利要求8所述的离子化工方法，设计的(图12、流程1)“负离子放电反应室”， 该反应室方法特征在于负离子携非离子反应物引弧放电，反应物中的非离子成分，在电弧中得到能量升级而电离成等离子，与引弧离子一起射向热阳极栅，进行化学反应的方法。
10.根据权利要求7所述离子冶金方法，用于离子钢铁冶金，其特征在于针对铁粉中混有铜粉用铁粉置换铜离子除铜的方法，以及稀土元素和钍的分离方法；以及铁粉炼钢的方 法。
全文摘要
本发明为一种获得离子而设计的一系列方法和设备离子的分离、筛分、过滤、干燥、利用的方法和设备，该方法利用离子具有正负电性特性，在离子通道两侧设置正负电场，又在通道空间上下多层设置磁场，电场磁场构成对流过通道的离子产生电力、磁场法拉第力协同作用，迫使正负离子互相分离，并采用相应方法将离子筛分、过滤、干燥等项处理，得到干燥的正离子和负离子(包括离子团)，再将正离子通负电，得到金属粉末和用阳极剥夺负离子(团)的电子，使呈现极强的氧化性，用来进行离子化工，设计的“负离子放电反应室”，可以完成硫酸、硝酸之类高难点化工生产；这就是离子化工、离子冶金、离子炼钢；还可以淡化海水，净化城市污水。
文档编号B01J19/08GK102218290SQ20111011904
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者路志清 申请人:路志清