制备高铁酸盐的装置和方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种制备高铁酸盐的装置和方法。

背景技术：

目前有色行业废水末端通常采用电化学处理工艺，传统电化学处理一般采用开放式电解槽加铁板换向电解的方式，这种方式为常压式，设备简单，被广泛采用。但是，这种工艺设备占地面积大，电能效率较低，阳极利用率低，而且电解出的铁不易排出，附着在极板上被继续氧化，失去了效力。

因此，现有的适于有色行业废水的电化学处理技术有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备高铁酸盐的装置和方法，采用该装置可以有效制备得到高铁酸盐，同时有效降低槽电压，装置占地面积小且造价成本低，并且该高铁酸盐用于去除废水cod过程具有很高的去除率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高铁酸盐的装置。根据本发明的实施例，所述装置包括：

槽体，所述槽体内填充氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一，并且所述槽体内设有隔膜，所述隔膜将所述槽体内分隔成沿水平方向分布的第一反应区和第二反应区，所述第一反应区底部设有第一排料口，所述第二反应区底部设有第二排料口；

电解篮筐，所述电解篮筐包括第一电解篮筐和第二电解篮筐，所述第一电解篮筐设在所述第一反应区，所述第二电解篮筐设在所述第二反应区，并且所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐内部中空且填充电解物料，所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐上设有开孔；

电源，所述电源的正极与所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐中的一个电连接，所述电源的负极与所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐中的另一个电连接。

根据本发明实施例的制备高铁酸盐的装置通过在槽体内设置隔膜，该隔膜将槽体内分隔成第一反应区和第二反应区，第一反应区和第二反应区分别设置氢氧化钠和/或氢氧化钾以及第一电解篮筐和第二电解篮筐，并且第一电解篮筐和第二电解篮筐中空且填充有电解物料，与电源的正极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中一个内的电解物料发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而与电源的负极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中另一个处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，总反应为fe+2oh^-+2h2o+＝feo4^2-+3h2，由此采用该装置可以有效制备得到高铁酸盐，同时有效降低槽电压，装置占地面积小且造价成本低，并且该高铁酸盐用于去除废水cod过程具有很高的去除率。

另外，根据本发明上述实施例的制备高铁酸盐的装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述槽体为树脂槽体、pvc槽体或混凝土槽体。

在本发明的一些实施例中，所述隔膜沿所述槽体的高度方向设在所述槽体内，并且所述第一反应区和所述第二反应区相对于所述隔膜对称。

在本发明的一些实施例中，所述电解篮筐为不锈钢、钛、铜或石墨制成。

在本发明的一些实施例中，所述电解物料包括纯铁、碳钢和铁碳合金中的至少之一。由此，可以有效制备得到高铁酸盐。

在本发明的一些实施例中，所述电源为换向电源，所述换向电源的正极周期性的与所述第一电解篮筐和第二电解篮筐中的一个电连接，所述换向电源的负极周期性的与所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐中的另一个电连接。由此，可以保持电解篮筐的活性，提高电解效率。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备高铁酸盐的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：向所述槽体内分别加入氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一，所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐在连通电源的作用下，发生电解反应，得到高铁酸盐。

根据本发明实施例的制备高铁酸盐的方法通过采用上述的装置可以有效制备得到高铁酸盐，同时有效降低槽电压，装置占地面积小且造价成本低，并且该高铁酸盐用于去除废水cod过程具有很高的去除率。

另外，根据本发明上述实施例的制备高铁酸盐的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述电解反应的电流密度为50～500a/m²，温度为20～50摄氏度。

在本发明的一些实施例中，所述氢氧化钠和/或氢氧化钾的浓度为0.1～18mol/l。

在本发明的一些实施例中，所述电源为换向电源，所述换向电源的换向周期为30～120min。由此，可以保持电解篮筐的活性，提高电解效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备高铁酸盐的装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高铁酸盐的装置。根据本发明的实施例，参考图1，该装置包括：槽体100、电解篮筐200和电源300。

根据本发明的实施例，槽体100内填充氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一，并且槽体100内设有隔膜11，隔膜11将槽体100内分隔成沿水平方向分布的第一反应区12和第二反应区13，第一反应区12底部设有第一排料口101，第二反应区13底部设有第二排料口102，即通过设置隔膜11可以实现第一反应区12和第二反应区13内反应产物的隔离，并且本领域技术人员可以根据实际需要对隔膜11的类型进行选择，只要能实现第一反应区12和第二反应区13内反应产物分离即可，例如隔膜11可以采用石棉、涤纶布、尼龙筛网膜、素烧陶瓷板、高分子阴阳离子交换膜等。根据本发明的一个具体实施例，参考图1，隔膜11沿槽体100的高度方向设在槽体100内，并且第一反应区12和第二反应区13相对于隔膜11对称。并且槽体100的材质并没有特殊要求，只要能实现绝缘效果即可，例如为树脂槽体、pvc槽体或混凝土槽体。

根据本发明的实施例，电解篮筐200包括第一电解篮筐21和第二电解篮筐22，第一电解篮筐21设在第一反应区12，第二电解篮筐22设在第二反应区13，并且第一电解篮筐21和第二电解篮筐22内部中空且填充电解物料，第一电解篮筐21和第二电解篮筐22上设有开孔(未示出)。具体的，在连接电源的作用下，与电源的正极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中一个内的电解物料发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而与电源的负极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中另一个处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，总反应为fe+2oh^-+2h2o+＝feo4^2-+3h2，从而有效制备得到高铁酸盐。具体的，第一电解篮筐21和第二电解篮筐22内部中空，电解物料填充在其中空结构内，并且第一电解篮筐21和第二电解篮筐22均沿竖直方向设在槽体100内。

进一步的，第一电解篮筐21和第二电解篮筐22为不锈钢、钛、铜或石墨材质制成。另外，第一电解篮筐21和第二电解篮筐22中的电解物料包括纯铁、碳钢和铁碳合金中的至少之一。由此，在与电源正极相连的电解篮筐内，该类电解物料可以提供铁元素，并且成本较低。

根据本发明的实施例，电源300的正极31与第一电解篮筐21和第二电解篮筐22中的一个电连接，电源300的负极32与第一电解篮筐21和第二电解篮筐22中的另一个电连接。具体的，该电源300为正负极换向的直流电源，电源300的正极31与第一电解篮筐21电连接，电源300的负极32与第二电解篮筐22电连接，此时，第一电解篮筐21处内的电解物料中铁发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而第二电解篮筐22处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，待经过30～120分钟，切换电源300的正极31和负极32，使得电源300的正极31与第二电解篮筐22电连接，电源300的负极32与第一电电解篮筐21电连接，此时，第二电解篮筐22处内的电解物料中铁发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而第一电解篮筐21处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，由此，可以保持电解篮筐的电解活性，提高高铁酸盐的产率。

根据本发明实施例的制备高铁酸盐的装置通过在槽体内设置隔膜，该隔膜将槽体内分隔成第一反应区和第二反应区，第一反应区和第二反应区分别设置氢氧化钠和/或氢氧化钾以及第一电解篮筐和第二电解篮筐，并且第一电解篮筐和第二电解篮筐中空且填充有电解物料，与电源的正极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中一个内的电解物料发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而与电源的负极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中另一个处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，总反应为fe+2oh^-+2h2o+＝feo4^2-+3h2，由此采用该装置可以有效制备得到高铁酸盐，同时有效降低槽电压，装置占地面积小且造价成本低，并且该高铁酸盐用于去除废水cod过程具有很高的去除率。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述装置制备高铁酸盐的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：向所述槽体内分别加入氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一，所述第一电解篮筐和所述第二电解篮筐在连通电源的作用下，发生电解反应，得到高铁酸盐。具体的，在连接电源的作用下，与电源的正极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中一个内的电解物料发生反应：fe+8oh^-＝feo4^2-+4h2o+6e^-，而与电源的负极电连接的第一电解篮筐和第二电解篮筐中另一个处发生反应：6h2o+6e^-＝3h2+6oh^-，总反应为fe+2oh^-+2h2o+＝feo4^2-+3h2，从而有效制备得到高铁酸盐。具体的，第一电解篮筐21和第二电解篮筐22内部中空，电解物料填充在其中空结构内，并且第一电解篮筐21和第二电解篮筐22均沿竖直方向设在槽体100内。

进一步的，上述电解反应的电流密度为50～500a/m²，温度为20～50摄氏度。加入槽体中氢氧化钠和/或氢氧化钾的浓度为0.1～18mol/l。发明人发现，若碱浓度过低，无法反应制备出高铁酸盐，而若碱浓度过高时，碱溶液已经呈过饱和态，将出现结晶，影响反应。优选不低于12mol/l。并且电源为换向电源，换向电源的换向周期为30～120min。发明人发现，若换向周期过短，影响电解作用的时间，与电源正极相连的电解篮筐内电解物料减少较快，设备的运转效率较低；换向周期过长，正极电解篮筐可能被各种产物或其他杂质覆盖，也会影响运转效率。由此，可以保持电解篮筐的活性，提高电解效率。

需要说明的是，上述针对制备高铁酸盐所描述的特征和优点同样适用于该制备高铁酸盐的方法，此处不再赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

向本申请的槽体内分别加入氢氧化钠溶液/或氢氧化钾溶液(浓度为18mol/l)，第一电解篮筐采用不锈钢制成，并且第一电解篮筐内电解物料为纯铁，第二电解篮筐采用石墨制成，第二电解篮筐中电解物料为碳钢，换向电源正极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的一个电连接，换向电源的负极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的另一个电连接，发生电解反应的电流密度为50a/m²，温度为50摄氏度，换向电源的换向周期为30min，在作为阳极的电解篮筐下方收集得到高铁酸钠，将得到的高铁酸钠投入到垃圾渗滤液中(初始cod为3000ppm)，投加温度为50摄氏度，基于1m³的垃圾渗滤液，高铁酸钠的投加量为5kg，反应1h后垃圾渗滤液cod值为300ppm。

实施例2

向本申请的槽体内分别加入氢氧化钾溶液(浓度为14mol/l)，第一电解篮筐采用钛制成制成，并且第一电解篮筐内电解物料为铁碳合金，第二电解篮筐采用铜制成，第二电解篮筐中电解物料为纯铁，换向电源正极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的一个电连接，换向电源的负极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的另一个电连接，发生电解反应的电流密度为500a/m²，温度为20摄氏度，换向电源的换向周期为120min，在作为阳极的电解篮筐下方收集得到高铁酸钾，将得到的高铁酸钾投入到垃圾渗滤液中(初始cod为4000ppm)，投加温度为25摄氏度，基于1m³的垃圾渗滤液，高铁酸钾的投加量为5.5kg，反应1.5h后垃圾渗滤液cod值为350ppm。

实施例3

向本申请的槽体内分别加入氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液(oh^-浓度为13mol/l)，第一电解篮筐采用石墨制成制成，并且第一电解篮筐内电解物料为纯铁，第二电解篮筐不锈钢采用石墨制成，第二电解篮筐中电解物料为纯铁，换向电源正极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的一个电连接，换向电源的负极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的另一个电连接，发生电解反应的电流密度为200a/m²，温度为30摄氏度，换向电源的换向周期为60min，在作为阳极的电解篮筐下方收集得到高铁酸钠和高铁酸钾，将得到的高铁酸钠和高铁酸钾投入到垃圾渗滤液中(初始cod为5000ppm)，投加温度为40摄氏度，基于1m³的垃圾渗滤液，高铁酸钠和高铁酸钾的总投加量为6.5kg，反应2h后垃圾渗滤液cod值为200ppm。

实施例4

向本申请的槽体内分别加入氢氧化钾溶液(浓度为15mol/l)，第一电解篮筐采用石墨制成，并且第一电解篮筐内电解物料为纯铁，第二电解篮筐采用石墨制成，第二电解篮筐中电解物料为纯铁，换向电源正极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的一个电连接，换向电源的负极周期性的与第一电解篮筐和第二电解篮筐中的另一个电连接，发生电解反应的电流密度为300a/m²，温度为35摄氏度，换向电源的换向周期为80min，在作为阳极的电解篮筐下方收集得到高铁酸钾，将得到的高铁酸钾投入到垃圾渗滤液中(初始cod为7000ppm)，投加温度为3.5摄氏度，基于1m³的垃圾渗滤液，高铁酸钠的投加量为7kg，反应3h后垃圾渗滤液cod值为280ppm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。