专利名称：通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法
技术领域：
本发明属于重金属分离技术领域，具体涉及一种通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法。
背景技术：
随着世界经济的飞速发展以及人口数量的不断增加，资源相对不足和环境承载力弱已经成为世界发展的重要瓶颈。建设资源节约型和环境友好型社会，推进生态文明建设，已成为当今世界各国关注的主题。目前，对于含有重金属离子的各种工业废水、生活污水和核工业废水，普遍采用化学沉淀法、氧化还原法或离子交换法等方法对其进行处理，从而降低水资源中重金属含量，减少重金属污染的危害。 但是，目前采用的各类重金属废水的处理方法，存在废水中重金属离子的去除效率低和成本高的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，具有对镍离子的选择性吸附强的优点。本发明采用的技术方案如下本发明提供一种通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，包括以下步骤SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为I. 0-5. 5，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在25_40°C下进行分离富集提纯，具体包括将PH为I. 0-5. 5的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为O. 5-6. O后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；S5，将质量分数为5-30%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。优选的，所述重金属吸附材料通过以下方法配制预处理在超声场下，用10_20mol/L的盐酸溶液浸泡原料硅胶20-30小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为3-5 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，150-200°C下真空干燥5-8小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为3-5 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为5-7 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3-4 : I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应30-50小时；降至20-30°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。 优选的，所述超声场的功率为200-300瓦；硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以5_7°C /min的速度降温冷冻至-70—50°C，维持-70—50°C的时间为10-13小时；第二阶段，以15_20°C /min的速度升温至_20—15°C，维持_20—15°C的时间为
2-3小时；第三阶段，快速放至温度为170-180°C的真空干燥箱中，干燥时间10_13小时即得到所述重金属吸附材料。优选的，所述硅烷化试剂为3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷或3- 二乙三胺基丙基
二甲氧基娃烧。优选的，所述重金属吸附材料的孔径为13. 21-15. 34nm，所述重金属吸附材料的孔容积为I. 2-1. 5立方厘米/克。优选的，所述原料硅胶粒度为100-200目硅胶。优选的，S4具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为I. 0-5. 5的酸浸液以10_15ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以12_14ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的液体调pH为O. 5-6. O后以15-17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。优选的，S4具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为3. 5-4. O的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以13ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的液体调pH为3. 0-3. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。以下对本发明进行进一步介绍本发明创新性的制备得到一种重金属吸附材料，经实验证明，该重金属吸附材料对镍离子和亚铁离子均具有吸附性，并且，对镍离子的吸附活性远高于对亚铁离子的吸附活性，针对这一特点，为实现对镍离子和亚铁离子的分离，发明人对使用吸附柱过柱的工艺进行了多次试验，意外发现，通过对过柱的温度和流速的精确控制，可以实现较好的镍离子和亚铁离子的分离，并且，还能够有效的避免亚铁离子在分离过程中被氧化为三价铁，因此，本发明提供的通过重金属吸附材料实现镍离子和亚铁离子分离的方法，可以应用于液体中微量或痕量镍离子和亚铁离子的分离和回收。
具体实施例方式以下对本发明提供的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法进行详细介绍重金属吸附材料制备方法实施例I预处理在300瓦超声场下，用10mol/L的盐酸溶液浸泡100目原料硅胶20小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为3 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，150°C下真空干燥8小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为5 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为5 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为4 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应50小时；降至20°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以7V /min的速度降温冷冻至_70°C，维持_70°C的时间为13小时；第二阶段，以15°C /min的速度升温至_15°C，维持_15°C的时间为2小时；第三阶段，快速放至温度为180°C的真空干燥箱中，干燥时间10小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为13. 21nm、孔容积为I. 2立方厘米/克的重金属吸附材料。重金属吸附材料制备方法实施例2预处理在200瓦超声场下，用_20mol/L的盐酸溶液浸泡200目原料硅胶30小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为5 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，200°C下真空干燥5小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为3 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为7 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应30小时；降至30°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以5°C /min的速度降温冷冻至_50°C，维持_50°C的时间为10小时；第二阶段，以20°C /min的速度升温至_20°C，维持_20°C的时间为3小时；第三阶段，快速放至温度为170°C的真空干燥箱中，干燥时间13小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为15. 34nm、孔容积为I. 5立方厘米/克的重金属吸附材料。 重金属吸附材料制备方法实施例3预处理在250瓦超声场下，用15mol/L的盐酸溶液浸泡150目原料娃胶25小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为4 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，160°C下真空干燥5小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为4 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为7 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应30小时；降至20°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以7V /min的速度降温冷冻至_60°C，维持_60°C的时间为11小时；第二阶段，以17°C /min的速度升温至_17°C，维持_17°C的时间为2. 5小时；第三阶段，快速放至温度为175°C的真空干燥箱中，干燥时间11小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为14. 56nm、孔容积为I. 3立方厘米/克的重金属吸附材料。重金属吸附材料制备方法实施例4预处理在270瓦超声场下，用19mol/L的盐酸溶液浸泡150目原料硅胶22小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为3. 5 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，160°C下真空干燥7小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为4. 5 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为6 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3. 4 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应35小时；降至25°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以5.6°C /min的速度降温冷冻至_65°C，维持_65°C的时间为12小时；第二阶段，以17°C /min的速度升温至_16°C，维持_16°C的时间为2. 7小时；第三阶段，快速放至温度为173°C的真空干燥箱中，干燥时间12小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为13. 25nm、孔容积为I. 4立方厘米/克的重金属吸附材料。重金属吸附材料制备方法实施例5预处理在270瓦超声场下，用12mol/L的盐酸溶液浸泡120目原料硅胶14小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为4. I I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性， 140°C下真空干燥6小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为4. 6 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为6. I : I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3. 7 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应47小时；降至26°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以6°C /min的速度降温冷冻至_55°C，维持_55°C的时间为11小时；第二阶段，以16°C /min的速度升温至_17°C，维持_17°C的时间为2. 7小时；第三阶段，快速放至温度为172°C的真空干燥箱中，干燥时间12小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为13. 79nm、孔容积为I. 4立方厘米/克的重金属吸附材料。重金属吸附材料制备方法实施例6预处理在230瓦超声场下，用14mol/L的盐酸溶液浸泡180目原料硅胶20_30小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为4 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，180°C下真空干燥6小时，得到活化硅胶；硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为3 I ;向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为7 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3 I ；将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应48小时；降至27°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以5.8°C /min的速度降温冷冻至_60°C，维持_60°C的时间为12小时；第二阶段，以18°C /min的速度升温至_19°C，维持_19°C的时间为2. 7小时；
第三阶段，快速放至温度为176°C的真空干燥箱中，干燥时间12小时即得到所述重金属吸附材料。制得孔径为15. 12nm、孔容积为I. 4立方厘米/克的重金属吸附材料。镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例I本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例I制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为3. 7，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；
S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在25°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为3. 7的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为3. 5后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为3. 7的酸浸液以15ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以12ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为3. 5后以17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为22%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 998%,亚铁质量分数为O. 002%。镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例2本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例5制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为5. 5，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在40°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为5. 5的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为I. 2后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为5. 5的酸浸液以13ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以13ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；
经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为I. 2后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为15%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 999%,亚铁质量分数为O. 001%。镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例3本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例4制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为2. 0，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在35°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为2. O的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调pH为6. O后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为2. O的酸浸液以llml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以12ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；
经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为6. O后以15ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为29%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 999%,亚铁质量分数为O. 001%。 镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例4本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例6制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为I. 2，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在28°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为I. 2的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为O. 5后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为I. 2的酸浸液以llml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以13ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为O. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为24%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 998%,亚铁质量分数为O. 002%。镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例5本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例2制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的 各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为4. 7，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在38°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为4. 7的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为5. 2后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为4. 7的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以14ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为5. 2后以17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为13%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 999%,亚铁质量分数为O. 001%。镍和亚铁分离、富集、提纯的方法实验例6本实验例采用重金属吸附材料制备方法实施例3制备得到的重金属吸附材料。SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为5. 2，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在38°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为5. 2的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为4. 3后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子；其中，具体包括以下三个阶段第一阶段将pH为5. 2的酸浸液以10ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和；第二阶段将酸浸液以14ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代；
经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的亚铁溶液调pH为4. 3后以15ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。S5，将质量分数为5%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液浓缩后通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过纯水冲洗处理后恢复吸附性能；将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。制备得到的镍粉中镍质量分数为99. 998%,亚铁质量分数为O. 002%。试验例I本试验例用于测试重金属吸附材料对镍和亚铁的吸附性能，具体包括pH对吸附量的影响和温度对吸附量的影响。实验方法配制浓度为O. 02mol/L的镍离子溶液，利用酸度计调节镍离子溶液的pH ;将调好pH的溶液50ml置于装有Ig重金属吸附材料的广口瓶内，将广口瓶放在25°C的恒温水浴中36小时，取出过滤，测定滤液中镍离子的浓度。根据公式(一)计算吸附量；Q= (Ctl-C) *V/m其中，Q为吸附量(mmol/g) Ktl为吸附前镍离子浓度(mol/L) ;C为吸附后镍离子浓度(mol/L) ;V为溶液的体积(ml) ;m为重金属吸附材料的质量(g)。对亚铁的实验方法与上述对镍的实验方法相同。(I) pH对吸附量的影响实验改变上述实验方法的pH，分别对镍离子和对亚铁离子进行吸附实验，实验结果见表I。表I
镇吸附量(minol/g)亚铁吸附量(nunol/g)
pH = I. O0 230ΤΤ权利要求
1.一种通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，包括以下步骤 SI，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成； S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为I. 0-5. 5，得到酸浸液； S3，将所述酸浸液注入SI操作后的所述连续吸附交换设备； S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液在25-40°C下进行分离富集提纯，具体包括将pH为I. 0-5. 5的所述酸浸液泵入所述连续吸附交换设备的进液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的镍离子；从所述第一吸附柱出液口流出的液体调PH为O. 5-6. O后泵入所述第二吸附柱的进液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亚铁离子； S5，将质量分数为5-30%的硫酸分别冲洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含镍离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料；所述第二吸附柱内的所述重金属吸附材料进行解吸操作，经解吸操作后得到含亚铁离子解吸液和被解吸的所述重金属吸附材料； S6，将S5得到的所述含镍离子解吸液通过直接电积设备进行电积操作，得到镍金属板或镍金属粉；同时，第一吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能； 将S5得到的所述含亚铁离子解吸液浓缩后制成铁盐；同时，第二吸附柱内的被解吸的所述重金属吸附材料经过冲洗处理后恢复吸附性能。
2.根据权利要求I所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，所述重金属吸附材料通过以下方法配制 预处理在超声场下，用10-20mol/L的盐酸溶液浸泡原料硅胶20-30小时，其中，原料硅胶与盐酸溶液的质量比为3-5 I ;然后过滤，滤去酸液，滤饼洗涤至中性，150-200°C下真空干燥5-8小时，得到活化硅胶； 硅胶键合反应向反应容器中加入无水甲苯溶液以及硅烷化试剂，搅拌使硅烷化试剂溶解在无水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化试剂与甲苯溶液的质量比为3-5 I ；向活化硅胶中加入无水DMF，搅拌使混合均匀，得到第二溶液，其中，活化硅胶与DMF的质量比为5-7 I ;硅烷化试剂与活化硅胶质量比为3-4 : I ； 将第一溶液流加到回流状态的第二溶液中，流加完毕后，继续回流反应30-50小时；降至20-30°C后过滤反应液，滤饼依次用甲醇和甲苯洗涤，然后真空干燥，得到所述重金属吸附材料。
3.根据权利要求2所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，所述超声场的功率为200-300瓦； 硅胶键合反应中的所述真空干燥具体包括以下三个阶段 第一阶段将用甲醇和甲苯洗涤后的滤饼放入冷冻干燥箱中，以5-7°C /min的速度降温冷冻至-70—50°C，维持-70—50°C的时间为10-13小时； 第二阶段，以15-20°C /min的速度升温至_20—15°C，维持_20—15°C的时间为2-3小时； 第三阶段，快速放至温度为170-180°C的真空干燥箱中，干燥时间10-13小时即得到所述重金属吸附材料。
4.根据权利要求2所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，所述硅烷化试剂为3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷或3- 二乙三胺基丙基三甲氧基娃烧。
5.根据权利要求2所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，所述重金属吸附材料的孔径为13. 21-15. 34nm，所述重金属吸附材料的孔容积为I. 2-1. 5立方厘米/克。
6.根据权利要求2所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，所述原料硅胶粒度为100-200目硅胶。
7.根据权利要求I所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，S4具体包括以下三个阶段 第一阶段将PH为I. 0-5. 5的酸浸液以10-15ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和； 第二阶段将酸浸液以12-14ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代； 经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的液体调PH为O. 5-6. O后以15-17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。
8.根据权利要求7所述的通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，其特征在于，S4具体包括以下三个阶段 第一阶段将PH为3. 5-4. O的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，由第一吸附柱同时吸附镍离子和亚铁离子，直到第一吸附柱对镍离子吸附饱和； 第二阶段将酸浸液以13ml/min的速率泵入所述连续吸附交换设备的进液口，第一吸附柱不断吸附镍离子，并且，新吸附的镍离子取代原吸附的亚铁离子，直到第一吸附柱吸附的亚铁离子完全被镍离子取代； 经第二阶段处理后，由第一吸附柱出液口流出的液体调PH为3. 0-3. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亚铁离子。
全文摘要
本发明提供一种通过重金属吸附材料实现镍和亚铁分离、富集、提纯的方法，包括以下步骤S1，向连续吸附交换设备的各个吸附柱中分别填充重金属吸附材料；其中，所述连续吸附交换设备由第一吸附柱与第二吸附柱串联组成；S2，调整含有镍离子和亚铁离子的待处理液的pH为1.0-5.5，得到酸浸液；S3，将所述酸浸液注入S1操作后的所述连续吸附交换设备；S4，所述连续吸附交换设备对所述酸浸液进行分离富集提纯。经实验证明，通过对处理液的温度和流速的精确控制，可以实现较好的镍离子和亚铁离子的分离，因此，本发明提供的通过重金属吸附材料和连续吸附交换设备实现镍离子和亚铁离子分离、富集、提纯的方法，可以应用于液体中微量或痕量镍离子和亚铁离子的分离和回收。
文档编号C22B7/00GK102872807SQ20121034461
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者邱建宁, 徐纯理 申请人:工信华鑫科技有限公司