一种用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置及方法与流程

本发明涉及一种连续离子交换装置，具体涉及一种用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置，本发明还涉及利用该装置用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换方法。
背景技术：
：在红土镍矿湿法的生产过程中，对红土镍矿浸提液中的镍进行纯化回收过程中，目前的生产方式都是对浸提液进行有机溶液的萃取和反萃取的操作，再通过硫化物的沉淀或者氢氧化物的沉淀，最后通过硫酸酸化得到硫酸镍。在整个生产过程中，由于化学品消耗量大，环境污染、生产流程长导致收率较低等因素，增加了生产成本和环境压力。本发明涉及的一种用于红土镍矿浸提液中回收镍离子的方法可以有效的对镍离子进行回收，操作简单，运行成本低，生产效率高，收率可以达到99％以上。技术实现要素：本发明为解决现有技术中的问题，提供一种简单的从红土镍矿浸提液中回收镍离子的方法，它具有收率高、纯度高、操作简单、生产成本低的优点。为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置，包括树脂、用于装载树脂的多个树脂柱、同树脂柱上端连通的进料总管及同树脂柱下端连通的出料总管，其特征在于：所述树脂柱分为五组，每组至少包含一个树脂柱，所述树脂柱之间通过串联管路依次串联连接，并形成顺序移动、循环运转回收镍离子吸附组、淋洗组、解吸组、反冲组、料顶水组。所述的回收镍离子吸附组包括有回收镍离子吸附组第一级树脂柱、回收镍离子吸附组第二级树脂柱和回收镍离子吸附组第三级树脂柱,它们通过串联管路连接，其中，回收镍离子吸附组第一级树脂柱上端安装有回收镍离子吸附组进料口，回收镍离子吸附组第三级树脂柱下端安装有回收镍离子吸附组出料口；所述的淋洗组包括有淋洗组第一级树脂柱和淋洗组第二级树脂柱,它们通过串联管路连接，其中，淋洗组第一级树脂柱上端安装有淋洗组进料口，淋洗组第二级树脂柱下端安装有淋洗组出料口；所述的解吸组包括有解吸组第一级树脂柱、解吸组第二级树脂柱和解吸组第三级树脂柱,它们通过串联管路连接，其中，解吸组第一级树脂柱上端安装有解吸组进料口，解吸组第三级树脂柱下端安装有解吸组出料口；所述的反冲组包括有反冲组树脂柱，其中，反冲组树脂柱下端安装有反冲组进料口，反冲组树脂柱上端安装有反冲组出料口；所述的料顶水组包括有料顶水组树脂柱，其中，料顶水组树脂柱下端安装有料顶水组进料口，料顶水组树脂柱上端安装有料顶水组出料口。所述的进料总管包括红土镍矿浸提液进料总管、淋洗进料总管、解吸进料总管、反冲进料总管和料顶水进料总管，所述出料总管包括红土镍矿浸提液出料总管、淋洗出料总管、解吸出料总管、反冲出料总管和料顶水出料总管，所述的每个树脂柱上分别设有同红土镍矿浸提液总管连通的进料支管和同所述红土镍矿浸提液出料总管连通的出料支管。所述的进料支管包括红土镍矿浸提液进料支管、淋洗进料支管、解吸进料支管、反冲进料支管和料顶水进料支管，分别同所述的红土镍矿浸提液进料总管、淋洗进料总管、解吸进料总管、反冲进料总管和料顶水进料总管一一对应连通；所述的出料支管包括红土镍矿浸提液出料支管、淋洗出料支管、解吸出料支管、反冲出料支管和料顶水出料支管，分别同所述的土镍矿浸提液出料总管、淋洗出料总管、解吸出料总管、反冲出料总管和料顶水出料总管一一对应连通。所述的每个进料支管、出料支管和串联管路上分别设有控制阀，用于周期性控制各树脂柱组间同步实现回收镍离子吸附、淋洗、解吸、反冲、料顶水过程。所述的树脂为具有大孔结构的回收镍离子吸附专用树脂。所述的红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置，其特征在于：所述的控制阀31为电磁阀或气动阀，通过plc程序控制，用于周期性控制所述的进料支管、出料支管和串联管路的启闭。一种红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：将多个树脂柱32依次串联连接，形成流向相同且可循环运转的五组树脂柱组，依次为回收镍离子吸附组、淋洗组、解吸组、反冲组和料顶水组；步骤二：将需要处理的红土镍矿浸提液通入回收镍离子吸附组中，将淋洗液通入至淋洗组，将解吸液通入至解吸组，将反冲液通入至反冲组，将回收完镍离子的红土镍矿浸提液通入到料顶水组，分别同时进行回收镍离子吸附、淋洗、解吸、反冲和料顶水五个工序；步骤三：当步骤二结束后，通过切换树脂柱上的控制阀31使吸附镍离子饱和的树脂柱进入淋洗工序，完成淋洗的树脂柱进入解吸工序，完成解吸的树脂柱进入反冲工序，完成反冲的树脂柱进入料顶水工序，完成料顶水的树脂进入回收镍离子吸附工序，每一树脂柱都顺序依次完成五个工序，如此周而复始地进行。所述回收镍离子吸附组的上部进液，所述淋洗液从淋洗组上部进液，所述解吸液从所述解吸组上部进液，所述反冲液从反冲组下部进液，所述料顶水组料液从所述料顶水组下部进液。所述回收镍离子吸附组中的及进料速率为0.1-30bv/h；优选0.5-15bv/h；更优选1-10bv/h。所述淋洗组中的淋洗液的处理速率为0.1-20bv/h；优选0.5-10bv/h；更优选1-5bv/h。所述解吸组中的解吸液处理速率为0.1-25bv/h；优选0.5-15bv/h；更优选1-3bv/h。所述控制阀周期切换的时间为5-960min；优选15-720min；更优选15-240min。所述的水淋洗液和反冲液选自淡水、自来水、脱盐水、超纯水或ro水中任意一种或一种以上。所述的再生剂选自：有机酸、无机酸、无机碱或有机碱中任意一种或一种以上；优选：甲酸、乙酸、蚁酸、草酸、盐酸、磷酸、硫酸、亚硫酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙、氧化钙、氧化锂、氧化钠、过氧化钠、氨水、氧化镁、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、二甲胺、三甲胺、三乙烯二胺、吡啶、n-甲基吗啉或正丁基锂中任意一种或一种以上。本发明采用连续离子交换系统，采用连续离子交换法从红土镍矿浸提液中回收镍离子，树脂在连续离子交换系统装置中位置不动，通过自动控制阀的切换，使不同区域树脂同时实现周期性回收镍离子吸附、淋洗、解吸、反冲、料顶水，自动控制阀为电磁阀或气动阀，采用plc程序控制。具体地，本发明的方法可以通过下述技术措施来实现：回收镍离子吸附组：n1柱运行，红土镍矿浸提液从树脂柱上部进入，下部流出；淋洗组：n2柱运行，淋洗液从树脂柱上部进入，下部流出。解吸组：n3柱运行，解吸液从树脂柱上部进入，下部流出。反冲组：n4柱运行，反冲液从树脂柱下部进入，上部流出。料顶水组：n5柱运行，回收完镍离子的红土镍矿浸提液部分流出液从树脂柱下部进入，上部流出。更具体地，系统中共n个树脂柱，在同一时间段内，n1个树脂柱回收镍离子吸附，n2个树脂柱淋洗，n3个树脂柱解吸，n4个树脂柱反冲，n5个树脂柱料顶水。每个树脂柱进行周期性的循环交替。其中，n＝n1+n2+n3+n4+n5，n1≥1，n2≥1，n3≥1，n4≥1，n5≥1。本发明中所述的回收镍离子吸附组包括以下步骤：n1个树脂柱串联运行，用于回收镍离子吸附。料液由第一个树脂柱上部进入，红土镍矿浸提液中的镍离子与树脂进行充分交换后，镍离子逐渐的被树脂吸附，流出液从第一个树脂柱下口流出，再从第二个树脂柱上口进入继续进一步的吸附，流出液从第二个树脂柱下口流出。依此过程进行，直至从第n1个树脂柱下口流出，流出液用吸附尾液罐进行收集。本发明中所述的淋洗组包括以下步骤：n2个树脂柱串联运行，淋洗液将残留在树脂柱中的料液洗回原料罐。淋洗液由第一个树脂柱上部进入，与树脂进行充分交换后，从第一个树脂柱下口流出，再从第二个树脂柱上口进入，从第二个树脂柱下口流出。依此过程进行，直至从第n2个树脂柱下口流出。本发明中所述的解吸组包括以下步骤：n3个树脂柱串联运行，解吸液将吸附在树脂上的镍离子解析下来，恢复树脂的吸附性能。解吸液由第一个树脂柱上部进入，从第一个树脂柱下口流出，再从第二个树脂柱上口进入，从第二个树脂柱下口流出。依此过程进行，直至从第n3个树脂柱下口流出，流出液进入下一工序。本发明中所述的反冲组包括以下步骤：n4个树脂柱串联运行，反冲液将残存在树脂中的杂质冲出并且疏松树脂。由第一个树脂柱下部进入，从第一个树脂柱上口流出，再从第二个树脂柱下口进入，从第二个树脂柱上口流出。依此过程进行，直至从第n4个树脂柱上口流出，流出液排出系统。本发明中所述的料顶水组包括以下步骤：n5个树脂柱串联运行，回收镍离子吸附组流出的吸附尾液将残存在树脂柱中大量的水顶出，降低料顶水组树脂进入回收镍离子吸附组后的浓度差。由第一个树脂柱下部进入，从第一个树脂柱上口流出，再从第二个树脂柱下口进入，从第二个树脂柱上口流出。依此过程进行，直至从第n5个树脂柱上口流出，流出液排出系统。以上回收镍离子吸附组、淋洗组、解吸组、反冲组、料顶水组过程同步开展，并且周期性地进行阀门的切换。每个树脂柱经过一周期的循环，完成以上所有步骤。(在此一周期的循环定义为：针对一个树脂柱而言，全部进行完回收镍离子吸附组、淋洗组、解吸组、反冲组、料顶水组的整个过程。举例说明：系统中目前有10个树脂柱，回收镍离子吸附组3个，淋洗组2个，解吸组3个，反冲组1个，料顶水组1个。一个周期即指回收镍离子吸附组中的一个树脂柱分别进行完回收镍离子吸附组的3个阶段，淋洗组2个阶段，解吸组的3个阶段，反冲组的1个阶段，料顶水组的1个阶段。)本发明的方法采用连续离子交换装置用于红土镍矿浸提液中镍离子的回收，提高了树脂的使用效率和利用率，使树脂的工作吸附容量接近于树脂的理论吸附容量，对料液中镍离子的回收率在99％以上。同时本发明通过串联运行模式，节省了淋洗液和解吸液的消耗，降低了生产成本，为目前红土镍矿硫酸镍生产企业中红土镍矿浸提液中镍的回收提供一种可靠的工业化运行装置及方法。附图说明图1为本发明的连续离子交换法的工艺流程图。图2为本发明的连续离子交换法装置示意图；图中：1.淋洗组进料口；2.淋洗组出料口；3.回收镍离子吸附组进料口；4.回收镍离子吸附组出料口；5.料顶水组进料口；6.料顶水组出料口；7.反冲组进料口；8.反冲组出料口；9.解吸组进料口；10.解吸组出料口；11.淋洗组第一级树脂柱；12.淋洗组第二级树脂柱；13.回收镍离子吸附组第一级树脂柱；14.回收镍离子吸附组第二级树脂柱；15.回收镍离子吸附组第三级树脂柱；16.料顶水组树脂柱；17.反冲组树脂柱；18.解吸组第一级树脂柱；19.解吸组第二级树脂柱；20.解吸组第三级树脂柱；21.解吸进料支管；22.淋洗进料支管；23.红土镍矿浸提液进料支管；24.料顶水进料支管；25.反冲进料支管；26.解吸出料支管；27.淋洗出料支管；28.红土镍矿浸提液出料支管；29.料顶水出料支管；30.反冲出料支管；31.控制阀；32.树脂柱；33.解吸进料总管；34.淋洗进料总管；35.红土镍矿浸提液进料总管；36.料顶水进料总管；37.反冲进料总管；38.解吸出料总管；39.淋洗出料总管；40.红土镍矿浸提液出料总管；41.料顶水出料总管；42.反冲出料总管；43.串联管路。具体实施方式本发明以下结合实施例作进一步描述，但并不限制本发明。本发明提供一种用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置及方法。将回收镍离子吸附专用树脂和连续离子交换装置结合起来，既解决了红土镍矿硫酸镍生产企业中镍离子的回收的问题，又可以通过连续离子交换装置提高树脂的利用效率和利用率，降低物料消耗和产品的生产成本。为实现上述发明目的，红土镍矿浸提液中回收镍离子的连续离子交换方法通过以下工艺流程实现(如图1所示)：整个工艺过程分为五个部分：回收镍离子吸附组，淋洗组，解吸组，反冲组，料顶水组，五部分在同一时间段内同时运行。经阀门切换后，每个组中补充进一个新的树脂柱，移出一个已经用过的树脂柱。树脂柱在系统内依次切换完成不同的工艺过程。以三级回收镍离子吸附工艺为例，料液从回收镍离子吸附组第一级树脂柱13上口的回收镍离子吸附组进料口3进料，下口出料；再串联至回收镍离子吸附组第二级树脂柱14上口进料，下口出料；再串联至回收镍离子吸附组第三级树脂柱15上口进料，最后回收镍离子吸附组出料口4出料后即为不含有镍离子的尾液收集即可。该过程主要通过回收镍离子吸附专用树脂对溶液中的镍离子进行回收吸附的。以二级淋洗工艺为例，淋洗液从淋洗组第一级树脂柱11上口的淋洗组进料口1进料，下口出料；再串联至淋洗组第二级树脂柱12上口进料，最后从下口的淋洗组出料口2出料后返回到原料液罐中。该过程主要用淋洗液置换回收残存在树脂柱中未被回收镍离子的红土镍矿浸提液。以三级解吸工艺为例，解吸液从解吸组第一级树脂柱18上口的解吸组进料口9进料，下口出料；再串联至解吸组第二级树脂柱19上口进料，再串联至解析组第三级树脂柱20上口进料，最后从下口的解吸组出料口10出料后进入下一工序。该过程主要用解吸液置换吸附在树脂上的镍离子，使树脂的分离性能得到恢复，可重新用于镍离子的回收吸附。以单级反冲为例，反冲液从反冲组树脂柱17下口的反冲组进料口7进料，从上口的反冲组出料口8排出。该过程用于排出残存在树脂柱中的杂质以及疏松树脂柱，防止树脂的结块。料顶水液(即合格产品)从料顶水组16下口的料顶水组进料口5进料，从上口的料顶水组出料口6排出。该过程用于用合格产品置换残存在树脂柱中的水，避免树脂柱经切换后进入回收镍离子吸附组后树脂柱内料液密度差过高而影响镍离子吸附效果。为实现上述发明目的，一种用于从红土镍矿浸提液中回收金属镍的连续离子交换装置，包括树脂、用于装载树脂的多组树脂柱32、同树脂柱上端连通的进料总管解吸进料总管33、淋洗进料总管34、红土镍矿浸提液进料总管35、料顶水进料总管36、反冲进料总管37及同树脂柱下端连通的出料总管解吸出料总管38、淋洗出料总管39、红土镍矿浸提液出料总管40、料顶水出料总管41、反冲出料总管42，全部树脂柱分为五组，每组至少包含一个树脂柱，树脂柱之间通过串联管路43依次串联连接，并形成顺序移动、循环运转的回收镍离子吸附组、淋洗组、反冲组、解吸组、料顶水组。进料总管包括红土镍矿浸提液进料总管35、淋洗进料总管34、解吸进料总管33、反冲进料总管37和料顶水进料总管36，出料总管包括红红土镍矿浸提液出料总管40、淋洗出料总管39、解吸出料总管38、反冲出料总管37和料顶水出料总管41，每个树脂柱上分别设有同进料总管连通的进料支管和同出料总管连通的出料支管。进料支管包括红土镍矿浸提液进料支管23、淋洗进料支管22、解吸进料支管24、反冲进料支管25和料顶水进料支管24。每个树脂柱上的进料支管分别同对应的红土镍矿浸提液进料总管35、淋洗进料总管34、解吸进料总管33、反冲进料总管37和料顶水进料总管36一一对应连通；出料支管包括红土镍矿浸提液出料支管28、淋洗出料支管27、解吸出料支管26、反冲出料支管30和料顶水出料支管29。每个树脂柱上的出料支管分别同对应的红土镍矿浸提液出料总管40、淋洗出料总管39、解吸出料总管38、反冲出料总管42和料顶水出料总管41一一对应连通；每个进料支管、出料支管和串联管路上分别设有控制阀31，用于周期性控制各树脂柱组在多个树脂柱间同步实现吸附、淋洗、解吸、反冲、料顶水过程，控制阀31为电磁阀或气动阀，采用plc程序控制。回收镍离子吸附组的树脂柱数量为至少1个；淋洗组的树脂柱数量为至少1个；解吸组的树脂柱数量为至少1个；反冲组的树脂柱数量为至少1个；料顶水组的树脂柱数量为至少1个；树脂可采用蓝晓科技的回收镍离子吸附专用树脂。实施例1如表1所示，本发明可实现镍离子回收的连续离子交换提取工艺，采用连续离子交换设备从含镍离子的红土镍矿浸提液中回收镍离子，采用了串联连续式的操作模式。(数字代表不同树脂柱)表1：树脂柱不同区域功能步进运行表本实施例所述的方法包括如下步骤：树脂柱的树脂采用回收镍离子吸附专用树脂(西安蓝晓科技新材料股份有限公司)，料液中的镍离子含量5300ppm。如表1所示，各树脂柱处于以下不同树脂柱组中，以步进序号(一)为例：18#、19#、20#柱：解吸组11#、12#柱：淋洗组13#、14#、15#柱：回收镍离子吸附组16#柱：料顶水组17#柱：反冲组13#、14#、15#柱：回收镍离子吸附组13#、14#、15#柱为正流串联运行，红土镍矿浸提液从进料总管进入13#柱上口的红土镍矿浸提液进料支管中，经串联管路依次通过14#柱和15#柱，最后由15#柱下口的红土镍矿浸提液支管进入红土镍矿浸提液出料总管中，最终进入吸附尾液罐中。整个吸附过程，料液经过三级树脂吸分离后，镍离子的浓度在逐渐降低，直至13#柱下口镍离子的浓度与进口镍离子浓度一致后，即认为树脂达到饱和，经过阀门切换4#柱进入到淋洗组。进料速率：5bv/h，进料总量10bv，出口镍离子含量为0.5ppm，镍离子的回收率为99.99％，停留时间120min。11#、12#柱:淋洗组。去离子水从淋洗进料总管进入同11#柱上口连通的淋洗进料支管中，与12#串联，经12#下口的淋洗出料支管进入淋洗总管，然后返回至原料罐，最大程度的将残存在树脂中的原料去除。去离子水速率：1bv/h，进料总量2bv，停留时间120min，淋洗液出口镍离子含量1ppm。该过程结束后，淋洗树脂柱组结束后树脂处于等待状态。18#、19#、20#柱：解吸组。经过淋洗之后的树脂上主要吸附了大量的镍离子。15％硫酸溶液由解吸进料总管进入同18#柱上口连通的解吸进料支管，经18#柱后经串联管路进入19#柱上口经19#柱后经串联管线进入20#柱下口排出。硫酸溶液速率为0.75bv/h,总量1.5bv，停留时间：60min。17#柱：反冲组。去离子水经过反冲液总管路经支路后从下部进入到17#树脂柱排出。淋洗液的速率：10bv/h，总量5bv，停留时间30min。16#柱：料顶水组。从吸附区流出的红土镍矿浸提液吸附后液经料顶水总管路经支管后从下部进入到16#树脂柱排出。树脂柱中残存的水被顶出可以作为淋洗剂再进行使用。淋洗液的速率：0.45bv/h，总量0.9bv，停留时间120min。当第一周期完成后，各个树脂柱组中的树脂柱通过plc程序控制各控制阀，从而使各个树脂柱组按顺序平移，完成下一个周期。实施例2-11同实施例1不同之处为：进行回收镍离子吸附组的不同速率，淋洗组不同流速下的对比实验：树脂为西安蓝晓科技回收镍离子吸附专用树脂。(淋洗流速：2bv/h，运行流速为2bv/h)通过数据来看流速越高，吸附效率越低；需要结合实际生产效率，来确定合适的流速。实施例12-15同实施例1不同之处为：进行解吸组不同速率条件下的对比实验：树脂柱的树脂采用西安蓝晓回收镍离子吸附专用树脂名称解吸组解吸液速率(bv/h)镍解吸率(％)实施例12199.8％实施例13299.5％实施例14599.1％实施例15899.2％实施例161099.2％实施例171597.3％实施例182093.1％(解吸速率：2bv/h，解吸液使用15％硫酸溶液)从数据来看解析流速越高，解析率越低，需要结合实际生产效率，来确定合适的流速。实施例19-23同实施例1不同之处为：相同流速(2bv/h)下不同解吸剂解吸效率考察：树脂柱的西安蓝晓科技回收镍离子吸附专用树脂名称解吸剂镍解吸率(％)实施例196％盐酸98.0实施例2010％硫酸98.8实施例2115％硫酸99.4实施例228％硝酸99.2实施例2310％磷酸98.1从数据来看，10％-15％的硫酸作为解析剂，解析效果最好。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。当前第1页12