分级串联式纯化含离子溶液的方法
【专利摘要】一种分级串联式纯化含离子溶液的方法，先采用装置准备步骤将储容槽和多个彼此串联的分离槽相连接而建构串联式纯化设备，接着采用纯化准备步骤将预定分离回收离子的溶液储容于储容槽中，并在分离槽中分别放置预定浓度的酸溶液，最后采用纯化反应步骤使储容槽的溶液流至分离槽并同步施加电能于分离槽的第一电极和第二电极产生电位差，让分离槽中的第一离子和第二离子分别往第一电极和第二电极处聚集，并分别经第一流道单元往下一个分离槽流动，以及经第二流道单元回流至储容槽，而结合电化学、离子延迟移动、流体动态平衡分离技术分别得到富含第一离子和第二离子的回收溶液。
【专利说明】分级串联式纯化含离子溶液的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分离溶液中不同离子的方法，特别涉及一种利用电位差分离回收水溶液中不同金属离子的纯化含离子溶液的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，废镀液、废弃电子装置等均含有丰富的稀有金属，如能在符合环保的前提下充分回收利用，估计每年至少将有30亿的产值，能为产业发展创造极大的经济效益。
[0003]目前的回收技术大致可分为二种，其一是硫酸-复盐沉淀工艺，主要是利用欲回收元素在硫酸中的溶解度不同，加入预定的沉淀剂达到沉淀分离后回收的目的；另一是氧化焙烧-盐酸溶解工艺(又称溶液萃取法)，主要是先进行氧化焙烧得到欲回收元素的氧化物，继而在严格控制酸分解条件下进行盐酸优溶，得到单一种欲回收元素氯化物的溶液后，再沉淀、灼烧，而分离得到欲回收元素。
[0004]上述的回收技术虽然能回收分离得到欲定稀有金属或元素化合物，但在整个回收过程中存在着化工原料消耗大、成本高、固液废弃物多而对环境产生二次污染的问题，另外，这两种工艺的回收率低，还没有达到最佳水平，有相当比例的元素没有被回收利用，殊为可惜。
[0005]另外，还有改变溶液中的元素价态，进而分离回收的特定离子的方法，例如电化学氧化、还原法等，但这些方法主要受限于电解所用的电解槽形态而无法用于连续工业生产。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的在于提供一种过程中使用的酸或碱溶液均可回收重复使用、不产生环境废弃物二次污染的分级串联式纯化含离子溶液的方法。
[0007]于是，本发明一种分级串联式纯化含离子溶液的方法，分离溶液中的第一离子和第二离子，包含一个装置准备步骤、一个纯化准备步骤、及一个纯化反应步骤。
[0008]所述的装置准备步骤是将一个储容槽、以及多个彼此串联的分离槽相连接而建构一个串联式纯化设备，其中，该储容槽具有一个连通所述分离槽中一个最邻近的分离槽的连通单兀，每一个分离槽具有一个第一电极、至少一个电位不同于该第一电极且与该第一电极相对远离的第二电极、一个邻近该第一电极并与另一个相邻的分离槽连通的第一流道单元，及至少一个邻近该第二电极且连通该储容槽的第二流道单元。
[0009]所述的纯化准备步骤将溶液储容于该储容槽中，并在该分离槽中分别放置预定浓度的酸溶液。
[0010]所述的纯化反应步骤使该储容槽的溶液自该连通单元流滴至该最邻近的分离槽，且同步施加电能于所述分离槽的第一电极和第二电极而使该第一电极和第二电极具有电位差，让所述分离槽中的第一离子和第二离子分别往第一电极和第二电极处聚集并分别经该第一流道单元往下一个分离槽流动，以及经该第二流道单元回流至该储容槽。
[0011]本发明分级串联式纯化含离子溶液的方法的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0012]较佳地，该纯化反应步骤施加成连续时脉变化的电压于该第一电极和第二电极，而施加振荡分离力于该第一离子和第二离子助其移动。
[0013]较佳地，该纯化反应步骤选择性地加热所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液。
[0014]较佳地，该纯化反应步骤选择性地扰动所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液使其具有预定的流场。
[0015]较佳地，该纯化反应步骤以机械扰动、外加磁场、气泡、超音波振荡中至少一种方式扰动所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液。
[0016]较佳地，该装置准备步骤中，该储容槽的连通单元包括一支连通管、及一个控制流通过该连通管中流体流量的可调阀门。
[0017]较佳地，该装置准备步骤中，该分离槽的第一流道单元包括一支第一流管、及一个控制流通过该第一流管中流体流量的第一阀门，该第二流道单元包括一支第二流管、及一个控制流通过该第二流管中流体流量的第二阀门。
[0018]较佳地，该纯化准备步骤中放置于所述分离槽中的酸溶液选自盐酸、硝酸、及硫酸中任一种。
[0019]本发明的功效在于:提供物理模式的分离纯化方法，通过串联储容槽与具有第一电极和第二电极的分离槽，结合电化学、离子延迟移动及流体动态平衡，而在除原始料液而不外加化学药品二次污染 环境的前提下，分离纯化溶液而得到富含欲回收离子的溶液。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是流程图，说明本发明分级串联式纯化含离子溶液的方法的一个较佳实施例；
[0021]图2是示意图，说明本发明分级串联式纯化含离子溶液的方法的较佳实施例的一个串联式纯化设备，及第一离子和第二离子聚集进而分离的状况；
[0022]图3是示意图，说明另一种形式的串联式纯化设备。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0024]在本发明被详细描述前，要注意的是在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表不。
[0025]参阅图1与图2，本发明一种分级串联式纯化含离子溶液的方法的较佳实施例包含一个装置准备步骤11、一个纯化准备步骤12，及一个纯化反应步骤13，分离溶液中的第一离子和第二离子而得到分别富含第一离子和第二离子的溶液；在图示中绘示第一离子为A离子、第二离子为B离子作说明。
[0026]首先进行该装置准备步骤11，将一个储容槽3，以及多个彼此串联的分离槽4相连接而建构一个串联式纯化设备2，其中，该储容槽3具有一个连通所述分离槽中一个最邻近的分离槽4的连通单兀31,每一个分离槽4具有一个第一电极41、至少一个电位不同于该第一电极41且与该第一电极41相对远离的第二电极42、一个邻近该第一电极41并与另一相邻的分离槽4连通的第一流道单元43，及至少一个邻近该第二电极42且连通该储容槽3的第二流道单元44，其中，该储容槽3的连通单元31包括一支连通管311、及一个控制流通过该连通管311中流体流量的可调阀门312，该第一流道单元43包括一支第一流管431、及一个控制流通过该第一流管431中流体流量的第一阀门432，该第二流道单元44包括一支第二流管441、及一个控制流通过该第二流管441中流体流量的第二阀门442 ;在本例与图示中，分别以两个分离槽4作说明，其中一个分离槽4具有两个第二电极42和两个第二流道单元44，另一个分离槽4 (即最末端的分离槽4)具有一个第二电极42和一个第二流道单元44。
[0027]接着进行该纯化准备步骤12，将溶液储容于该储容槽3中，并于该分离槽4分别放置预定浓度的酸液，较佳地，该酸液是硫酸，而盐酸、硝酸也适用。
[0028]最后进行该纯化反应步骤13，使该储容槽3的溶液自该连通单元31流滴至该最邻近的分离槽4，且同步施加电能于所述分离槽4的第一电极41和第二电极42而使该第一电极41和第二电极42具有电位差，而让所述分离槽4中的第一离子和第二离子分别往第一电极41和第二电极42处聚集再分别经该第一流道单元43往下一个分离槽4流动，以及经该第二流道单元44回流至该储容槽3，如此，不断地反复，即可于储容槽3中得到富含第一离子的溶液，并在最末的分离槽4或另外流滴得到富含第二离子的溶液。
[0029]另外要说明的是，在该纯化反应步骤13中可以施加呈连续时脉变化的电压于该第一电极41和第二电极42，进而产生振荡分离力于该第一离子和第二离子助其移动，也可以依据欲分离得到的离子的差异，而选择性地加热所述储容槽3和所述分离槽4中任一的溶液，和/或以机械扰动、外加磁场、气泡、超音波振荡中至少一种方式扰动所述储容槽3和所述分离槽4中任一的溶液使其具有预定的流场，以达到最佳分离纯化的效果，或是，设计第一电极41和第二电极42的形状改变电压分布，和/或利用重力影响设计可调阀门312、第一阀门432、第二阀门442、连通管311、第一流管431、第二流管441的形状等，进一步地提高纯化分离效果。
·[0030]参阅图3，还要特别说明的是，该装置准备步骤12还可以利用分流管5将储容槽3与多组分别串联有多个分离槽4的分离槽组合40相连接而建构出纯化效果更佳的串联式纯化设备2，由于这些串联形式众多，在此不再一一举例说明。
[0031]实际以本发明分离纯化IKg 二次锂电池得到其中钴离子和锂离子时，是在该装置准备步骤11中，将储容槽3，以及四个彼此串联的分离槽4相连接而建构串联式纯化设备2，并在该纯化准备步骤12中将二次锂电池的锂钴合金电极用2M的硫酸溶解后储容于该储容槽3中，并在该分离槽4中分别放置2M的硫酸溶液，最后在该纯化反应步骤13中，分别控制每一分离槽4的第一电极41温度是25°C~50°C，第二电极42的温度是45°C~95°C，且以2000Hz和占空比10%的脉冲参数施于每一第二电极42呈连续时脉变化的电压，其中，四个分离槽4的第二电极42的电位分别是-5疒-60V、-5疒-60V、-5疒-80V、-5疒-100V，以及以每分钟IL的流速使该储容槽3、分离槽4的溶液流滴，且同步施加5L/min空气气泡扰动该储容槽3、分离槽4的溶液，让所述分离槽4中的钴离子、锂离子分别往第一电极41和第二电极42处聚集并分别经该第一流道单元43往下一个分离槽4流动，以及经该第二流道单元44回流至该储容槽3，如此，反复数次后，即可于储容槽3中得到富含钴离子的溶液，并在最末的分离槽4中或另外流滴得到富含锂离子的溶液，进而得到99.9%的氧化锂(含锂量50克)、99.9%的氧化钴(含钴量400克)。[0032] 综上所述，本发明分级串联式纯化含离子溶液的方法主要是将储容槽和设置有不同电位的第一电极和第二电极的分离槽串联成分级串联式的串联式纯化设备，利用溶液中所含离子具有不同的电位，并结合流体流动的动态平恒，而在施加电能时让不同离子分别往预定电极处移动，进而达到分离纯化的目的；更进一步地，本发明还可通过酸碱度的控制、电解波形控制，例如直流、脉冲及负偏压等、温度控制、流速控制、重力影响，及分流阀体、电极、流路等的形状设计，提供更佳的分离系数，以达到最好的分离纯化效果；再者，本发明分级串联式纯化含离子溶液的方法除了原始料液之外，无须再外加化学药品进行例如水洗、反萃，也不使用有机溶剂进行极性分离，所以相较于现有的利用有机相及水相分离溶解、水洗及酸反萃的纯化方式，本发明确实解决了化工原料消耗大、成本高、固液废弃物多的诸多问题，降低对环境产生二次污染的情况，`所以确实达成本发明的目的。
【权利要求】
1.一种分级串联式纯化含离子溶液的方法，用于分离溶液中的第一离子和第二离子；其特征在于: 所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法包含: 一个装置准备步骤，将一个储容槽、以及多个彼此串联的分离槽相连接而建构一个串联式纯化设备，其中，该储容槽具有一个连通所述分离槽中一个最邻近的分离槽的连通单兀，每一个分离槽具有一个第一电极、至少一个电位不同于该第一电极且与该第一电极相对远离的第二电极、一个邻近该第一电极并与另一个相邻的分离槽连通的第一流道单元，及至少一个邻近该第二电极且连通该储容槽的第二流道单元； 一个纯化准备步骤，将溶液储容于该储容槽中，并在该分离槽中分别放置预定浓度的酸溶液；及 一个纯化反应步骤，使该储容槽的溶液自该连通单元流滴至该最邻近的分离槽，且同步施加电能于所述分离槽的第一电极和第二电极而使该第一电极和第二电极具有电位差，让所述分离槽中的第一离子和第二离子分别往第一电极和第二电极处聚集并分别经该第一流道单元往下一个分离槽流动，以及经该第二流道单元回流至该储容槽。
2.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该纯化反应步骤施加呈连续时脉变化的电压于该第一电极和第二电极，而施加振荡分离力于该第一离子和第二离子助其移动。
3.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该纯化反应步骤选择性地加热所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液。
4.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该纯化反应步骤选择性地 扰动所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液使其具有预定的流场。
5.根据权利要求4所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该纯化反应步骤以机械扰动、外加磁场、气泡、超音波振荡中至少一种方式扰动所述储容槽和所述分离槽中任一的溶液。
6.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该装置准备步骤中，该储容槽的连通单元包括一支连通管、及一个控制流通过该连通管中流体流量的可调阀门。
7.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该装置准备步骤中，该分离槽的第一流道单元包括一支第一流管、及一个控制流通过该第一流管中流体流量的第一阀门，该第二流道单元包括一支第二流管、及一个控制流通过该第二流管中流体流量的第二阀门。
8.根据权利要求1所述的分级串联式纯化含离子溶液的方法，其特征在于:该纯化准备步骤中放置于所述分离槽中的酸溶液选自盐酸、硝酸、及硫酸中任一种。
【文档编号】C02F1/58GK103848486SQ201210580112
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】许传仁, 吴椲葶, 叶俊麟, 唐乃光, 王俊杰 申请人:财团法人金属工业研究发展中心