酸回收的扩散渗析技术及其发展现状_付丹

摘 要: 介绍了扩散渗析酸回收技术的应用领域、产生过程和工 作原理, 着 重列举了 当前国 内外对 扩散渗 析技术 的研
究和应用现状, 展望了该技术的发展前景。该技术几乎不耗能源, 是其他膜过程不可取代的, 在资源 日益紧张 的今天, 其应
用前景十分乐观。
关键词: 扩散渗析; 酸回收 ; 离子交换膜; 回收率; 截留率
膜法回收废酸采用的是渗析原理, 整个扩散渗
收稿日期: 2007 - 11- 02; 修订日期: 2007 - 12- 05 * 基金项目: 上 海 市 科 委 应 用 技 术 开 发 专 项 基 金 资 助 项 目 ( 06- 016 ) 作者简介: 付 丹 ( 1977 ), 女, 辽 宁盘锦 人, 工程 师, 工 学硕 士, 研究方向为污水处理及资源回收。
图 3 Exergy 工艺Байду номын сангаас司扩散渗析器
图 5 旭硝子株式会社扩散渗析设备
图 4 Sawy er and Sm ith公司扩 散渗析器
80% ~ 90% , 金属的截留率为 70% ~ 90% [ 5] 。美 国的 BM P ( Best M anufacturing P ractices) 公司研究 开发了两种用于废酸回收的扩散渗析装置。一种 是容量为 378. 5 L 的废盐酸溶液连续处理装置, 通 过使用该装置的酸回收率为 85% , 但是金属去除 率很低, 钙的去除率为 3% , 锌的去除率为 4% , 说 明该装置不适用于工厂; 同时他们又开发了一种批 量回收酸的小型设备, 该装置对酸的回收率、酸的 浓度和金属的去除率等指标均有良好的表现 [ 6 ] 。
许多科技工作者已经进行了有益的尝试, 将扩 散渗析运用于附加值比较高的领域, 如用于无机酸
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王 娜等 固定化微生物废水 处理技术及其发展
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己成为进一步降低处理成本、促进技术推广应用的 关键; ( 4 ) 开 发成 型 的固 定 化微 生 物 ( 细 胞 ) 传 感器。
第 21卷 第 1期 2 0 0 8年 2 月
污染防治技术 POLLUT ION CONTRO L TECHNOLOGY
V o.l 21, N o. 1 Feb., 2 0 0 8
酸回收的扩散渗析技术及其发展现状*
付 丹 1, 徐 静 2 ( 1. 上海轻工业研究所有限公司, 上海 200031; 2. 华东理工大学资源与环境工程学院, 上海 200050)
K ey word s: d iffus ion d ia lysis; acid recovery; ion ex change membrane; recovery; re jection
在工业生产和矿山开采、溶炼 ( 如钢铁工业、钛 白粉工业、湿法炼铜工业、钛材工业、电镀工业、稀土 工业、木材糖化工业、黄金开采及有色金属冶炼工业 等 )过程中, 常要使用到无机酸 (如硫酸、盐酸、硝酸、 氢氟酸等 )来清洗金属表面或溶解矿石, 于是就产生 了大量含有各种金属离子的废酸溶液, 如果不加以 处理将其排放, 不但浪费自然资源, 更为严重的是会 污染环境、土壤和水源。因此, 采取措施将它们进行 分离、提纯处理、回收利用, 一直是人们关注的热点。 到目前已有几种处理方法, 如采用投药中和、过滤中 和及酸碱废水相互中和的方法。此外, 对硫酸废液 处理还有氧化铁红法、冷却结晶法; 对盐酸废液处理 有喷烧热分解法、蒸发结晶法; 对硝酸 - 氢氟酸混合 液处理, 还有离子交换法、溶剂萃取法。但这些方法 都存在不能回收有用物质、增加废渣、价格太高等弊 端。实践证明, 膜法扩散渗析是最简单、最经济、也 是最有效的处理方法。
图 1 扩散渗析原理
2 扩散渗析酸回收技术的研究应用现状 扩散渗析技术的出现 已经有 50 多年 的历史
了, 但由于膜技术的限制, 使得该技术的广泛应用 受到了限制。近年来, 膜技术飞速发展, 各种各样 的膜层出不穷, 也推动了扩散渗析技术的发展。
在国内, 上海有机化学研究所、中国科学技术 大学、国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心等 单位, 正在致力于或已经研究出用于酸回收的离子 交换阴膜; 山东天维膜技术有限公司, 已经研制出 应用于酸回收的扩散渗析器, 并拥有具有自主知识 产权的均相膜生产工艺, 其产品质量已达国际先进
水平。该单位生产的扩散渗析器 ( 图 2) , 广泛用于 钛白废酸液、钢材制品废酸液、湿法冶金等废酸液 的回收, 产生了良好的经济效益和社会效益。
图 2 山东天维膜技术有限公 司扩散渗析器
在工业领域的实际应用中, 比较典型的是德兴 铜矿采用扩散渗析法处理电解贫液。应用 5 台 800 mm 1 600 mm 的扩散渗析器, 每台 400 张阴 离子 交换膜, 酸的回收 率约 75% , 铁的 去除率约 90% , 回收的稀酸反回, 用作反萃剂, 提高了铜的总 回收 率, 降 低 了 生 产 成 本, 2 年 时 间 可 以 收 回 投资 [ 2 ] 。
Abstrac t: T he application, production pro cess and operating princ ip le o f the techno logy of diffusion d ia lys is fo r acid recovery w ere rev iew ed. The status of its stud ies and app lications at hom e and abroad w as ana lyzed. The techn ica l dev elopment was v iewed. T he diffusion dia lysis for ac id recovery ha rdly needed energy, w hich w as irrep laceable fo r other m ethods. T he applica tion prospect w as very bright, especia lly under the situa tion o f energy shortage in nowaday s.
1 扩散渗析技术简介 扩散渗析是利用半透膜或选择透过性离子交
换膜, 使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓 度一侧迁移的过程。这种过程是以浓度差为动力, 所以也称为浓差渗析或自然渗析。它主要用于有 机和无机电解质的分离和纯化。在环境工程方面, 目前主要用于酸﹑碱废液的处理和回收。
19世纪 50年代初, 英国化学家 T. 格雷厄姆开 始系统地研究溶液的扩散作用﹐随后又研究了不 同溶质通过半透膜 ( 羊皮纸或棉胶等制成的薄膜 ) 的特性, 发现一些溶质的分子或离子能通过半透膜 的细孔、而较大的胶体粒子则不能通过的现象, 格 雷厄姆称此现象为渗析。根据这个原理制成的设 备称为渗析器, 常用于胶体溶液的浓缩以及核酸﹑ 蛋白质等高分子化合物的提纯。 20世纪 50年代, 出现了以离子交换膜作为隔膜的扩散渗析器 [ 1] 。
日本的扩散渗析技术已得到大规模推广。据 统计, 已有 50多家工厂采用扩散渗析, 从钢铁及有 色金属加工厂的金属材料表面处理的废酸洗液中 成功地回收了酸 [ 7, 8] 。日本的旭硝子株式会社, 对 于扩散渗析回收酸技术进行了较深的研究, 不但开 发出适合扩散渗析设备的离子交换膜, 同时也开发 出扩散渗析装置 ( 如图 5) , 并已推向市场。与此同
另外, 美国的 M ech- Chem 联合公司也推出了 扩散渗析装置, 用于酸的回收, 装置中安装了报警 系统, 以 防 止溶 液 溢 流 出 来。酸 的 回 收 率 达到
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时, A stom 公司也对扩散渗析设备 ( 如图 6) 作了较 深入的研究, 生产的 TSD - 2型实验用扩散透析装 置, 采用弹性橡胶隔板, 隔室内放置聚苯烯隔网以 改善溶液的流动状态, 从而提高酸的回收率 [ 9 ] 。
图 6 A stom 公 司扩散渗析装置
3 扩散渗析酸回收技术展望 扩散渗析目前的应用还不像超滤、反渗透等膜
过程那样普遍, 还有许多技术瓶颈需要突破: ( 1) 处理量的提高。由于受到膜面积的限制, 目前工业 应用的扩散渗析设备普遍处理量较小, 还不能满足 废酸产生量大的 工业需要; ( 2) 提高回收 酸的浓 度。因为受平衡浓度的限制, 回收酸的浓度不能高 于原料废酸的浓度, 如果考虑提高酸的浓度, 还需 要扩散渗析与其他技术的联用; ( 3) 研制选择性好 及酸的通量大的膜。以增加废液的处理量、减少膜 的面积和装置的有效尺寸, 降低设备成本; ( 4) 有 效处理回收后的残液。需要引入其他工艺手段来 解决残液回收或直接排放的问题。因此, 将来扩散 渗析的研究方向也要针对这几个问题进行 [ 10] 。
中图分类号: X 7
文献标识码 : A
D iffusion D ialysis for A cid R ecovery and Its Developm ent
FU D an1, XU Jing2 ( 1. Shanghai Institute of L ight Industry CO. , L td. Shanghai 200031, China; 2. S chool of R esources and Environm en tal Eng ineering, East of China University of Science and T echnology, Shanghai 200050, China )
在国外, 扩散渗析回收 酸的技术发 展较为迅 速, 其中具有代表性的国家是美国和日本。美国的 Exergy工艺公司开发了一种新的在线扩散渗析技 术 (如图 3), 并已推向工业应用。该工艺采用离子 交换膜处理废硫酸, 使其循环使用。系统利用流量 计和液位计控制, 并设计成全自动方式, 膜之间设 有定位格架, 以保持 叠片稳定。酸 的回收率可达 88% , 金属截留率达 95% , 大大减少了送至废水处 理系统的渗析液量, 从而降低了中和化学品的消耗 量, 能耗也大大减少 [ 3, 4] 。