周龙彪,分离技术.doc

液体膜分离技术在冶金中的应用现状摘要：通过大量典型案例，从提升传统冶金工艺的技术水平等五个方面介绍了膜分离技术在冶金工业中实现节能、减排、降耗方面的重要作用指出提高对膜技术的重要性的认识及开发更多能满足冶金工业需要的特种功能膜是在冶金领域深入推广膜技术的关键关键词：膜；冶金；应用；节能近几年随着固体功能膜种类的增多、质量的提高及在许多行业的成功应用，促使许多冶金企业及膜公司对在冶金工业中应用膜分离技术处理各种溶液引起了重视，在国内外出现了许多令人振奋的应用案例及研究成果冶金工业中涉及的中高压锅炉水处理、生活小区生活污水处理回用等方面的需求与其它行业相比，在工艺技术上一般并无什么特殊之处，因此本文不准备在这些方面花费笔墨，仅对应用膜技术解决具有行业特色问题方面做一个大致的概括1 用膜技术提升传统冶金工艺的技术11 湿法炼铜领域湿法炼铜已成为铜冶炼工业的一个重要分支，世界铜产量的2O 30 目前使用湿法工艺生产尽管以浸出一萃取一电积工艺组成的现代湿法炼铜工艺是一个很先进的工艺，但用膜技术可将其技术水平提升至一个新的高度111 处理贫电解液湿法炼铜工艺中，尽管萃取作业有很高的铜铁选择性，但随反萃液电积循环次数增加，电解贫液中的铁含量也会积累，为此仍必须定期抽出部分电解液进行除铁，以维持电解液中铁含量在一个允许的水平之内但这样势必会损失其中的铜以及在电解液中添加的钴，为此北美铜矿采用纳滤(NF)膜处理贫电解液利用三价铁离子的截留率大于二价铜、钴离子的特性使铁截留如果每分钟排出的贫电解液以2385 L，截留液中铁含量每天为2483 kg，截留液的量为每分钟6O1 L，铜、钴离子截留率低，部分透过膜回收，从而使铜、钴的回收率分别提高51和42 95，详见表1表1 各组分通过纳滤膜的截留率Table 1 The rejection of elements by nano-filtration membrane*截留率一(1-p)F100112 控制水量平衡及浓缩铜北美铜矿山，由于雨水及雪的稀释作用及蒸发量小，萃余液返回浸出造成水量过剩，故不得不排出部分萃余液用石灰法从pH 2中和至pH 7，因而造成了金属铜的损失为此采用NF工艺处理浸出液，如果截留液与透过液的体积各占50 ，且透过液体积与原流程排出的萃余液相等，但由于透过液的铜含量很低，再用石灰中和时，石灰用量大为减少，铜的损失也大大降低新老工艺流程对比示于图1，操作成本对比列入表2表2 原工艺与采用纳滤膜技术的操作成本比较以上在北美铜矿山应用的NF技术均采用美国Harrison Western公司开发的特种NF膜，目前该公司已将该技术应用于我国福建紫金矿业，处理酸性含铜300 mgL的废水，浓缩的铜液返回电解工段，每回收1 t铜，大约可同时回收4 000 m。水返回流程，不但降低了石灰用量，且每年可回收600700 t铜，110万m3水12 反渗透技术浓缩含锂溶液我国青海盐湖水为重要的锂资源，研究从盐湖水中提锂的合理工艺一直是比较难的一个课题，如果应用膜技术与其它工艺相配合，有可能使从盐湖水中提锂工艺更简单合理例如应用无机离子交换剂可选择性从盐湖水中吸附锂，但由于交换剂容量低，锂的原子量又小，故得到的LiC1溶液浓度很低，含锂仅为05 gL此时配合应用反渗透浓缩，一段RO操作压力35 kg，使锂的浓度达2 gL，再经二段Ro在75 下浓缩，锂的浓度达46 gL，从而大大简化了结晶碳酸锂的工艺纳滤膜分离一、二价离子的功能及一价离子选择透过交换膜的选择性均在简化从盐湖水或提钾后卤水中提锂的工艺方面具有极大的发展潜力事实上HWA公司利用配制的含Na 45 gL、Mg 25 gL、Li 023 gL的溶液经两级纳滤后，渗透液中Mg仅为068 gL，MgLi降至31，从而大大简化了下一步的提锂工艺13 石煤钠化焙烧提钒石煤是我国的一种重要含钒资源，钠化焙烧从石煤中提钒是一种技术相当成熟、适应性很广的工艺，但由于环境污染严重，故为环保部门明令禁止采用，为此开发的一些新工艺在资源适应性方面都有些限制，环保问题也不能彻底解决中南大学将电渗析与纳滤技术引入传统的钠化焙烧工艺，形成了如图2所示的一种新工艺石煤钠化焙烧的反应如下：2NaCl+2/302+V2O3-2NaVO3+C122NaC1+ O2+H2O+ V2O3=2NaVO3+2HCl焙烧过程析出的氯气及氯化氢气体是主要污染 验结果如表4、表5所示目前已在多家钛厂推广源，因此改进烟气除尘、吸收系统，保证无有害气体 使用排出后，引进纳滤膜及电渗析技术于流程中，在采取烟气有效处理基础上，如图2所示，此时用回收的酸调整纳滤浓缩液的pH，用NH Cl沉钒沉钒母液脱氨，析出的氨气用回收的盐酸吸收，产生的NH Cl返回沉钒，纳滤渗透液及烟气回收得到的氯化钠用电渗析技术处理，得到淡液返回浸出过滤，得到的浓液返回制团焙烧，从而为实现低排放、无污染钠化焙烧提钒工艺的新生奠定了基础14 Ti一 偏扩散合金膜过滤TiCLTiCl 是由含钛原料制取的生产金属钛的基本化合物，但为了精制TiCh，必须过滤出去TiC1 中的固体杂质工业上一般采用滤布过滤，但过滤效果差，滤布损耗大曾试用无机陶瓷膜及聚乙烯塑料烧结滤管做过滤介质，但均以失败而告终中南大学粉末冶金国家重点实验室开发了钛铝偏扩散合金膜，将这种膜管用于过滤TiC1 ，取得了非常好的效果15 简化风化壳淋积型稀土矿提取工艺风化壳淋积型稀土矿是我国独有矿种，其特征是非常容易浸出原以氯化钠，现改为(NH ) SO渗浸根据离子交换原理，Na+或者NH +离子将矿中稀土离子置换下来，得到的浸出液的稀土浓度很低，因此必须有一个浓缩富集过程经典的方法是沉淀法，开始以草酸后改为硫酸铵沉淀稀土但随着开采年限的延长，原矿中稀土品位降低，用沉淀法的成本越来越高为此我们研究了用纳滤膜法浓缩稀的过程，浓缩液可直接萃取分离稀土，而膜渗透液与萃余液可适当处理后返回浸出16 利用双极膜电渗析劈裂盐为酸和碱湿法冶金过程，常常伴随酸碱中和产生一些无用的废盐，如果用膜技术将这些盐劈裂为酸和碱，返回流程使用，则对于降低生产成本、减少对环境的污染有重要意义单阳膜或单阴膜隔膜电解是可以有效实现盐的劈裂的方法，而双极膜的面世，对解决劈裂盐的问题提供了一种新的节能技术图3是日本利用双极膜电渗析劈裂盐为酸和碱与普通电渗析的浓缩功能相结合而实现流程内酸碱闭路循环的一个范例利用阳膜与双极膜组合的二室双极膜电渗析器，中南大学以纯(NH ) W04溶液置于料液室，NH 离子通过阳膜迁移人相邻之回收室，与双极膜阴膜面出来之0H一离子，生成NH OH予以回收，而双极膜阳面出来之H+离子使料液pH降低，从而W04。一缔合，生成(NH ) H：W 。04。，从根本上改变了偏钨酸铵的生产方法 图3 双极膜电渗析劈裂盐为酸和碱的工艺流程 结束语1)从目前收集到的信息，膜分离技术除已在钢铁工业中得到广泛应用外，已经涉及到有色和稀有金属中的Cu、Ni、Co、Zn、V、Nb、Ta、Ti、Zr、W 、Mo、Re、In、Li、A1、Au、Ag各种金属2)目前推广膜技术在冶金行业中应用的主要障碍是思想认识上的障碍，主要表现在对节能、减排、环保、节约水资源缺乏积极的认识，因而在环保、节水领域的投资处于比较被动状态3)另一方面，尽管膜种类及质量有了很大进步，但与冶金工业的要求相比，差距还很大缺乏适应冶金行业的特种膜、组件、设备仍是推广应用的障碍为解决这一问题，实现