一种铜回收装置及工艺的制作方法

1.本发明涉及重金属铜离子工业废水处理领域，具体涉及一种铜回收装置及工艺。


背景技术：

2.电解铜箔的生产过程总共分为四步，即溶铜、生箔、造液、表面处理：
3.溶铜，在溶铜罐内利用硫酸将铜料溶解制成硫酸铜溶液；
4.生箔，将溶铜工序中的硫酸铜溶液输送至生箔工序的电解槽，在电解槽，通过电化学反应在阴极辊上沉积出铜箔，因为这部分的铜箔没有经过表面处理所以称为生箔或毛箔；
5.造液，为表面处理车间提供相应工艺范围的电解液；
6.表面处理，将生箔机上的生箔成卷取下运送至表面处理工序的表面处理机上，在经过活化、粗化、封闭处理、耐热阻挡层、防氧化层、有机化以及烘干等步骤后处理完成；最后再检验包装为成品。
7.在整个电解铜箔生产过程中需要使用大量纯水用来生产、冲洗设备等，因此会产生大量的含铜工业废水，需要将其中的铜离子析出才可以排放。目前市场上对含铜废水的主要处理方法有化学沉淀法、离子交换法和电解法，无论哪种方法都需要投入人力去频繁的加药、清洗等操作，都无法在既满足经济、环保效益的同时又能够具有全自动操作模式，并且能够长期稳定的实施。
8.①
离子交换法：利用交换剂与溶液中的离子发生交换进行分离的方法，交换剂多为离子交换树脂，在水处理领域使用广泛，多数情况会结合化学沉淀法共同使用，对离子交换树脂的性能要求高，处理成本较高。
9.②
化学沉淀法：通过向含铜废水中加入氢氧化钠或氢氧化钙调整废液的ph，使铜离子以氢氧化物的形式沉淀，在絮凝剂的作用下铜离子以大沉淀物析出，再经过过滤实现固液分离。化学沉淀法处理含铜废水时，铜离子最终以污泥的形式存在，无法达到铜离子回收再利用的目的，而且对于含铜离子污泥的处置只能交由专门的回收企业进行处理。
10.③
电解法：通常在高流速、高电流密度的条件下将溶液中的铜离子在阴极板上沉积，达到一定量后取出阴极板将铜剥离出来直接当做铜料回用，如果废水铜离子含量高，拆卸取出阴极板的频率多，操作复杂并且会加速阴极板的损坏，同时高电流密度下需要较高的能耗成本。


技术实现要素：

11.为解决上述技术问题，本发明提供一种铜回收装置及工艺。
12.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
13.一种铜回收装置，包括纳滤系统和电渗析系统；所述纳滤系统包括：
14.ro收集水箱，进水端与二级反渗透浓水、纳滤装置的浓水出水端连通；
15.纳滤装置，进水端与ro收集水箱的出水端连通，出水端包括淡水出水端、浓水出水
端；
16.含铜回用水池，与纳滤装置的淡水出水端连通；
17.含铜浓液箱，与纳滤装置的浓水出水端连通；
18.电渗析系统，包括：
19.铜收集水箱；
20.电渗析装置，包括浓缩室、脱盐室、极液室、隔断液室；
21.电渗析淡水箱，进水端与含铜浓液箱的出水端连通，出水端与电渗析装置的脱盐室连通；
22.电渗析浓水箱，进水端与电渗析装置的浓缩室连通，出水端与铜收集水箱连通；
23.电渗析极液箱，盛放电极液且与电渗析装置的极液室连通；
24.电渗析隔断液箱，盛放隔断液且与电渗析装置的隔断液室连通。
25.进一步地，所述纳滤装置包括一级纳滤组件和二级纳滤组件；一级纳滤组件和二级纳滤组件均包括多个并联的纳滤膜，一级纳滤组件和二级纳滤组件串联连通。
26.进一步地，所述纳滤膜的材质为聚酰胺。
27.进一步地，所述电渗析装置包括阴极板、阳极板、膜堆；极液室和隔断液室对称设置在阴极板和阳极板之间且由外向内依次排列，膜堆位于两个隔断液室之间；沿着阴极板到阳极板的方向，膜堆包括多个重复叠放的阴极膜和阳极膜，阴极膜和阳极膜之间形成交替排列的所述浓缩室、脱盐室。
28.进一步地，所述隔断液室包括第一隔断液室、第二隔断液室；所述电渗析隔断液箱包括与第一隔断液室连通的第一电渗析隔断液箱、与第二隔断液室连通的第二电渗析隔断液箱。
29.进一步地，所述电极液为质量分数为2％-3％的稀硫酸浓液。
30.进一步地，所述隔断液为质量分数为2％-3％的稀硫酸浓液。
31.一种铜回收装置的回收工艺，ro收集水箱的二级反渗透浓水的进水流量为15m3/h；纳滤装置的淡水流量为7.2m3/h，淡水返回含铜回用水池，浓水流量为7.8m3/h，其中7m3/h返回ro收集水箱，0.8m3/h进入含铜浓液箱；
32.电渗析淡水箱用于接受含铜浓液箱中的水，并向电渗析装置的脱盐室供液；电渗析淡水箱的流量为10-15m3/h；
33.电渗析浓水箱的流量为10-15m3/h，溶液浓度达到50g/l后进入铜收集水箱；
34.电渗析极液箱用于向电渗析装置的极液室循环供应电极液，电渗析极液箱的流量为1-3m3/h；
35.电渗析隔断液箱用于向电渗析装置的隔断液室循环供应隔断液；电渗析隔断液箱的流量为1-3m3/h。
36.与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
37.1.本发明纳滤系统接受二级反渗透浓水后进入电渗析系统，在电场力的作用下结合离子交换膜的特殊性能，铜离子通过阳极膜进入浓缩室后，再由于阴极膜的阻拦而使得铜离子被截留在浓缩室中，随着电渗析装置运行时间的延长，脱盐室中铜离子的浓度逐渐降低，浓缩室中铜离子浓度不断升高，最终浓缩至50g/l以上；本发明采用膜法与电渗析组合技术，可以直接将铜离子循环使用，减少金属铜的产生；
38.2.本发明占地面积小，并充分利用原有设备，使资源最大化利用；全自动控制，运行稳定；结构、原理简单易懂。
39.3.本发明采用纳滤系统-电渗析系统的工艺流程，相对于其他膜法回收铜方法可以长期保持膜的性能和寿命，节约成本；相对于电解法回收铜可以直接在含铜回用水中回收铜离子，避免了回收金属态铜的后续处理的复杂性；相对于化学法回收铜方法减少了药剂的加入，降低了废水处理成本。
附图说明
40.图1为本发明纳滤系统的工艺流程图；
41.图2为本发明电渗析系统的工艺流程图；
42.图3为本发明电渗析装置的结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
44.本发明主要通过纳滤系统和电渗析系统实现。
45.如图1所示，纳滤系统包括：ro收集水箱1、纳滤装置2、含铜回用水池、含铜浓液箱3；纳滤系统接受二级反渗透浓水，经纳滤装置2浓缩后的淡水进入含铜回用水池，浓水分为两部分，一部分浓水进入ro收集水箱1，另一部分进入含铜浓液箱3。
46.纳滤装置2包括一级纳滤组件和二级纳滤组件；一级纳滤组件和二级纳滤组件均包括多个并联的纳滤膜21，一级纳滤组件和二级纳滤组件串联连通。即纳滤膜21过滤时采用错流的过滤方式，可避免在死端过滤过程中产生的堵塞现象，降低纳滤膜21的污染并维持较高的膜渗透通量。
47.纳滤膜21的材质优选聚酰胺材质。
48.所述纳滤系统进水流量设置为15m3/h；纳滤装置2的淡水流量为7.2m3/h，淡水返回含铜回用水池，浓水流量为7.8m3/h，其中7m3/h返回ro收集水箱1，0.8m3/h进入含铜浓液箱3。
49.如图2所示，电渗析系统包括电渗析装置4、电渗析淡水箱5、电渗析浓水箱7、电渗析极液箱6、电渗析隔断液箱、整流器、铜收集水箱9。经纳滤系统浓缩后的浓液经由含铜浓液箱3进入电渗析浓水箱7和电渗析淡水箱5，电渗析淡水箱5为电渗析装置4提供原水，经过电渗析装置4的浓缩之后，其中的淡水浓度降低至一定浓度时，排入含铜废水池进行达标处理，其中的浓水进入电渗析浓水箱7，当电渗析浓水箱7浓度达到50g/l以上时自动排到铜收集水箱9，由铜收集水箱9进入溶铜罐使用。
50.如图3所示，电渗析装置4内设阴极板42和阳极板41，阳极板41和阴极板42之间设有膜堆，在阳极板41和膜堆之间、阴极板42和膜堆之间对称地设置有极液室43、第二隔断液室44、第一隔断液室45；极液室43位于外侧，第一隔断液室45位于内侧，第二隔断液室44位于极液室43与第一隔断液室45之间。
51.本发明中，靠近膜堆的方向为内，远离膜堆的方向为外。
52.膜堆由多张阳极膜46和阴极膜47交替配置组成，膜堆最靠近阳极板41的一张为阳极膜46，膜堆最靠近阴极板42的一张膜为阴极膜47。膜堆中相邻的阳极膜46和阴极膜47之
间装填特制的隔板，进而形成交错排列的浓缩室和脱盐室，即形成浓缩室、脱盐室、浓缩室、脱盐室
……
交替结构；浓缩室外接电渗析浓水箱7，脱盐室外接电渗析淡水箱5，第一隔断液室45外接第一电渗析隔断液箱81，第二隔断液室44外接第二电渗析隔断液箱82，极液室43外接电渗析极液箱6。
53.本发明中的阴极膜47和阳极膜46都属于离子交换膜，是一种片状成型的有机高分子材料，内含磺酸、季铵等的离子交换基；阳离子交换膜中固定有带负电荷的官能基(通常是磺酸)；阴离子交换膜中固定有带正电荷的官能基(通常是季铵)；与固定电荷同性的离子相斥而不能透过离子交换膜，只有与固定电荷异性的离子才能够通过离子交换膜，所以阳极膜46透过阳离子，阴极膜47透过阴离子。
54.电渗析淡水箱5用于接受含铜浓液箱3中的水，并向电渗析装置4的脱盐室供液，同时进行接受脱盐水；电渗析淡水箱5的流量为10-15m3/h。
55.电渗析浓水箱7用于向电渗析装置4的浓缩室循环供液，流量为10-15m3/h，溶液浓度达到50g/l后进入铜收集水箱9。
56.电渗析极液箱6用于向电渗析装置4的极液室43循环供应电极液，电渗析极液箱6的流量为1-3m3/h；电极液成分为稀硫酸溶液，质量分数优选2％-3％。
57.电渗析隔断液箱用于向电渗析装置4的隔断液室循环供应隔断液；电渗析隔断液箱的流量为1-3m3/h；隔断液液成分为稀硫酸溶液，质量分数优选2％-3％。
58.整流器用于给电渗析装置4供应直流电。
59.本发明的工作原理如下：含铜回用水经过二级反渗透设备的浓水收集到ro收集水箱1(铜离子浓度2g/l-5g/l)，再通过纳滤装置2，纳滤装置2的淡水(7.2m3/h)回到含铜回用水池，大量浓水(7m3/h)回到ro收集水箱1，少量浓水(0.8m3/h)进入含铜浓液箱3；再通过泵将含铜浓液箱3的水补到电渗析浓水箱7和电渗析淡水箱，补满后设置电渗析系统电流并开启，电流优选90-100a。电渗析淡水箱5、电渗析浓水箱7用于给电渗析装置4提供原液；电渗析装置输出的淡水回到含铜回用水池，电渗析淡水箱5浓度低于1g会自动排出；电渗析装置输出的浓水进入电渗析浓水箱7，待电渗析浓水箱7的铜含量到达50g/l后，自动排到铜收集水箱9(5m3)，经由铜收集水箱9进入溶铜罐使用；随后再次补充纳滤系统中含铜浓液箱3的原液至1.5米，重新补含铜浓液箱3原液至电渗析淡水箱5液位至1.2米；浓缩5m3铜收集水需要48小时，整个浓缩过程中所有加药泵保持开机状态。
60.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
61.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。