一种硫酸镍溶液除铁装置、除铁系统的制作方法

1.本实用新型涉及硫酸镍除铁技术领域，具体涉及一种硫酸镍溶液除铁装置、除铁系统。


背景技术：

2.现有的硫酸镍中除铁技术主要有两种方法，分别为沉淀法与萃取法。沉淀法是先加入氧化剂将二价铁氧化成三价铁，再加入液碱进行沉淀除铁，其问题在于沉淀除铁时会导致大量的镍共同沉淀，会导致生产成本增加，药剂消耗量大，产生大量尾渣需要处理，同时处理效果不稳定，现已较少采用。萃取法是采用萃取剂进行萃取，实现镍铁分离，可以取得很好的效果，缺点是萃取箱需要占用大量土地面积，投资成本高，同时产生大量的废萃取剂与废溶剂油，废萃取剂与废溶剂油都是危险废弃物，需要交由有资质的单位处理处置，后续处理成本高。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种硫酸镍溶液除铁装置、除铁系统，具体包括以下内容：
4.一种硫酸镍溶液除铁装置，包括树脂塔、硫酸镍储罐、酸性水储罐、碱性水储罐、再生水储罐、第一出料管、第二出料管、酸性水出水管、碱性水出水管、再生水出水管以及铁在线分析仪；树脂塔的底部设置有硫酸镍进料管、纯水进料管、酸进料管、碱进料管和进气管，硫酸镍进料管、纯水进料管、酸进料管、碱进料管上均设置有流量计和进料阀，进气管上设置有进气阀和进气流量计；树脂塔的上部设置有第一出料口和第二出料口；硫酸镍储罐、酸性水储罐、碱性水储罐以及再生水储罐的上部和底部分别设置有进料口和出料口；硫酸镍储罐中设置有搅拌装置，硫酸镍储罐的底部设置有取样管，取样管上设置有自动取样阀和取样泵；铁在线分析仪与取样管连接；所述第一出料口通过第一出料管与硫酸镍储罐的进料口连接，第一出料管上设置有第一出料阀和第一出料泵；所述第二出料管上设置有第二出料阀，第二出料管的一端与第二出料口连接，第二出料管的另一端分别通过酸性水出水管、碱性水出水管和再生水出水管分别与酸性水储罐、碱性水储罐以及再生水储罐的进料口连接；所述酸性水出水管上设置有酸性水出水阀、酸性水出水泵、以及酸性水ph计；所述碱性水出水管上设置有碱性水出水阀、碱性水出水泵、以及碱性水ph计；再生水出水管上设置有再生水出水阀、再生水出水泵。
5.具体的，所述第一出料管、酸性水出水管、碱性水出水管和再生水出水管上靠近硫酸镍储罐、酸性水储罐、碱性水储罐以及再生水储罐进料口的一端分别设置有硫酸镍储罐进料阀、酸性水进料阀、碱性水进料阀、再生水进料阀。
6.具体的，所述树脂塔中离子交换树脂的床层高度与床层直径之比为(3-4):1。
7.具体的，所述硫酸镍储罐、酸性水储罐、碱性水储罐、再生水储罐上均设置有液位计。
8.具体的，所述液位计为翻板液位计。
9.一种硫酸镍溶液除铁系统，包括总控系统、至少两套分别与总控系统连接的分控系统、以及至少两套分别与分控系统连接的硫酸镍溶液除铁装置，所述总控系统包括第一计算系统以及分别与第一计算系统连接的第一接收系统和第一控制系统，第一接收系统与硫酸镍溶液除铁装置的铁在线分析仪连接；所述分控系统包括计算系统以及分别与计算系统连接的接收系统和控制系统，所述接收系统分别与第一控制系统、纯水进料管上的流量计、酸进料管上的流量计、碱进料管上的流量计、酸性水ph计、碱性水ph计连接；所述控制系统分别与第一出料阀、第二出料阀、硫酸镍进料管上的进料阀、纯水进料管上的进料阀、酸进料管上的进料阀、碱进料管上的进料阀、进气管上的进气阀、酸性水出水阀、酸性水出水泵、碱性水出水阀、碱性水出水泵、再生水出水阀、再生水出水泵连接。
10.具体的，包括三套分控系统、以及分别与三套分控系统连接的硫酸镍溶液除铁装置，其中两套分控系统和与之连接的硫酸镍溶液除铁装置为工作系统，另一套分控系统和与之连接的硫酸镍溶液除铁装置为备用系统。
11.本实用新型的有益效果：
12.(1)本实用新型公开的硫酸镍溶液除铁装置中包含树脂塔和数个存液塔，树脂塔中填充有用于除铁铁的离子交换树脂，相较于沉淀法与萃取法的设备而言，本设备占地面积小，设备运行和投资成本少，处理效果稳定，产生废量少；
13.(2)本实用新型公开的硫酸镍溶液除铁系统包含三组除铁除铁装置，两用一备，树脂塔交替运行，可以根据实时检测的硫酸镍中的铁含量切换工作的树脂塔，然后对除铁饱和的树脂塔进行再生处理，能够在连续除铁的同时保证除铁的效果；
14.(3)本实用新型公开的硫酸镍除铁方法采用离子交换树脂(氨基磷酸基团树脂)进行离子交换除铁，其原理在于树脂带有氢型或者钠型的胺基磷酸基功能团，利用胺基磷酸螯合树脂对某些阳离子有很强的亲合力，对低原子量金属的亲和力比二乙酸亚胺型螯合树脂更大，对多价金属离子由于复数的配位子的作用能形成更稳定的络合物。具体的来说，铁离子将被胺基离子吸引及磷原子电子给予而螯合；
15.对于本方案而言，树脂的全过程反应方程式如下：
16.工作时：3rch2nhch2po3na2 2fe
3
→
3(rch2nhch2po3)2fe3 6na

17.再生时：3(rch2nhch2po3)2fe3 6hcl
→
3rch2nhch2po3h2 2fecl318.转型时：rch2nhch2po3h2 2naoh
→
rch2nhch2po3na2 2h2o
19.(4)本实用新型公开的方法中采用8-10％的盐酸使树脂再生，而不采用硫酸等其他常用酸，是因为经过大量实验表明，硫酸反铁效果远差于盐酸，使用 2-3bv 8-10％盐酸进行再生即可将树脂中的绝大部分(≥90％)的铁置换出来，但是6bv 30％硫酸无法达到相同的效果，同时硫酸再生后，即使是转型为钠型，树脂的交换容量也会大大降低，与盐酸再生后的树脂的交换容量存在数量级的差距。盐酸再生引入的氯离子很容易被纯水冲下来，经长期检测，出水硫酸镍中氯离子在10-40mg/l，达到合格标准。
附图说明
20.图1为本实用新型公开的硫酸镍溶液除铁装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型公开的硫酸镍溶液除铁系统的示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图1-2和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。
23.参考附图1，一种硫酸镍溶液除铁装置，包括树脂塔1、硫酸镍储罐2、酸性水储罐3、碱性水储罐4、再生水储罐5、第一出料管6、第二出料管7、酸性水出水管8、碱性水出水管9、再生水出水管10以及铁在线分析仪(图中未画出)；树脂塔1的底部设置有硫酸镍进料管11、纯水进料管12、酸进料管13、碱进料管14和进气管15，硫酸镍进料管11、纯水进料管12、酸进料管13、碱进料管 14上均设置有流量计和进料阀，进气管15上设置有进气阀和进气流量计；树脂塔1的上部设置有第一出料口和第二出料口；硫酸镍储罐2、酸性水储罐3、碱性水储罐4以及再生水储罐5的上部和底部分别设置有进料口和出料口；硫酸镍储罐2中设置有搅拌装置，硫酸镍储罐2的底部设置有取样管16，取样管16上设置有自动取样阀17和取样泵18；铁在线分析仪与取样管16连接；所述第一出料口通过第一出料管6与硫酸镍储罐2的进料口连接，第一出料管6上设置有第一出料阀19和第一出料泵20；所述第二出料管7上设置有第二出料阀21，第二出料管7的一端与第二出料口连接，第二出料管7的另一端分别通过酸性水出水管8、碱性水出水管9和再生水出水管10分别与酸性水储罐3、碱性水储罐4 以及再生水储罐5的进料口连接；所述酸性水出水管8上沿液体流动方向从上到下依次设置有酸性水出水阀、酸性水出水泵22、以及酸性水ph计；所述碱性水出水管9上沿液体流动方向从上到下依次设置有碱性水出水阀、碱性水出水泵 23、以及碱性水ph计；再生水出水管10上沿液体流动方向从上到下依次设置有再生水出水阀、再生水出水泵24。
24.在本实用新型的一个实施例中，所述第一出料管6、酸性水出水管8、碱性水出水管9和再生水出水管10上靠近硫酸镍储罐2、酸性水储罐3、碱性水储罐 4以及再生水储罐5进料口的一端分别设置有硫酸镍储罐进料阀25、酸性水进料阀26、碱性水进料阀27、再生水进料阀28。
25.在本实用新型的一个实施例中，所述树脂塔1中离子交换树脂的床层高度与床层直径之比为(3-4):1，具体可以是3：1、3.5：1、或4：1。
26.在本实用新型的一个实施例中，所述硫酸镍储罐2、酸性水储罐3、碱性水储罐4、再生水储罐5上均设置有液位计，优选翻板液位计。
27.一种硫酸镍溶液除铁系统，包括总控系统、至少两套分别与总控系统连接的分控系统、以及至少两套分别与分控系统连接的所述的硫酸镍溶液除铁装置，所述总控系统包括第一计算系统以及分别与第一计算系统连接的第一接收系统和第一控制系统，第一接收系统与硫酸镍溶液除铁装置的铁在线分析仪连接；所述分控系统包括计算系统以及分别与计算系统连接的接收系统和控制系统，所述接收系统分别与第一控制系统、纯水进料管12上的流量计、酸进料管13 上的流量计、碱进料管14上的流量计、酸性水ph计、碱性水ph计连接；所述控制系统分别与第一出料阀19、第二出料阀21、硫酸镍进料管11上的进料阀、纯水进料管12上的进料阀、酸进料管13上的进料阀、碱进料管14上的进料阀、进气管15上的进气阀、酸性水出水阀、酸性水出水泵22、碱性水出水阀、碱性水出水泵23、再生水出水阀、再生水出水泵24连接。
28.在本实用新型的一个实施例中，包括三套分控系统、以及分别与三套分控系统连
接的硫酸镍溶液除铁装置，其中两套分控系统和与之连接的硫酸镍溶液除铁装置为工作系统，另一套分控系统和与之连接的硫酸镍溶液除铁装置为备用系统。
29.一种采用本实用新型公开的硫酸镍溶液除铁系统进行硫酸镍溶液除铁的方法，所述硫酸镍溶液除铁系统中至少有一套分控系统和与之相连的硫酸镍溶液除铁装置为备用系统，其他为工作系统；总控系统接收来自工作系统的铁在线分析仪的铁浓度信号，当铁浓度达到设定值时，总控系统控制备用系统中的分控系统开始工作，该分控系统进一步控制与之对应的硫酸镍溶液除铁装置进行除铁操作。
30.优选的，树脂塔1中填充有d860氨基磷酸离子交换树脂，离子交换树脂床层高度/离子交换树脂床层直径为(3-4)：1，具体离子交换树脂床层高度/离子交换树脂床层直径的比值可以是3：1、3.5：1、或4：1，离子交换树脂床层体积为1bv，树脂床内第一次填料完成后，后续每年视磨损情况补填，每年补填量约10％-15％。离子交换树脂床层最上层预留有0.2bv-0.4bv的预留空间；考虑到树脂出厂为氢型，使用再生后转为钠型，氢型转钠型的过程中树脂体积会膨胀，因此树脂床上层需要预留0.2bv-0.4bv的预留空间，具体预留空间可以是0.2bv、 0.3bv、或0.4bv；所述铁浓度的设定值为1.2mg/l-1.4mg/l，具体可以是1.2mg/l、 1.25mg/l、1.3mg/l、1.35mg/l、或1.4mg/l。
31.所述的除铁操作具体包括以下步骤：
32.(1)冲洗：分控系统控制打开纯水进料管12上的进料阀、进气管15上的进气阀、第二出料阀21，向树脂塔1中同时输入纯水和压力为0.15mpa-0.2mpa 空气，对除铁树脂进行带压清洗，洗水从第二出料口排出，这部分水进入到溶镍塔当底水使用；当分控系统接收到来自纯水进料管12上的流量计检测到的纯水输入量达到3bv-4bv的信号时，分控系统控制关闭纯水进料管12上的进料阀、进气管15上的进气阀、以及第二出料阀21，冲洗完成；所述空气的压力可以是 0.15mpa、0.18mpa、0.2mpa；纯水输入量可以设定为3bv、3.5bv或4bv；
33.(2)除铁：冲洗完成后，分控系统随即控制打开硫酸镍进料管11上的进料阀、第一出料阀19、第一出料泵20，使硫酸镍溶液从树脂塔1底部开始进料，进料速率控制在2bv/h-3bv/h，除铁后的硫酸镍从第一出料口出料，并经第一出料管6输送到硫酸镍储罐2；进料速率可以是2bv/h、2.5bv/h、3bv/h，优选为 3bv/h；
34.(3)铁浓度检测：在除铁过程中，硫酸镍储罐2底部的自动取样阀17每30min-60min自动打开进行取样，具体可以是30min、40min、50min、或60min 取样一次，优选为每60min取样一次；并通过与取样管16连接的铁在线分析仪检测样品中的铁浓度，铁在线分析仪将检测到的铁浓度信息实时传输到总控系统；当总控系统接收到硫酸镍储罐2中的铁浓度达到1.2mg/l-1.4mg/l的信号时，随即向相应的分控系统发送控制信号，由该分控系统控制与之连接的硫酸镍溶液除铁装置的第一进料阀、第一出料阀19、第一出料泵20关闭，除铁结束，具体的铁浓度可以设定为1.2mg/l、1.3mg/l、或1.4mg/l，优选为1.4mg/l，合格的硫酸镍的标准是铁含量小于等于1.5mg/l，此处设定阈值为1.2mg/l-1.4mg/l，可以为后续操作留下余量，防止硫酸镍储罐中的产品出现铁超标的情况；设备出现故障后，也可以通过取样管16进行人工取样送检；
35.(4)反洗：除铁结束后，分控系统随即控制打开纯水进料管12上的进料阀、进气管15上的进气阀、第二出料阀21、再生水出水阀和再生水出水泵24，向树脂塔1中同时输入纯水和压力为0.15mpa-0.2mpa的空气进行带压反洗，空气的压力可以是0.15mpa、0.18mpa、或
0.2mpa；控制纯水的进料速率为4bv/h-5bv/h，具体可以是4bv/h、4.5bv/h、或5bv/h；反洗水经第二出料口排出并经第二出料管7和再生水出水管10进入再生水储罐5，再生水储罐5中的再生水可以返回前端溶镍塔当底水使用；当分控系统接收到来自纯水进料管12上的流量计检测到的纯水进料量达到1bv-2bv的信号时，分控系统随即控制关闭纯水进料管 12上的进料阀、进气管15上的进气阀、再生水出水阀和再生水出水泵24，反洗结束；具体纯水的进料总量可以设定为1bv、1.5bv、或2bv；本步骤的目的是将残留在树脂表面的硫酸镍冲出；
36.(5)再生：反洗结束后，分控系统随即控制打开酸进料管13上的进料阀、酸性水出水阀和酸性水出水泵22，向树脂塔1中输入8％-10％盐酸溶液，盐酸浓度具体可以是8％、9％或10％，控制盐酸进料速度为1bv/h-2bv/h，具体尽量速度可以是1bv/h、1.5bv/h、或2bv/h，对树脂塔1内的树脂进行再生处理，处理后的酸性水经第二出料口排出，并经第二出料管7和酸性水出水管8输送到酸性水储罐3，随后进入废水车间与碱水中和；当分控系统接收到来自酸进料管13 上的流量计检测到的盐酸溶液的进料量达到2bv-3bv的信号时，分控系统控制关闭酸进料管13上的进料阀，再生结束，具体盐酸用量可以设定为2bv、2.5bv、或3bv；本步骤结束后，树脂中的fe离子被盐酸交换出来，树脂已经转型为氢型，恢复了离子交换能力；
37.(6)快慢洗：再生结束后，分控系统随即控制打开纯水进料管12上的进料阀和进气管15上的进气阀，先控制纯水以1bv/h-2bv/h的流速进行带压慢洗，具体纯水流速可以是1bv/h、1.5bv/h或2bv/h，当分控系统接收到纯水进料管 12上的流量计传来的纯水进料量达到1bv-2bv的信号时，随即控制纯水以 4bv/h-5bv/h的速度进行带压快洗，具体地，慢洗用水量可以设定为1bv、1.5bv 或2bv，快洗水流速可以设定为4bv/h、4.5bv/h或5bv/h；快慢洗的洗水均经第二出料口排出并经酸性水出水管8输送到酸性水储罐3，快慢洗水进入储料罐后，随后返回前端溶镍塔当底水使用；当分控系统接收到来自酸性水ph计检测到的洗水ph＞2的信号时，分控系统随即控制关闭纯水进料管12上的进料阀、进气管15上的进气阀、酸性水出水阀和酸性水出水泵22，快慢洗结束，本步骤的目的是洗去残酸；
38.(7)液碱转型：快慢洗结束后，分控系统随即控制打开碱进料管14上的进料阀、碱性水出水阀和碱性水出水泵23，向树脂塔1中输入4％-5％的液碱，优选浓度为5％，控制液碱流速为1bv/h-2bv/h，进行树脂的液碱转型，具体液碱的流速可以是1bv/h、1.5bv/h或2bv/h，碱性水经第二出料口排出，并经第二出料管7和碱性水出水管9输送到碱性水储罐4，随后返回到溶镍塔后的碱喷淋塔中的碱液槽循环使用；当分控系统接收到来自碱进料管14上的流量计的液碱的进料量达到2bv-3bv的信号时，分控系统控制关闭碱进料管14上的进料阀，液碱转型结束，具体液碱的用量可以设定为2bv、2.5bv或3bv；本步骤的目的是将树脂中的氢型官能团转型为钠型官能团；
39.(8)淋洗：液碱转型结束后，分控系统随即打开纯水进料管12上的进料阀和进气管15上的进气阀，向树脂塔1中同时输入进料速率为4bv/h-5bv/h的纯水和压力为0.15mpa-0.2mpa空气，进行淋洗，具体纯水流速可以设定为4bv/h、 4.5bv/h或5bv/h，空气压力可以是0.15mpa、0.18mpa或0.2mpa，淋洗水经第二出料口排出并经第二出料管7和碱性水出水管9输送到碱性水储罐4，随后返回到溶镍塔后的碱喷淋塔中的碱液槽循环使用；当分控系统接收到来自碱性水 ph计检测到的碱性水ph＜11的信号时，分控系统随即控制关闭与之连接的纯水进料管12上的进料阀、进气管15上的进气阀、第二出料阀21、碱性水出水阀和碱性
水出水泵23，淋洗结束，本步骤的目的是洗去残碱。
40.在本实用新型公开的硫酸镍除铁系统中，总控系统通过第一接收系统接收来自正在工作的铁在线分析仪的铁浓度信号后，将信号传输到第一计算系统，第一计算系统计算对比实时铁浓度信号与设定的铁浓度值，当计算得出实时铁浓度信号大于等于设定值时，随即向第一控制系统发送计算信号，第一控制系统根据计算信号向对应的分控系统的接收系统发送控制信号；分控系统通过接收系统接收来自与之相连的第一控制系统、各个流量计以及ph计的信号，然后将信号传输到计算系统，计算系统通过计算得出计算信息，把那个传输给控制系统，控制系统根据计算信息向与之相连的各个泵或阀门发送控制信号，实现全流程的连续操作和自动控制。另外，本系统包括三套与总控系统连接的分控系统和除铁装置，分控系统与除铁装置一一对应连接，除铁装置两用一备，当运行的除铁装置硫酸镍储罐2中的铁浓度达到设定值时，由总控系统通过相应的分控系统控制该除铁装置进入树脂反洗再生等流程，同时总控系统通过备用分控系统控制备用的除铁系统进入除铁程序，如此循环，实现不间断除铁作业。
41.实施例1
42.溶镍得硫酸镍中各组分浓度如表1所示，采用本实用新型公开的装置和方法对该硫酸镍溶液进行除铁，所得除铁数据如表2所示。
43.表1溶镍得硫酸镍中各组分浓度
44.检测项目单位检测标准检测结果nig/l≥125125.16cug/l≤0.0010n.dfeg/l≤0.00150.014(超标)cag/l≤0.00500.0012mgg/l≤0.00500.00018pbg/l≤0.00350.0032zng/l≤0.00100.00016cdg/l≤0.0025n.dcrg/l≤0.00200.00083lig/l≤0.0020n.dsig/l≤0.0050n.dalg/l≤0.0010n.dpg/l≤0.01000.008tocppm≤404.26
45.表2钠型d860树脂除铁数据
[0046][0047][0048]
实施例2
[0049]
溶镍得硫酸镍中各组分浓度如表3所示，采用本实用新型公开的装置和方法对该硫酸镍溶液进行除铁，所得除铁数据如表4所示。
[0050]
表3溶镍得硫酸镍中各组分浓度
[0051]
检测项目单位检测标准检测结果nig/l≥125134.61cug/l≤0.0010n.dfeg/l≤0.00150.026(超标)cag/l≤0.00500.0024mgg/l≤0.00500.00042pbg/l≤0.00350.00054zng/l≤0.00100.00044cdg/l≤0.0025n.dcrg/l≤0.00200.00083lig/l≤0.00200.00044sig/l≤0.00500.00036alg/l≤0.0010n.dpg/l≤0.01000.0006tocppm≤4011.34
[0052]
表4钠型d860树脂除铁数据
[0053][0054][0055]
从表1和表3的数据可以看到，溶镍得到的硫酸镍原料液中fe在10-30mg/l 之间，基本都是超标的，除了铁超标，其余元素均不超标，因此，仅需使用到本实用新型公开的装置和方法，采用树脂除铁即可。另需额外说明的是，溶矿所得到得料液最后会在酸性环境下加入双氧水，发生芬顿反应，二价铁会被氧化成三价铁，因此本实用新型中最后去除的都是三价铁。
[0056]
从表1和表2来看，单个树脂柱可坚持约40-50h不发生穿透，流速约为3bv/h，即一个树脂柱可处理约树脂体积的120倍-150倍的料液，处理效果优异，经过半年多的不间断测试，未发现树脂有明显的性能衰减现象。另外，在本实用新型公开的装置和方法中，氢型树脂也可以使用，但是氢型树脂的交换容量比钠型树脂少很多，所以优选为转型为钠型树脂使用。在使用氢型树脂的情况下，10h后硫酸镍中铁即超标，在使用钠型树脂的情况下，树脂可以坚持30h而硫酸镍中铁仍不超标。
[0057]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新
颖特点相一致的最宽的范围。