CN110980992A - 从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***及富集稀土离子的方法 - Google Patents

从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***及富集稀土离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及稀土尾水处理领域，具体而言，提供了一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***及富集稀土离子的方法。所述从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***包括：中压水泵和多级反渗透膜分离工段，多级反渗透膜分离工段包括至少两级串联连接的富集工段，中压水泵用于对尾水来水进行加压，中压水泵与多级反渗透膜分离工段中的首级富集工段相联。该***具有占地面积小、所需化学药剂少、回收率高、简单灵活、可实现不同的富集倍数、所需工人少、工作效率高和耗时短的优点。

Description

从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***及富集稀土离子的 方法
技术领域
本发明涉及稀土尾水处理领域，具体而言，涉及一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***及富集稀土离子的方法。
背景技术
稀土矿山尾水的来源为两个方面：一方面，来源于稀土矿山清水清洗后的尾水，稀土矿山开采过程主要为“储量升级+注液浸矿+加注顶水+清水清洗”，其中清水清洗主要针对原地浸矿采场的土壤内还含有氨氮，存在潜在环境风险，要求矿山进行加注清水清洗，然后利用原地浸矿采场的收液***进行尾水收集；另一方面，来源于在稀土矿山开采完毕后的通过自然降雨条件下淋洗产生的渗流液。稀土矿山的尾水中含有氨氮、硫酸盐和浓度较低的稀土离子，尾水中的稀土离子在10～20mg/L，单座采场的尾水产生量约为200～300m3/d。
对于稀土矿山的尾水目前存在两种处理情况：1、稀土离子浓度较低，不进行回收，将尾水中的氨氮、硫酸盐等处理后外排，这种方法会使稀土资源浪费；2、采用传统的“石灰沉淀—酸溶—碳酸氢铵沉淀”工艺，在多个大容量的水池中通过大量尾水，处理回收其中的稀土资源，尾水回收工艺流程见图1，该传统方法需要大量的水池，占地面积大，需要添加大量石灰和碳酸氢铵药剂，现场需要工人多、耗时多。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***，该***具有占地面积小、所需化学药剂少、简单灵活、可实现不同的富集倍数、所需工人少、富集效率高和耗时短的优点。
本发明的第二目的在于提供一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***，包括：中压水泵和多级反渗透膜分离工段，多级反渗透膜分离工段包括至少两级串联连接的富集工段，中压水泵用于对尾水来水进行加压，中压水泵与多级反渗透膜分离工段中的首级富集工段相联。
作为进一步优选的技术方案，所述***的运行压力为1-2.5MPa，优选为1-2MPa。
作为进一步优选的技术方案，富集工段包括浓水出水口、清水出水口和至少一只反渗透膜，所述浓水出水口和所述清水出水口均设置于所述富集工段的外壁，至少一只所述反渗透膜设置于所述富集工段的内部。
作为进一步优选的技术方案，反渗透膜的数量为1-8只。
作为进一步优选的技术方案，单只反渗透膜的通量为 0.8-1.2m3/h。
作为进一步优选的技术方案，单只反渗透膜的耐压压力为 2.8-3.2MPa。
作为进一步优选的技术方案，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段和第二富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍；
优选地，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段、第二富集工段和第三富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为 3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍，第三富集工段的浓缩倍数为10-13倍。
作为进一步优选的技术方案，所述***还包括相互连接的收液池和前处理设备，收液池用于收集尾水，前处理设备还与中压水泵相连；
优选地，所述前处理设备包括：超滤设备；或，相互连接的沉淀设备和机械过滤设备，沉淀设备还与收液池相连，机械过滤设备还与中压水泵相连；或，依次连接的沉淀设备、机械过滤设备和超滤设备，沉淀设备还与收液池相连，超滤设备还与中压水泵相连。
第二方面，本发明提供了一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的方法，包括：采用上述富集稀土离子的***对稀土矿山尾水中的稀土离子进行富集。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明提供的从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***具有以下优点：
(1)该***采用多级反渗透膜分离工段，无需使用传统工艺中的多个水池进行沉淀、除杂、溶解、沉渣或酸溶，多级反渗透膜分离工段包括两级串联连接的富集工段，富集工段回收率高、富集倍数多、占地面积小，能够代替多个水池，整个***仅需要约100m2的占地面积；
(2)采用多级反渗透膜分离工段对稀土矿山尾水中的稀土离子进行富集，在富集过程中仅需少量耗电以及极少量的辅助药剂，辅助药剂主要是用于维持反渗透膜的阻垢剂、杀菌剂、还原剂等，每月每种药剂用量不超过100kg，不需要大量的投加化学药剂；
(3)该***中的设备组合灵活，可通过定制不同的富集工段(例如不同的富集工段的浓缩倍数可以为3-5倍、5-10倍或10-13倍等) 和设置多个富集工段来实现稀土离子不同的富集倍数，并能够实现大于98％的回收率。
(4)该***自动化程度高，能够大量减少现场工人的数量，从 5-6人减少至1-2人，富集效率高、耗时短。
附图说明
图1为“石灰沉淀—酸溶—碳酸氢铵沉淀”尾水回收工艺流程图；
图2为本发明实施例1中从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***的结构示意图；
图3为本发明实施例2小试工艺流程图。
图标：1-收液池；2-多级反渗透膜分离工段；201-第一富集工段； 202-第二富集工段；3-前处理设备。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***，包括：中压水泵和多级反渗透膜分离工段，多级反渗透膜分离工段包括至少两级串联连接的富集工段，中压水泵用于对尾水来水进行加压，中压水泵与多级反渗透膜分离工段中的首级富集工段相联。
稀土是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称，主要包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。这17种元素的分子量在44～174，结合离子型矿山的原矿稀土元素分配表，混合稀土离子的分子量较大，约为132，而在水中，其往往与硫酸根进行结合形成硫酸稀土，即ReSO4，其分子量能达到228，比水分子H2O(分子量18)和氯化盐等大很多，因此利用高分子半透膜一般只允透过溶剂或小分子溶质而不允许大分子溶质通过的特点，通过对尾水设计进行不同级数的反渗透，来实现对尾水中的稀土离子富集。
上述富集稀土离子的***具有以下优点：
(1)该***采用多级反渗透膜分离工段，无需使用传统工艺中的多个水池进行沉淀、除杂、溶解、沉渣或酸溶，多级反渗透膜分离工段包括至少两级串联连接的富集工段，富集工段分离效率高、占地面积小，能够代替多个水池，整个***仅需要约100m2的占地面积；
(2)采用多级反渗透膜分离工段对稀土矿山尾水中的稀土离子进行富集，在富集过程中仅需少量耗电以及极少量的辅助药剂，辅助药剂主要是用于维持反渗透膜的阻垢剂、杀菌剂、还原剂等，每月每种药剂用量不超过100kg，不需要大量的投加化学药剂；
(3)该***中的设备组合灵活，可通过定制不同的富集工段(例如不同的富集工段的浓缩倍数可以为3-5倍、5-10倍或10-13倍等) 和设置多个富集工段来实现稀土离子不同的富集倍数；并能够实现大于98％的回收率。
(4)该***自动化程度高，能够大量减少现场工人的数量，从 5-6人减少至1-2人，富集效率高、耗时短。
需要说明的是：
上述“富集工段”是指采用反渗透膜进行稀土离子富集的工段。该富集工段的数量例如为2个、3个、4个或5个等。当富集工段的数量为2个时，可分为第一富集工段和第二富集工段，第一富集工段和第二富集工段依次连接，第一富集工段和第二富集工段等可以相同也可以不同。
上述“首级富集工段”是指多级反渗透膜分离工段中的第一个。
在一种优选的实施方式中，所述***的运行压力为1-2.5MPa，优选为1-2MPa。上述“运行压力”是指运行时***中的水压。上述运行压力例如为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、 2.1、2.2、2.3、2.4或2.5MPa。当运行压力在1-2.5MPa时，对稀土离子的截留效果更好。
在一种优选的实施方式中，富集工段包括浓水出水口、清水出水口和至少一只反渗透膜，所述浓水出水口和所述清水出水口均设置于所述富集工段的外壁，至少一只所述反渗透膜设置于所述富集工段的内部。至少一只反渗透膜用于截留尾水中的稀土离子，浓水出水口用于将截流到的含稀土离子的浓水排放到与之相连的下一个富集工段中继续富集稀土离子或直接排出，清水出口用于将分离得到的清水排出，这部分清水可以继续回用到矿山中再次用于清水清洗等工艺中。
在一种优选的实施方式中，反渗透膜的数量为1-8只。反渗透膜的数量例如为1只、2只、3只、4只、5只、6只、7只或8只。反渗透膜的数量越多，分离效果越好，对稀土离子的富集倍数就越高，但当反渗透膜的数量超过8只时，富集工段的分离能力会由于压力损耗而明显下降，因此将其数量限定在8只以内，既能实现高倍的富集又能避免富集效果变差。
在一种优选的实施方式中，单只反渗透膜的通量为0.8-1.2m3/h。通量是指单位时间内通过膜的流体量。上述通量例如为0.8、0.9、1、 1.1或1.2m3/h。当单只反渗透膜的通量在上述范围内时，单位时间内的尾水处理量相对较为合适，能加快尾水处理速度。当富集工段中包括4只上述反渗透膜时，则该设备处理尾水的能力为3.2-4.8m3/h。
在一种优选的实施方式中，单只反渗透膜的耐压压力为 2.8-3.2MPa。上述耐压压力例如为2.8、2.9、3、3.1或3.2MPa。单只反渗透膜的耐压压力应当足够大，以保证在加压反渗透过程中不会被损坏，当耐压压力为2.8-3.2MPa时，即能满足其在使用过程中的安全性。
在一种优选的实施方式中，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段和第二富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为 3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍。
优选地，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段、第二富集工段和第三富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为 3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍，第三富集工段的浓缩倍数为10-13倍。
需要说明的是：
第一富集工段的浓缩倍数＝第一富集工段处理后的浓水中稀土离子的浓度/第一富集工段处理前的尾水中稀土离子的浓度。上述浓缩倍数例如为3倍、4倍或5倍。
第二富集工段的浓缩倍数＝第二富集工段处理后的浓水中稀土离子的浓度/第二富集工段处理前的浓水中稀土离子的浓度。上述浓缩倍数例如为5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
第三富集工段的浓缩倍数＝第三富集工段处理后的浓水中稀土离子的浓度/第三富集工段处理前的浓水中稀土离子的浓度。上述浓缩倍数例如为10倍、11倍、12倍或13倍。
在一种优选的实施方式中，所述***还包括相互连接的收液池和前处理设备，收液池用于收集尾水，前处理设备还与中压水泵相连。尾水收集并储存在收液池中，然后通过对收液池中的尾水进行前处理，提前对其中的杂质分子进行过滤，以降低后续反渗透膜分离***的分离压力，进一步提高稀土离子的富集倍数。
优选地，所述前处理设备包括：超滤设备；或，相互连接的沉淀设备和机械过滤设备，沉淀设备还与收液池相连，机械过滤设备还与中压水泵相连；或，依次连接的沉淀设备、机械过滤设备和超滤设备，沉淀设备还与收液池相连，超滤设备还与中压水泵相连。
根据本发明的另一方面，提供了一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的方法，包括：采用上述富集稀土离子的***对稀土矿山尾水中的稀土离子进行富集。该方法采用上述***对稀土离子进行富集，稀土矿山尾水被输送到中压水泵处进行加压，然后输送到多级反渗透膜分离工段处进行分离，含有稀土离子的浓水被多级反渗透膜分离工段中的至少两级富集工段依次截留，从而实现稀土离子的富集。该方法具有富集效率高、耗时短、所需工人少、占地面积小、所需化学药剂少、简单灵活、可实现不同的富集倍数和经济效益高的优点。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***，如图2所示，包括：收液池1、前处理设备3和多级反渗透膜分离工段2，多级反渗透膜分离工段2包括依次连接的第一富集工段201和第二富集工段202；
第一富集工段201和第二富集工段202的运行压力均为1.5MPa，第一富集工段201和第二富集工段202均包括浓水出水口、清水出水口和4只反渗透膜，单只反渗透膜的通量为1m3/h，单只反渗透膜的耐压压力为3MPa，反渗透膜的孔径为1nm，第一富集工段201的浓缩倍数为3倍，第二富集工段的浓缩倍数为10倍；前处理设备3为超滤设备。
实施例2
一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的方法，主要采用的工艺流程为“超滤-一级富集-二级富集”，即前处理采用超滤工艺。工艺步骤为：收集离子型稀土矿山的尾水入收液池，然后将尾水经过沉淀后进入超滤设备(前处理设备)，超滤设备的产水首先进入第一富集工段，其清水回用，第一富集工段浓水直接进入第二富集工段，第二富集工段清水回用，第二富集工段浓水为产品。对尾水和第二富集工段浓水进行稀土离子浓度的测试，小试工艺流程图见图3。
试验结果见表1，由试验结果可知：尾水中稀土离子浓度在 9.8mg/L～27.64mg/L，平均浓度为14.88mg/L，浓度较低。经过本方法富集后，浓水中稀土浓度在196.78mg/L～318.67mg/L，最低富集倍数为12.16，最高富集倍数为29.48。从产水稀土浓度可以看出，产水中的稀土浓度极低，大部分未检出，检出的稀土浓度也极低。由此说明，采用该方法实现了尾水中稀土浓度的多倍富集，并且稀土回收率远高于纳滤膜产品。
表1
Figure BDA0002334968400000101
可以看出，与传统方法(如图1所示)相比，本实施例的方法工艺流程简单、无需大量的化学药剂和水池、占地面积相对较小。
对比例1
根据发明专利CN109772177A，“一种氧化石墨烯改性纳滤膜的制备方法和应用”，在专利说明书中提到其制备氧化石墨烯改性纳滤膜处理福建省离子型稀土矿山原地浸矿尾水，对其中稀土离子的回收率均可达85％以上。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (9)

1.一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的***，其特征在于，包括：中压水泵和多级反渗透膜分离工段，多级反渗透膜分离工段包括至少两级串联连接的富集工段，中压水泵用于对尾水来水进行加压，中压水泵与多级反渗透膜分离工段中的首级富集工段相联。
2.根据权利要求1所述的富集稀土离子的***，其特征在于，所述***的运行压力为1-2.5MPa，优选为1-2MPa。
3.根据权利要求1所述的富集稀土离子的***，其特征在于，富集工段包括浓水出水口、清水出水口和至少一只特种膜，所述浓水出水口和所述清水出水口均设置于所述富集工段的外壁，至少一只所述反渗透膜设置于所述富集工段的内部。
4.根据权利要求3所述的富集稀土离子的***，其特征在于，反渗透膜的数量为1-8只。
5.根据权利要求3所述的富集稀土离子的***，其特征在于，单只反渗透膜的通量为0.8-1.2m3/h。
6.根据权利要求3所述的富集稀土离子的***，其特征在于，单只反渗透膜的耐压压力为2.8-3.2MPa。
7.根据权利要求1所述的富集稀土离子的***，其特征在于，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段和第二富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍；
优选地，至少两级串联连接的富集工段包括依次连接的第一富集工段、第二富集工段和第三富集工段，第一富集工段的浓缩倍数为3-5倍，第二富集工段的浓缩倍数为5-10倍，第三富集工段的浓缩倍数为10-13倍。
8.根据权利要求1-7任一项所述的富集稀土离子的***，其特征在于，所述***还包括相互连接的收液池和前处理设备，收液池用于收集尾水，前处理设备还与中压水泵相连；
优选地，所述前处理设备包括：超滤设备；或，相互连接的沉淀设备和机械过滤设备，沉淀设备还与收液池相连，机械过滤设备还与中压水泵相连；或，依次连接的沉淀设备、机械过滤设备和超滤设备，沉淀设备还与收液池相连，超滤设备还与中压水泵相连。
9.一种从稀土矿山尾水中富集稀土离子的方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-8任一项所述的富集稀土离子的***对稀土矿山尾水中的稀土离子进行富集。
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