CN114053978A - 一种含金属废料提纯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属回收领域，公开了一种含金属废料提纯装置，包括溶解反应单元和结晶反应单元，溶解反应单元包括溶解反应釜和催化光源,结晶反应单元包括结晶反应釜和加热件，溶解反应釜的透光材质，用于容纳含金属混合物、预定反应溶剂以及预定光催化剂，催化光源设置在溶解反应釜的近旁或者内部，催化光源通过对溶解反应釜进行照射使得光催化剂产生具有氧化性质的自由基物种氧化金属，从而含金属混合物中的金属单质溶解在预定反应溶剂中，加热件用于对结晶反应釜加热，结晶反应釜和溶解反应釜连通，结晶反应单元通过蒸发结晶的方式以获得含金属混合物中被溶解的提纯金属单质。
Description
技术领域
本发明属于金属回收领域，具体涉及一种含金属废料提纯装置。
背景技术
金属是一种现代工业中非常重要的宝贵资源，其广泛地存在于地壳和海洋中。特别地，黄金和白银等贵金属在经济与社会生活中的用处十分广泛。通常来说，普通金属以化合物形式存在，而贵金属以单质的形式存在于自然界中，其中往往混合多种杂质。另外，在工业废弃物中的金属也不是单独存在，大多情况下以合金或与氧化物复合的形式存在。因此，我们需要通过将含金属原料进行提纯后才能进行利用。
目前，初次生产的金属所需的开采和提纯除给环境带来影响外，还占用全球7％到8％的能源供应。回收再利用的提纯金属相对于初级生产的提纯金属，具有消耗更少的能源、同时降低对矿产开采地的整体影响以及可以减少对低品位矿石的需求而避免未来稀缺的一些贵金属的开采的优点。因此，回收再利用成为金属利用的重点关注方向。
然而，传统的金属回收手段易产生二次污染给环境和人体带来危害，且受到工艺和回收成本的影响，金属回收率仍维持在较低的水平。另外，由于贵金属的高化学惰性使其难以被简易提取和回收。因此，如何实现高效且绿色的金属提取回收是当前需要重点解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于光催化技术提纯应用的含金属混合物提纯装置，不仅能够避免产生二次污染，而且也使得对金属混合物的提纯效率显著提升。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
一种含金属混合物提纯装置，通过添加预定光催化剂的预定反应溶剂对含金属混合物进行光催化提纯，其特征在于，包括：溶解反应单元，包括用于容纳含金属混合物、预定反应溶剂以及预定光催化剂的溶解反应釜和催化光源；以及结晶反应单元，包括加热件和溶解反应釜连通的结晶反应釜，加热件用于对结晶反应釜加热，其中，溶解反应釜和结晶反应釜均竖直设置，溶解反应釜为透光材质，催化光源设置在溶解反应釜的近旁或者内部，催化光源通过对溶解反应釜进行照射使得光催化剂产生具有氧化性质的自由基物种氧化金属，从而含金属混合物中的金属单质溶解在预定反应溶剂中。
优选地，溶解反应釜包括溶解釜体和盖合设置在溶解釜体上端开口的溶解釜盖，结晶反应釜包括结晶釜体和盖合设置在结晶釜体上端开口的结晶釜盖，溶解釜盖和结晶釜盖均沿竖直方向可移动地设置。
进一步地，溶解釜盖具有固体进入口和液体进入口，固体进入口用于放入预定光催化剂和含金属混合物，液体进入口用于放入预定反应溶剂。
优选地，溶解反应釜和结晶反应釜均具有测温位，测温位用于设置温模件，温模件用于分别测量溶解反应釜和结晶反应釜内的液体温度。
优选地，溶解反应釜和结晶反应釜均具有检测取样口，溶解反应釜和结晶反应釜的底部均具有排出口。
进一步地，溶解反应单元还包括设置在溶解釜盖近旁的催化搅拌组件，催化搅拌组件包括第一驱动电机、第一伸入杆以及催化搅拌器，催化搅拌器通过第一伸入杆安装在第一驱动电机的输出轴上，第一伸入杆穿设在溶解釜盖上，并且催化搅拌器位于溶解釜体内的底部，结晶反应单元还包括结晶搅拌组件，结晶搅拌组件包括设置在结晶釜盖近旁的第二驱动电机、第二伸入杆以及结晶搅拌器，结晶搅拌器通过第二伸入杆安装在第二驱动电机的输出轴上，第二伸入杆穿设在结晶釜盖上，并且结晶搅拌器位于结晶釜体内的底部。
再进一步地，催化搅拌器和结晶搅拌器的转速范围均为500-1500rpm。
优选地，结晶反应单元还包括与结晶反应釜连通的抽气泵组，抽气泵组由串联的抽气真空泵串联预定大气喷射器构成。
进一步地，抽气泵组形成的真空压强的范围为270-670Pa。
优选地，加热件通过蜗轮蜗杆机构驱动，从而沿竖直方向可移动地设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.因为本发明的含金属混合物提纯装置包括溶解反应单元和结晶反应单元，溶解反应单元包括溶解反应釜和催化光源,结晶反应单元包括结晶反应釜和加热件，溶解反应釜的透光材质，用于容纳含金属混合物、预定反应溶剂以及预定光催化剂，催化光源设置在溶解反应釜的近旁或者内部，催化光源通过对溶解反应釜进行照射使得光催化剂产生具有氧化性质的自由基物种氧化金属，从而含金属混合物中的金属单质溶解在预定反应溶剂中，加热件用于对结晶反应釜加热，结晶反应釜和溶解反应釜连通，结晶反应单元通过蒸发结晶的方式以获得含金属混合物中被溶解的提纯金属单质，因此，本发明基于光催化技术提纯应用的含金属混合物提纯装置，不仅能够避免产生二次污染，而且也使得对金属混合物的提纯效率显著提升。
2.因为本发明的溶解反应釜和结晶反应釜均具有测温位，测温位用于设置温模件，温模件用于分别测量溶解反应釜和结晶反应釜内的液体温度，因此，本发明能够及时采集提纯和结晶的过程温度，大大提高了对整个提纯单质的获取的可控性。
3.因为本发明的溶解反应釜和结晶反应釜均具有检测取样口，溶解反应釜和结晶反应釜的底部均具有排出口，因此，本发明能够在提纯或结晶过程中对相关釜体内混合液体内的各种金属离子的浓度，并作为判断提纯或者结晶过程控制的依据参数，使得整个提纯获取的过程的控制精度大大提高。
4.因为本发明的溶解反应单元还包括催化搅拌组件，催化搅拌组件包括第一驱动电机、第一伸入杆以及催化搅拌器，催化搅拌器通过第一伸入杆安装在第一驱动电机的输出轴上，第一伸入杆穿设在溶解釜盖上，并且催化搅拌器位于溶解釜体内的底部，结晶反应单元还包括结晶搅拌组件，结晶搅拌组件包括第二驱动电机、第二伸入杆以及结晶搅拌器，结晶搅拌器通过第二伸入杆安装在第二驱动电机的输出轴上，第二伸入杆穿设在结晶釜盖上，并且结晶搅拌器位于结晶釜体内的底部，因此，本发明通过搅拌使得相关提纯或者结晶过程的效率大大提高。
5.因为本发明的结晶反应单元还包括与结晶反应釜连通的抽气泵组，抽气泵组由串联的抽气真空泵串联预定大气喷射器构成，因此，本发明能够通过抽气泵组极大地降低结晶反应釜中的压力，从而使得其中的混合液体的沸点进一步降低，进而显著加速蒸发结晶的过程。
6.因为本发明的加热件通过蜗轮蜗杆机构驱动，从而沿竖直方向可移动地设置，因此，本发明通过调整加热件与结晶反应釜的距离，从而改变结晶反应釜的加热速度，进而使得结晶蒸发的过程可控性进一步地提高。
附图说明
图1为本发明的实施例的含金属混合物提纯分离***的结构示意图。
图中：100、含金属混合物提纯分离***，A、溶剂供给装置，100A、装置机壳，100B、含金属混合物提纯装置，10、溶解反应单元，11、溶解反应釜，111、溶解釜体，112、溶解釜盖，12、催化光源，13、溶剂输送泵，14、催化搅拌组件，141、第一驱动电机，142、第一伸入杆，143、催化搅拌器，15、蜗轮蜗杆机构，16、连接架，20、结晶反应单元，21、结晶反应釜，211、结晶釜体，212、结晶釜盖，22、结晶搅拌组件，221、第二驱动电机，222、第二伸入杆，223、结晶搅拌器，23、中间液输送泵，24、加热件，25、抽气泵组，30、分离单元，31、冷凝回流容器，311、蛇形冷凝管，32、溶剂收集容器，33、溶剂回收泵，34、循环冷却水泵，40、控制机组。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种含金属混合物提纯装置作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，本实施例中的含金属混合物提纯分离***100，通过添加预定光催化剂的预定反应溶剂对含金属混合物进行光催化提纯，并对提纯后的生产产物进行分离，预定反应溶剂通过外部的溶剂供给装置A供应，具体地，预定光催化剂为固态，含金属混合物即为金属单质再回收利用应用中的待回收提纯的含金属混合物。
含金属混合物提纯分离***100包括装置机壳100A和均设置在装置机壳100A内溶解反应单元10、结晶反应单元20、分离单元30以及控制机组40，其中，溶解反应单元10和结晶反应单元20均为含金属混合物提纯装置100B的组成部分，控制机组40分别与溶解反应单元10、结晶反应单元20以及分离单元30信号连接。
溶解反应单元10包括溶解反应釜11、催化光源12、溶剂输送泵13、催化搅拌组件14、蜗轮蜗杆机构15以及连接架16。
溶解反应釜11用于容纳含金属混合物、预定反应溶剂以及预定光催化剂，溶解反应釜为竖直设置的透光材质，并且具有测温位(附图中未标出)、检测取样口(附图中未标出)以及位于底部的排出口(附图中未标出)，具体地，测温位用于设置温模件，温模件用于测量溶解反应釜11内的液体温度，检测取样口用于在提纯过程中通过预定仪器对溶解反应釜11内的混合液体中的待提纯金属离子的浓度，以作为判断提纯过程控制的依据参数，排出口与结晶反应单元20连通，在本实施例中，溶解反应釜11为单层石英材质。
溶解反应釜11包括溶解釜体111和盖合设置在溶解釜体111上端开口的溶解釜盖112。
溶解釜盖112具有固体进入口(附图中未标出)和液体进入口(附图中未标出)，固体进入口用于放入预定光催化剂和含金属混合物，液体进入口通过溶剂输入泵13与溶剂供给装置A连通，用于放入预定反应溶剂,在本实施例中，溶剂输入泵13为采用磁耦合的磁力泵，且轴瓦为特种陶瓷，其流量为10L/min，扬程为4米。
溶解釜盖112通过蜗轮蜗杆机构15、连接架16沿竖直方向可移动地设置，蜗轮蜗杆机构15设置在溶解釜盖112的近旁，其中的蜗杆通过与连接架16的螺纹配合形成了沿竖直方向运动的丝杠驱动，溶解釜盖112安装在连接架16上，从而蜗轮蜗杆机构15能够驱动连接架16带动溶解釜盖112沿竖直方向进行向上或者向下的移动。
催化光源12设置在溶解釜体111的近旁或者内部，催化光源12通过对溶解反应釜11进行照射使得光催化剂产生具有氧化性质的自由基物种氧化金属，从而含金属混合物中的金属单质溶解在预定反应溶剂中，具体地，催化光源12可设置于溶解釜体111的一侧，亦可环绕溶解釜体111设置，催化光源12为强度大于10mW/cm2的光源，波长范围为365nm-1200nm，针对于不同的预定光催化剂，催化光源12的波长的具体范围不一样，预定光催化剂为二氧化钛，催化光源12的波长范围为200nm-400nm，在本实施例中，催化光源12为UVLED面光源，数量至少为1个，波长为365nm，辐射功率(强度)大于600mW/cm2。
催化搅拌组件14设置在溶解釜盖112的近旁，催化搅拌组件14包括第一驱动电机141、第一伸入杆142以及催化搅拌器143，具体地，催化搅拌组件14位于溶解釜盖112的正上方。
第一驱动电机141安装在连接架16上，第一伸入杆142竖直设置，催化搅拌器143通过第一伸入杆142安装在第一驱动电机141的输出轴上，并且第一伸入杆142以动密封形式穿设在溶解釜盖112上，并且催化搅拌器143位于溶解釜体111内的底部，催化搅拌器143的转速范围为500-1500rpm，在本实施例中，催化搅拌器143的转速优选为1000rpm，催化搅拌器143为桨叶式结构，材料为304不锈钢外包聚四氟乙烯。
结晶反应单元20包括结晶反应釜21、结晶搅拌组件22、中间液输送泵23、加热件24以及抽气泵组25。
结晶反应釜21用于将来自溶解反应釜11且待提纯金属完全溶解的混合液体进行蒸发结晶，溶解反应釜21为竖直设置的透光材质，并且具有测温位(附图中未标出)、检测取样口(附图中未标出)以及位于底部的排出口(附图中未标出)，具体地，测温位用于设置温模件，温模件用于测量结晶反应釜21内的蒸发液体的实时温度，检测取样口用于在提纯过程中通过预定仪器对结晶反应釜21内的混合液体中的待提纯金属离子的浓度，进行测定，以作为判断蒸发结晶过程控制的依据参数，排出口用于将结晶后形成金属盐排出以进行后续的还原反应，在本实施例中，结晶反应釜21为单层石英材质,溶解反应釜11和结晶反应釜21所用的预定仪器均为等离子光谱发生仪。
结晶反应釜21包括结晶釜体211和盖合设置在结晶釜体211上端开口的结晶釜盖212。
结晶釜盖212具有固体进入口(附图中未标出)和液体进入口(附图中未标出)，液体进入口通过中间液输送泵23与溶解反应釜11连通，用于接收来自溶解反应釜11且待提纯金属完全溶解的混合液体。
结晶釜盖212通过与蜗轮蜗杆机构15、连接架16相同的蜗轮蜗杆机构、连接架沿竖直方向可移动地设置，从而结晶釜盖212沿竖直方向进行向上或者向下的移动。
结晶搅拌组件22设置在结晶釜盖212的近旁，结晶搅拌组件22包括第二驱动电机221、第二伸入杆222以及结晶搅拌器223，具体地，结晶搅拌组件22位于结晶釜盖212的正上方，具体地，结晶搅拌器223和催化搅拌器143均根据预定指令启动。
结晶搅拌组件22及其部件相对于结晶反应釜21的设置方式，与催化搅拌组件14及其部件相对于溶解反应釜11的设置方式完全相同，并且相关的转速、材料也均相同。
加热件24用于对结晶反应釜21加热，并且加热件24通过可控升降机构(附图中未示出)安装在装置机壳100A上，从而沿竖直方向可移动地设置，具体地，加热件24设置在结晶反应釜21的底部，加热件24表面设有凹坑状的加热位，结晶反应釜21的底部与该加热位配合，通过加热位对应的结晶反应釜21的包覆面积对结晶反应釜21加热，当加热件24沿竖直方向移动时，加热位对应的结晶反应釜21的包覆面积产生变化，从而改变加热件24对结晶反应釜21的加热速度，在本实施例中，加热位的底部具有排出通道，排出口通过配合设置在排出通道内的排出管道将金属盐排出。
抽气泵组25与结晶反应釜21连通，由串联的抽气真空泵(附图中未示出)串联的预定大气喷射器(附图中未示出)构成，具体地，抽气泵组25与结晶釜体211的连接处位于结晶釜体211的口部的近旁，抽气真空泵为水环式真空泵，抽气泵组25工作形成的真空压强的范围为270-670Pa，抽气泵组25通过与结晶反应釜21连通，使得结晶反应釜21内的气压压强迅速降低。
分离单元30包括冷凝回流容器31、溶剂收集容器32、溶剂回收泵33以及循环冷却水泵。
冷凝回流容器31与结晶反应釜21连通，冷凝回流容器31内具有沿竖方向设置的蛇形冷凝管311，具体地，冷凝回流容器31通过结晶釜盖212与结晶反应釜21连通，蛇形冷凝管311为中空结构。
循环冷却水泵34与蛇形冷凝管311连通，用于持续循环地向蛇形冷凝管311输送冷却水并自蛇形冷凝管311内接收经加热的冷却水，从而形成冷却水循环，在本实施例中，循环冷却水泵34与溶剂输入泵13相同。
溶剂收集容器32与冷凝回流容器31的下端连通，并且溶剂收集容器32通过溶剂回收泵33与溶剂供给装置A连通。
具体地，当结晶反应釜21中进行蒸发结晶后，生成的金属盐沉积在结晶反应釜21的底部并通过排出口排出，生成的主要含预定反应溶剂的蒸气气体经冷凝回流容器31后，冷凝还原成预定反应溶剂并通过溶剂收集容器32、溶剂回收泵33进行回收，具体地，溶剂回收泵33根据预定指令启动。
在本实施例中，控制机组40用于根据预定指令控制溶剂输送泵13向溶解反应釜11中添加预定反应溶剂；用于根据溶解反应釜11中的实时温度、实时金属离子的浓度值控制中间液输送泵23启动，从而将溶解反应釜11中的中间反应液体向结晶反应釜21中输送；用于根据结晶反应釜21中的实时温度、实时金属离子的浓度值控制加热件24沿竖直方向进行移动以及控制抽气泵组25及循环冷却水泵34的启动。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
例如，在本实施例中，催化光源12设置在溶解反应釜11的近旁或者内部，但在具体实践中，催化光源12也可以通过光学元件的反射对溶解反应釜11进行光照。
Claims (9)
1.一种含金属废料提纯装置，通过添加预定光催化剂的预定反应溶剂对含金属废料进行光催化提纯，其特征在于，包括：
溶解反应单元，包括用于容纳所述含金属废料、所述预定反应溶剂以及所述预定光催化剂的溶解反应釜和催化光源；以及
结晶反应单元，包括加热件和所述溶解反应釜连通的结晶反应釜，所述加热件用于对所述结晶反应釜加热，
其中，所述溶解反应釜和所述结晶反应釜均竖直设置，
所述溶解反应釜为透光材质，所述催化光源设置在所述溶解反应釜的近旁或者内部，所述催化光源通过对所述溶解反应釜进行照射使得所述光催化剂产生具有氧化性质的自由基物种氧化金属，从而所述含金属废料中的金属单质溶解在所述预定反应溶剂中。
2.根据权利要求1所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述溶解反应釜包括溶解釜体和盖合设置在该溶解釜体上端开口的溶解釜盖，所述结晶反应釜包括结晶釜体和盖合设置在该结晶釜体上端开口的结晶釜盖，
所述溶解釜盖和所述结晶反应釜盖均沿竖直方向可移动地设置。
3.根据权利要求2所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述溶解釜盖具有固体进入口和液体进入口，
所述固体进入口用于放入所述预定光催化剂和所述含金属废料，所述液体进入口用于放入所述预定反应溶剂。
4.根据权利要求1所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述溶解反应釜和所述结晶反应釜均具有测温位，该测温位用于设置温模件，该温模件用于分别测量所述溶解反应釜和结晶反应釜内的液体温度。
5.根据权利要求1所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述溶解反应釜和所述结晶反应釜均具有检测取样口，所述溶解反应釜和所述结晶反应釜的底部均具有排出口。
6.根据权利要求2所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述溶解反应单元还包括设置在溶解釜盖近旁的催化搅拌组件，
所述催化搅拌组件包括第一驱动电机、第一伸入杆以及催化搅拌器，
所述催化搅拌器通过所述第一伸入杆安装在所述第一驱动电机的输出轴上，所述第一伸入杆穿设在所述溶解釜盖上，并且所述催化搅拌器位于所述溶解釜体内的底部，
所述结晶反应单元还包括设置在溶解釜盖近旁的结晶搅拌组件，
所述结晶搅拌组件包括第二驱动电机、第二伸入杆以及结晶搅拌器，
所述结晶搅拌器通过所述第二伸入杆安装在所述第二驱动电机的输出轴上，所述第二伸入杆穿设在所述结晶釜盖上，并且所述结晶搅拌器位于所述结晶釜体内的底部。
7.根据权利要求6所述的含金属废料提纯装置，其特征在于：
其中，所述催化搅拌器和所述结晶搅拌器的转速范围均为500-1500rpm。
8.根据权利要求1所述的含金属废料提纯分离***，其特征在于：
其中，所述结晶反应单元还包括与所述结晶反应釜连通的抽气泵组，该抽气泵组由串联的抽气真空泵串联预定大气喷射器构成。
9.根据权利要求8所述的含金属废料提纯分离***，其特征在于：
其中，所述抽气泵组形成的真空压强的范围为270-670Pa。
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