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    電滲析行業
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    擴散滲析原理及工程案例分享

           19世紀50年代初,英國化學家T.格雷厄姆開始研究溶液的擴散作用,發現一些溶質的分子或離子能通過半透膜的細孔,而較大的膠體粒子不能通過的,稱此現象為滲析。根據這個原理制成的設備稱為滲析器,常用于膠體溶液的濃縮以及核酸、蛋白質等高分子化合物的提純。利用半透膜或選擇透過性離子交換膜使溶液中的溶質由高濃度一側通過膜向低濃度一側遷移,這種過程以濃度差為動力,所以也稱為濃差滲析或自然滲析。在環境工程方面目前主要用于酸、堿廢液的處理和回收。


           一、擴散滲析酸分離技術原理

    擴散滲析廢酸原理示意圖



           該圖是陰離子交換膜擴散滲析回收鋼鐵廢酸液(以FeCl2+HCl為例)中鹽酸的示意圖。廢酸液和水分別處于膜的兩側,在濃度差的推動下,Fe2+、Cl-和H+都有向水側擴散的趨勢,但由于陰離子交換膜的離子選擇性,Cl-可以順利地到達水側,而Fe2+和H+理論上由于膜的固定基團的排斥無法透過膜。同時,由于H+的離子水合半徑小、電荷低、活性高,所以相比于Fe2+而言,H+可以比較容易地透過膜到達水側與結合生成鹽酸以滿足溶液電中性要求。而Fe2+主要受到來自離子交換膜對其較強的磨擦作用和蹄分效應而不能透過膜,因此實現了酸鹽的分離。


           陰膜酸分離回收技術廣泛應用在化成箔、鋼鐵酸洗、蓄電池、濕法冶金、多晶硅、玻璃蝕刻、石墨生產、PS版、鈦白粉、稀土等行業,酸回收率80%以上,金屬離子去除率90%以上。

    擴散滲析示意圖



           廢酸的傳統處理方法包括中和、萃取、蒸發結晶等,但都存在過程復雜、操作費用高、能耗高、投資大、易引起二次污染等缺點,利用擴散滲析技術處理工業廢酸具有廢酸可資源化回收利用、運行中幾乎無能量消耗、較低的安裝和運行費用、對環境不造成二次污染等優點,目前,已經廣泛應用在應用于化成箔行業、鋼鐵酸洗、濕法煉銅等行業。



           工程案例——

           濕法冶金中電解貧液廢酸回收項目

           濕法煉銅生產工藝采用沸石堆浸-萃取-電積工藝。由于浸出液含鐵高,致使電解過程中有鐵的積累,每產1噸銅需將3.5m3電解貧液排除體系以消除鐵的富集。若將這部分酸返回堆浸,不利于維持浸出液的pH值;若用石灰中和,除造成酸和銅的損失外,還引發環境問題。

    電解貧液中的廢酸的回收及循環路線


           擴散滲析法回收電解貧液中的廢酸再返回系統使用是處理該類廢液的最佳方法。



           二、擴散滲析堿分離技術原理


    擴散滲析技術原理



           擴散滲析技術還能夠用來進行堿分離回收。該圖是陽離子交換膜擴散滲析回收鎢礦廢堿液(NaOH+Na2WO3)中氫氧化鈉的示意圖。與陰離子交換膜擴散滲析類似,廢堿液和水分別處于膜的兩側,在濃度差的推動下,Na+、WO32-和OH-有向水側擴散的趨勢,由于陽離子交換膜的存在,Na+可以順利地到達水側,而WO32-和OH-無法透過膜。同時,由于OH-比WO32-更容易透過膜到達水側與Na+結合形成氫氧化鈉,因此實現了堿鹽的分離。OH-的遷移是實現堿鹽分離的關鍵。




           堿分離回收技術應用

           陽膜堿分離回收技術廣泛應用在氫氧化鈉堿法冶金行業,以及粘膠纖維、造紙、鋁合金型材加工等行業中堿分離回收,堿回收率80%以上,酸根離子去截留率90%以上有機物截留率98%以上。本工藝回收的堿可以用于企業的再生產,提高了堿的利用率,減少了企業堿的消耗和廢堿的排放,經濟效益和環境效益非常明顯。




           工程案例——


           某鎢礦冶煉廢堿回收項目

           黑鎢礦的堿解過程中苛性堿過量30-50%,堿解后濃液M[OH]=2.5mol/l,WO3=200g/l,進入離子交換柱要求WO3=20-25g/l。

    料液中過量的堿全部用鹽酸中和不但造成堿的浪費,還會增加廢水排放量。

    鎢礦冶煉廢堿回收工藝路線圖


    使用擴散滲析器進行廢堿回收后:

    殘液M[OH]=0.4mol/l,WO3=180g/l;

    回收堿M[OH]=2mol/l,WO3=28g/l;

    回收堿提濃可采用電滲析濃縮到120g/l;

    鎢的截留率達到90%,堿回收率75%。

    采用擴散滲析法回收過量的堿,大大降低了堿的消耗,也減少了中和料液所需要的鹽酸的量。



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