一种富集含钒溶液中钒的离子交换柱的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于离子交换柱技术领域。具体涉及一种富集含钒溶液中钒的离子交换柱。
【背景技术】
[0002]我国石煤含钒品位低，所以必须将浸出液中的钒富集以满足后续作业要求，富集钒可采用离子交换的方法。即在离子交换柱内进行离子交换吸附和解吸操作，富集钒所用的离子交换柱为立式圆筒形结构，离子交换柱能承受一定的工作压力，离子交换树脂和含钒溶液在离子交换柱内发生离子交换反应。
[0003]离子交换柱主要有单柱、多柱并联和多柱串联三种操作方式(康兴东，张一敏，黄晶，刘建朋，马蕾，杨东.石煤提钒离子交换工艺研究[J].矿产保护与利用，2008，
(2):34-38)，其中单柱和多柱并联的操作方式存在离子交换树脂利用率低、钒富集倍数较低、药剂消耗量大的缺点。相对单柱和多柱并联的操作方式，多柱串联的操作方式虽具有简化生产流程、改善工作环境、提高离子交换树脂利用率、减少药剂消耗量的优点，如“一种离子交换柱及其使用方法”(CN103991923A)和“浮动床离子交换系统”(CN202762445U)，但其存在离子交换吸附和解吸达到平衡所需时间较长、吸附和解吸速度较慢、含钒溶液中杂质离子易沉淀堵塞设备的缺点。
【发明内容】
[0004]本实用新型旨在克服上述缺点，目的是提供一种操作简单、不易堵塞、使用寿命长和能缩短离子交换吸附和解吸达到平衡所需时间的富集含钒溶液中钒的离子交换柱。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:所述离子交换柱包括离子交换柱壳体、离子交换柱本体、离子交换树脂、过滤网、第一超声波换能器、第二超声波换能器、第三超声波换能器和无级调频超声波发生器。
[0006]离子交换柱壳体内同中心线地设有离子交换柱本体，离子交换柱本体为圆筒状，离子交换柱本体的高度与内径比为2:1~15:1。离子交换柱壳体的内直径与离子交换柱本体的外直径之差为离子交换柱本体外直径的1/16~1/12 ;在靠近离子交换柱本体的底部处固定有过滤网，在过滤网上填充有离子交换树脂，离子交换树脂的填充率为60~75%。
[0007]离子交换柱壳体外壁的左侧沿铅垂线均匀地设有1~4个第一超声波换能器，离子交换柱壳体外壁的右侧沿铅垂线均匀地设有1~4个第二超声波换能器，1-4个第二超声波换能器和1~4个第一超声波换能器在左侧的垂直面或右侧的垂直面的投影位置是:1~4个第二超声波换能器和1~4个第一超声波换能器相互错开布置，任一个第二超声波换能器和相邻的第一超声波换能器间的距离相等。离子交换柱壳体的底部中心位置处装有1个第三超声波换能器。离子交换柱壳体外壁的下部装有无级调频超声波发生器，无级调频超声波发生器通过电源线与第一超声波换能器、第二超声波换能器和第三超声波换能器连接。
[0008]进液管的一端与离子交换柱本体的上部空腔相通，进液管的另一端与可调速计量栗的出水口相通。反洗水出水管的一端通过离子交换柱壳体与离子交换柱本体的上部空腔相通，反洗水出水管的另一端与反洗水控制阀的进水口相通，在离子交换柱本体内壁的反洗水出水管的管口与离子交换柱本体上端的距离为离子交换柱本体高度的1/15~1/10。排料管的一端穿过离子交换柱壳体与离子交换柱本体的下部空腔相通，排料管的另一端与排料控制阀的进料口相通，排料管的管口紧靠过滤网的上平面。水管的一端与离子交换柱本体的底部空腔相通，水管的另一端与可调速电磁阀相通。离子交换柱壳体和离子交换柱本体间构成管状腔体，冷凝水进水管与所述管状腔体的下部相通，冷凝水出水管与所述管状腔体的上部相通。
[0009]所述无级调频超声波发生器的工作频率为20~60KHz，输出功率为80~3500W。
[0010]所述第一超声波换能器为压电晶体换能器或为磁致伸缩换能器，第一超声波换能器的工作频率为20~60KHz，输出功率为50~1500W。第二超声波换能器和第三超声波换能器与第一超声波换能器相同。
[0011]所述过滤网的平面形状为圆形；过滤网均匀地设有小孔，所述小孔孔径为0.10-0.25mm，小孔的孔面积为过滤网面积的50~65%。
[0012]所述离子交换柱本体、离子交换柱壳体、过滤网、进液管、反洗水出水管、排料管、水管、冷凝水进水管和冷凝水出水管的材质为各自独立地选自下述物质中的一种:聚氯乙稀、聚乙稀、聚丙稀、钢衬聚氯乙稀、钢衬聚乙稀和钢衬聚丙稀。
[0013]由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下积极效果:
[0014]1、本实用新型在离子交换柱壳体的外壁两侧均匀地设有第一超声波换能器和第二超声波换能器，在离子交换过程中施加超声波，加速了离子交换吸附和解吸过程。离子交换树脂对含钒溶液的吸附率为99%以上，解吸剂对负载有钒的离子交换树脂的解吸率亦为99%以上，离子交换吸附和解吸达到平衡所需时间均为现有方法所需时间的50~60%。
[0015]2、本实用新型在离子交换柱壳体的底部中心位置设有第三超声波换能器，不仅能加速离子交换吸附和解吸过程，且能利用超声波的空化作用加速液体流动而形成微射流，微射流对过滤网具有清洗作用，能有效减少浸出液中杂质离子沉淀对过滤网的堵塞，提高了离子交换柱的利用率。
[0016]3、本实用新型中的管状腔体间的循环冷却水可对第一超声波换能器、第二超声波换能器和第三超声波换能器进行冷却，避免第一超声波换能器、第二超声波换能器和第三超声波换能器因自身工作产生的热量被损坏，同时超声波通过冷却水作用于离子交换树脂能减弱在无冷却水下超声波对离子交换树脂的磨损程度。
[0017]4、本实用新型中的无级调频超声波发生器工作时超声频率可在合理范围内往复扫动，以消除驻波使得空化场均匀，避免因局部空化作用较强而损坏离子交换柱壳体和离子交换树脂，提高了使用寿命。
[0018]因此，本实用新型具有操作简单、不易堵塞、使用寿命长和能缩短离子交换吸附和解吸达到平衡所需时间的特点。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的一种结构示意图；
[0020]图2是图1中A-A左视剖面示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步的描述，并非对其保护范围的限制:
[0022]实施例1
[0023]一种富集含钒溶液中钒的离子交换柱。如图1所示，所述离子交换柱包括离子交换柱壳体15、离子交换柱本体14、离子交换树脂6、过滤网8、第一超声波换能器5、第二超声波换能器17、第三超声波换能器9和无级调频超声波发生器7。
[0024]如图1所示，离子交换柱壳体15内同中心线地设有离子交换柱本体14，离子交换柱本体14为圆筒状，离子交换柱本体14的高度与内径比为2:1~10:1，离子交换柱壳体15的内直径与离子交换柱本体14的外直径之差为离子交换柱本体14外直径的1/16~1/12 ；在靠近离子交换柱本体14的底部处固定有过滤网8，在过滤网8上填充有离子交换树脂6，离子交换树脂6的填充率为60~70%。
[0025]如图1所示，离子交换柱壳体15外壁的左侧沿铅垂线均匀地设有1个第一超声波换能器5，离子交换柱壳体15外壁的右侧沿铅垂线均匀地设有2个第二超声波换能器17，2个第二超声波换能器17和1个第一超声波换能器5在左侧的垂直面或右侧的垂直面的投影位置是'2个第二超声波换能器17和1个第一超声波换能器5相互错开布置，任一个第二超声波换能器17和相邻的第一超声波换能器5间的距离相等。离子交换柱壳体15的底部中心位置处装有1个第三超声波换能器9。离子交换柱壳体15外壁的下部装有无级调频超声波发生器7，无级调频超声波发生器7通过电源线16与第一超声波换能器5、第二超声波换能器17和第三超声波换能器9连接。
[0026]如图1所示，进液管1的一端与离子交换柱本体14的上部空腔相通，进液管1的另一端与可调速计量栗2的出水口相通。反洗水出水管3的一端通过离子交换柱壳体15与离子交换柱本体14的上部空腔相通，反洗水出水管3的另一端与反洗水控制阀4的进水口相通，在离子交换柱本体14内壁的反洗水出水管3的管口与离子交换柱本体14上端的距离为离子交换柱本体14高度的1/15~1/10。排料管12的一端穿过离子交换柱壳体15与离子交换柱本体14的下部空腔相通，排料管12的另一端与排料控制阀13的进料口相通，排料管12的管口紧靠过滤网8的上平面。水管10的一端与离子交换柱本体14的底部空腔相通，水管10的另一端与可调速电磁阀11相通。如图2所示，离子交换柱壳体15和离子交换柱本体14间构成管状腔体19，冷凝水进水管18与所述管状腔体19的下部相通，冷凝水出水管20与所述管状腔体19的上部相通。
[0027]所述无级调频超声波发生器7的工作频率为20~60KHz，输出功率为80~3500W。