一种从废水中回收锰的装置和方法与流程

1.本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种从废水中回收锰的装置和方法。


背景技术：

2.在氧化钒生产中，将搭配一定量钠盐或钙盐的钒渣在回转窑或多膛焙烧炉中进行焙烧，从而使钒渣中的低价钒氧化为可溶于水的五价钒，最后经浸出、沉淀、干燥、还原等工序得到氧化钒产品。而在浸出工序中，锰也会进入至浸出液中，其浓度可达10
‑
25g/l，而在沉淀工序中锰几乎全部留在浸出液中，因此，沉钒废水中的锰浓度较高，而且，沉矾废水中还含有较多的杂质元素，如cr、fe、cu和zn等。
3.为了去除和回收沉矾废水中的锰，目前通常采用化学工艺或电解工艺。其中，化学工艺直接以废水循环利用为目标，采用添加试剂并通过化学沉淀将沉钒废水中的锰及其它杂质全部沉淀，使废水中杂质的含量达标，实现废水的再生及再利用；电解工艺以废水中锰的回收为目标，即通过将沉钒废水进行预处理，主要是除杂从而获得合格的锰电解液进而通过电解获取二氧化锰，或通过化学沉淀的方式获取碳酸锰。
4.虽然电解工艺和化学沉淀工艺均可实现沉钒废水中锰的回收，但在处理过程中，由于需要添加化学试剂对溶液体系进行调节，如电解锰合格液需加入二氧化硒(剧毒)，化学沉淀需添加铵盐，因此均会增加渣量。其次，在两种工艺中存在除杂效效果差和效率低等问题，且锰的回收率偏低，工业运行中最高不超过80％；此外，两种工艺过程也均存在自动化程度低、劳动强度大等问题。
5.鉴于此，有必要提供一种从废水中回收锰的装置，以解决或至少缓解上述化学试剂消耗量大、除杂效率低和锰回收率低的技术缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提供一种从废水中回收锰的装置，旨在解决现有技术中化学试剂消耗量大、除杂效率低和锰回收率低的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种从废水中回收锰的装置，包括废水料液槽、单次除杂系统、多次除杂系统和萃取系统；
8.所述废水料液槽的内部自上至下依次形成有上搅拌区和下搅拌区，所述上搅拌区内设有上搅拌机构，所述下搅拌区内设有下搅拌机构，其中，所述上搅拌机构和所述下搅拌机构的搅拌方向相反；所述上搅拌区开设有上出液口，所述下搅拌区开设有下出液口；
9.所述单次除杂组件接收所述上出液口排出的上层废水，并对所述上层废水进行除杂得到待萃取液；所述多次除杂组件的接收所述下出液口排出的下层废水，并对所述下层废水进行多次除杂得到待萃取液；所述萃取组件接收所述单次除杂机构排出的待萃取液和所述多次除杂机构排出的待萃取液。
10.进一步地，所述上搅拌机构和所述下搅拌机构均包括驱动部、搅拌杆、以及搅拌部；所述搅拌杆与所述驱动部驱动连接，所述搅拌杆与所述搅拌部固定连接；所述上搅拌机
构的所述驱动部和所述下搅拌机构的所述驱动部具有相反方向的驱动力。
11.进一步地，所述搅拌部包括多个搅拌叶片，所述搅拌叶片呈弯折状的“s”形；
12.所述上搅拌机构上的所述搅拌叶片斜向下设置，所述下搅拌机构上的所述搅拌叶片斜向上设置，并且，所述上搅拌机构和所述下搅拌机构的搅拌部相对设置。
13.进一步地，所述单次除杂组件包括深度除杂机构；所述多次除杂组件包括连通设置的初步除杂机构和深度除杂机构。
14.进一步地，所述初步除杂机构和所述深度除杂机构均为多级逆流离心萃取机。
15.进一步地，所述萃取组件包括萃取机构和反萃取机构，所述萃取机构接收所述单次除杂机构排出的待萃取液和所述多次除杂机构排出的待萃取液，所述反萃取机构接收所述萃取机构排出的包括含锰有机溶液。
16.进一步地，所述萃取组件还包括洗涤机构，所述洗涤机构接收所述萃取装置排出的含锰有机溶液，所述反萃取装置接收所述洗涤机构洗涤后的含锰有机溶液。
17.进一步地，所述上出液口靠近所述上搅拌区的中部设置，所述下出液口靠近所述废水料液槽的底部设置；
18.所述上出液口与所述单次除杂组件之间、所述下出液口与所述多次除杂组件之间、所述单次除杂组件与所述萃取组件之间、以及所述多次除杂组件与所述萃取组件之间均通过设有输送泵的管路连通，以实现废水和待萃取液的输送。
19.本发明还提供一种从废水中回收锰的方法，包括步骤：
20.s1，对废水料液槽中的废水进行逆向搅拌处理，以促进废水中的杂质从上层液位分离和在下层液位富集，得所述逆向搅拌处理后的上层废水和下层废水，所述上层废水中的杂质少于所述下层废水中的杂质；
21.其中，所述逆向搅拌处理包括：在所述废水的所述上层液位进行上搅拌，在所述废水的所述下层液位进行下搅拌，所述上搅拌和所述下搅拌的搅拌方向相反；
22.s2，对所述上层废水进行单次除杂处理，得所述单次除杂后的待萃取液；对所述下层废水进行多次除杂处理，得所述多次除杂后的待萃取液；
23.s3，对所述单次除杂后的待萃取液和所述多次除杂后的待萃取液依次进行萃取处理和反萃取处理，得含锰溶液。
24.进一步地，所述步骤s3还包括：将所述萃取处理后得到的含锰有机相进行洗涤处理后，再进行所述反萃取处理。
25.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
26.本发明提供了一种从废水中回收锰的装置，可以避免化学试剂的大量消耗、提高除杂效率和锰回收率；本发明针对当前沉钒废水中锰回收存在的问题，根据杂质在沉钒废水体系中的分布特点，采用所述废水料液槽将不同液位的沉钒废水分离，然后将分层的沉钒废水通过离心萃取除杂和离心萃取锰，使溶液依次经过串联的离心萃取装置，梯次完成溶液中杂质的去除及锰的萃取，最终实现沉钒废水的深度除杂和锰的高效萃取。
27.具体地，通过在所述废水料液槽内设置上下反向搅拌的所述上搅拌机构和所述下搅拌机构，可以实现杂质的分层，尤其是杂元素的分层，从而可以对含杂质较多的部分溶液进行单独的初步除杂处理；通过设置所述单次除杂组件和所述多次除杂组件，可以针对所述废水料液槽中不同液位的废水进行针对性的处理，提高除杂效率并降低除杂成本；通过
设置所述萃取组件，可以对除杂后的带萃取液进行提取。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
29.图1为本发明一个实施例中从废水中回收锰的装置的结构示意图；
30.图2为本发明一个实施例中废水料液槽的结构示意图；
31.图3为本发明一个实施例中搅拌杆和搅拌部结合的结构示意图；
32.图4为本发明一个实施例中搅拌杆和搅拌部结合的另一视角下的结构示意图。
33.附图标号说明：废水料液槽1、上搅拌区2、下搅拌区3，上出液口4、下出液口5、上搅拌机构6，下搅拌机构7，搅拌杆8、搅拌部9、搅拌叶片10、初步除杂机构11、深度除杂机构12、萃取机构13、洗涤机构14、反萃取机构15。
34.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
37.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
38.并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
39.如图1
‑
图4所示，本发明提供了一种从废水中回收锰的装置，包括废水料液槽1、单次除杂系统、多次除杂系统和萃取系统。其中，所述废水料液槽1可以盛装沉矾废水并将废水中的杂质进行分层，使得后续可以对不同液位的废水进行不同程度的除杂处理，有效提升除杂效率，并降低除杂成本。所述单次除杂系统和所述多次除杂系统分别对应所述废水的不同液位，由于废水在所述废水料液槽1中被处理后，大部分杂质都进入了下层液位，因此，可以仅对下层液位的废水通过所述多次除杂系统进行除杂处理，而对上层液位，只需要通过所述单次除杂系统进行除杂处理即可。需知道的是，所述单次除杂系统和所述多次除杂系统处理后的废水都需要经过所述萃取系统进行萃取才能得到纯度较高的含锰溶液。
40.为了能在所述废水料液槽1中对所述废水中的杂质进行分层，所述废水料液槽1的
内部自上至下依次形成有上搅拌区2和下搅拌区3，所述上搅拌区2内设有上搅拌机构6，所述下搅拌区3内设有下搅拌机构7，其中，所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7的搅拌方向相反；通过将所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7逆向搅拌，可以带动上层液位的杂质进入下层液位中，需知道的是，所述杂质不仅包括不溶的悬浮颗粒，还包括杂质元素。
41.为了能够将废水料液槽1中的上层废水和下层废水分别排出，所述上搅拌区2开设有上出液口4，所述下搅拌区3开设有下出液口5；所述上出液口4可以与所述单次除杂组件连通，所述下出液口5可以与所述多次除杂组件连通。所述上出液口4和所述下出液口5的废水排出量的比例可以为1:4至3:5，优选的比例可以为1:3至1:2。所述废水排水量的比例对应着所述上出液口4和所述下出液口5的开设位置，即可以将所述下出液口5开设于所述废水料液槽1的底部，所述上出液口4可以开设于距离所述废水料液槽1液面顶部1/5至3/8的高度位置，假定所述废水料液槽1的高度为l，所述上出液口4与所述废水料液槽1液面顶部之间的垂直距离为(1/5)l至(3/8)l。所述废水料液槽1液面顶部是指所述废水料液槽1盛装废水的最高液位处。
42.为了完成对废水的除杂，避免废水中的杂质影响锰的提取，所述单次除杂组件接收所述上出液口4排出的上层废水，并对所述上层废水进行除杂得到待萃取液；所述多次除杂组件的接收所述下出液口5排出的下层废水，并对所述下层废水进行多次除杂得到待萃取液。
43.为了实现锰的有效提取，所述萃取组件接收所述单次除杂机构排出的待萃取液和所述多次除杂机构排出的待萃取液，应当知道的是，所述萃取组件可以对所述待萃取液中的锰进行萃取和反萃取。
44.上述实施方式的工作方式可以为：将沉矾废水注入所述废水料液槽1中，并将所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7逆向搅拌，在搅拌后静置一定时间后，打开所述上出液口4，将所述废水料液槽1中的上层废水输送至所述单次除杂组件，打开所述下出液口5，将所述废水料液槽1中的下层废水输送至所述多次除杂组件；然后，将经所述单次除杂组件和所述多次除杂组件处理后的废水输送至所述萃取组件中，从而在所述萃取组件中最终完成对锰的提取。
45.作为上述实施方式的一个优选方案，所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7均包括驱动部、搅拌杆8、以及搅拌部9；所述搅拌杆8与所述驱动部驱动连接，所述驱动部可以包括电机，所述搅拌杆8与所述搅拌部9固定连接；所述上搅拌机构6的所述驱动部和所述下搅拌机构7的所述驱动部具有相反方向的驱动力，通过相反方向的驱动力可以驱动所述上搅拌机构6的所述搅拌部9和所述下搅拌机构7的所述搅拌部9反向旋转。
46.为了提高杂质分层的速度和所述搅拌机构的作用范围，所述搅拌部9包括多个搅拌叶片10，所述搅拌叶片10可以为杆状或片状，所述搅拌叶片10可以呈弯折状的“s”形，即“s”形的搅拌叶片10的两个转角处分别向两侧弯折，为了便于说明，也可以将其理解为由散开的一圈螺纹形成的螺纹状的结构；当然，所述搅拌叶片也可以呈长条形。所述上搅拌机构6上的所述搅拌叶片10斜向下设置，所述下搅拌机构7上的所述搅拌叶片10斜向上设置，并且，所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7的搅拌部9相对设置。
47.需知道的是，所述单次除杂组件仅包括深度除杂机构12；而所述多次除杂组件包括连通设置的初步除杂机构11和深度除杂机构12，由于所述多次除杂组件接收的废水中具
有较多杂质，因此需要先将其接收的废水通过所述初步除杂机构11进行初步除杂，再输送至深度除杂机构12中进行深度除杂。具体地，所述初步除杂机构11和所述深度除杂机构12均可以为多级逆流离心萃取机，所述初步除杂机构11和所述深度除杂机构12的多级逆流离心萃取机可以串联。
48.为了完成对废水中锰的提取，所述萃取组件包括萃取机构13和反萃取机构15，所述萃取机构13可以接收所述单次除杂机构排出的待萃取液和所述多次除杂机构排出的待萃取液，所述反萃取机构15可以接收所述萃取机构13排出的包括含锰有机溶液。另外，所述萃取组件还可以包括洗涤机构14，所述洗涤机构14接收所述萃取装置排出的含锰有机溶液，所述反萃取装置接收所述洗涤机构14洗涤后的含锰有机溶液。即，所述待萃取液进入所述萃取机构13内，在所述萃取机构13内被有机相萃取，然后含锰有机相进入所述洗涤机构14内洗涤，并在洗涤后进入所述反萃取机构15内，在所述反萃取机构15内，通过反萃可以获得杂质含量极低的硫酸锰溶液。另外，所述萃取机构13、所述洗涤机构14和所述反萃取机构15均可以为多级逆流离心萃取机，所述萃取机构13、所述洗涤机构14和所述反萃取机构15的多级逆流离心萃取机可以依次串联。需知道的是，所述单次除杂组件和所述多次除杂组件中的多级逆流离心萃取机也可以与所述萃取组件中的多级逆流离心萃取机串联而实现溶液的梯次处理。
49.为了便于对不同液位的废水进行排出，所述上出液口4靠近所述上搅拌区2的中部设置，所述下出液口5靠近所述废水料液槽1的底部设置，其中，由于所述上搅拌区2的下部可能会有杂质残留，因此，可以将所述上出液口4靠近所述上搅拌区2的中部设置，在具体划分所述上搅拌区2和所述下搅拌区3时，可以结合所述上出液口4距离所述废水料液槽1液面顶部的位置进行划分；另外，需知道的是，所述上搅拌区2和所述下搅拌区3仅用于对液位进行区分，便于所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7的安装，所述上搅拌区2和所述下搅拌区3之间并未设有阻隔件。
50.需了解的是，作为一种可选方式，所述上出液口4与所述单次除杂组件之间、所述下出液口5与所述多次除杂组件之间、所述单次除杂组件与所述萃取组件之间、以及所述多次除杂组件与所述萃取组件之间均通过设有输送泵的管路连通，以实现废水和待萃取液的输送。当然，所述多次除杂组件的初步除杂机构11和深度除杂机构12之间、所述萃取机构13和所述洗涤机构14之间、所述洗涤机构14和所述反萃取机构15之间也可以通过设有输送泵的管路连通。
51.本发明的基本原理为：本发明主要针对沉矾废水，所述沉钒废水为钒氧化物酸性浸出液沉钒后含锰废水，优选为硫酸浸出后所得的沉矾废水。
52.通过将沉钒废水的上层液位和下层液位反向搅拌，使得沉钒废水中杂质元素在不同液位中含量的不同，并从概念上将沉钒废水分为上下两层。
53.由于搅拌后的上层废水中含杂质较少，可将其直接输送至深度除杂机构12中深度除杂环节，深度除杂采用3
‑
5级离心萃取的方式，萃取剂为二(2,4,4
‑
三甲基戊基)次膦酸、三辛烷基叔胺、lix63中的任一种从或任多种组合，稀释剂为磺化煤油。
54.由于搅拌后的下层废水中的杂质含量较高，首先需通过初步除杂机构11进行初步除杂，初步除杂采用3
‑
5级离心萃取的方式，萃取剂为磷酸三丁酯、三辛烷基叔胺、仲碳伯胺、2
‑
乙基己基膦酸、单2
‑
乙基己基酯中的任何一种从或任何多种组合，稀释剂为磺化煤
油；在进行初步除杂后，将下层废水采用深度除杂机构12进行深度除杂，除杂采用3
‑
5级离心萃取的方式，萃取剂为二(2,4,4
‑
三甲基戊基)次膦酸、双(2
‑
乙基己基)磷酸酯、三辛烷基叔胺、lix63中的任一种从或任多种组合，稀释剂为磺化煤油。
55.在除杂后，需将除杂后的合格溶液通过萃取机构13进行10
‑
20级的离心萃取，采用双(2
‑
乙基己基)磷酸酯作为萃取剂，磺化煤油作为稀释剂；将萃取锰后的有机相在洗涤机构14中经水洗涤，然后采用硫酸溶液作为反萃液在反萃取机构15中对载锰有机相进行反萃，可获得杂质含量极低的硫酸锰溶液。
56.需知道的是，本发明中不同机构所用的多级逆流离心萃取机具有与其功能相对应的级数。
57.本发明实现了在沉钒废水中连续化的高效除杂和高效锰回收，具有良好的经济效益和环境效益，锰的综合回收成本可以降低约20％，本发明有望为沉钒废水中锰的高效回收开辟一条更稳定高效的途径。
58.基于上述从废水中回收锰的装置，本发明还提供了一种从废水中回收锰的方法，包括步骤：
59.s1，对废水料液槽1中的废水进行逆向搅拌处理，以促进废水中的杂质从上层液位分离和在下层液位富集，得所述逆向搅拌处理后的上层废水和下层废水，所述上层废水中的杂质少于所述下层废水中的杂质；
60.其中，所述逆向搅拌处理包括：在所述废水的所述上层液位进行上搅拌，在所述废水的所述下层液位进行下搅拌，所述上搅拌和所述下搅拌的搅拌方向相反；
61.s2，对所述上层废水进行单次除杂处理，得所述单次除杂后的待萃取液；对所述下层废水进行多次除杂处理，得所述多次除杂后的待萃取液；
62.s3，对所述单次除杂后的待萃取液和所述多次除杂后的待萃取液依次进行萃取处理和反萃取处理，得含锰溶液。
63.另外，所述步骤s3还可以包括：将所述萃取处理后得到的含锰有机相进行洗涤处理后，再进行所述反萃取处理。
64.具体地，上述实施方式可以为：
65.1、杂质分层：将沉钒废水注入废水料液槽1中，同时将废水料液槽1中的上搅拌机构6和下搅拌机构7以一定的速度转动一定时间，促进杂质在上层液位的分离和在下层液位的富集，并在搅拌结束后将沉矾废水静置一定时间。
66.其中，所述上搅拌机构6和所述下搅拌机构7的搅拌部9的转速可以为200
‑
600转/分钟，优选的为300
‑
400转/分钟；沉钒废水在废水料液槽1中的接受搅拌的时间为20
‑
60分钟，优选的为30
‑
40分钟；沉钒废水在搅拌结束后的静置时间为10
‑
30分钟，优选的为15
‑
20分钟。
67.2、除杂：打开废水料液槽1的上出液口4，通过上出液口4使上层废水进入深度除杂环节；打开废水料液槽1中的下出液口5，通过下层出水口使下层废水进入初步除杂环节，并将初步除杂后的溶液进行深度除杂；
68.3、锰萃取：从深度除杂后的沉钒废水中萃取锰。
69.本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构
变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。