一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置及其使用方法

本发明属于高纯材料制备，尤其涉及一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置及其使用方法。

背景技术：

1、钨作为一种具有极高熔点(3410℃)和沸点(5700℃)的战略性金属，因其具有强度高、硬度高以及抗腐蚀性等优点，被广泛应用于航空航天、军事、医学等领域。钨中杂质含量直接影响钨产品的性能，当钨纯度达到99.999％及以上标准时，具有电子迁移的高电阻、高温稳定性以及形成稳定的硅化物等优异性能，广泛用作半导体大规模集成电路的门电路电极材料、布线材料和屏蔽金属材料。随着科技和半导体的快速发展，很多行业对于钨的纯度提出了更加严格的要求，常规的钨产品的性能已远远不能满足半导体行业的需求。因此，研发超高纯钨原料制备技术具有十分重要的现实意义。

2、目前，在钨的众多杂质中，由于钠离子和铵根离子的化学性质相似，且钨酸盐中铵根离子含量较高，使得钨酸盐中选择性脱除钠离子存在较大的困难。传统脱除钨酸盐中钠离子的方法主要有：萃取法、离子交换法、化学沉淀法、电渗析法。虽然这些方法可以实现钨酸盐中钠离子的脱除，但是存在工艺繁琐、效率低、除杂率低、不可重复利用等缺点，在实际应用中受到很大限制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，而提供一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置及其使用方法，该脱除装置结构新颖、设计合理，操作方便，提高钠离子脱除效率，装置使用过程能耗低、无二次污染且可重复使用，实用性强。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，包括钠离子脱除膜组、石墨板、直流电源、蠕动泵、原料池、净化池、清洗池及管道；所述石墨板包括进水端石墨板和出水端石墨板；所述钠离子脱除膜组由nascion膜和导电膜交替堆叠构成，所述钠离子脱除膜组的两端分别与进水端石墨板和出水端石墨板相连，所述进水端石墨板和出水端石墨板分别与直流电源正负极上的导线相连；所述nascion膜和导电膜之间、钠离子脱除膜组与石墨板之间均有布水板，所述布水板呈正反交替的方式设置；

3、所述进水端石墨板设置有进水口i和进水口ii，所述进水口i通过管道和蠕动泵与原料池连接，所述进水口ii通过管道与清洗池连接；所述出水端石墨板设有出水口i和出水口ii，所述出水口i通过管道与原料池连接，所述进水口ii通过管道与清洗池连接。

4、优选的，所述石墨板厚度为5～30mm，尺寸为钠离子脱除膜组尺寸的1.1～1.5倍；所述nascion膜、导电膜和布水板的外径尺寸相同，且四角均设有孔径与石墨板进出水口孔径相同的通孔。

5、优选的，所述nasicon膜厚为0.2～1.0mm，所述nasicon膜由nasicon材料、粘结剂和分散剂组成，所述nasicon材料在nasicon膜上分布均匀。

6、优选的，所述nasicon材料通式为am(po4)3，其中a可为li+、na+、k+、cs+、nh4+、ag+、mg2+、ca2+、cu2+中的一种；m可为zr4+、ti4+、mn4+、sn4+、ge4+、hf4+中的一种，所述nasicon材料为粉末状，且粒径小于1μm。

7、优选的，所述导电膜为石墨纤维膜、碳纤维膜或碳膜。

8、优选的，所述布水板包括上下夹片及在夹片之间固定的尼龙网，所述夹片中心设有方形孔，所述方形孔与布水板上设置的一组对角通孔相连通；所述夹片厚度为0.05～0.5mm，所述尼龙网厚度为0.02-0.2mm；所述夹片为硅胶片、四氟片或聚酯片。

9、优选的，所述石墨板的外侧通过不锈钢板和螺栓与钠离子脱除膜组进行固定。

10、一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置的使用方法，包括以下步骤：用工业级仲钨酸铵为原料配制得到浓度为40-300g/l钨酸盐溶液，将所述钨酸盐溶液放置在原料池中，将去离子水置于清洗池中，设置蠕动泵流速为1-20ml/min，直流电源的电压为8-50v，原料池中钨酸盐溶液和清洗池中去离子水分别依次通过联通管路和石墨板进入钠离子脱除膜组；在电场驱动下，钨酸盐中钠离子通过nasicon膜上的通道迁移到去离子水中，当经脱除装置处理后的钨酸盐溶液中钠离子含量不达标时打开蠕动泵开关，将净化池中钨酸盐溶液输送到原料池，实现钠离子循环性脱除，直至钠离子含量低于0.1ppm。

11、本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置及方法。通过逐层交替堆叠nasicon膜和导电膜组装了钠离子脱除膜组，在nasicon膜具有选择透过钠离子的前提下，结合电场的协同作用显著提高了钠离子脱除率。通过调节蠕动泵流速、施加电压以及腔室数量等条件，可以有效探索钠离子脱除规律，进而实现钨酸盐溶液中钠离子深度脱除，为5n或6n高纯钨产品的制备奠定基础。整个装置操作简单、能耗低、无二次污染且可重复使用。

技术特征：

1.一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：包括钠离子脱除膜组、石墨板、直流电源、蠕动泵、原料池、净化池、清洗池及管道；所述石墨板包括进水端石墨板和出水端石墨板；所述钠离子脱除膜组由nascion膜和导电膜交替堆叠构成，所述钠离子脱除膜组的两端分别与进水端石墨板和出水端石墨板相连，所述进水端石墨板和出水端石墨板分别与直流电源正负极上的导线相连；所述nascion膜和导电膜之间、钠离子脱除膜组与石墨板之间均有布水板，所述布水板呈正反交替的方式设置；

2.根据权利要求1所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述石墨板厚度为5～30mm，尺寸为钠离子脱除膜组尺寸的1.1～1.5倍；所述nascion膜、导电膜和布水板的外径尺寸相同，且四角均设有孔径与石墨板进出水口孔径相同的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述nasicon膜厚为0.2～1.0mm，所述nasicon膜由nasicon材料、粘结剂和分散剂组成，所述nasicon材料在nasicon膜上分布均匀。

4.根据权利要求3所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述nasicon材料通式为am(po4)3，其中a可为li+、na+、k+、cs+、nh4+、ag+、mg2+、ca2+、cu2+中的一种；m可为zr4+、ti4+、mn4+、sn4+、ge4+、hf4+中的一种，所述nasicon材料为粉末状，且粒径小于1μm。

5.根据权利要求1所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述导电膜为石墨纤维膜、碳纤维膜或碳膜。

6.根据权利要求1所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述布水板包括上下夹片及在夹片之间固定的尼龙网，所述夹片中心设有方形孔，所述方形孔与布水板上设置的一组对角通孔相连通；所述夹片厚度为0.05～0.5mm，所述尼龙网厚度为0.02-0.2mm；所述夹片为硅胶片、四氟片或聚酯片。

7.根据权利要求1所述的一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置，其特征在于：所述石墨板的外侧通过不锈钢板和螺栓与钠离子脱除膜组进行固定。

8.一种如权利要求1所述的钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：用工业级仲钨酸铵为原料配制得到浓度为40-300g/l钨酸盐溶液，将所述钨酸盐溶液放置在原料池中，将去离子水置于清洗池中，设置蠕动泵流速为1—20ml/min，直流电源的电压为8-50v，原料池中钨酸盐溶液和清洗池中去离子水分别依次通过联通管路和石墨板进入钠离子脱除膜组；在电场驱动下，钨酸盐中钠离子通过nasicon膜上的通道迁移到去离子水中，当经脱除装置处理后的钨酸盐溶液中钠离子含量不达标时，打开蠕动泵开关，将净化池中钨酸盐溶液输送到原料池，实现钠离子循环性脱除，直至钠离子含量低于0.1ppm。

技术总结
本发明属于高纯材料制备领域，具体为一种钨酸盐溶液中钠离子深度脱除装置及方法，所述脱除装置包括钠离子脱除膜组、石墨板、直流电源、蠕动泵、原料池、净化池、清洗池和管路。所述钠离子脱除膜组由Nascion膜和导电膜交替往复堆叠构成、Nascion膜和导电膜之间放置布水板，膜组两端与石墨板相连，膜组与石墨板之间放置有布水板，其中布水板呈正反交替放置。通过调节蠕动泵的流速和直流电源的电压使钨酸盐和清洗液以一定的流速在电场的协同下依次经管路和石墨板进入钠离子脱除膜组，钨酸盐中钠离子在电场驱动下通过Nasicon膜上的通道迁移到清洗液中，从而实现钠离子的深度脱除，得到钠离子含量低于0.1ppm的钨酸盐，装置操作简单、能耗低、无二次污染且可重复使用。

技术研发人员：郝振华,李烨,崔春丽,舒永春,何季麟,马如龙
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14