一种能使铝酸钠溶液脱氯的系统的制作方法

1.本实用新型涉及冶金化工技术领域，尤其涉及一种能使铝酸钠溶液脱氯的系统。


背景技术：

2.铝是一种银白色金属，重量轻，具有良好延展性、导电性、导热性、耐热性和耐辐射性。铝在空气中其表面会生成致密的氧化物薄膜，从而使铝具有良好的耐蚀性。铝及铝合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。当前铝的产量和用量（按吨计算）仅次于钢材，成为人类应用的第二大金属；而且铝的资源十分丰富，铝的矿藏储存量约占地壳构成物质的8%以上。我国铝产量及产能居全球第一。目前金属铝的生产唯一方法是用氧化铝为原料的电解法。铝的生产方法：铝矿石开采、氧化铝的制取、电解铝冶炼、铝加工生产。
3.国外生产氧化铝绝大多数采纳拜耳法生产氧化铝，中国结合自己的资源情形，首创了拜耳-烧结混联法，极大地提高了氧化铝的总回收率。随着生产技术的不断提高，石灰拜耳法、选矿拜耳法等一些新的生产方法不断被应用到生产中来。在氧化铝的生产过程中，由于电解铝生产产生的铝灰返回生产系统，带入含氯杂质，并且不断富聚增加，造成产品粒度偏细，影响产品质量，加大设备腐蚀，已成为电解铝行业的历史问题。
4.现有的碱性溶液脱氯的方法，大多采用超高石灰铝法脱出溶液中的氯离子，通过在含氯废水中加入氧化钙和偏铝酸钠，生成溶解度极小的钙铝氯化合物 ca4al2cl2（oh）12，进而达到去除氯离子的效果，但该法在偏铝酸钠溶液中，由于铝离子的大量存在，产生反溶钙铝氯化合物 ca4al2cl2（oh）12，沉淀极少，无法实现分离脱出氯离子的目的。


技术实现要素：

5.本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。
6.为克服现有技术的问题，本实用新型的目的是提供一种能高效、低能、环保的使铝酸钠溶液脱氯的系统。
7.为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：
8.一种能使铝酸钠溶液脱氯的系统，其特征在于，包括还原装置、与还原装置的输出端连接的电解装置，以及与电解装置连接的气体排放端连接的气体处理装置；
9.所述的还原装置包括设有进液口的微波加热搅拌反应缸；
10.所述的电解装置包括与所述还原装置连接的槽体，至少一个设于槽体内且设有阳极区和阴极区的电解槽，至少一个设于电解槽的阳极区内的阳极板，至少一个设于电解槽的阴极区内的阴极板，设于阳极区与阴极区之间的阳离子交换膜，设于槽体上且与阳极区连通的第一进液口和第一出液口，设于槽体上且与阴极区连通的第二进液口和第二出液口，以及设于槽体顶部且用于排放电解产生的气体的排气口；
11.所述的气体处理装置包括设于所述槽体的上方的抽风罩，设于气体流向下游侧且用于收集氯气的淋洗机构，以及与淋洗机构连接的气体净化机构。
12.优选的，所述电解装置还包括用于将阳极液在阳极区内形成循环的第一循环泵。
13.优选的，所述电解装置还包括设于所述还原装置与所述槽体之间的电解前液高位储槽。
14.优选的，在第一循环泵与所述槽体之间设有阳极液储槽；所述的阳极液储槽的输出端设有用于控制与所述电解前液高位储槽的输入端或所述第二进液口连通的阀门。
15.优选的，所述淋洗机构包括至少两个依次连接的淋洗塔，与所述淋洗塔的输入端连接且通过管道连接的配碱液槽，将碱液泵送至淋洗塔内的配碱液泵，控制配碱液槽与淋洗塔的连通的配碱阀,至少一个连接相邻两个淋洗塔的第二循环泵，以及与所述淋洗塔的输出端连接的次氯酸钠产品储槽；所述淋洗塔内的吸收液为氢氧化钠。
16.优选的，所述气体净化机构包括与所述淋洗机构连接的抽风机，以及设于气体流向的下游侧且与抽风机通过管道连接的石灰池。
17.优选的，还包括设于所述还原装置与电解装置之间的压滤机；
18.和/或；所述微波加热搅拌反应缸中添加的还原剂为铝粉。
19.优选的，所述抽风罩上设有氢气在线检测机构。
20.优选的，所述电解装置还包括以下设置中的至少一种：
21.所述阳极板由耐腐蚀板材制成；所述耐腐蚀板材上涂覆有石墨、钛、或贵金属中的一种；
22.所述阴极板为镍板、不锈钢板或低碳钢板中的一种；
23.所述阳极板和所述阴极板插入电解液的深度为20－40厘米；
24.所述阳极区与阴极区的数量均为至少一个；
25.所述阳极区的第一出液口与所述阳极液储槽的输入端连接；
26.所述第二出液口与铝酸钠产品储槽连接。
27.优选的，还包括控制整个系统自动运转的plc控制器。
28.本实用新型的有益效果：
29.本实用新型不仅具有高效、低能、环保的优点，同时通过电解使铝土矿浸出液或铝酸钠浓缩母液溶液中的氯离子直接以氯气气体的方式析出，所需电耗较低，属于低能耗的工艺，与常规化学法相比，不用添加化学试剂，也不会引入其它杂质，不仅提高了产品质量，且不产生固体废物，属于环保型工艺；通过还原装置将铝土矿浸出液或铝酸钠浓缩母液溶液中的重金属等固体物还原，过滤后，可直接集中出售给相关冶炼厂，不仅增加了工厂了营业收入，且避免了重金属在电解过程中于阴极析出，进而堵塞阳离子交换膜；同时由于还原过程中添加的还原剂为铝粉，其可在后续淋洗过程中与氢氧化钠发生反应，生成偏铝酸钠，在后续的加工中不会影响氧化铝生产产品质量。还原装置采用微波加热搅拌反应缸，相较于传统的冶炼工艺而言，属于低能耗的工艺。
30.由于采用的是阳离子交换膜，阳极电解后的溶液继续作为阴极的电解液，由于阳极区氯离子与阴极区的氢氧根离子不能自由移动，使阳极区的氯离子浓度更高，进而有利于电解时氯离子的析出，而由于阴极区电解液中的游离碱浓度明显增加，使得到铝酸钠溶液在后续的铝土矿加工工艺中，可降低氧化铝的消耗，降低生产成本。
31.为提高脱氯率，减小析出氯气被电解液的吸收，电解的阴阳极为浅入电解液的多阴阳极，同时保证电解的电流密度。
32.电解装置设计采用板框式的结构，布局更合理，占地面积小，节约设备投资。
33.通过氢气在线检测装置，准确判断氢气的浓度；由于本系统中的抽风罩中设有大流量的变频调抽风机，当氢气浓度超过预设值时，可通过控制抽风量来控制电解产生气体的浓度，避免爆炸的产生。
34.由于处理气体量较大，采用多级淋洗塔吸收氯气，在淋洗塔中加入氢氧化钠溶液吸收，可得到副产品消毒液次氯酸钠，增加产品收入，再将气体经石灰池吸收后，可使气体达标排放，减小污染。
附图说明
35.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：
36.图1为本实用新型具体实施例中的一种能使铝酸钠溶液脱氯的系统的示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
38.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.具体实施例1
41.如图1所示，采用本实用新型提供的能使铝酸钠溶液脱氯的系统处理铝土矿浸出液，该铝土矿浸出液的全碱（可碱+碳碱）含量为290～315克/升，氯离子含量为3～20克/升；该能使铝酸钠溶液脱氯的系统包括还原装置、与还原装置的输出端连接的电解装置8，以及与电解装置8连接的气体排放端连接的气体处理装置；
42.所述的还原装置包括设有进液口的微波加热搅拌反应缸1；本实施例中，采用1立方米的微波加热搅拌反应缸1，该微波加热搅拌反应缸1种采用的还原剂为铝粉，加入量500～1000克/升，还原温度55～70℃，还原时间30～45分钟；
43.所述的电解装置8包括与所述还原装置连接的槽体，至少一个设于槽体内且设有阳极区和阴极区的电解槽，至少一个设于电解槽的阳极区内的阳极板22，至少一个设于电解槽的阴极区内的阴极板23，设于阳极区与阴极区之间的阳离子交换膜15，设于槽体上且与阳极区连通的第一进液口和第一出液口，设于槽体上且与阴极区连通的第二进液口和第二出液口，以及设于槽体顶部且用于排放电解产生的气体的排气口；所述阳极区与阴极区
的数量均为至少一个，可根据实际生产需求进行设定。所述电解装置8还包括设于所述还原装置与所述槽体之间的电解前液高位储槽6，用于储存还原后的溶液。该电解前液高位储槽6的输出端与槽体之间设有阳极溶液进液阀7。本实施例中，槽体内设置了一个电解槽，该电解槽的体积为480升，设置了8个阴极区和9个阳极区，每个阳极区设置10个阳极板，每个阴极区设置5个阴极板，所述阳极区的第一进液口设于槽体的底部，该第一进液口与该电解前液高位储槽6的输出端连接，所述阳极区的第一出液口设于槽体的顶部。阳极板22和阴极板23插入电解液的深度为20－40厘米，以有效降低氯气被碱液所吸收的量，使电解液中的氯气被充分析出。阳极板22和阴极板23与常规电解极板相比，外观更短。由于采用短电解极板，电解装置8的外观比较短矮。
44.所述的气体处理装置包括设于所述槽体的上方的抽风罩11，设于气体流向下游侧且用于收集氯气的淋洗机构，以及与淋洗机构连接的气体净化机构。通过抽风罩11避免了产生的气体的扩散，且防止了气体对环境的污染，并将产生的气体及时送入淋洗机构淋洗，防止气体聚集发生危险。该抽风罩11包括设于槽体上方的罩体，以及设于罩体上的大流量的变频式抽风机。
45.本实施例中，各阀门的开启与关闭，各装置的启动与关闭均采用人工进行操作，在此不进行赘述。
46.进一步地，所述电解装置8还包括用于将阳极液在阳极区内形成循环的第一循环泵13。作为一个优选实施例，该第一循环泵13设于第一进液口与第一出液口之间，以便于使阳极区内的溶液得到充分电解，进而充分去氯。本实施例中，通过第一循环泵13控制阳极区溶液的循环流量为8升/分。
47.进一步地，在第一循环泵13与所述槽体之间设有阳极液储槽12，用于存储电解后的阳极区溶液，该阳极区溶液为已经有效去除氯的铝酸钠溶液；所述的阳极液储槽12的输出端设有用于控制与所述电解前液高位储槽6的输入端或所述第二进液口连通的控制阀14。所述阳极区的第一出液口与该阳极液储槽12的输入端连接。该第二出液口与铝酸钠产品储槽16连接。通过将阳极液储槽12中的铝酸钠溶液循环进入阴极区继续电解的方式，可提高铝酸钠溶液的碱度，进而可降低后续冶炼加工中的碱液的添加，进而降低后续产品的加工成本。
48.进一步地，所述淋洗机构包括至少两个依次连接的淋洗塔，与所述淋洗塔的输入端连接且通过管道连接的配碱液槽27，将碱液泵送至淋洗塔内的配碱液泵26，控制配碱液槽27与淋洗塔的连通的配碱阀25,至少一个连接相邻两个淋洗塔的第二循环泵24，以及与所述淋洗塔的输出端连接的次氯酸钠产品储槽28；所述淋洗塔内的吸收液为氢氧化钠。所述次氯酸钠产品储槽28与所述淋洗塔的输出端设有第三循环泵21。本实施例中，采用二级淋洗，即含有2个依次连接的淋洗塔，在实际使用时，在配液碱槽内加入清水，按10%的比例加入氢氧化钠，搅拌溶解，打开配碱阀25，开启配碱液泵26，将配好的碱液泵入二级淋洗塔18内后，启动第二循环泵24，进而将二级淋洗塔18内的碱液泵入一级淋洗塔17，并开启淋洗塔的淋洗开关19，开始对电解后的气体进行淋洗，当二级淋洗塔18溶液ph值达10时，关闭二级淋洗塔18，并解脱氯以便于更换氢氧化浓溶液，同时启动第三循环泵21，将一级淋洗塔17内的溶液泵到次氯酸钠产品储槽28内，后再把二级淋洗塔18内溶液泵到一级淋洗塔17内。
49.进一步地，所述气体净化机构包括与所述淋洗机构连接的抽风机29，以及设于气
体流向的下游侧且与抽风机29通过管道连接的石灰池20。该抽风机29为大流量抽风机。
50.进一步地，所述抽风罩11上设有氢气在线检测机构，以便于及时探测电解后产生的气体中的氢气的含量，当氢气含量高于预设值时，通过增大抽风罩11的风量，以及时将产生的气体排出，防止氢气含量过高，发生爆炸。该氢气在线检测机构包括氢气在线检测分析仪9，以及至少一个设于抽风罩11内壁上的探头10，对于较大的电解装置8而言，通过多个探头10的设定可以提高对氢气检测的准确度，因此，可根据实际的生产需要进行设定，在此不进行限定。
51.进一步地，所述阳极板22为耐腐蚀板材制成；所述耐腐蚀板材上涂覆有石墨、钛、或贵金属中的一种。该贵金属包括钌、依等，在此不进行具体限定。
52.进一步地，所述阴极板23为镍板、不锈钢板或低碳钢板中的一种。
53.经本系统对铝酸钠浓缩母液去氯处理后，测得阳极液储槽12内的铝酸钠溶液的全碱（可碱+碳碱）含量为305.1克/升，氯离子0.88克/升。而铝酸钠产品储槽16中的铝酸钠溶液的全碱（可碱+碳碱）含量为330.8克/升，氯离子含量为0.86克/升。满足实际生产需求。
54.综上所述，上述结构的能使铝酸钠溶液脱氯的系统处理铝土矿浸出液，不仅具有高效、低能、环保的优点，同时通过电解使其溶液中的氯离子直接以氯气气体的方式析出，所需电耗较低，属于低能耗的工艺，与常规化学法相比，不用添加化学试剂，也不会引入其它杂质，不仅提高了产品质量，且不产生固体废物，属于环保型工艺；通过还原装置将铝土矿浸出液中的重金属等固体物还原，过滤后，可直接集中出售给相关冶炼厂，不仅增加了工厂了营业收入，且避免了重金属在电解过程中于阴极析出，进而堵塞阳离子交换膜15；同时由于还原过程中添加的还原剂为铝粉，其可在后续淋洗过程中与氢氧化钠发生反应，生成偏铝酸钠，在后续的加工中不会影响氧化铝生产产品质量。还原装置采用微波加热搅拌反应缸1，相较于传统的冶炼工艺而言，属于低能耗的工艺。
55.由于采用的是阳离子交换膜15，阳极电解后的溶液继续作为阴极的电解液，由于阳极区氯离子与阴极区的氢氧根离子不能自由移动，使阳极区的氯离子浓度更高，进而有利于电解时氯离子的析出，而由于阴极区电解液中的游离碱浓度明显增加，使得到铝酸钠溶液再后续的铝土矿加工工艺中，可降低氧化铝的消耗，降低生产成本。
56.为提高脱氯率，减小析出氯气被电解液的吸收，电解的阴阳极为浅入电解液的多阴阳极，同时保证电解的电流密度。
57.电解装置8采用板框式的结构，布局更合理，占地面积小，节约设备投资。
58.通过氢气在线检测装置，准确判断氢气的浓度；由于本系统中的抽风罩11中设有大流量的变频式抽风机，当氢气浓度超过预设值时，可通过控制抽风量来控制电解产生气体的浓度，避免爆炸的产生。
59.由于处理气体量较大，采用多级淋洗塔吸收氯气，在淋洗塔中加入氢氧化钠溶液吸收，可得到副产品消毒液次氯酸钠，增加产品收入，再将气体经石灰池20吸收后，可使气体达标排放，减小污染。
60.具体实施例2
61.本实施例也提供了一种能使铝酸钠溶液脱氯的系统，结构基本与实施例1相同，其区别在于：
62.本实施例中处理的是铝酸钠浓缩母液，该浓缩母液中的全碱（可碱+碳碱）含量为
290～320克/升，氯离子含量3～20克/升。本实施例中的系统还包括设于所述还原装置与电解装置8之间的压滤机5，以便于将铝酸钠浓缩母液中还原出来的重金属等固体物过滤出来，防止堵塞电解装置8中的阳离子交换膜15，并可直接将过滤出来的重金属等固体物集中起来，出售给相关冶炼厂，增加工厂的营业收入。该压滤机5与微波加热搅拌反应缸1之间设有微波反应缸放料阀3，以及过滤泵4。
63.进一步地，还包括控制整个系统自动运转的plc控制器，以及用于控制微波加热搅拌反应缸1的微波电源控制器2，以减轻生产线上操作人员的劳动强度，降低人员操作失误对生产线产品的影响，提高生产线的自动化，提高生产效率。
64.进一步地，本实施例中的各类型阀均采用电磁阀，比如放料阀、进液阀、控制阀等，在此不一一列举。
65.经本系统对铝酸钠浓缩母液去氯处理后，测得阳极液储槽12内的铝酸钠溶液的全碱（可碱+碳碱）含量为301.5克/升，氯离子0.92克/升。而铝酸钠产品储槽16中的铝酸钠溶液的全碱（可碱+碳碱）含量为332.8克/升，氯离子0.91克/升。满足实际生产需求。
66.本实用新型重在保护的是整体的铝酸钠溶液脱氯系统的结构设计，并不涉及对程序的改进，plc控制器对各个阀门、循环泵、抽风机29、以及各类型阀的控制程序是很容易实现的，本领域技术人员均可以在得知运动行程的设计要求下，利用plc基本知识设计出plc控制程序。
67.综上所述，与实施例1相比，本实施例不仅能达到实施例1的技术效果，还由于压滤机5和plc控制器的设置，降低了阳离子交换膜15发生堵塞的情况，提高了电解效率，同时由于plc控制器的设置，减轻了生产线上操作人员的劳动强度，降低人员操作失误对生产线产品的影响，提高生产线的自动化，提高生产效率。
68.以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。