[發明專利]含高濃度鉬、鋯元素的污水處理過程中的防垢方法

在審

• 申請號: 201710504193.8
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107651714A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 任桂芬;張亮
• 申請（專利權）人: 青島清健怡水技術咨詢有限公司
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00;C02F101/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 李晶晶

技術領域

本發明涉及一種含高濃度鉬、鋯元素的污水處理過程中的防垢方法。

背景技術

在工業金屬廢棄物處理過程中，金屬的鍍層以及合金中含有相當高比例的貴金屬，將這部分高價值的金屬元素回收，可產生相當可觀的經濟收益。為了盡可能的提取廢金屬中的貴金屬元素，通常采用硝酸將金屬整體溶解后進行置換提取。然而當非金屬中含有一定量的鉬元素和鋯元素時，離子化的鉬和鋯在硝酸溶液結合時，隨著溫度的變化，溶液中會生成附著力很強的鉬酸鋯固形物附著在容器內壁，長時間積累后形成垢層。

造成的影響有：1.容器壁內的垢層降低系統熱傳導率，造成容器內溶液受熱不均勻，影響反應效率；2.堵塞管道，對設備造成損傷。

現有的除垢方法可分為物理方法與化學方法兩大類：

①物理法：用高壓水的沖擊力將垢層從容器壁上機械剝離。

②化學法：高濃度酸洗法、堿洗法、弱酸高溫清洗法，阻垢劑法。

現有相除垢法的優缺點。

高壓水除垢法

優點：對設備沒有損傷，低污染。

缺點：1.需要將設備停止，妨礙設備的連續性正常運行，增加運行成本；2.由于垢層與容器內壁結合緊密，此方法并不能將垢層完全清除；3.其次工作人員進入到設備中進行清除，設備長期處于酸性及混合溶液環境中，對工作人員的安全、健康存在隱患。4.清理過程中，用水量大，資源浪費。

高濃度酸洗法、堿洗法

優點：通過化學反應將鉬酸鋯垢層溶解，能夠較為徹底的清除垢層。

缺點：1.高濃度強酸強堿環境對設備腐蝕嚴重，縮短設備的使用壽命。2.廢液的處理成本高，對環境負荷大。

弱酸高溫清洗法：

優點：廢液處理較為簡便，對環境負荷小。

缺點：1.高溫清洗耗能高。2.弱酸反應速率低，完全清除垢層需要時間長。

阻垢劑法：

優點：低耗能，對設備壽命影響小。一定程度提高鉬酸鋯的溶解度，使析出量減小，降低結垢速率。

缺點：阻垢劑成分復雜，使溶液中混入雜質不易分離，對后續的貴金屬回收工藝增加難度。

資源浪費、操作成本高、環境負荷大是現有方法的弊端，因此，目前需要一種安全、操作簡易、環保節能的新方法來防止反應容器中鉬酸鋯固形物的析出成垢。

發明內容

本發明針對鉬酸鋯的析出·吸附機理特性，通過晶種添加的方式，提供一種簡便、低成本、無污染的非化學方法解決鉬酸鋯在水處理反應裝置中結垢的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明提供的含高濃度鉬、鋯元素的污水處理過程中的防垢方法，其技術方案是在污水處理的容器中加入晶體。

優選的，加入晶體是鉬酸鋯、氧化鉬或氧化鋯等不同形態的晶體。

進一步的，加入晶體是鉬酸鋯。

本發明通過向含有鉬元素和鋯元素硝酸溶液中添加鉬酸鋯晶種的方法，使核化微粒在溶液生成后，迅速被晶種吸收，阻止其在容器內壁結垢。本發明篩選50μm的鉬酸鋯微粒作為晶種添加，確定硝酸濃度為3mol/L、溫度為90℃，通過增加晶種添加量，評價容器內壁的鉬酸鋯垢層變化。

結果表明隨著晶種添加量不斷增加，容器內壁的垢層逐漸減少，當過飽和度與添加量之比達到0.0114 [L/g]時，容器內壁垢層完全消失。將晶種添加量換算為晶種總表面積，可得到過飽和度與表面積之比為0.236L/m²。

為驗證本發明的理論，既晶種添加表面積是達到消除垢層的關鍵因素，將晶種粒徑改變為37.5μm和10μm，再其他條件保持不變的環境下，進行重復試驗。結果顯示，當37.5μm和10μm的晶種在表面積與過飽和度之比達到0.236 [L/m²]時，也同樣達到了阻止鉬酸鋯垢層產生的效果，并且由于總表面積相同的情況下，粒徑與總質量成反比，因此晶種粒徑越小所需的添加就越少，對容器的物理負荷越低，使后期分離工藝的操作簡便。

本發明的有益效果是：

本發明通過研究鉬酸鋯在硝酸溶液中的形成、析出、附著機理，利用鉬酸鋯晶體成長過程中的特異性，在溶液中加入鉬酸鋯晶種，使用大顆粒的晶體吸收生成的鉬酸鋯微粒，阻止在容器內壁上的吸附，有效地防止了垢層的形成。

阻垢劑法在水處理工藝中運用最多的方法，根據鉬酸鋯的含量，調節阻垢劑的用量，可以有效地控制垢層的生長，維持設備的持續運營。可是在貴金屬回收工藝中，阻垢劑的添加使溶液的成分變的復雜，增加金屬分離與還原回收階段的難度。