技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種浸出反應(yīng)器及其操作方法與應(yīng)用，具體涉及一種用于固體廢棄物中金屬的攪拌式浸出反應(yīng)器及其操作方法與應(yīng)用，屬于固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002] 包括
電子廢棄物、
尾礦渣等在內(nèi)的多種固體廢棄物含有大量的金屬。隨著這一類固體廢物產(chǎn)量的不斷加大，原生資源的不斷減少，從含金屬的固體廢棄物中回收金屬一方面減少重金屬污染
水體、土地的
風險，另一方面回收了資源，具有極其重要的意義。目前，以酸浸出為代表的濕法回收在固體廢棄物中金屬的回收中占據(jù)了重要地位。CN106702164B公開了一種從廢棄電子線路板顆粒中分步回收有價金屬的方法，通過控制重
力系數(shù)、分離時間等條件，逐步得到
錫基
合金、鉛基合金、鋅
鋁銅合金、粗銅，并將線路板中的金、
銀、鉑、鈀等貴金屬富集于殘渣中。CN105420502A公開了一種使用
硫酸浸出廢舊
液晶顯示屏中銦，并通過萃取、反萃、加
堿最終得到氫
氧化銦產(chǎn)物的方法。CN108796229A公開了一種從礦渣中回收鉭的方法，將礦渣磨細并酸浸去除賤金屬，然后加堿
焙燒，再經(jīng)過水浸和
鹽酸兩次分步浸出，從而得到鉭富集渣。將富集渣采用
氫氟酸浸出獲得含鉭料液，最終獲得鉭產(chǎn)物?，F(xiàn)有研究多從技術(shù)方法上尋找提升金屬回收率的突破點，多采用搖瓶體系開展研究，而對裝置設(shè)備的關(guān)注較少，其反應(yīng)過程也與實際生產(chǎn)存在一定差異。因此，針對固體廢棄物中各種金屬的回收，開展對于反應(yīng)器的設(shè)計研究是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明針對
現(xiàn)有技術(shù)多集中于搖瓶體系的現(xiàn)狀，設(shè)計了一種溫控耐酸攪拌式反應(yīng)器，提出了其操作方法，能夠極大提高處理能力，實現(xiàn)固體廢棄物中金屬的快速完全浸出。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] 一種用于固體廢棄物中金屬浸出的反應(yīng)器，包括筒體、攪拌裝置、加熱裝置、冷凝裝置和監(jiān)測系統(tǒng)；監(jiān)測系統(tǒng)包括
控制器和
探頭；
[0006] 所述冷凝裝置包括可拆卸式固定于筒體內(nèi)壁的圓形檔板，檔板與其上面的筒體形成冷凝區(qū)，在冷凝區(qū)的筒體
側(cè)壁上部、下部分別設(shè)置冷凝水出口和冷凝水進口；
[0007] 所述檔板下面為反應(yīng)區(qū)，攪拌裝置的攪拌軸穿過檔板中心孔，攪拌槳設(shè)于反應(yīng)區(qū)；監(jiān)測系統(tǒng)的探頭設(shè)于反應(yīng)區(qū)；所述檔板上設(shè)有
密封件以阻止冷凝區(qū)的水進入反應(yīng)區(qū)；
[0008] 所述筒體置于加熱裝置上。
[0009] 優(yōu)選地，在檔板或者反應(yīng)區(qū)筒體側(cè)壁上設(shè)有進料口和探頭孔；當設(shè)于筒體側(cè)壁時，進料口和探頭孔的
位置高于筒體內(nèi)液體被攪拌時達到的最高液面，且進料口設(shè)有密封蓋；當設(shè)于檔板時，進料口和探頭孔分別密封連接進料管和探頭伸入管，兩管自由端均高于冷凝水出口，且進料管的管口設(shè)有密封蓋。
[0010] 優(yōu)選地，所述檔板中心孔密封連接攪拌軸伸入管，該管自由端高于冷凝水出口；所述探頭伸入管、攪拌軸伸入管內(nèi)均設(shè)有
密封圈。
[0011] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測系統(tǒng)為數(shù)顯
溫度計，
溫度計探入位置距離筒式主體邊緣1-2厘米，在筒內(nèi)液體靜止或被攪拌時其頭部能沒入液體中2厘米以上，同時不會被攪拌槳觸碰或
接觸筒體內(nèi)壁。
[0012] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測系統(tǒng)采用具有同時監(jiān)測pH、溫度的耐高溫在線pH監(jiān)測計。
[0013] 優(yōu)選地，所述加熱裝置為恒溫電熱板或恒溫電熱套；所述攪拌裝置為數(shù)顯式電動
攪拌機。
[0014] 優(yōu)選地，所述筒體用搪瓷或耐
腐蝕不銹
鋼制造。
[0015] 一種固體廢棄物中金屬浸出方法，包括以下步驟：
[0016] (1)拆解固體廢棄物，收集金屬富集組件，清洗并干燥，將得到的金屬富集組件進行
破碎，得到金屬富集體粉末；
[0017] (2)將
酸溶液加入上述反應(yīng)器中，開始加熱，同時接通冷凝水，當酸溶液的溫度達到設(shè)定值并維持穩(wěn)定時，加入金屬富集體粉末，開啟攪拌裝置進行攪拌；
[0018] (3)浸出完成后，關(guān)閉加熱裝置、攪拌裝置及冷凝水，將浸出液與浸出渣分離，進行下一步處理。
[0019] 優(yōu)選地，所述固體廢棄物包括尾礦渣、廢液晶顯示屏、廢
鋰離子電池、廢線路板、廢電子零部件；所述金屬包括金、銦、鉑、鈀、銠、銦、銅、鋅、銻、錫、鉭、鉍、鎵、鈰、釹、鑭；所述酸采用鹽酸、硫酸、
草酸、
硝酸、
檸檬酸或氫氟酸。
[0020] 優(yōu)選地，當用于廢液晶顯示屏中銦的浸出時，步驟(2)中所述的酸為草酸，濃度為0.05～0.3mol/L；所述金屬富集體粉末的投加量為50～500g/L；草酸溶液溫度為70～100℃。
[0021] 優(yōu)選地，所述草酸濃度為0.1～0.2mol/L，所述金屬富集體粉末的投加量為200～300g/L。
[0022] 優(yōu)選地，步驟(2)中所述的草酸溶液溫度為80～90℃，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為300～500rpm。
[0023] 優(yōu)選地，步驟(2)中所述金屬富集體粉末的粒徑為≤74μm。
[0024] 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果在于：
[0025] (1)本發(fā)明所述的固體廢棄物中金屬的攪拌式浸出反應(yīng)器，通過采用中空結(jié)構(gòu)的冷凝系統(tǒng)與筒式主體連接，利用溫度計探頭自身對監(jiān)測孔進行封堵，加以冷凝處理，將密封與冷凝集成于同一部件。既能避免液體的
蒸發(fā)，由于冷凝系統(tǒng)的作用又能避免筒內(nèi)壓力過高，使反應(yīng)器能夠安全、平穩(wěn)的運行。
[0026] (2)本發(fā)明所述的固體廢棄物中金屬的攪拌式浸出反應(yīng)器，進一步地，使用數(shù)顯式電動攪拌機進行物料混合，使反應(yīng)物間充分接觸，相較于搖瓶體系，大大提高了處理量，減少了浸出劑用量，在優(yōu)選條件下可以實現(xiàn)金屬的100％浸出。
[0027] (3)本發(fā)明所述的固體廢棄物中金屬的攪拌式浸出反應(yīng)器操作方法，當應(yīng)用于廢舊液晶顯示屏中銦的浸出時，與搖瓶體系中的現(xiàn)有報道相比，在草酸用量減少60％的同時，ITO玻璃粉末投加量增大了6倍。銦完全浸出時間由45分鐘縮短到了10分鐘，同時相較于搖瓶體系中銦濃度達到峰值即出現(xiàn)下降相比，在本發(fā)明所述的固體廢棄物中金屬的攪拌式浸出反應(yīng)器中，銦濃度穩(wěn)定時間達到了20分鐘，有利于后續(xù)分離提純操作。與已有報道相比，本發(fā)明使用的浸出劑更為溫和，同時大大提高了浸出劑的處理能力，具有快速、高效、節(jié)能、低耗的優(yōu)點，易于規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化推廣，促進固體廢棄物的資源化回收和可持續(xù)發(fā)展。
附圖說明
[0028] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成
說明書的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0029] 圖1是本發(fā)明反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明反應(yīng)器冷凝區(qū)的三視圖。
[0031] 圖3是本發(fā)明反應(yīng)器筒體的三視圖。
[0032] 圖4是
實施例1中銦浸出率隨時間變化圖。
[0033] 圖5是實施例2中銦浸出率隨時間變化圖。
[0034] 圖6是實施例3中銦浸出率隨時間變化圖。
[0035] 圖7是實施例4中銦浸出率隨時間變化圖。
[0036] 圖8是對比例中銦浸出率隨時間變化圖。
具體實施方式
[0037] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，以草酸為浸出劑代表，以由廢舊液晶顯示屏破碎得到的ITO玻璃粉末為固體廢棄物代表，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0038] 一種用于固體廢棄物中金屬浸出的反應(yīng)器，包括筒體10、攪拌裝置6、加熱裝置8、冷凝裝置和監(jiān)測系統(tǒng)；監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度計控制器1和
溫度探頭2。
[0039] 所述冷凝裝置包括可拆卸式固定于筒體內(nèi)壁的圓形檔板9，檔板設(shè)于筒體上部的1/4～1/3處，檔板9與其上面的筒體形成冷凝區(qū)，在冷凝區(qū)的筒體側(cè)壁上部、下部分別設(shè)置冷凝水出口5和冷凝水進口4。
[0040] 所述檔板9下面為反應(yīng)區(qū)，檔板上設(shè)有三個孔，攪拌裝置6的攪拌軸穿過檔板中心孔，攪拌槳設(shè)于反應(yīng)區(qū)；溫度探頭2通過檔板設(shè)于反應(yīng)區(qū)；所述檔板9上設(shè)有密封件以阻止冷凝區(qū)的水進入反應(yīng)區(qū)，具體地，檔板9上的三個孔密封連接進料管、探頭伸入管和攪拌軸伸入管，各管自由端均高于冷凝水出口5。所述探頭伸入管、攪拌軸伸入管內(nèi)均設(shè)有密封圈，防止反應(yīng)區(qū)的液體蒸發(fā)；進料管的管口設(shè)有密封塞。
[0041] 所述筒10體置于加熱裝置8上。
[0042] 所述筒體側(cè)壁開有小孔(
采樣口)3，小孔位置高于筒體內(nèi)液體被攪拌時達到的最高液面。
[0043] 所述加熱裝置為恒溫電熱板或恒溫電熱套；所述攪拌裝置為數(shù)顯式電動攪拌機。
[0044] 一種固體廢棄物中金屬浸出方法，包括如下步驟：
[0045] 先將草酸溶液加入反應(yīng)器筒體10中，隨后開啟加熱裝置8及攪拌裝置6。同時，接通冷凝水，并監(jiān)測草酸溶液的溫度。當酸溶液的溫度達到設(shè)定值并維持穩(wěn)定時，通過進料口7加入ITO玻璃粉末。浸出完成后，關(guān)閉加熱裝置8、攪拌裝置6，關(guān)閉冷凝水，拆開
蓋子后將分離固體與液體，進行下一步處理。
[0046] 實施例1：不同草酸濃度下浸出不同投加量ITO玻璃粉末中銦
[0047] 考察不同濃度的草酸所能達到的投加量上限。
[0048] 0.05mol/L草酸：投加量50～150g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速400rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖4a所示。
[0049] 0.1mol/L草酸：投加量50～300g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速400rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖4b所示。
[0050] 0.2mol/L草酸：投加量200～400g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速400rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖4c所示。
[0051] 0.3mol/L草酸：投加量200g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速400rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖4d所示。
[0052] 可以看到，當草酸濃度大于等于0.3mol/L時，由于草酸根離子的
副作用，會導致銦濃度在浸出后期出現(xiàn)較大下降。而當草酸濃度小于0.2mol/L時，浸出能力不足。因此，0.2mol/L是較優(yōu)的草酸濃度，其在300g/L投加量條件下銦的浸出率可達95.45％，0.2mol/L、300g/L是較優(yōu)的草酸濃度與投加量組合。
[0053] 實施例2：不同溫度下浸出ITO玻璃粉末中銦
[0054] 進一步地，考察不同溫度下的草酸的浸出效果。
[0055] 草酸濃度0.2mol/L，投加量300g/L，溫度70～90℃，攪拌轉(zhuǎn)速400rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖5所示。
[0056] 可以看到，在90℃時，最高浸出率為95.45％，高于80℃(94.41％)和70℃(83.29％)。同時，在90℃時，銦離子濃度維持在90％以上的時間也比80℃和70℃時長。因此，90℃是較優(yōu)溫度。
[0057] 實施例3：不同攪拌轉(zhuǎn)速下浸出ITO玻璃粉末中銦
[0058] 進一步地，考察不同攪拌轉(zhuǎn)速下的草酸的浸出效果。
[0059] 草酸濃度0.2mol/L，投加量300g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速300～500rpm，粉末粒徑小于74μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖6所示。
[0060] 可以看到，當攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm時，銦的浸出率提高至100％，明顯高于400rpm和300rpm因此，500rpm是較優(yōu)攪拌速度。
[0061] 實施例4：浸出不同粒徑ITO玻璃粉末中銦
[0062] 進一步地，考察優(yōu)選操作方法對不同粒徑ITO玻璃粉末中銦的浸出效果。
[0063] 草酸濃度0.2mol/L，投加量300g/L，溫度90℃，攪拌轉(zhuǎn)速500rpm，粉末粒徑分別為小于74μm、74～150μm和大于150μm，銦浸出率測試結(jié)果如圖7所示。
[0064] 經(jīng)破碎篩分后不同粒徑范圍的粉末金屬含量不盡相同。74～150μm和大于150μm的粉末中銦的最大浸出率分別達到了96.67％和96.08％，雖未達到100％，但也屬于較高水平。
[0065] 對比例：在25ml血清瓶中加入10ml的0.5mol/L的草酸溶液和0.5g粉末粒徑小于74μm的玻璃粉末后搖勻。樣品分別置于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的環(huán)境中。銦浸出率測試結(jié)果如圖8所示。
[0066] 在搖瓶體系中，最大浸出率出現(xiàn)在70℃，達到100％。其浸出時間為45min。綜上所述，搖瓶體系下的最佳浸出條件為草酸濃度0.5mol/L、投加量50g/L、溫度70℃、粉末粒徑小于74μm。
[0067] 與搖瓶體系相比，本發(fā)明在草酸用量減少60％的同時，ITO玻璃粉末投加量增大了6倍。銦完全浸出時間由45分鐘縮短到了10分鐘，同時相較于搖瓶體系中銦濃度達到峰值即出現(xiàn)下降相比，在本發(fā)明反應(yīng)器中，銦濃度穩(wěn)定時間達到了20分鐘，有利于后續(xù)分離提純操作。
[0068] 上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，如浸出劑的替換、固體廢棄物的更改、反應(yīng)器的改型等，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
