公布日：2023.06.02
申请日：2022.11.15
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C01G53/11(2006.01)I;C01G51/00(2006.01)I;B01F27/92(2022.01)I;C02F1/04(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F101
/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统及方法，属于三元前驱体废水处理领域，一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，包括调节池、超滤膜系统、反渗透系统、反应装置、沉降池、以及MVR蒸发器，调节池的排液口与超滤膜系统连通，超滤膜系统的透过液出口与反渗透系统连通，反渗透系统的浓缩液出口分别与反应装置、以及超滤膜系统和反渗透系统之间的连接管路连通，反应装置的排液口分别与沉降池、以及反渗透系统和反应装置之间的连接管路连通，沉降池的清液出口与MVR蒸发器连通。本发明的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统及方法，不仅降低水体污染物浓度，还回收有价元素镍、钴、锰。
权利要求书
1.一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：包括调节池、超滤膜系统、反渗透系统、反应装置、沉降池、以及MVR蒸发器；所述调节池的排液口与超滤膜系统连通；所述超滤膜系统的透过液出口与反渗透系统连通；所述反渗透系统的浓缩液出口分别与反应装置、以及超滤膜系统和反渗透系统之间的连接管路连通；所述反应装置的排液口分别与沉降池、以及反渗透系统和反应装置之间的连接管路连通；所述沉降池的清液出口与MVR蒸发器连通。
2.根据权利要求1所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述反应装置包括反应箱、微纳米气泡发生器、进气管、布气筒、搅拌器、以及搅拌组；所述反应箱的一侧壁固定有微纳米气泡发生器，所述反应箱内部的中心位置设置有布气筒；所述布气筒与微纳米气泡发生器之间通过进气管连通；所述反应箱的顶部固定有搅拌器，所述搅拌的搅拌端延伸至所述布气筒的内部；所述搅拌组环绕所述反应箱的侧壁设置，搅拌组的搅拌端延伸至所述反应箱的内部，且位于所述布气筒的外侧。
3.根据权利要求2所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述布气筒呈圆柱体状，所述布气筒的侧壁具有气腔；所述布气筒的内侧壁沿周向开设有多个第一气孔，所述第一气孔与气腔连通，所述第一气孔均呈水平设置；所述布气筒的外侧壁沿周向开设有多个第二气孔，所述第二气孔与气腔连通，位于布气筒中部的第二气孔呈水平设置，位于布气筒上部的第二气孔向上倾斜设置，位于布气筒下部的第二气孔向下倾斜设置。
4.根据权利要求2所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述搅拌器包括第一电机、第一搅拌轴、第一螺旋叶片、以及第二螺旋叶片；所述第一电机固定于反应箱的顶部中心，所述第一电机的底部固定有第一搅拌轴，所述第一搅拌轴的底端穿过反应箱的顶壁且延伸至布气筒内固定有第一螺旋叶片和第二螺旋叶片，所述第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的螺旋方向相反。
5.根据权利要求2所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述搅拌组包括安装罩、第二电机、第三螺旋叶片、导水筒、第二搅拌轴、第一传动组件、第二传动组件、第三搅拌轴、第三传动组件、第四搅拌轴、以及第五搅拌轴；所述反应箱的内部固定有四个导水筒，四个导水筒环绕布气筒设置；所述安装罩固定在反应箱的外侧壁；所述第二电机固定于所述安装罩内部的后侧壁，所述第二电机的前端固定有第二搅拌轴，所述第二搅拌轴的前端穿过所述反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第二搅拌轴对应的导水筒的出水口朝前设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝前推动；所述第三搅拌轴与第二搅拌轴之间通过第一传动组件传动连接，所述第三搅拌轴的右端穿过所述反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第三搅拌轴对应的导水筒的出水口朝右设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝右推动；所述第四搅拌轴与第二搅拌轴之间通过第二传动组件传动连接，所述第四搅拌轴的左端穿过所述反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第四搅拌轴对应的导水筒的出水口朝左设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝左推动；所述第五搅拌轴与第二传动组件之间通过第三传动组件传动连接，所述第五搅拌轴的后端穿过所述反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第五搅拌轴对应的导水筒的出水口朝后设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝后推动。
6.根据权利要求5所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述导水筒包括导水部和出水部；所述导水部的出水端与出水部连接；所述导水部呈喇叭状，所述第三螺旋叶片设置于所述导水部内；第二搅拌轴对应的导水筒的导水部、以及第五搅拌轴对应导水筒的导水部均朝上设置；第三搅拌轴对应的导水筒的导水部、以及第四搅拌轴对应导水筒的导水部均朝上设置。
7.根据权利要求5所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，其特征在于：所述第一传动组件包括第一皮带轮、第二皮带轮、第一平皮带、第一转轴、第一轴承座、第一锥齿轮、以及第二锥齿轮；所述第一皮带轮固定于第二搅拌轴，所述第一轴承座固定于反应箱的左侧壁，所述第一转轴的后端穿过第一轴承座且固定有第二皮带轮，所述第二皮带轮与第一皮带轮通过第一平皮带传动连接；所述第一转轴的前端固定有第一锥齿轮，所述第三搅拌轴的左端固定有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合；所述第二传动组件包括第三皮带轮、第四皮带轮、第二平皮带、第二轴承座、第二转轴、第三锥齿轮、以及第四锥齿轮；所述第三皮带轮固定于第二搅拌轴，所述第二轴承座固定于反应箱的右侧壁，所述第二转轴的后端穿过第二轴承座且固定有第四皮带轮，所述第四皮带轮与第三皮带轮通过第二平皮带传动连接；所述第二转轴的后部固定有第三锥齿轮，所述第四搅拌轴的右端固定有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮与第三锥齿轮啮合；所述第三传动组件包括第五皮带轮、第六皮带轮、以及第三平皮带；所述第二转轴的前端固定有第五皮带轮，所述第五搅拌轴的前端固定有第六皮带轮，所述第六皮带轮与第五皮带轮通过第三平皮带传动连接。
8.一种从三元前驱体废水中回收镍钴的方法，采用权利要求1-7任一项所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统进行回收处理，其特征在于，包括以下步骤：S1：将废水通入调节池内，加入硫酸调节废水液的pH值，使氨和重金属以游离态形式存在；S2：将调节后的废水送入超滤膜系统，去除悬浮物；S3：将超滤膜系统处理后的透过液送入反渗透系统进行浓缩处理，提高浓缩液中金属离子和氨氮浓度；S4：将反渗透系统处理后的浓缩液一部分送入反应装置，另一部分与超滤膜系统处理后得到的透过液一起送入反渗透系统，往反应装置内加入硫化沉淀剂，形成硫化锰沉淀，然后调节浓缩液的pH值，再往反应装置内加入硫化沉淀剂，形成硫化镍和硫化钴沉淀，将反应装置出水一部分送入沉降池，另一部分与反渗透系统处理后得到的浓缩液一起送入反应装置，在沉降池中硫化物晶体不断聚集生长并发生沉降，经沉降池沉降处理后的清液送入MVR蒸发器进行蒸发结晶，得结晶母液。
9.根据权利要求8所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的方法，其特征在于：超滤膜系统的操作压力为0.2-0.5Mpa；反渗透系统的操作压力为1.0-1.5Mp。
10.根据权利要求8所述的从三元前驱体废水中回收镍钴的方法，其特征在于：步骤S1的pH值调节至6-7；步骤S4的pH值调节至5-6；步骤S4中，形成硫化锰沉淀时，按化学计量1.1-1.2倍投加硫化沉淀剂，硫化沉淀剂为硫化钠或硫氢化钠。
发明内容
本发明的目的在于提出一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统及方法，降低水体污染物溶度，回收有价元素镍、钴、锰。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统，包括调节池、超滤膜系统、反渗透系统、反应装置、沉降池、以及MVR蒸发器，调节池的排液口与超滤膜系统连通，超滤膜系统的透过液出口与反渗透系统连通，反渗透系统的浓缩液出口分别与反应装置、以及超滤膜系统和反渗透系统之间的连接管路连通，反应装置的排液口与沉降池连通，沉降池的清液出口分别与MVR蒸发器、以及反渗透系统和反应装置之间的连接管路连通。
优选地，反应装置包括反应箱、微纳米气泡发生器、进气管、布气筒、搅拌器、以及搅拌组，反应箱的一侧壁固定有微纳米气泡发生器，反应箱内部的中心位置设置有布气筒，布气筒与微纳米气泡发生器之间通过进气管连通，反应箱的顶部固定有搅拌器，搅拌的搅拌端延伸至布气筒的内部，搅拌组环绕反应箱的侧壁设置，搅拌组的搅拌端延伸至反应箱的内部，且位于布气筒的外侧。
优选地，布气筒呈圆柱体状，布气筒的侧壁具有气腔，布气筒的内侧壁沿周向开设有多个第一气孔，第一气孔与气腔连通，第一气孔均呈水平设置，布气筒的外侧壁沿周向开设有多个第二气孔，第二气孔与气腔连通，位于布气筒中部的第二气孔呈水平设置，位于布气筒上部的第二气孔向上倾斜设置，位于布气筒下部的第二气孔向下倾斜设置。
优选地，搅拌器包括第一电机、第一搅拌轴、第一螺旋叶片、以及第二螺旋叶片，第一电机固定于反应箱的顶部中心，第一电机的底部固定有第一搅拌轴，第一搅拌轴的底端穿过反应箱的顶壁且延伸至布气筒内固定有第一螺旋叶片和第二螺旋叶片，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的螺旋方向相反。
优选地，搅拌组包括安装罩、第二电机、第三螺旋叶片、导水筒、第二搅拌轴、第一传动组件、第二传动组件、第三搅拌轴、第三传动组件、第四搅拌轴、以及第五搅拌轴，反应箱的内部固定有四个导水筒，四个导水筒环绕布气筒设置，安装罩固定在反应箱的外侧壁，第二电机固定于安装罩内部的后侧壁，第二电机的前端固定有第二搅拌轴，第二搅拌轴的前端穿过反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第二搅拌轴对应的导水筒的出水口朝前设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝前推动，第三搅拌轴与第二搅拌轴之间通过第一传动组件传动连接，第三搅拌轴的右端穿过反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第三搅拌轴对应的导水筒的出水口朝右设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝右推动，第四搅拌轴与第二搅拌轴之间通过第二传动组件传动连接，第四搅拌轴的左端穿过反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第四搅拌轴对应的导水筒的出水口朝左设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝左推动，第五搅拌轴与第二传动组件之间通过第三传动组件传动连接，第五搅拌轴的后端穿过反应箱延伸至导水筒内固定有第三螺旋叶片，第五搅拌轴对应的导水筒的出水口朝后设置，以使在第三螺旋叶片的推动下将水朝后推动。
优选地，导水筒包括导水部和出水部，导水部的出水端与出水部连接，导水部呈喇叭状，第三螺旋叶片设置于导水部内，第二搅拌轴对应的导水筒的导水部、以及第五搅拌轴对应导水筒的导水部均朝上设置，第三搅拌轴对应的导水筒的导水部、以及第四搅拌轴对应导水筒的导水部均朝上设置。
优选地，第一传动组件包括第一皮带轮、第二皮带轮、第一平皮带、第一转轴、第一轴承座、第一锥齿轮、以及第二锥齿轮，第一皮带轮固定于第二搅拌轴，第一轴承座固定于反应箱的左侧壁，第一转轴的后端穿过第一轴承座且固定有第二皮带轮，第二皮带轮与第一皮带轮通过第一平皮带传动连接，第一转轴的前端固定有第一锥齿轮，第三搅拌轴的左端固定有第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第二传动组件包括第三皮带轮、第四皮带轮、第二平皮带、第二轴承座、第二转轴、第三锥齿轮、以及第四锥齿轮，第三皮带轮固定于第二搅拌轴，第二轴承座固定于反应箱的右侧壁，第二转轴的后端穿过第二轴承座且固定有第四皮带轮，第四皮带轮与第三皮带轮通过第二平皮带传动连接，第二转轴的后部固定有第三锥齿轮，第四搅拌轴的右端固定有第四锥齿轮，第四锥齿轮与第三锥齿轮啮合，第三传动组件包括第五皮带轮、第六皮带轮、以及第三平皮带，第二转轴的前端固定有第五皮带轮，第五搅拌轴的前端固定有第六皮带轮，第六皮带轮与第五皮带轮通过第三平皮带传动连接。
本发明还提供一种从三元前驱体废水中回收镍钴的方法，采用上述的从三元前驱体废水中回收镍钴的系统进行回收处理，包括以下步骤：S1：将废水通入调节池内，加入硫酸调节废水液的pH值，使氨和重金属以游离态形式存在，S2：将调节后的废水送入超滤膜系统，去除悬浮物，S3：将超滤膜系统处理后的透过液送入反渗透系统进行浓缩处理，提高浓缩液中金属离子和氨氮浓度，S4：将反渗透系统处理后的浓缩液一部分送入反应装置，另一部分与超滤膜系统处理后得到的透过液一起送入反渗透系统，往反应装置内加入硫化沉淀剂，形成硫化锰沉淀，然后调节浓缩液的pH值，再往反应装置内加入硫化沉淀剂，形成硫化镍和硫化钴沉淀，将反应装置出水送入沉降池，在沉降池中硫化物晶体不断聚集生长并发生沉降，经沉降池沉降处理后的清液一部分送入MVR蒸发器进行蒸发结晶，得结晶母液，另一部分与反渗透系统处理后得到的浓缩液一起送入反应装置。
优选地，超滤膜系统的操作压力为0.2-0.5Mpa，反渗透系统的操作压力为1.0-1.5Mp。
优选地，步骤S1的pH值调节至6-7，步骤S4的pH值调节至5-6，步骤S4中，形成硫化锰沉淀时，按化学计量1.1-1.2倍投加硫化沉淀剂，硫化沉淀剂为硫化钠或硫氢化钠。
本发明的有益效果为：
1、通过往调节池里投加硫酸调节废水pH值，改变废水中的镍、钴、锰和氨氮的存在形式。然后在采用超滤膜系统去除悬浮物，如此能够达到10μm颗粒物含量小于90％。然后采用反渗透系统进行浓缩处理，提高溶液中金属离子和氨氮浓度。浓缩处理后，进入反应装置内进行硫化沉淀处理，以硫化沉淀剂为沉淀剂，形成相应的硫化物沉淀，分离回收有价元素。最后通过MVR蒸发器进行蒸发结晶，使硫酸铵结晶析出，作为化肥原料。如此降低水体污染物溶度，回收有价元素镍、钴、锰，实现对三元前驱体废水的资源化处理。采用反渗透膜分离浓缩，硫化物溶度积小，金属回收率高，硫酸铵蒸发结晶，结晶母液作为化肥级硫酸铵原料，资源化回收利用。
2、通过微纳米气泡发生器产生纳米气泡，并经由进气管进入布气筒内，由布气筒进行气泡分布，避免纳米气泡集中排放，再结合搅拌器与布气筒的相互配合，对布气筒内侧出气的纳米气泡进行快速转移，进一步避免纳米气泡的集中滞留，通过纳米气泡结合搅拌器对液体的搅动，提高浓缩液与硫化沉淀剂的混合，使得硫化镍、硫化钴晶体成核快。
3、布气筒内侧壁的呈水平设置的第一通孔，使得纳米气泡呈水平方向排至布气筒内侧，结合搅拌器的设置，使得纳米气泡均匀分布于布气筒内侧的液体中，再结合布气筒外侧壁第二气孔的设置，使得纳米气泡扩散排出，如此结合设置，实现浓缩液与硫化沉淀剂高效混合，进而提高硫化镍、硫化钴晶体的成核效率。
4、第一电机反转带动第一搅拌轴反转时，会将夹带纳米气泡的液体从布气筒内侧中部分别向上下两侧推出布气筒。如此一方面实现液体的流动，另一方面提高纳米气泡在液体中的分散效果，进一步提高浓缩液与硫化沉淀剂高效混合效率。
5、通过各个第三螺旋叶片与导水筒的配合，提高对液体的搅动，使得浓缩液与硫化沉淀剂的混合更加彻底全面。
6、通过各个传动组件的设置，只需要一个第二电机的设置，即可实现四处同步搅拌，设计巧妙。
7、由于导水部呈喇叭状，液体从宽口到窄口流动，使得液体在导水部出水口排出速度大于导水部入水口进水速度，提高液体流速，进而提高混合效果。由于相邻的出水部的朝向相反，使得液体扰动效果更佳，浓缩液与硫化沉淀剂的混合更佳。
（发明人：杨再华;张波;陈丝雨;倪张进;雷强;刘辉;陈恒云;曾亚玲;陈德彬）
