[发明专利]含高浓度钼、锆元素的污水处理过程中的防垢方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含高浓度钼、锆元素的污水处理过程中的防垢方法。

背景技术

在工业金属废弃物处理过程中，金属的镀层以及合金中含有相当高比例的贵金属，将这部分高价值的金属元素回收，可产生相当可观的经济收益。为了尽可能的提取废金属中的贵金属元素，通常采用硝酸将金属整体溶解后进行置换提取。然而当非金属中含有一定量的钼元素和锆元素时，离子化的钼和锆在硝酸溶液结合时，随着温度的变化，溶液中会生成附着力很强的钼酸锆固形物附着在容器内壁，长时间积累后形成垢层。

造成的影响有：1.容器壁内的垢层降低系统热传导率，造成容器内溶液受热不均匀，影响反应效率；2.堵塞管道，对设备造成损伤。

现有的除垢方法可分为物理方法与化学方法两大类：

①物理法：用高压水的冲击力将垢层从容器壁上机械剥离。

②化学法：高浓度酸洗法、碱洗法、弱酸高温清洗法，阻垢剂法。

现有相除垢法的优缺点。

高压水除垢法

优点：对设备没有损伤，低污染。

缺点：1.需要将设备停止，妨碍设备的连续性正常运行，增加运行成本；2.由于垢层与容器内壁结合紧密，此方法并不能将垢层完全清除；3.其次工作人员进入到设备中进行清除，设备长期处于酸性及混合溶液环境中，对工作人员的安全、健康存在隐患。4.清理过程中，用水量大，资源浪费。

高浓度酸洗法、碱洗法

优点：通过化学反应将钼酸锆垢层溶解，能够较为彻底的清除垢层。

缺点：1.高浓度强酸强碱环境对设备腐蚀严重，缩短设备的使用寿命。2.废液的处理成本高，对环境负荷大。

弱酸高温清洗法：

优点：废液处理较为简便，对环境负荷小。

缺点：1.高温清洗耗能高。2.弱酸反应速率低，完全清除垢层需要时间长。

阻垢剂法：

优点：低耗能，对设备寿命影响小。一定程度提高钼酸锆的溶解度，使析出量减小，降低结垢速率。

缺点：阻垢剂成分复杂，使溶液中混入杂质不易分离，对后续的贵金属回收工艺增加难度。

资源浪费、操作成本高、环境负荷大是现有方法的弊端，因此，目前需要一种安全、操作简易、环保节能的新方法来防止反应容器中钼酸锆固形物的析出成垢。

发明内容

本发明针对钼酸锆的析出·吸附机理特性，通过晶种添加的方式，提供一种简便、低成本、无污染的非化学方法解决钼酸锆在水处理反应装置中结垢的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的含高浓度钼、锆元素的污水处理过程中的防垢方法，其技术方案是在污水处理的容器中加入晶体。

优选的，加入晶体是钼酸锆、氧化钼或氧化锆等不同形态的晶体。

进一步的，加入晶体是钼酸锆。

本发明通过向含有钼元素和锆元素硝酸溶液中添加钼酸锆晶种的方法，使核化微粒在溶液生成后，迅速被晶种吸收，阻止其在容器内壁结垢。本发明筛选50μm的钼酸锆微粒作为晶种添加，确定硝酸浓度为3mol/L、温度为90℃，通过增加晶种添加量，评价容器内壁的钼酸锆垢层变化。

结果表明随着晶种添加量不断增加，容器内壁的垢层逐渐减少，当过饱和度与添加量之比达到0.0114 [L/g]时，容器内壁垢层完全消失。将晶种添加量换算为晶种总表面积，可得到过饱和度与表面积之比为0.236L/m²。

为验证本发明的理论，既晶种添加表面积是达到消除垢层的关键因素，将晶种粒径改变为37.5μm和10μm，再其他条件保持不变的环境下，进行重复试验。结果显示，当37.5μm和10μm的晶种在表面积与过饱和度之比达到0.236 [L/m²]时，也同样达到了阻止钼酸锆垢层产生的效果，并且由于总表面积相同的情况下，粒径与总质量成反比，因此晶种粒径越小所需的添加就越少，对容器的物理负荷越低，使后期分离工艺的操作简便。

本发明的有益效果是：

本发明通过研究钼酸锆在硝酸溶液中的形成、析出、附着机理，利用钼酸锆晶体成长过程中的特异性，在溶液中加入钼酸锆晶种，使用大颗粒的晶体吸收生成的钼酸锆微粒，阻止在容器内壁上的吸附，有效地防止了垢层的形成。

阻垢剂法在水处理工艺中运用最多的方法，根据钼酸锆的含量，调节阻垢剂的用量，可以有效地控制垢层的生长，维持设备的持续运营。可是在贵金属回收工艺中，阻垢剂的添加使溶液的成分变的复杂，增加金属分离与还原回收阶段的难度。