离子交换膜和电渗析的应用与计算

离子交换膜和电渗析的应用与计算 昆明冶金研究所 王恒全 离子交换膜是五十年代发展起来的一项新的分离技术 。 由于离 子交换膜具有对离子 选择透过性的特征 , 可用于分离 、 纯化 、 浓缩等 。 目前 已广泛应用于几乎所有的工业领 域 。 离子交换膜是一种具有一定孔隙度和某种电离性基团的高分子聚合物薄膜 。 虽然也 可 以说它是薄膜的离子交换树脂 , 但是 , 离子交换膜不仅仅是形式上的改变 , 而其应用 原理也与树脂不 同 , 离子交换树脂是对某些离子呈现选择互换作用 , 而离子交换膜则是 对某些离子呈选择迁移作用 , 离子从膜的一侧溶液透过膜到另一侧 。 交换膜通常由三部分所组成 构成膜母体的高分子链 , 链上带有的电离性基团和一 定数量的水 。 电离性基团是阳离子交换基 如磺酸基 、 梭酸基等 就称为阳 离 子 交 换 膜 电离性基团是阴离子交换基 如季钱基 、 毗陡基等 就称为阴离子交换膜 。 阳离子 交换膜因其带有磺酸或磺酸盐基团在水溶液中 , 将介离成为磺酸根离子 固定在高分子 链上 , 称为固定基团 , 和一个氢离子 或金属离子 , 后者可 以在高分子链网络间自 由移动 称对立离子或可移动离子 。 这样阳膜上的带负电荷的磺酸根墓团 , 能吸引和 通过带正 电荷的阳离子 , 而排斥带负电荷的阴离子 同理 , 阴膜上的季胺基是带正 电荷 的 固定在高分子链上 阳离子 , 它吸引和通过带负电荷的阴离子 , 而排斥带正 电荷的 阳离子 。 由于离子交换膜上不同电离性基团的存在 , 和静电作用原理而具有离子选择透 过性能 。 在膜上有孔隙 , 孔径大小因膜的交联度和含水率而异 , 一般均在数十埃以下 , 并可按要求进行适当控制 , 这些孔隙是一些迁 回曲折的通道 , 其长度远大于膜的厚度 , 在其壁上 , 存在着一定种类和数量的活性基团 如 一 万, 一 。 等 , 在微 孔 中 形成了强烈的电场 , 这样的构造犹如在一条狭长的通道 中所设立的一道道关卡 , 用来鉴 别和选择所通过的离子 。 当微孔孔径大和曲折程度降低时 , 同名离子 指与膜中固定基 团带相同电荷的离子 的漏泄程度将明显增加 。 所以微孔孔径和 曲折程度也是影响选择 透过性的重要因素 。 一 、 离子交换膜的应用 离子交换膜在使用中大体可分为 电介膜 、 电渗析膜 、 扩散渗析膜 、 反渗透压膜 , 以及特殊应用的膜 如超过滤 , 同名离子分离 、 复合膜等 。 这里我们想重点介绍一下 在冶金中的应用 。 纯金属 电介 如 、 。 、 叻勺电介 中用离子交换膜代替通用的帆布膜 , 一 般使用中都采用阴离子交换膜 , 能防止粗金属 阳极浴下的金属杂质进入阴极区 , 当阴 、 阳极液分别循环时 , 阴极液可 以循环使用多次 , 将大大减少净化量 , 又能保 证 阴 极 质 量 。 合金电介 可 以在同一槽内电介几种金属 。 如将含 、 、 勺合金粒放 入金属钦篮中做阳极 , 用离子交换膜将阴 、 阳极区隔开 , 并把阴极区隔成几个隔室分别 装入 、 。 、 阴极进行电介 , 则可分别得到较纯净的 、 、 三阴极 。 瑞典 就是 将废高速钢 、 不锈钢先进行高温熔融使 、 。 、 、 炭化 , 然后粒化 , 放入 篮内 , 并置于电介槽中 , 这些炭化物不溶 , 而 、 、 进入 阳极液中 , 流出的阳极液送到 氧化还原 电介槽的阳极区 阴 、 阳极区分开亦用阴膜 , 斗 氧化成 千 一 , 然 后 萃 取 十 , 萃铁后溶液蒸浓 , 使 一 离子浓度增高到适合叔胺型萃取剂萃取钻 , 最 后余 液是 液 , 反萃液送氧化还原电介槽的阴极区还原得 液 , 反萃 液 和萃余的 液分别送到 电介槽析 、 析 、 析 的阴极隔室内电介各 自的金 属 , 其 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 示意如图一 。 由于应用了离子交换膜 , 可 以在同一槽内电 介 三 种 金 属 , 并在另一槽内实 现 氧化和 ’ 一 一 的还原 。 利用阴离子交换膜 做扩散渗析膜 , 可 以分离酸洗 废液中的酸和盐使酸回用 。 也 可分离浸出液中的高浓度酸 , 减少下步处理的中和剂用量或 阳权流出二茨 山州川刊川一‘‘韶韶昆礁毯毯毯毯毯毯毯毯毯毯 图一 简化分离 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 , 并能回收一部分酸做他用 。 电渗析器 心藏部件是离子交换膜 在冶金工业中的应用 一 也日趋广泛 , 如制 纯水供锅炉上使用 , 高纯水的初级净化 , 废水的脱盐 , 含有价金属废水的浓缩 回收 , 放 射性废水的处理等 。 二 、 电渗析器的应用和计算 电渗析是从海水淡化开始发展起来的 。 目前 已用在 发 电厂锅炉用水 化学试 剂制备用纯水 医药用水 汽水 、 糖果 、 啤酒等食品工业用水 电子 一 工业用水 海水浓缩制盐 海藻 、 海带洗水回收碘 , 甘露醇 , 以及 冶金上的儿种应用等等 。 电渗析器虽有北京标准 图纸 , 但全国并不统一 , 尚有 」海海燕厂的冲模式薄隔板和 无锡塑料三厂无回路薄隔板 止 等的电渗析器 , 交换膜 前多采用异相模 , 不 过均相膜有电阻低 相应耗电少 除盐效果好耐酸碱等优点 , 尽管成本高有代替异相膜 的趋势 。 近两年我们 司昆明冶炼厂和 会洋铅锌矿对污水的电渗析处理试验取得一定进展 。 可 说 ‘ 臼在吸水处理上是初露头角的 , 尤其用在废水综合利用 上更会 显出优越性 。 电渗析在 冶金废水处理上的应用也将 口益扩大 。 因此了解一些基础计算是必要的 。 毛个基本量 法拉弟定律用在电介上是 每析出 克万飞量的物质 「了 库仑电 量 用在电渗析上则是每迁移 克当量的盐 酸或碱亦然 所耗的电量也是 。库仑。 而安培 二 库仑 秒 。 库仑 安培 · 秒 电渗析器的隔板 图二 安培 · 秒 秒 时 安培 · 时 。 分有迥路和无迥路的 , 在流水道中粘有鱼鳞或编织网 , 将阴 阳膜隔开 , 在计算通电有效面积和水流速度时 , 一 为了方便均未扣除网所占去的面积和流水道中的 体积 , 因此电流密度和淡水流速实际值较计算值 一 为高 。 除盐公式的推导 图二是淡水流水道中 , 水流方 向 和 速 度 秒 示意图 。 设水流在流水道 中走的微分 。 」 , , 。 , , , 补 补 」 , 卜 。 , 。。 ‘ , 、 二 。 量 , 则水流走完 所需的 时 间 翼乒 ⋯ 二 · 。 一 一 ’ ,“ ‘ 一 “ 玛 产 一 ” ’ 一‘ ” ‘ ’‘ 切 一 ” 一 当流水道宽是 , 隔板厚度是 流过微分量 的体积 二 · · · 升 。 假如溶液浓度的减少以 当量 升 表示 , 水流经过 盐的总减少量 一 · 。 · · · · 当量 。 盐之所 以能减少 , 是因通电的结果 , 如 电流密度是 安培 , , 电流强度 二 · · 安培 。 通电的时间和水流走的时间是相同的 , 故其电量 二 · 二 · · · ’ 库 仑 。 根据法拉弟定律和质量平衡原理 , 同时计入电流效率 行 , 通电量所能除去的盐 量 · · 叮 当量 为电化当量 安培 · 秒 毫克当量 挤液中盐量的减 少和电量所能除去的盐量相等 。 ’ · · 刃 二 一 · · · · · · · · 叮 一 。 · · · · 二 一 ‘ 刀 · 。才。 积分 式两边 二 公 。 刀。 乙 。 厂 。 十 。 求积分常数 。。 当 二 。时 , 就是原水还没进入淡化室隔板流水逍 , 二 即 二 一 。 。 二 原水含盐量 当量 升 二 一 一如 表示淡水走完了除盐流程 成为最终淡水 以 表示 一 艺。 刃。 。 犷 。 才 。 刀 。厂 。 当量 升 上式就是我们常用的除盐流程公式 。 极限电流密度下的除盐公式 根据扩散定律和离子在电场中的迁移规律威尔逊导出了如下 关 系 式 犷 几 , ‘ , 就是在极化临界状态下淡水流速护和浓度乘积 , 等于极限电流密度乘常 数尤 , 称设备的水力特性系数 , 对每台设备均需实验测得 值 。 当在极限电流状态下工 作时 一 二 厂 月 忿 之 一云户 、 、 , 、 , 、 , 、 、 , 』 、 , 。 一 兀 ‘ , 二 枪 , 几 八 气 少 七 二 一 一 万 下牙 几一 儿 二, 犷 不 粉 尤 十刀 ︸ 一 叮 。 矛 两边积分 确定积分常数 , 当 故 , 一 刀 一 二 兮 二 浓度的平均值 , · ‘ · 应用公式 时 , 其 应取平均浓度 , 在极限电流状态下 , 沿流程浓度的降低呈双 一 」 曲函数规律 , 故应取平均值 , 。 ’ 〔汉 的变化如 图 三 所 示 , 刃 · 乙 一 丁尸、护 坑 曲 线 阴 影 面 积 一 , 户 户一 图三 在电渗析器操作和设备都固定的情况下兀 、 、 、 ’ 都是 常 数 。 令 粉 二 有 “ 一 丁 ‘ · 一 一 〔一 啦 一 二丛卫二 瓜 一 “ — 十 了生 ‘ 先 求 积 分 常 数 , 当 一 。时 , 一 。 寿 份 一 〔一 临 一 ‘ 一 — 一 十 — ’ 一 一 一 “ ” , 平 均 值 当 二 , 时 一 李 。 一 。 。一 , 一 “ ‘两端取对数 , 二 一 , 将 式代入 上 一 二 式得 ” 一亡、 一 一 “ 一以一一 二 一 一 “ , 一 ’ ‘ ’ , 一 一 二丛 一 一 ‘ ’ 一 。粤七 如表示淡水走完除盐流程 二 味 二 一 二乌。勿一会 将 代入 有 厂 · 一 。 艺。 乙‘ 一 夭 一 灿 枷 ,二 之 一 。 二 。 主 一才一厂了︸二 飞 飞 并将 代人 一 · 。 极限电流密度时‘一 ‘ 二 , —勺一式即是极化临界状态下的除盐流程长度公式 。 电阻和浓度间的关系式 、 心鱼 一 我们知道电阻和电导互为倒数 , 而 电导在一定浓度 电 阻 幻 , 二 今 二 母产 八 卜二 , 贝刀 二 百‘二 设刀百‘ 二 , 产 在 ℃时 产 二 溶液浓度 当量 升 并联膜对数的计算 如淡水处理量 以 时表示 , 和 以 , 犷以 秒表示 · · · 夕 一 又 ‘ “ “ ·“ 。 一百一几万下 串联段数 月 盆 丁 总的除盐流程长度 。 每块隔板的除盐流程长度 极限电流密度下 二 直流电耗 砰 附 流出淡水直流电耗 度 “ 如系一级才 等“ 一 “度 多级时不 , 厂 , 厂 ⋯ 犷 一 一 “度 “ 电流 安培 。 电压 伏 电流效率和除盐效率 电流效率可分别由 和 式算出 一 一 犷一 一 一 · 夕 知 ,电阻和浓度间的关系式 只要测得电阻便可相应算出溶液的含盐 量 , 如以 、 二分别表示原水电阻 和含盐量 当量 升 以刀 、 分别表示 淡水电阻和含盐量 , 则可求出除盐率公式 一卫铲一 一 二只赢压三 瓜 一 此外还有些经验公式 , 可参阅给排水 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 手册 五 这里不赘述了 。 笔者根据一年多来的学习和实践整理的上文 , 属初学习作 , 必有挂一漏百和许多错 误 , 望批评指正 。 参 考 文 献 给水排水设计手册 五 辽宁冶金 恤 电渗析除盐的计算 北京环保所 昆明冶炼厂污水电渗析除氟试验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 昆明冶金研究所等 了