Short Bed Ion Exchange/矮床離子交換樹(shù)脂
早在20世紀(jì)70年代，矮床離子交換工藝已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于金屬表面處理行業(yè)。矮床系統(tǒng)也被出售給原金屬生產(chǎn)商，用于從銅精煉廠的廢液中分離硫酸，也用于從廠的污水中回收鎳和鈷。這種*的技術(shù)優(yōu)化了離子交換工藝，表現(xiàn)出了許多比傳統(tǒng)的離子交換更顯著的優(yōu)勢(shì)。這種技術(shù)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下：
Fine Mesh Resins / 精細(xì)樹(shù)脂
矮床技術(shù)使用的樹(shù)脂顆粒直徑比傳統(tǒng)離子交換系統(tǒng)中的要小許多（大約20%）。減小了粒徑使得交換動(dòng)力學(xué)得到了大大的提高。這就允許在較高的流速下工作，并且降低了交換區(qū)域的長(zhǎng)度。這對(duì)于交換動(dòng)力學(xué)一般非常慢的螯合樹(shù)脂尤其重要。試驗(yàn)表明，樹(shù)脂的交換速率是與樹(shù)脂的粒徑的平方成反比例的。因此，減少一半的粒徑大約可以增加400%的交換效率。因此更高的流速顯著降低了所需的樹(shù)脂量。當(dāng)使用昂貴的螯合樹(shù)脂的時(shí)候，這是非常重要的。較細(xì)的粒徑也有助于流體的位移，因此可以減少所要求的沖洗量。
Short Depth Resin Beds/ 矮床樹(shù)脂床
在固定床操作工藝中，交換只在傳質(zhì)區(qū)占用的一小部分，MTZ。上沖程中樹(shù)脂被耗盡，下沖程中樹(shù)脂得到再生。因此，在傳統(tǒng)的樹(shù)脂柱中大多數(shù)樹(shù)脂是不活躍的。矮床工藝降低了不活躍區(qū)域的高度，并且使得更有效的利用了剩下樹(shù)脂。還應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)傳質(zhì)區(qū)的深度降低到0.15-0.61米時(shí)，有效的增加了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
圖1. 矮床樹(shù)脂柱傳質(zhì)區(qū)
Counter-Current Regeneration/ 逆流再生
逆流再生以和進(jìn)料相反的方向把再生劑加入樹(shù)脂床中。這種技術(shù)是*的一種化學(xué)工程原理，這種方法有利于減少再生劑的用量，zui大限度的提高回收到的酸或者金屬的濃度，并且可以確保在zui小泄露的情況下*再生。
Fully Packed Bed/滿床
在矮床中，樹(shù)脂罐被*填充滿，不留任何空間。在常規(guī)的樹(shù)脂柱中，并用各種方法去處理多出空間。當(dāng)需要較高濃度的溶液時(shí)，這種稀釋的結(jié)果是特別讓人煩惱的。滿床消除了稀釋的問(wèn)題，并且有助于保持樹(shù)脂床中的濃度分布。這確保了逆流再生的優(yōu)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)。
雖然這種功能表現(xiàn)出了許多優(yōu)勢(shì)，但是下面的缺點(diǎn)必須要指出。未過(guò)濾的進(jìn)料將很快污染精細(xì)樹(shù)脂，并且滿床不允許樹(shù)脂反沖洗去去除固體雜質(zhì)顆粒。因此，必須預(yù)過(guò)濾所有的溶液然后再進(jìn)入滿床。并且，精細(xì)樹(shù)脂不是標(biāo)準(zhǔn)的材料，結(jié)果是每個(gè)單位的價(jià)格都是比較昂貴的，并且是很難購(gòu)買(mǎi)到的。
Acid Separation/酸分離
矮床技術(shù)已經(jīng)成熟的運(yùn)用到了酸分離中，作為酸純化單元供應(yīng)，簡(jiǎn)稱為APU。這種工藝使用那些選擇性吸附游離酸而不吸附溶解的金屬鹽樹(shù)脂。吸附的酸可以用水沖洗下來(lái)。雖然要求使用特殊型號(hào)的離子交換樹(shù)脂，但是這個(gè)工藝嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是離子交換。這個(gè)酸沒(méi)有被交換到特定的地方，并且它的交換能力不僅僅局限于樹(shù)脂的離子交換能力。這種工藝是通過(guò)樹(shù)脂內(nèi)部和周?chē)黧w的酸濃度差來(lái)驅(qū)動(dòng)的。
圖3. 酸的吸附和解析
通常，每個(gè)循環(huán)只能處理很少體積的溶液，處理的量少于離子交換樹(shù)脂床的體積。此種限制再加上大多數(shù)離子交換工藝的標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計(jì)推遲了酸遲滯工藝的成功商業(yè)化。直到20世紀(jì)70年代，因?yàn)榘布夹g(shù)使用滿床和逆流再生工藝，常規(guī)設(shè)計(jì)所遇到的稀釋和控制問(wèn)題都被克服了。
在1979年*個(gè)酸純化系統(tǒng)被安裝在鋁工業(yè)中，用于回收鋁陽(yáng)極氧化反應(yīng)中的硫酸。從那時(shí)開(kāi)始，酸純化系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用在不同的工業(yè)中去回收許多不同的酸，包括濕法冶金的處理等等。迄今為止，世界范圍內(nèi)已經(jīng)安裝超過(guò)300套設(shè)施，這些設(shè)備大多安裝在金屬表面處理行業(yè)。
APU Operating Cycle/ 酸純化操作周期
酸純化工藝的*步是通過(guò)一個(gè)多介質(zhì)砂式過(guò)濾器過(guò)濾進(jìn)料。隨后是通過(guò)本機(jī)上的濾芯式拋光過(guò)濾器。
酸純化操作周期，一般持續(xù)4-5分鐘，如圖4所 示分為上沖程和下沖程。在上沖程中，進(jìn)料用泵加壓通過(guò)酸純化系統(tǒng)樹(shù)脂床。zui初樹(shù)脂的空隙中充滿了上一次循環(huán)中殘留的水。進(jìn)來(lái)的經(jīng)過(guò)過(guò)濾的進(jìn)料取代了上面的 水，因此zui初收集到的是無(wú)用的水。被傳遞到水箱，然后和新增加的水一起在下沖程中使用。當(dāng)進(jìn)來(lái)連續(xù)的通過(guò)樹(shù)脂后，酸被吸附到樹(shù)脂球里，它通過(guò)樹(shù)脂床的路徑 被稱為“遲滯”。樹(shù)脂不吸附金屬鹽，他們透過(guò)樹(shù)脂排出去，或者是作為酸前面的副產(chǎn)品。當(dāng)酸開(kāi)始進(jìn)入到副產(chǎn)品中時(shí)，上沖程完成。
在下沖程中，水被泵加壓向下通過(guò)樹(shù)脂床。zui初，樹(shù)脂床的空隙被未分離的料液填滿。未分離的進(jìn)料被進(jìn)水沖洗進(jìn)進(jìn)料罐中，重新進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)中。當(dāng)水持續(xù)通過(guò) 樹(shù)脂床，大多數(shù)金屬鹽被去除，上沖程叫做解析，在此工藝中純酸作為產(chǎn)品收集起來(lái)。根據(jù)操作條件和進(jìn)料濃度的不同，純酸的濃度大概是進(jìn)料酸濃度的50%-110%。通過(guò)調(diào)節(jié)不同工藝步驟的流速和體積，可以使得酸純化系統(tǒng)的性能更加。典型的工藝處理能力為回收70-95%的酸，去除50-90%的金屬。
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