利用导向管喷动流化床电极从低浓度溶液中回收铜的研究

在环隙区截面为46 mm×15.5 mm,喷动区截面为10 mm×15.5 mm的半床形式的矩形导向管喷动流化床电极中,以直径0.45 mm的铜颗粒为阴极颗粒,考察了电解液硫酸浓度、槽电压、流化液流量等因素对浓度为1 g?L?1的稀CuSO4溶液电解过程的影响。研究结果表明,导向管喷动流化床电极可以有效地消除"沟流"和"死区",避免颗粒结块;增加硫酸浓度,可以提高溶液的电导率,加快铜离子的沉积速率,但硫酸浓度过高会导致析氢加剧,降低电流效率和铜离子沉积速率;增加槽电压虽然可以增加电解初期铜离子的沉积速率,但由于析氢更早更快,铜回收率和电流效率将下降;流化液流量增加,环隙区膨胀率增大,阴极有效面积减小,颗粒相电阻增大,铜离子沉积速率和电流效率都下降。在实验条件范围内较佳的工艺条件是:硫酸浓度0.6 mol?L?1、槽电压2.5 V、流化液流速135 L?h?1,在此条件下电解100 min,铜回收率大于99%,平均电流效率大于36%;电解140 min铜回收率可达99.98%、铜离子浓度可降到0.25 ppm。     

导向管喷动流化床电极的研究

本文以半床形矩形导向管喷动流化床电极为研究对象,以直径0.45mm的铜颗粒为阴极颗粒,研究了电流密度、喷动液流量对浓度为1g/L的稀CuSO4溶液电解过程的影响。研究结果表明:增加电流密度虽然可以增加电解初期铜离子的沉积速率,电流密度过大导致氢离子析出,铜回收率和电流效率将下降;喷动液流量增加,可以有效消除颗粒表面的浓度分布层,减小传质阻力,增加铜离子沉积速率,喷动液流量过大,铜颗粒在环隙区停留时间减小,铜离子在颗粒表面放电反应减弱,导致铜离子沉积速率降低。在电流密度为6.24A/m2,喷动液流量为80 L/h条件下,电解120min,回收率到达99.74﹪,电流效率大于30﹪,铜离子浓度为2.65 mg/L。     

液固导流管喷动流化床流型及流型转变的实验研究

以粒径为0.9mm的铜颗粒为流化颗粒,常温水为流化介质,在截面为59.2×15.6mm的矩形床中,对液固导流管喷动流化床的流型及流型转变进行实验了研究。通过对床层压降流量曲线的分析并结合实验观察,确定了液固导向管喷动流化床的流型及流型的划分,提出了流型图。研究结果对进一步开展导流管喷动流化床电极研究有重要的参考意义。     

半圆柱形液固导向管喷动流化床流型的研究

本文以平均粒径为0．9mm的玻璃珠为流化颗粒,常温水为流化介质,在直径为97mm的半圆柱形液固导向管喷动流化床中,通过对喷动区和环隙区单位床高压降-流速曲线的分析并结合实验现象的观察,确定了喷动区和环隙区的流型及流型转变速度,在此基础上提出了液固导向管喷动流化床的流型图。研究结果表明,环隙达到流态化后,在较大的喷动液流速范围内,颗粒层能维持在较低的膨胀牢状态下。这对流化床电极非常有利;液固导向管喷动流化床有较大的操作弹性。     

导向管直径对喷动床流动特性影响的计算颗粒流体力学数值模拟

导向管喷动床是较为常见的一种喷动床改进床型,通过阻断喷动区与环隙区气固接触来提高颗粒循环的规律性与稳定性。本文采用计算颗粒流体力学（CPFD）方法对于直径150mm的柱锥式导向管喷动床进行了数值模拟研究,考察了导向管直径对于喷动床内颗粒流动特性的影响,从环隙区死区分布、颗粒速度分布、固体循环量等方面分析了具有不同直径导向管喷动床的运行状态。结果表明,加入导向管在减少床内死区的同时也降低了运行时的固体循环量,对于本次采用的喷动床结构尺寸与运行参数,只有在导向管直径为40～60mm时才能保证床内具有良好喷动状态,综合考虑各因素,选用直径50～55mm的导向管最为合适。对于具有类似结构与运行条件的柱锥喷动床,导向管直径可考虑选为无导向管运行时喷动区直径的1.2～1.375倍。     

导向管喷动床内单相流场及声波对流场影响的数值模拟

为阐明超细粉在声场导向管喷动流化床内的流化机理,并为进一步优化和完善床层结构及操作条件提供基础,采用标准k-ε湍流模型计算了导向管喷动流化床内的单相气体流场,考察了进口流化气速和射流气速对气体流动规律的影响,以及声场对导向管喷动流化床内气体轴向速度分布及其脉动均方根的影响。结果表明:在高速射流条件下,导向管喷动流化床内气体呈内循环流动,气体循环流量随流化气速度的增加而减小,但随射流气速度的增加而增加;外加声场使环隙区和喷泉区的气体流动更加均匀,显著增加环隙区和喷泉区气流的湍动程度,且湍动程度随声压级的增大而显著增大,随声波频率的升高而小幅度降低。     

流化床电极处理低浓度硫酸铜废水研究

以纯铜颗粒为阴极颗粒,低浓度硫酸铜溶液为电解液,在截面为50mm×15mm的矩形流化床电极中,探讨床层膨胀率、颗粒粒径、硫酸浓度、Cu~(2+)浓度以及电流密度对电流效率和铜沉积速率的影响,为确定流化床电极适宜的操作条件提供参考。     

流化床电解法从酸性镀铜废水中回收铜

流化床电解法利用流态化的微小颗粒在电解液中的高度扰动作用而达到降低浓差极化,提高电流效率,改进所回收的金属的质量等目的。文中介绍了该电解法应用在酸性被铜废水处理上的试验情况,并提供了有关的实验数据及结论。采用流化床电解法可以在低达250mg/1的含铜废水中电解回收铜,并可获得90%左右的电流效率,回收率可达99%。回收到的铜呈层状,可在焦磷酸盐镀铜槽或氰化镀铜槽中作阳极回用。     

导向管喷动流化床内宽筛分硅颗粒流化特性的实验及模拟

在内径为182mm的导向管喷动流化床中,以亚毫米级的宽筛分硅颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了静止床层高度、夹带区高度、导向管内径、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响。结果表明喷动气的旁路分率随喷动气速的增加首先保持平稳,随后降低直至保持稳定值;当喷动气速较小时,旁路分率随静止床层高度的增加而增加,当喷动气速足够大时,静止床高的变化对旁路分率影响不大;此外,喷动气旁路分率随流化气速、导向管内径的增加而增大,但随着导向管安装高度的增加而减小。同时,采用基于颗粒动力学理论的双欧拉模型,通过Fluent建立了与冷态实验条件一致的导向管喷动流化床气固两相流的数理模型,经计算流体力学模拟考察了相关参数对模拟结果的影响。结果表明压降与实验值吻合,流态化外观也与实验结果一致。所建立的模型具有一定的准确性和可靠性,可以成为预测实验结果的有效途径。     

流化床电解法处理含铜废水装置的研制

提出了采用流化床电解法处理含铜废水,对处理装置的性能进行了研究,确定处理含铜废水的最佳电解参数为电流密度0.5～1.2 A·dm-2,电流效率80%以上,其技术指标为铜回收率99%,电耗5～6 kWh·kg-1.实验表明,该装置处理含铜废水效果良好,并能回收金属铜.     

电沉积处理络合-超滤过程中含镍浓缩液

在络合-超滤处理含镍废水并得到镍离子质量浓度为418 mg/L浓缩液的基础上,考察了电沉积法处理含镍浓缩液过程中电流密度、初始pH、电解时间、温度、极距、搅拌等参数对电流效率和镍回收率的影响。结果表明:当电流密度、电解时间增加时,电流效率随之下降,而镍回收率增大;当pH、极距增大时,电流效率和镍回收率均先增大后减小;温度升高、低速搅拌均可提高电流密度与镍回收率。在电流密度为3.5 m A/cm~2,pH=4,温度为50℃,电解时间为130 min,极距为10 cm并加入低速搅拌的最优操作条件下,电流效率最高可达42%,镍回收率可达52%,并探讨了电沉积机理。     

导向管喷动流化床内颗粒停留时间模型

通过对导向管喷动流化床的喷动区和流化区分别进行质量平衡和动量平衡,得出了描述连续流动条件下其床层内粒子停留时间的数学模型。本模型所得计算结果与以前报道的实验结果一致。     

导向管喷动流化床的喷动气旁路分率

在内径为182 mm的喷动流化床中安装内径80 mm的导向管,以平均粒径为2.2 mm的尿素颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了夹带区高度、导向管长度、喷嘴内径、床层高度、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响,结果表明随着喷动气速的增大,喷动气体旁路分率先增后减。导向管安装高度越高,气体旁路分率越大。床层高度增大喷动气体旁路分率略有降低。而喷嘴直径小于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大而提高,在大于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大维持不变。当气速较小时,导向管高度增大会引起气体旁路分率增大,引入少量流化气能有效地抑制喷动气旁路。     

电沉积法回收离子交换再生液中Cu~(2+)的研究

针对离子交换法处理含铜电镀废水再生液中Cu2+含量较高,可以回收利用,实现资源可持续发展的现状,采取电沉积法回收再生液中的铜。考察了电流密度、Cu2+初始质量浓度、pH、温度以及电解时间对铜回收率和电流效率的影响。结果表明,对以初始溶液铜离子质量浓度为10~15 g/L的电镀含铜废水,在Jκ为2.1A/dm2,pH为0.8,θ为60℃,电解4h的条件下,铜回收率和电流效率可分别达到94.4%和68.7%,铜纯度99.7%。     

液固导向管喷动流化床中颗粒流动特性的数值模拟

为获得优化床层结构及操作条件,采用双流体模型对导向管喷动流化床进行了数值模拟。研究考察了进口喷动液流速和流化液流速对颗粒流动规律的影响,结果表明:喷动液流速对颗粒的浓度分布及速度分布影响较小,只能使颗粒在环隙区与导向管内的循环加快;流化液流速对颗粒的浓度分布及速度分布影响较大,随着流化液速度的增大,颗粒在环隙区分布更均匀,浓度降低,颗粒更容易被卷吸进入导向管内,颗粒循环速度加快。     

二元混合铜颗粒流化床电极的研究

以两种不同粒径的铜颗粒构成的二元混合颗粒为阴极颗粒,浓度低于1 g/L的硫酸铜溶液为电解液,在横截面为50 mm×15 mm的流化床电极中探讨床层膨胀率、混合颗粒粒径比及质量比对铜沉积速率、电流效率的影响.研究结果表明,二元混合颗粒可以显著的强化传质过程,提高铜的沉积速率;混合颗粒床层膨胀率、粒径比和质量比对铜沉积速率、电流效率有重要影响,都存在一最佳值,即膨胀率约20%、大颗粒质量分率约75%、粒径比为 2.09.在此条件下沉积速率最大,为 1.6 g/(m2·h),约为单粒径颗粒床层的 2.5倍,电流效率最高,达到约88%.     

等离子体-喷动流化床性能研究

等离子体-喷动流化床结合了先进的等离子体技术与喷动流化床装置,由流过中心喷口的等离子射流(喷动床)以及通过分配器的辅助流化气流(流化床)组成,目前对等离子体-喷动流化床的操作特性及基本现象研究较少。本研究中,搭建了一套等离子体-喷动流化床装置并进行了性能测试,直流等离子体炬功率12 kW,流化物料采用石英砂颗粒。研究中使用上部内径为198 mm柱状、下部为60°锥体的锥柱形反应器,以等离子体射流作为喷动气流,氮气作为流化气流构成了等离子体-喷动流化床。对比研究了物料在常温下与等离子体条件下在装置内的流动情况;在等离子体状态下研究了喷动流化床内物料的磨损情况;测试了等离子状态下喷动流化床装置内的温度分布。研究结果表明:在等离子体条件下实现物料喷动流化所需的气体流量大大减少,高温区集中于物料喷动流化区,体系的能量利用效率高,该装置适宜进行生物质等离子体热解或气化。     

增压导向式喷动流化庆流动特性的数值模拟

采用双流体理论对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和近隙率进行数值模拟。计算结果表明：喷动区颗粒速度在初始急布上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度还与系统压力有关;环形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒速度则一直保持不变;喷动区的空隙率在郑吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

离子交换-电沉积联合工艺对电镀废水的处理研究

采用离子交换-电沉积联合工艺处理含铜电镀废水,考察了各相关因素对处理效果的影响。结果表明,离子交换处理中,pH=4时D402树脂对铜离子去除率最大;流速为6 BV/h时,穿透时间为213.1 min;用质量分数为10%的硫酸作为解吸剂,解吸率可达95.9%。对树脂吸附饱和后解吸的再生液进行电沉积回收铜,在电流密度210 A/m2、温度60℃、pH为0.8、极板间距15 mm的条件下,对450 mL初始Cu2+质量浓度为10 380 mg/L的再生液电解4 h,铜回收率可达94.8%,电流效率62.2%,沉积Cu的质量分数为99.7%。离子交换-电沉积工艺不仅可以保证出水达标排放,而且可以回收铜。     

导向管喷动流化床内单相气体流场及声波对流场影响的实验研究

在内径120mm的圆柱形导向管喷动流化床内,实验测定了单相气体流场的时均速度分布和湍流强度分布以及声波对它们的影响。结果表明:采用高速射流作为喷动气时,在卷吸区射流中心速度衰减快,卷吸作用强;进入导向管后中心速度开始下降仍然很快,但在经过较短距离后即趋于稳定,径向速度分布亦趋于稳定但不均匀;环隙速度分布在分布板影响下则较均匀;在喷泉区,刚离开导向管时射流中心速度仍较大,但随高度增加而较快下降,径向速度分布也趋于平缓。导向管区的湍流强度远高于环隙区和喷泉区。声波在导向管喷动流化床内单相气流中传播时衰减很小,并对时均速度几乎没有影响,但可以显著提高气流的湍流强度,且湍流强度的增加幅度随声强增加而加大,随频率增加而减小。湍流强度的增加,可以增强气流对颗粒的分散作用,有利于抑制导向管内粉体偏析,防止被射流破碎后的小聚团在环隙区发生再团聚,减少喷泉区粉体夹带,提高超细粉的流化质量。