[科普中国]-树脂床

简介

离子交换树脂具有交换能力及其他一系列优良的性能，为付诸实用，宜采用动态连续交换法及相应的装置，对要处理的电解质溶液进行交换、分离、浓缩、吸附。经研究、设计及实用表明，装填有离子交换树脂的柱或塔最为有效。这种柱或塔被称为树脂床，亦常称为交换柱(exchange column)、交换塔(exchange tower)。

不锈钢普遍采用HNO3/HF 混酸酸洗工艺，酸液中金属离子含量对钢板表面质量有很大影响，控制铁离子含量在35 g/L~40 g/L，能得到最佳酸洗表面质量，而且可有效避免氟化铁沉淀物产生，大幅减少污泥量。要控制铁离子浓度，传统的办法靠不断地排酸，这势必加大酸耗，增加酸洗成本，而且废酸量加大，增加了废酸中和处理费用1。

树脂特性树脂床吸附技术的核心是树脂，采用强碱阴离子树脂，对HNO3/HF 有选择性吸附特性，当酸液经过树脂床时，溶液中游离的硝酸和氢氟酸被树脂颗粒吸附，含有较多金属离子的废液排走。吸附的HNO3/HF 再经水置换，游离的硝酸和氢氟酸被回收。树脂颗粒的大小、均一性和水含量，反映了树脂的吸附交换性能和化学稳定性。水含量低，提供了更好的化学稳定性。粒径越小，离子交换/吸附性能越好。在离子交换中，交换速率与粒径的平方成反比，更小、更均一的颗粒可改善树脂床中的流动分布。

树脂床工作过程树脂床运行的基本过程分两步，上行和下行。在上行时，经过滤的废酸由下而上流经床层，酸被树脂颗粒所吸附，金属盐溶液从上部排走; 在下行时，水由上而下流经床层将酸脱附下来。净化后的酸液铁离子浓度很低，返回酸洗槽重复利用。完成整个循环一般要3 min~5 min，整个过程重复连续进行。通过增加树脂床的直径或个数可按比例放大处理能力。为保证树脂床安全稳定运行，必须配置过滤器，过滤精度1μm。有的树脂床还要求配置酸液冷却器，将酸液冷却到40 ℃以下。被冷却的酸洗液通过一个酸介质过滤器去除悬浮固体，经过滤的溶液从酸介质过滤器流入酸罐，酸罐和水罐的液位由液位计来控制。为降低水消耗，副产品( 金属盐溶液) 可用于过滤器反冲洗2。

酸净化装置的工艺流程混酸循环罐内酸液通过酸泵打入酸洗槽，钢带经过酸洗槽，表面铁鳞经酸洗进入酸液，返回到循环罐，酸洗槽与循环罐形成循环系统。上酸管路支出一根管道进入酸净化装置，调节控制阀开口度，可控制流量大小。酸液首先经粗过滤，去除大的颗粒，然后经冷却器将酸液冷却到40 ℃以下，进入媒体介质过滤器，过滤器内装有两种媒体介质，可将酸液过滤到10 μm。过滤后的酸液进入酸罐，酸进入树脂床之前，再经精细过滤器过滤到1μm。酸液流经树脂床，酸被树脂颗粒吸附，金属盐溶液做为副产品排到反冲洗罐，供媒体介质过滤器反洗用。树脂吸附的酸，被水冲洗，形成的产品酸返回到酸循环罐重复使用。

总结酸净化装置投入运行后，平均每月节约硝酸102 t( 价值20.4 万元) ，氢氟酸24 t( 价值9.6 万元) ，减少废酸拉运300 t ( 减少中和处理费用7.2 万元) ，酸槽内污泥量减少2/3，钢板表面酸洗质量有了明显提高。酸净化装置运行成本较低，每月耗水5 000 t，耗电7 920 度，消耗压缩空气1 800 m3，平均每月运行成本1.5 万元，全年创效428.4 万元。酸净化装置投资500 万元，14 个月可收回全部投资，取得了良好的经济和环保效益3。