一种便携式稀土快速回收装置及回收方法
阅读说明：本技术 一种便携式稀土快速回收装置及回收方法 (Portable rare earth rapid recovery device and recovery method ) 是由 朱建喜 王高锋 何宏平 冉凌瑜 徐洁 康石长 梁晓亮 马灵涯 魏景明 谭伟 朱润 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种便携式稀土快速回收装置及回收方法,该装置包含：提取液回收部件、传输部件、预处理部件和电动回收部件；提取液回收部件包含：集液槽、进液口和出液口；传输部件中含有用于传送的皮带,皮带的底端浸在的酸性沉淀剂中,该皮带上设置有若干小孔,且皮带上粘附一层滤布；预处理部件包含：水泵、液体供应槽、传输管道和喷淋头；其中,传输管道处于皮带首端的上方,传输管道与液体供应槽连通,水泵设置在传输管道与液体供应槽之间,喷淋头设置在传输管道上；液体供应槽与集液槽的出液口连通,液体供应槽内盛装浸取剂。本发明的装置适用于无法原位开采的条件下,快速提取土壤中的有用稀土元素,该装置简便,适应性强。(The invention discloses a portable rare earth rapid recovery device and a recovery method, wherein the device comprises: the extracting solution recovery part, the transmission part, the pretreatment part and the electric recovery part; the extract recovery unit includes: a liquid collecting tank, a liquid inlet and a liquid outlet; the conveying part comprises a belt for conveying, the bottom end of the belt is immersed in the acidic precipitator, a plurality of small holes are formed in the belt, and a layer of filter cloth is adhered to the belt; the preprocessing component comprises: the device comprises a water pump, a liquid supply groove, a transmission pipeline and a spray header; the conveying pipeline is positioned above the head end of the belt, the conveying pipeline is communicated with the liquid supply groove, the water pump is arranged between the conveying pipeline and the liquid supply groove, and the spray header is arranged on the conveying pipeline; the liquid supply groove is communicated with the liquid outlet of the liquid collecting groove, and the liquid supply groove is filled with leaching agent. The device is suitable for rapidly extracting useful rare earth elements from soil under the condition that in-situ mining cannot be carried out, and is simple and convenient and high in adaptability.)
技术领域
本发明涉及一种稀土回收装置，具体涉及一种便携式稀土快速回收装置及回收方法。
背景技术
自上世纪60年代被发现以来，离子吸附型稀土矿的开采先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿技术。然而，现有工艺均存在开采周期较长(通常以年为单位)的缺陷，不仅对矿区周边造成持续性污染，而且无法满足全世界日益增长的稀土需求，因此高效、绿色回收稀土元素是大势所趋。
中国专利CN201811574520.8首次提出采用通电开采离子吸附型稀土矿,该方法在矿山顶部插入阳极注液管，在矿山底部插入阴极集液管，向阳极注液管中注入浸取剂后，在阳极注液管和阴极集液管之间施加电压，通直流电，通过集液沟收集母液。由于在阳极注液管和阴极集液管之间通入直流电，使得土壤中稀土元素在电动力学的作用下从阳极向阴极迁移，加快了母液的运移速度，缩短了母液的收集时间，从而提高了系统开采效率。然而，在某些情况下不适合采用原位开采的方法，如急需施工地段(如高速公路、隧道等)，需将沿线土壤开挖运移，早期开采后的尾矿，需处理达标后回填。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式稀土快速回收装置及回收方法，该装置适用于无法原位开采的条件下，提取土壤中的有用稀土元素，该装置简便，适应性强，提取速度快，一步获得稀土沉淀产品，无污染产生。
为了达到上述目的，本发明提供了一种便携式稀土快速回收装置，该装置包含：提取液回收部件、传输部件、预处理部件和电动回收部件；所述提取液回收部件包含：集液槽、进液口和出液口；其中，所述进液口和出液口分别设置在集液槽的首端和末端，且所述出液口的高度高于进液口的高度，集液内盛装有酸性的酸性沉淀剂；所述传输部件中含有用于传送的皮带，所述皮带的底端浸在所述的酸性沉淀剂中，该皮带上设置有若干小孔，且皮带上粘附一层滤布；所述预处理部件包含：水泵、液体供应槽、传输管道和喷淋头；其中，所述传输管道处于所述皮带首端的上方，所述传输管道与液体供应槽连通，所述水泵设置在所述传输管道与液体供应槽之间，所述喷淋头设置在所述传输管道上；所述液体供应槽与集液槽的出液口连通，液体供应槽内盛装浸取剂；所述电动回收部件包含：阳极板、电源和传输通道；其中，所述阳极板处于所述皮带的上方且与皮带平行；所述电源的正极与阳极板电连接，电源的负极与所述传输部件中带动皮带转动的转轴电连接；所述传输通道固定在所述集液槽的末端。
优选地，所述转轴、皮带轮和皮带均采用导电材料；所述电源的负极与转轴电连接。
优选地，所述传输部件包含：传输支撑架、转轴、皮带轮、皮带、传动齿轮、传动链和电机；其中，两个转轴分别转动设置在传输支撑架的首端和末端；所述皮带轮套置并固定在所述转轴上，所述皮带绕置在两个皮带轮上；所述传动齿轮套置并固定在转轴的末端，传动链绕置并啮合在两个传动齿轮上，一个转轴与电机的输出轴固定连接。
优选地，所述预处理部件还包含：管道支撑架；所述管道支撑架固定在传输支撑架上，若干传输管道固定在管道支撑架上，若干喷淋头设置在传输管道上。
优选地，所述电动回收部件还包含：电极支撑架；所述电极支撑架固定在传输支撑架上，并处于皮带的上方；所述阳极板滑动设置在电极支撑架上；所述电极支撑架上设置有滑道，阳极板上设置有滑块，所述滑块与滑道相适配；所述滑道上设置有若干固定孔，所述固定孔内设置有插销，该插销用于对阳极板进行限位。
优选地，所述电动回收部件还包含：回收箱；所述传输通道的末端位于回收箱处。
优选地，所述传输通道具有弧形坡度。
优选地，所述酸性沉淀剂选用草酸溶液；所述浸取剂采用铵盐。
优选地，所述酸性沉淀剂选用质量浓度为0.1～1.0％的草酸溶液。
优选地，所述铵盐选用质量浓度为0.5～2.0％的硫酸铵或氯化铵。
本发明的另一目的是提供采用所述的便携式稀土快速回收装置的稀土快速回收方法，该方法包含：将待处理土壤置于皮带的首端，处于皮带上方的喷淋头喷洒浸取剂润湿土壤进行预处理，使得土壤中稀土离子预先解吸，通过控制皮带的速度和喷洒的浸取剂的水量以保证土壤能够被充分润湿但无浸取液流出，所述浸取剂的用量为土壤质量的30～80％；所述浸取剂中含有阳离子电解质，能交换离子吸附型稀土矿中的稀土离子使得稀土离子解吸；当预处理后的土壤传输至阳极板的下方时，土壤处于电场作用下，驱动稀土离子定向迁移，土壤中的稀土元素从阳极向阴极迁移并从皮带的小孔随电渗流进入酸性沉淀剂中，接着土壤经传输通道排出；从集液槽的进液口通入沉淀剂，并在集液槽的出液口缓慢排出上层澄清液，澄清液补加浸取剂后至预处理部件循环使用。
本发明的便携式稀土快速回收装置及回收方法，具有以下优点：
(1)本发明的便携式稀土快速回收装置适用于无法原位开采的条件下，应急提取土壤中的有用稀土元素，装置简便、方法简单，适应性强，提取速度快，一步获得稀土沉淀产品，无污染产生；
(2)本发明的便携式稀土快速回收装置，在电动回收部件底部施加提取液回收系统，通过添加沉淀剂的方法，得到的稀土产品为稀土草酸盐沉淀，并非常规开采的稀土浸取液，集成稀土开采与提取一体化，所获得的稀土沉淀产品较大量稀土浸取液便于运输；
(3)本发明的便携式稀土快速回收装置，将传送皮带微浸没到稀土酸性沉淀剂中，一方面弱酸性的稀土酸性沉淀剂能够中和阴极传送皮带表面电解产生的OH-，从而阻止稀土在阴极传送皮带表面产生沉淀，避免堵塞稀土电渗流进入集液槽，提高稀土回收率；另一方面阴极传送皮带表面产生的OH-和稀土酸性沉淀剂中的H+，从而起到调节稀土酸性沉淀剂pH的作用，防止稀土酸性沉淀剂pH过低，确保稀土草酸盐沉淀的生成(强酸性条件会增加稀土草酸盐的溶解度)；
(4)本发明的便携式稀土快速回收装置，提取稀土后的酸性沉淀剂中的上清液补加稀土浸取剂可以回用，减少了用水量，又能够减少水污染。
附图说明
图1为本发明的便携式稀土快速回收装置的结构示意图。
图2为本发明的图1的局部放大图。
图3为本发明的集液槽的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种便携式稀土快速回收装置，参见图1-3，该装置包含：提取液回收部件、传输部件、预处理部件和电动回收部件。
提取液回收部件包含：集液槽11、进液口12和出液口13。进液口12和出液口13分别设置在集液槽11的两端，且出液口13的高度高于进液口12的高度，集液槽11内盛装有酸性沉淀剂，酸性沉淀剂选用质量浓度为0.1～1.0％的草酸溶液。
传输部件包含：传输支撑架21、转轴22、皮带轮23、皮带24、传动齿轮25、传动链26和电机。两个转轴22分别转动设置在传输支撑架21的两端且分别处于集液槽11的进液口12和出液口13，皮带轮23套置并固定在转轴22上，皮带24绕置在处于支撑架21两端的皮带轮23上，皮带24的底端浸在酸性沉淀剂中，该皮带24上设置有若干小孔241，且皮带24上粘附一层滤布，该滤布用于防止土壤颗粒流失。传动齿轮25套置并固定在转轴22的末端，传动链26绕置并啮合在两个传动齿轮25上，一个转轴22与电机的输出轴固定连接。
预处理部件包含：管道支撑架31、水泵32、液体供应槽33、传输管道34和喷淋头35。管道支撑架31固定在传输支撑架21上，并处于皮带24的首端，若干传输管道34固定在管道支撑架31上，若干喷淋头35设置在传输管道34上，喷淋头35处于皮带24首端的上方，为待处理土壤喷液，传输管道34与液体供应槽33通过管线连通且设置有水泵32。液体供应槽33内盛装浸取剂，浸取剂采用铵盐，铵盐选用质量浓度为0.5～2.0％的硫酸铵或氯化铵，液体供应槽33与集液槽11的出液口13连通。
电动回收部件包含：电极支撑架41、阳极板42、电源43、传输通道44和回收箱45。电极支撑架41固定在传输支撑架21上，并处于皮带24的上方。阳极板42滑动设置在电极支撑架41上，电极支撑架41上设置有滑道411，阳极板42上设置有滑块，通过滑块与滑道411配合实现阳极板42的滑动，滑道411上设置有若干固定孔，通过插销与固定孔的配合对阳极板42进行限位。阳极板42与皮带24平行，电源43的正极与阳极板42电连接，电源43的负极与转轴22电连接，转轴22、皮带轮23和皮带24均采用导电材料。传输通道44固定在集液槽11的末端，传输通道44为具有弧形坡度，传输通道44的末端位于回收箱45处。
采用本发明的装置进行稀土快速回收的方法，包含：
将待处理土壤添加到处于皮带24的首端，处于皮带24上方的喷淋头35持续喷洒浸取剂润湿土壤，使得土壤中稀土离子预先解吸，通过控制皮带24的速度和喷洒的浸取剂的水量以保证土壤能够被充分润湿但无浸取液流出，浸取剂用量为土壤质量的30～80％；浸取剂中含有阳离子电解质，可交换离子吸附型稀土矿中的稀土离子使得稀土离子解吸；
当预处理的土壤传输至阳极板42的下方时，土壤处于电场作用下，驱动稀土离子定向迁移，土壤中的稀土元素在电动力学的作用下，从阳极向阴极迁移并从皮带24的小孔241随电渗流进入酸性沉淀剂中，经电动力学作用后的土壤经传输通道44排至回收箱45内；而且，当土壤处于电场作用下，阴极传送皮带表面电解产生的OH-，而集液槽11内的酸性沉淀剂呈酸性，能够中和OH-，从而阻止稀土在阴极传送皮带表面产生沉淀，避免了堵塞稀土电渗流进入集液槽，从而提高稀土(REE)回收率，稀土回收率在90％以上。同时，阴极传送皮带表面产生的OH-能够中和酸性沉淀剂的H+，从而起到调节稀土酸性沉淀剂pH的作用，防止稀土酸性沉淀剂pH过低，确保稀土草酸盐沉淀的生成(强酸性条件会增加稀土草酸盐的溶解度)。
2H2O+2e→H2↑+2OH-阴极电解产生OH-
REE3++3OH-→REE(OH)3↓OH-与稀土离子产生沉淀
2REE3++3H2C2O4+nH2O→REE2C2O4·nH2O↓+6H+稀土草酸沉淀
从集液槽11的进液口12通入沉淀剂，并在集液槽11的出液口13缓慢排出上层澄清液，澄清液补加浸取剂后至预处理部件循环使用。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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