一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法
阅读说明：本技术 一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法 (Automatic control system and method for rare earth purification ion exchange ) 是由 李华杰 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及稀土提纯技术领域,具体是一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法,包括上位机控制系统、稀土提纯离子交换的自动控制系统、解吸系统和收集池,上位机控制系统的内部安装有PLC控制系统；稀土提纯离子交换的自动控制系统内包括有若干变频增压泵、若干浮子流量计、若干电子式流量计、若干自动球阀、除杂离子系统、稀土吸附及富集离子交换系统、尾液收集池和氨氮去除离子交换系统。本发明的有益效果提高稀土提纯离子交换控制的便利性,同时提高稀土提纯离子交换的效率,对于尾水中的有价金属元素,可以使用专用解析剂,定向解析得到回收,整个工艺过程是封闭、连续的,降低了劳动强度,提高产品质量和工作效率。(The invention relates to the technical field of rare earth purification, in particular to an automatic control system and a method for rare earth purification ion exchange, which comprises an upper computer control system, an automatic control system for rare earth purification ion exchange, a desorption system and a collection pool, wherein a PLC control system is arranged in the upper computer control system; the automatic control system for rare earth purification ion exchange comprises a plurality of variable frequency booster pumps, a plurality of float flowmeters, a plurality of electronic flowmeters, a plurality of automatic ball valves, an impurity removal ion system, a rare earth adsorption and enrichment ion exchange system, a tail liquid collecting tank and an ammonia nitrogen removal ion exchange system. The invention has the advantages of improving the convenience of rare earth purification ion exchange control, simultaneously improving the efficiency of rare earth purification ion exchange, using a special resolving agent for valuable metal elements in tail water, directionally resolving and recovering, closing and continuously carrying out the whole process, reducing the labor intensity, and improving the product quality and the working efficiency.)
技术领域
本发明涉及稀土提纯
技术领域
，具体是一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法。背景技术
离子型稀土开采属化学溶解采矿范畴，开采过程中的浸出液总是含有大量杂质，如铁、铝、硅、钙和硅酸盐等，必须在进一步加工之前将其剔除。目前使用化学法，采用药剂和pH调节以及溶剂萃取的方法不但耗时，成本高、效率低，而且使用大量化学药剂造成环境汚染，除杂后含多种元素的废水如不处理则不能循环使用。分离杂质提高纯度是冶金工程中的重要环节之一，必须针对这些元素的物理化学性质与化合物的相同性质，甄别其中的细微差别，采用不同的试剂和方法处理。
离子交换是指两种电解质之间或电解质溶液与复合物之间的离子交换。近年国内外不断将技术优化，该技术被用于水和其他含离子的溶液与固体聚合物或矿物“离子交换剂”的纯化、分离和净化过程。离子交换是一种快速且可逆的过程，其中溶液中存在的杂质离子被离子交换树脂释放的离子选择性地取代。由于离子交换工艺的不断完善及新型交换树脂开发应用，以及提纯过程还有富集功能，因此，采用离子交换工艺对稀土浸出液的提纯研究已有多家单位开展，个别单位还进行了工业试验，取得较好的效果。
中国专利号CN104498741B提供一种稀土提纯方法和电热炉。在电热炉中对稀土原料进行加热提纯，提纯过程包括三个加热阶段：中温加热，加热温度480-520℃，加温时间35-45分钟；高温加热，加热温度950-1000℃，加温时间35-45分钟；低温加热，180-220℃，加温时间35-45分钟。本发明的稀土提纯方法采用电热加温，可以精确控制加热温度，杂质清除彻底，产品中稀土纯度高，提纯度可以达到82％，生产过程绿色环保。
现有的稀土提纯离，稀土提纯离子交换控制的相对便利性，导致稀土提纯离子交换的效率相对较低，对于尾水中的有价金属元素，不能定向解析得到回收，整个工艺过程不是全封闭、连续的，由此环保力度相对较小，增加了劳动强度，导致产品质量相对较差和工作效率相对较低的缺点，因此亟需研发一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的稀土提纯离子交换控制的相对便利性，导致稀土提纯离子交换的效率相对较低，对于尾水中的有价金属元素，不能定向解析得到回收的问题。
本发明的技术方案是：一种稀土提纯离子交换的自动控制系统，包括上位机控制系统、稀土提纯离子交换的自动控制系统、解吸系统和收集池，所述上位机控制系统的内部安装有PLC控制系统；
所述稀土提纯离子交换的自动控制系统内包括有若干变频增压泵、若干浮子流量计、若干电子式流量计、若干自动球阀、除杂离子系统、中途池、稀土吸附及富集离子交换系统、硫药剂开调槽、尾液收集池和氨氮去除离子交换系统，所述除杂离子系统内包括有树脂罐和砂罐，所述除杂离子系统内的树脂罐和砂罐的一端均连接有自动球阀，所述中途池的内部安装有离子检测仪和电子式水位器，所述稀土吸附及富集离子交换系统的内部包括有；两个树脂罐，所述稀土吸附及富集离子交换系统内的两个树脂罐一端均连接有自动球阀，所述硫药剂开调槽和尾液收集池内安装有搅拌器、定量加压泵和电子式水位器，所述氨氮去除离子交换系统的内部包括有树脂罐和砂罐，所述氨氮去除离子交换系统内的树脂罐和砂罐输出端连接有若干自动球阀；
所述收集池内包括矿山稀土母液，所述收集池内安装有离子检测仪和电子水位器；
所述解吸系统包括变频增压泵、浮子流量计、电子式流量计、清水槽、循环水槽、解吸药剂槽、空压机、稀土浓缩池、杂质浓缩池、碳铵药剂开调池和循环池，所述清水槽内安装有水位控制器和电子式水位器，所述循环水槽的内部安装有电子式水位器，所述解吸药剂槽内部安装有搅拌器和电子式水位器，所述空压机连接在变频增压泵和浮子流量计之间，所述稀土浓缩池和杂质浓缩池的内部安装有搅拌器、pH测量仪和电子式水位器，所述碳铵药剂开调池的内部安装有搅拌器和电子式水位器，所述碳铵药剂开调池连接有定量加压泵，所述碳铵药剂开调池通过定量加压泵连接在稀土浓缩池的输入端，所述循环池的内部安装有浮球水位器，所述循环池的输入端连接有压缩机，所述压水机的输入端连接有气动隔膜泵，所述气动隔膜泵通过自动球阀与稀土浓缩池和杂质浓缩池连接，所述循环池的输出连接有增压泵，所述增压泵的输出端连接在收集池的输入端。
进一步地，所述上位机控制系统的输出端通过导电线与PLC控制系统的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与搅拌器的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与搅电子式流量计的输入端形成电性连接。
进一步地，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与定量加药泵的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与自动球阀的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与浮子流量计的输入端形成电性连接。
进一步地，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与自动变频增压泵的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与气动隔膜泵的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与浮球水位器的输入端形成电性连接。
进一步地，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与电子式水位器的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与离子检测仪的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与ph测量仪的输入端形成电性连接。
进一步地，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与增压泵的输入端形成电性连接，所述PLC控制系统的输出端通过导电线与压缩机的输入端形成电性连接。
一种稀土提纯离子交换的自动控制方法，所述S1：将矿山稀土母液输送至收集池的内部；S2：将矿山稀土母液输送至收集池的内部；S3：清水注入到解吸系统的清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内，然后清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内的液体依次通过自动球阀、变频增压泵、浮子流量计和电子式流量计连接，其中空压机连接在变频增压泵和浮子流量计之间；S4：上述部分液体进入到稀土浓缩池内，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至稀土浓缩池内，通过pH测量仪测量；上述另部分液体进入到杂质浓缩池，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至杂质浓缩池内，通过pH测量仪测量；S5：将稀土浓缩池和杂质浓缩池通过压缩机，得到高纯度碳酸稀土和杂质废渣及循环液；S6：循环液进入到循环池内，循环池内的循环液通过增压泵输送至矿山内。
进一步地，所述S2中，H1：将S2之后进入到稀土提纯离子交换的自动控制系统内，选通过内部的除杂离子系统内的砂罐和树脂罐进行处理，然后进入到中途池内，之后液体通过变频增压泵、浮子流量计和自动球阀进入到稀土吸附及富集离子交换系统内；H2：进入到稀土吸附及富集离子交换系统内的液体输送至内部的两个树脂罐内，进行处理；H3：上述处理得到液体进入到尾液收集池，然后硫药剂开调槽捏的药剂通过定量加压泵将药剂输送至尾液收集池内；H4：上述处理得到液体进入到氨氮去除离子交换系统内的砂罐和树脂罐内，废料处理之后达到排放标准，同时砂罐和树脂罐的输出端与A和B连接。
进一步地，所述收集池采用A、B两套离子交换设备进行处理，PLC控制系统连接控制两个A、B两套离子交换设备的开关上，采用A、B两套离子交换设备，以自动控制系统实现两套设备交替使用，当A交换设备树脂吸附接近饱和时，停止进料开始解析。
进一步地，所述收集池采用A、B两套离子交换设备进行处理，同时开启B交换设备开始进料，当树脂吸附接近饱和时，停止进料进入解析阶段；再次开启A交换设备，由此循环工作。
本发明通过改进在此提供一种稀土提纯离子交换的自动控制系统及方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
(1)本发明采用自动控制系统，上位机控制系统通过PLC控制系统对稀土提纯离子交换系统内的电器件进行自动控制，提高稀土提纯离子交换控制的便利性，同时提高稀土提纯离子交换的效率。
(2)本发明采用离子交换工艺，离子交换工艺接收稀土浸出液的浓度范围很广，特别是对极低浓度的浸出液，其富集效果很好，稀土液的浓度在0.02g/L时，经离子交换一次性富集浓度达4g/L，浓缩约200倍，因此，矿山开采后的稀土浸出液不论浓度高低，均通过离子交换系统提纯后获得高浓度稀土液，尾水中的杂质可再次通过离子交换工艺剔除，以达到排放标准或返回配制浸矿剂，对于尾水中的有价金属元素，可以使用专用解析剂，定向解析得到回收。
(3)本发明采用离子交换工艺，离子交换工艺在稀土提纯工艺中，即使极低浓度或高铝稀土液，处理方法和效果均是一致的，产品中REO一般能达到98％以上，如果定向解析有价金属元素，则能轻易回收氧化铝或氢氧化铝，提高产品的附加值。
(4)本发明采用工业化应用的稀土提纯离子交换工艺，必须采用机械化和自动化控制技术才能达到高效使用要求，实现自动化运行后，整个工艺过程是封闭、连续的，由此加大了环保力度，降低了劳动强度，提高产品质量和工作效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的上位机控制系统结构示意图；
图2是本发明的离子提纯交换的自动控制系统及解吸系统结构示意图；
图3是本发明的控制系统控制结构示意图；
图4是本发明的PLC控制系统控制示意图；
图5是本发明的方法结构示意图。
附图标记说明：
1上位机控制系统、2PLC控制系统。
具体实施方式
下面将结合附图1至图5对本发明进行详细说明，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。
本发明通过改进在此提供一种稀土提纯离子交换的自动控制系统，如图1-图5所示，包括上位机控制系统1、稀土提纯离子交换的自动控制系统、解吸系统和收集池，上位机控制系统1的内部安装有PLC控制系统2，上位机控制系1统通过PLC控制系统2对稀土提纯离子交换系统内的电器件进行自动控制，提高稀土提纯离子交换控制的便利性，同时提高稀土提纯离子交换的效率；
稀土提纯离子交换的自动控制系统内包括有若干变频增压泵、若干浮子流量计、若干电子式流量计、若干自动球阀、除杂离子系统、中途池、稀土吸附及富集离子交换系统、硫药剂开调槽、尾液收集池和氨氮去除离子交换系统，除杂离子系统内包括有树脂罐和砂罐，除杂离子系统内的树脂罐和砂罐的一端均连接有自动球阀，中途池的内部安装有离子检测仪和电子式水位器，稀土吸附及富集离子交换系统的内部包括有；两个树脂罐，稀土吸附及富集离子交换系统内的两个树脂罐一端均连接有自动球阀，硫药剂开调槽和尾液收集池内安装有搅拌器、定量加压泵和电子式水位器，氨氮去除离子交换系统的内部包括有树脂罐和砂罐，氨氮去除离子交换系统内的树脂罐和砂罐输出端连接有若干自动球阀；
收集池内包括矿山稀土母液，收集池内安装有离子检测仪和电子水位器；
解吸系统包括变频增压泵、浮子流量计、电子式流量计、清水槽、循环水槽、解吸药剂槽、空压机、稀土浓缩池、杂质浓缩池、碳铵药剂开调池和循环池，清水槽内安装有水位控制器和电子式水位器，循环水槽的内部安装有电子式水位器，解吸药剂槽内部安装有搅拌器和电子式水位器，空压机连接在变频增压泵和浮子流量计之间，稀土浓缩池和杂质浓缩池的内部安装有搅拌器、pH测量仪和电子式水位器，碳铵药剂开调池的内部安装有搅拌器和电子式水位器，碳铵药剂开调池连接有定量加压泵，碳铵药剂开调池通过定量加压泵连接在稀土浓缩池的输入端，循环池的内部安装有浮球水位器，循环池的输入端连接有压缩机，压水机的输入端连接有气动隔膜泵，气动隔膜泵通过自动球阀与稀土浓缩池和杂质浓缩池连接，循环池的输出连接有增压泵，增压泵的输出端连接在收集池的输入端。
进一步地，上位机控制系统1的输出端通过导电线与PLC控制系统2的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与搅拌器的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与搅电子式流量计的输入端形成电性连接。
进一步地，PLC控制系统2的输出端通过导电线与定量加药泵的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与自动球阀的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与浮子流量计的输入端形成电性连接。
进一步地，PLC控制系统2的输出端通过导电线与自动变频增压泵的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与气动隔膜泵的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与浮球水位器的输入端形成电性连接。
进一步地，PLC控制系统2的输出端通过导电线与电子式水位器的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与离子检测仪的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与ph测量仪的输入端形成电性连接。
进一步地，PLC控制系统2的输出端通过导电线与增压泵的输入端形成电性连接，PLC控制系统2的输出端通过导电线与压缩机的输入端形成电性连接。
一种稀土提纯离子交换的自动控制方法，S1：将矿山稀土母液输送至收集池的内部；S2：将矿山稀土母液输送至收集池的内部；S3：清水注入到解吸系统的清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内，然后清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内的液体依次通过自动球阀、变频增压泵、浮子流量计和电子式流量计连接，其中空压机连接在变频增压泵和浮子流量计之间；S4：上述部分液体进入到稀土浓缩池内，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至稀土浓缩池内，通过pH测量仪测量；上述另部分液体进入到杂质浓缩池，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至杂质浓缩池内，通过pH测量仪测量；S5：将稀土浓缩池和杂质浓缩池通过压缩机，得到高纯度碳酸稀土和杂质废渣及循环液；S6：循环液进入到循环池内，循环池内的循环液通过增压泵输送至矿山内。
进一步地，S2中，H1：将S2之后进入到稀土提纯离子交换的自动控制系统内，选通过内部的除杂离子系统内的砂罐和树脂罐进行处理，然后进入到中途池内，之后液体通过变频增压泵、浮子流量计和自动球阀进入到稀土吸附及富集离子交换系统内；H2：进入到稀土吸附及富集离子交换系统内的液体输送至内部的两个树脂罐内，进行处理；H3：上述处理得到液体进入到尾液收集池，然后硫药剂开调槽捏的药剂通过定量加压泵将药剂输送至尾液收集池内；H4：上述处理得到液体进入到氨氮去除离子交换系统内的砂罐和树脂罐内，废料处理之后达到排放标准，同时砂罐和树脂罐的输出端与A和B连接。
进一步地，收集池采用A、B两套离子交换设备进行处理，PLC控制系统连接控制两个A、B两套离子交换设备的开关上，采用A、B两套离子交换设备，以自动控制系统实现两套设备交替使用，当A交换设备树脂吸附接近饱和时，停止进料开始解析。
进一步地，收集池采用A、B两套离子交换设备进行处理，同时开启B交换设备开始进料，当树脂吸附接近饱和时，停止进料进入解析阶段；再次开启A交换设备，由此循环工作。
工作原理：将矿山稀土母液输送至收集池的内部将矿山稀土母液输送至收集池的内部清水注入到解吸系统的清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内，然后清水槽、循环水槽和解吸药剂槽内的液体依次通过自动球阀、变频增压泵、浮子流量计和电子式流量计连接，其中空压机连接在变频增压泵和浮子流量计之间上述部分液体进入到稀土浓缩池内，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至稀土浓缩池内，通过pH测量仪测量上述另部分液体进入到杂质浓缩池，启动搅拌器进行搅拌，同时通过定量加药泵将碳铵药剂开调池内的药剂输送至杂质浓缩池内，通过pH测量仪测量将稀土浓缩池和杂质浓缩池通过压缩机，得到高纯度碳酸稀土和杂质废渣及循环液循环液进入到循环池内，循环池内的循环液通过增压泵输送至矿山内。
将矿山稀土母液输送至收集池的内部，将矿山稀土母液输送至收集池的内部，之后进入到稀土提纯离子交换的自动控制系统内，选通过内部的除杂离子系统内的砂罐和树脂罐进行处理，然后进入到中途池内，之后液体通过变频增压泵、浮子流量计和自动球阀进入到稀土吸附及富集离子交换系统内进入到稀土吸附及富集离子交换系统内的液体输送至内部的两个树脂罐内，进行处理上述处理得到液体进入到尾液收集池，然后硫药剂开调槽捏的药剂通过定量加压泵将药剂输送至尾液收集池内上述处理得到液体进入到氨氮去除离子交换系统内的砂罐和树脂罐内，废料处理之后达到排放标准，同时砂罐和树脂罐的输出端与A和B连接。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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