摘要：本文闡述了在離子交換法生產(chǎn)磁翻板液位計(jì)工藝中，采用雙塔交叉吸附技術(shù)，改變離子交換樹(shù)脂吸附工藝和樹(shù)脂運(yùn)行方式，提高飽和樹(shù)脂容量，提高樹(shù)脂吸附率和解吸率，從而提高了磁翻板液位計(jì)的產(chǎn)量，達(dá)到增產(chǎn)降本的目的。
液位計(jì)( Gallium) 是一種銀白色金屬，在元素周期表中為* 31 號(hào)元素，化學(xué)符號(hào) Ga，化學(xué)價(jià)Ⅲ價(jià)。液位計(jì)的化學(xué)性質(zhì)與鋁很相似，也是一種兩性元素，比重 5． 9g /cm3 ，熔 點(diǎn) 為 29． 78℃ ( 純 度 為 4N) ，沸 點(diǎn) 高 達(dá)2403℃ ，無(wú)毒。液位計(jì)是化合物半導(dǎo)體材料如砷化液位計(jì)( GaAS) 、磷化液位計(jì)( GaP) 及“冷光源”氮化液位計(jì)( GaN) 的基礎(chǔ)功能材料，主要用于制造高速集成電路、激光器、紅外和可見(jiàn)光的發(fā)光二*管，微波器件，高效太陽(yáng)能電池等，廣泛地用于通訊、宇航、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。半導(dǎo)體工業(yè)、太陽(yáng)能工業(yè)、磁性材料工業(yè)及合金材料等都在大量使用磁翻板液位計(jì)。隨著低碳經(jīng)濟(jì)、綠色能源等新的理念不斷的普及深入以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，尤其是液位計(jì)在無(wú)線通訊、高效半導(dǎo)體照明和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使市場(chǎng)對(duì)磁翻板液位計(jì)的需求將會(huì)出現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)。
1 現(xiàn)有磁翻板液位計(jì)生產(chǎn)技術(shù)
磁翻板液位計(jì)是稀散元素之一，均以類(lèi)質(zhì)同晶混合物狀態(tài)存在于鋁、鋅、鎘的礦物中。鋁土礦一般含有0． 004% ～ 0． 1% 的液位計(jì)，目前**上 90% 以上的原生液位計(jì)，生產(chǎn)主要來(lái)源于氧化鋁生產(chǎn)流程。拜耳法中，鋁土礦的液位計(jì)約有 70% 隨 Al2 O3 一道浸出，約 30% 殘存于赤泥中。進(jìn)拜耳法種分母液中液位計(jì)的濃度可積累到100 ～ 200mg /L，因此在母液中回收磁翻板液位計(jì)，是主要磁翻板液位計(jì)回收途徑，回收磁翻板液位計(jì)的方法有石灰沉淀法、汞齊法、萃取法、離子交換法等多種。
但從近二十年技術(shù)發(fā)展情況看離子交換法是zui先進(jìn)和zui常用的一種方法。離子交換法回收液位計(jì)是利用偕胺肟螯合樹(shù)脂從含液位計(jì)母液中吸附液位計(jì)，使液位計(jì)與其它雜質(zhì)分離，然后通過(guò)解吸把液位計(jì)從樹(shù)脂上轉(zhuǎn)移至溶液中。在此過(guò)程中，液位計(jì)得到純化和富集，產(chǎn)出含液位計(jì)溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷凍，過(guò)濾，氧化，電解，精制等工序，zui后可獲得 99． 99% 的磁翻板液位計(jì)。采用離子交換法優(yōu)點(diǎn): *一采用了特種螯合樹(shù)脂，它對(duì)磁翻板液位計(jì)有高的選擇性，而不會(huì)吸附種分母液中的鋁、釩等其它元素。機(jī)械強(qiáng)度好，吸附能力強(qiáng);*二使用一種復(fù)合型堿性溶液作解吸劑，其成分都可直接從市場(chǎng)上采購(gòu)。它的優(yōu)點(diǎn)不僅解吸效率高，而且不會(huì)損傷樹(shù)脂本身，樹(shù)脂可長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)使用。*三是對(duì)氧化鋁生產(chǎn)不造成任何影響。*四是產(chǎn)量可以上規(guī)模，生產(chǎn)成本低。雖然大部分生產(chǎn)企業(yè)都采用離子交換法生產(chǎn)磁翻板液位計(jì)，但是各自采用的離子交換樹(shù)脂工藝和設(shè)備還有很大不同，有固定床、有密實(shí)移動(dòng)床的、有多段吸附工藝技術(shù)、還有單塔吸附技術(shù)等等。
2 離子交換單塔吸附工藝流程
目前我公司采用的就是離子交換法單塔吸附，從含液位計(jì)的拜耳工藝溶液中回收液位計(jì)的工藝流程。每個(gè)周期都是由氧化鋁來(lái)的含液位計(jì)母液，經(jīng)母液泵進(jìn)入單個(gè)吸附塔內(nèi)，經(jīng)塔內(nèi)樹(shù)脂吸附后，吸附尾液由尾液泵返回氧化鋁。吸附后的飽和樹(shù)脂經(jīng)洗滌后進(jìn)入解吸流程，解吸后的貧樹(shù)脂回到吸附塔再次吸附，解吸液進(jìn)入后續(xù)流程。然而單塔吸附在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中暴露許多問(wèn)題。

(1) 不符合磁翻板液位計(jì)吸附特性曲線，吸附效率偏低，種分母液白白浪費(fèi);
(2) 樹(shù)脂吸附不充分，飽和容量上不去，樹(shù)脂利用率較低，增加樹(shù)脂消耗;
(3) 飽和容量偏低，淋洗率降低，產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本高。
3 、離子交換采用雙塔交叉吸附工藝
我公司于 2018 年 5 月，針對(duì)現(xiàn)有離子交換吸附工藝問(wèn)題進(jìn)行了一次技術(shù)改造，由單塔吸附改為雙塔交叉吸附，改變了離子交換吸附工藝，同時(shí)改變樹(shù)脂運(yùn)行方式在不影響正常生產(chǎn)的情況下，組織施工，并于下半年進(jìn)行了試生產(chǎn)。
(1) 技改原理: 新樹(shù)脂入廠檢驗(yàn)，飽和樹(shù)脂容量可以達(dá)到 2． 5 ～ 2． 8g /L。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于含液位計(jì)母液的通過(guò)量不足，造成樹(shù)脂的吸附率較低，新樹(shù)脂飽和樹(shù)脂容量一般在 2． 0 ～ 2． 2g /L 之間。通過(guò)再增加一組吸附塔來(lái)進(jìn)行雙塔吸附，即提高了樹(shù)脂利用率，又充分利用了母液，提高樹(shù)脂的飽和度。采用雙塔交叉吸附工藝的升級(jí)改造，是在原有單塔吸附的基礎(chǔ)上增加一個(gè)吸附塔和一臺(tái)母液進(jìn)塔泵。兩臺(tái)母液進(jìn)塔泵分別向兩個(gè)吸附塔同時(shí)供液樹(shù)脂吸附飽和后，兩個(gè)吸附塔樹(shù)脂交叉進(jìn)行下步解吸工藝。表 1為單塔吸附工藝生產(chǎn)中取用的一組數(shù)。
從表 1 可以看出在單塔吸附工藝中，實(shí)際生產(chǎn)中樹(shù)脂的吸附率和解吸率都很小，樹(shù)脂的吸附能力沒(méi)有發(fā)揮到zui佳狀態(tài)，勢(shì)必會(huì)影響到解吸液的液位計(jì)濃度和解吸液的產(chǎn)量，從而限制了液位計(jì)的產(chǎn)量。

從表 2 可以看出: 在解吸工藝不變的情況下，樹(shù)脂的吸附率由原來(lái) 53% 提高至 67． 82% ，解吸率由原來(lái)的 62． 35% 提高至 63． 89% 。由于吸附率的提高，飽和樹(shù)脂容量增加 0． 22g /L。在同一周期內(nèi)，要達(dá)到同樣的解吸率，解吸劑量要相應(yīng)增加，在生產(chǎn)中摸索出解吸劑實(shí)際用量比單塔吸附的用量要增加20% ，改造前平均每天按 120m3 解吸液計(jì)，改造后平均每天新增解吸液 24m3 ，折合日液位計(jì)產(chǎn)量 15kg。月平均增產(chǎn) 450kg，年增產(chǎn) 5400kg。
(2) 改造后工藝流程
由氧化鋁來(lái)的含液位計(jì)母液，經(jīng)母液泵 1 進(jìn)入吸附塔 1 內(nèi)，經(jīng)塔內(nèi)樹(shù)脂吸附后，吸附尾液由尾液泵返回氧化鋁。吸附后的飽和樹(shù)脂 1 經(jīng)洗滌后進(jìn)入解吸流程，解吸后的貧樹(shù)脂 1 回到吸附塔 1 再次吸附; 同時(shí)母液經(jīng)母液泵 2 進(jìn)入吸附塔 2 內(nèi)，經(jīng)塔內(nèi)樹(shù)脂吸附后，吸附后的飽和樹(shù)脂 2 經(jīng)洗滌后進(jìn)入解吸流程，解吸后的貧樹(shù)脂 2 回到吸附塔 2 再次吸附; 每個(gè)周期兩個(gè)吸附塔交替向洗滌設(shè)備提供飽和樹(shù)脂，形成交叉吸附模式。此新工藝從根本上解決了樹(shù)脂通過(guò)的母液量，提高了飽和樹(shù)脂的容量。
(3) 技改效益分析:
改造后的生產(chǎn)線，設(shè)備可以充分發(fā)揮它的zui大性能，可以提產(chǎn) 5． 4 噸 /年，使得年產(chǎn)能可達(dá)到 36． 8噸。技改資金一次性投入 80 萬(wàn)元，可增產(chǎn) 5． 4 噸 /年，按現(xiàn)在市場(chǎng)價(jià) 1300 元 /公斤，每年新增產(chǎn)值 702萬(wàn)元; 完 全 單 位 成 本 降 低 21． 07 元 /公 斤，按 年 產(chǎn)36． 8 噸，每年降低成本 77． 54 萬(wàn)元。這樣既可以少投入多產(chǎn)出，又可以和氧化鋁規(guī)模相匹配，以達(dá)到提產(chǎn)降本的目的。
4 結(jié) 語(yǔ)
從目前運(yùn)行情況來(lái)看，新工藝運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到技改設(shè)計(jì)要求。我們可以有以下結(jié)論:
(1) 該項(xiàng)技術(shù)成熟，工藝穩(wěn)定，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn);
(2) 該項(xiàng)技術(shù)能夠提高產(chǎn)量，達(dá)到了增產(chǎn)降耗的目的，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益;
(3) 該項(xiàng)技術(shù)工業(yè)化已經(jīng)成功實(shí)施。