0 前言

离子交换膜技术是随着对膜现象的研究而发展起来的。法国学者Abbe Nollet于1784年首先创造了“渗透”一词描述水透过膜的现象^[1].19世纪和20世纪早期，膜并没有得到工业应用。1950年W.Juda终于试制成功了具有高选择透过性的阴、阳离子交换膜，奠定了离子交换膜技术的基础。1952年美国Lonics公司制成了世界上第一台利用离子交换膜的电渗析装置。此后，离子交换膜技术在世界范围内得到了迅速的发展.由于离子交换膜技术所显示的节能、低耗、髙效、少污染、工艺简单等不可替代的优异特性，引起了世界各国的广泛关注，在有色冶金领域受到了冶金学者的髙度重视，研究极为活跃。

1 离子交换膜技术在有色冶金中的应用 1.1 重金属

美国的Tran、Tamv等人研究了利用自动倒换电极电渗析过程（EDR)回收镍盐，使之不再象传统流程中那样形成氢氧化物沉淀而被损失，取得了良好的经济效益。前苏联的Kizim, N.F等人曾研究了利用含阳膜MK-40和阴膜MA-41的电渗析器从电镀废液中除去Cr(Ⅵ)化合物，脱盐率达85%以上。另一个已经完成中间（实验)厂阶段的应用是化学镀槽中铜镀液的回收^[2]。Horn.Richard也进行了这方面的研究并申请了专利。髙纯锡是电子元件不可缺少的金属，用阴膜作电解槽隔膜，与碳酸锶除铅净化工序相结合，是制取髙纯锡的新方法。

1.2 轻金属

氧化铝生产中产出大量赤泥，一个氧化铝厂每年排出的赤泥达数十万吨至数百万吨。防止赤泥污染的根本出路是实现赤泥的综合利用。烧结法赤泥可用于生产硅酸盐水泥，但赤泥中碱(Na₂O)含量偏髙，限制了赤泥利用率的提髙。目前正致力于提高赤泥在水泥中的配量，以提高其利用率。研究方向之一是添加石灰，在一定条件下使赤泥脱碱，而后用电渗析技术从所得的稀碱液中回收碱以及其他有用组分。国内在这方面的研究已取得了一定进展。中南工业大学与贵州铝厂合作研究的膜法处理赤泥洗水的经济效益、环境效益均很显著^[3]。晶种分解是氧化铝生产中耗时最长而产出率又低的一个工序。强化和改进种分过程是氧化铝生产中最重要的研究课题之一，为此，学者们提出了许多改进途径，其中包括应用电渗析以提高分解深度的研究^[4]。在联合法生产氧化铝厂中，种分母液蒸发时析出含硫酸钠与碳酸钠的结晶.目前这部分结晶返回烧结工序，但由于硫酸钠对烧结过程和后工序有严重的不良影响，学者们提出了许多处理方法，其中之一是哈萨克科学冶金与选矿研究所提出的用电渗析法从中回收碱的方法。前苏联Manankov, A.A及其合作者继续发展了这一方法。

1.3 贵金属

利用膜电解可以制得髙纯度的金。Tanaka贵金属工业公司采用了与碘化作用相结合的膜电解法。他们将99.5%的金片溶于碘或碘化物溶液中，将pH调至12以上，除杂后引入电渗析器，在20A/dm²和50℃下操作可以电沉积出金。pH约为12.8时进行离心分离回收99.991%的纯金，回收率为95%。他们还利用另一种方法得到了更髙纯度的金。金经过碘化作用后通入膜电解槽的阳极室，阳极室与反应室相联，阳极液能在其间循环，杂质通过过滤或其后的超滤除去，因而能将99.99%的金精炼至99.999%，回收率为95%, 槽内仍有5%的纯度为98.4%的金存在。

1.4 稀有金属

Traini等人已对硫酸法钛白生产中铁的膜电解还原法申请专利。北京有色冶金设计研究总院刘金山等对离子交换膜电解槽中同时进行四价钒浸出液的氧化及还原过程的可行性和工艺条件进行了研究，获得了较为满意的结果^[5]。在钨领域离子交换膜技术研究非常活跃，美国专利报导了应用离子交换膜电解技术制取仲钨酸铵（APT)的第一个工艺流程。在第十一届国际普兰西会议上，Vadasi及其合作者报导了一种将溶剂萃取与膜电解相结合的工艺^[6]。匈牙利的Tungscrain公司已建立试验车间用膜电解与溶剂萃取相结合的工艺处理废旧钨料。中南工业大学张启修教授等率先在国内开展了钨酸钠单阳膜电解的实验室研究^[7]。结果表明，用单阳膜电解钨酸钠溶液到阳极液pH = 2，阴极液氢氧化钠浓度达5.0×10^-3mol/m³, 电流效率85%, 回收氢氧化钠的电能消耗为2800kW·h/tNa₂0。由于偏钨酸铵（AMT)在水中溶解度大，AMT可能成为更重要的钨中间产品。据英国Warror Spring实验室内部报导(1986年），Murex研究了用膜电解生产AMT的流程。在钼冶金中，钼是通过焙烧辉钼矿生产工业品位的氧化物经净化并还原而得到的。前苏联的Zelikman, A.N及其合作者曾研究利用离子交换膜电渗析净化钥酸铵溶液^[8]。

2 在有色冶金中应用离子交换膜技术的特点及存在问题

离子交换膜技术有许多独有的特点。离子交换膜技术作为一种新型的分离技术，相比于传统方法，能显著地节省能源；离子交换膜技术在分离操作中，不仅工艺简单，而且节省化工原料，不会产生难以处理的产物，无二次污染；离子交换膜技术用于隔膜电解，相比于惰性多孔隔膜而言，是一种更优秀的隔膜不但能隔开阴极液和阳极液，提供了采用>同阴、阳电解液的可能性，而且具有选择透过性；离子交换膜有利于防止杂质离子在阳极或阴极上发生反应和电解质中有机添加剂在阳极上氧化。

离子交换膜技术在有色冶金中研究活跃，但大多数仍处于中试或实验室研究阶段。离子交换膜技术在冶金工业中的发展尚存在许多问题。有色冶金中溶液体系多是酸碱体系，一些是氧化性体系，另一些是还原性体系，且许多情况下体系的温度较髙，所以对离子交换膜性能提出了更高的要求，要求使用的膜比氯碱膜更能耐温、耐腐蚀。但目前许多膜对温度、pH值和化学环境仍很敏感，尚不能满足冶金工业的要求；离子交换膜技术应用受到限制的部分原因是现有离子交换膜品种中缺乏冶金工业所需要的特种选择性；由于冶金工业的电解质体系多为多相体系，而离子交换膜易被细微粒或有机物堵塞，所以对电解液的纯度提出了更高的要求，这样就要增加电解液精制工序，并提髙操作要求，以除去电解液中各种不纯物，达到离子交换膜所规定的要求，相应地就增加了设备和操作费用，导致成本的增加；冶金生产通常是大规模的，但在离子交换膜技术中存在着物质流量与选择性的矛盾。

3 离子交换膜技术在有色冶金中的应用前景

尽管离子交换膜技术在有色冶金中的应用还存在一些困难和问题，但其应用前景仍然是广阔的。

有许多工业尝试和各种研究活动都将推动离子交换膜技术在有色冶金中的应用，这主要包括：离子交换膜性能的改善；电解槽设备的改进；电极材料的研制。

离子交换膜技术在有色冶金中的应用研究越来越引起人们的重视，它是一个很活跃的领域。与国外相比，我国目前尚处于较落后的地位，为了赶上世界水平，必须髙度重视这一方面的研究，因为离子交换膜技术在有色冶金中的应用必将带来有色冶金行业又一次工艺革新。为此，应加强以下几个方面的工作:加强离子交换膜合成的研究，重视基础工作；离子交换膜技术的应用与研究相互促进；以节能为重点，开发、改进、推广新技术、新设备。