控制液體－液體萃取中的分散物分離的方法和設備的製作方法
2023-04-28 04:07:21 1
專利名稱：控制液體－液體萃取中的分散物分離的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制分離兩種液體的分散物的方法，該兩種液體的分散物在液體-液體萃取混合階段形成，分散物在萃取的分離階段分離成自己的相。特別是，該方法和設備涉及到金屬回收中使用的萃取過程。根據本方法，通過將位於分離部分的至少一個恢復元件用於所述目的，使保持在兩個已分開相之間的分散帶被攔截。本發明所述的設備包括至少一個恢復元件，該設備依次由至少兩個分離部分構成。
液體-液體萃取早已被用於冶金工業，特別是在含有廉價金屬物質的溶液處理中。許多大型銅和鈾的回收萃取工廠就屬於此類範圍。然而，由於隨著操作過程中壓力濃縮浸析方法的應用，萃取進料溶液變得明顯越來越濃，所以對於銅來說，情況正在發生變化。同樣，許多鈷和鋅的萃取方法也處理濃進料溶液。不過，設備的尺寸，特別是對於銅的萃取來說，在新的壓力浸析過程中也通常很大。
在所有萃取過程中，含貴重金屬的水溶液在萃取的混合部分開始與有機溶液相接觸，形成這兩種彼此相溶的溶液的分散物。分散物中的溶液在萃取的分離部分被彼此分開，溶液彼此分離成中間保留有分散帶的兩層。在混合階段，水溶液中的一種或多種貴重金屬被轉化成有機相，通過洗提該水溶液將貴重金屬從中回收。萃取在一個設備中進行，其中的混合部分和分離部分或者是一個位於另一個的頂上，或者水平地串聯在或多或少的同一層上。幾乎總是在涉及到廉價溶液的大規模萃取的情況下，如銅的萃取，設備被定位在基本水平的位置上。當我們在下文中提到萃取時，該詞語被用於各種裝置，但基本上用於處在同一層的設備。
美國專利6,132,615描述了一種方法和設備，用於調節萃取分離階段中萃取溶液的速度。該方法和設備基於幾個位於分離部分前端的樁欄。這些樁欄在沉降槽的兩側部之間延伸。這些樁欄垂直向上延伸到液面之上，並且都不向下延伸到沉降槽的底部。水溶液層的垂直控制已經被改進，以便使得分散帶儘量向分離部分的最遠端延伸，特別當分散物為水滴分散物類型時。分散物和從中分離出的溶液相被促使流經設置在分離部分中至少三個位置的樁欄。這些樁欄為垂直的狹槽結構。該公開敘述了濃分散帶在已分開溶液的質量和純度兩方面提高了分離部分的性能表現。樁欄使沉降槽中流阻的增大量在每樁欄250至600Pa的範圍內。
現在已經發展了一種方法，用於液體-液體萃取分離部分中不同液相和分散流的控制，以便從分散物中分離出的相被使得沿著分離部分的縱軸相對自由流動，但是未分離的分散物通過用設置在分離部分中的至少一個攔截恢復元件被攔截。該恢復元件垂直向上延伸至分離部分的側壁。本發明所述的設備包括至少一個位於沉降槽(分離部分)中的恢復元件，所述恢復元件由至少兩個板狀部件或恢復板構成，它們具有不同的高度並基本垂直於沉降槽的縱軸(在溶液流動方向)設置。在各恢復板之間形成的區域中，由於分散物被使得在每個恢復板的上方或下方流入恢復通道中，所以恢復通道與分散物的流向幾乎垂直。通過在分離部分至少將分散物的流動方向改變一次，使得分散物在分散物的上方和下方分散成純淨的溶液層。恢復元件將被設置在萃取的不同階段，比如在實際萃取和洗滌與洗提分離部分。
本發明的必要特徵在附屬的權利要求中將更為明確。
通過使用本發明的方法和設備，彼此分離開的溶液在用於分離的條件下能夠被使得以均勻的速度在橫向和垂直兩個方向上向前移動。這些將包括以下事實，溶液被使得從分離部分前端到其尾端以塞流的方式向前移動。本發明中該方法的一個目的是加速溶液從分散物中的分離，以及提高溶液的最終分離效率，也就是，減少每種溶液在另一種溶液中的挾帶作用。
本發明所述方法和設備的另一目的是，保持位於分離部分前部的分散帶的厚度，以提高良好液滴分離。這樣，優選的是，分離部分的至少前三分之一部分中分散帶的厚度大約為溶液高度的75％，並逐漸變薄直到位於分離部分尾部的分散物的厚度儘可能小為止。
本方法和設備的特徵是，通過設置至少一個在分離部分上方延伸的恢復元件，來至少一次防止分散流直接向前流動。為了使分散物流過恢復元件，在第一階段，分散物必須被壓在恢復元件的第一板狀部件上並在其下方流入恢復通道，該恢復通道形成在恢復元件的板狀部件之間。從恢復通道開始，分散物的表面被升高，使得它能流過恢復元件的第二板狀部件。萃取分離部分恢復元件的數量至少為一個，但能夠在例如1-6個之間變化。在一個恢復元件中至少有兩個板狀部件，但是所述板狀部件的數量也能夠在例如2-6個之間變化。恢復元件的第一板狀部件以及隨後的每隔一板狀部件在分離部分中的定位基本高於第二板狀部件和其後的每隔一板狀部件。
屬於恢復元件的第一板狀部件，即第一恢復板，位於分離部分中的一個高度上，其上邊緣延伸超過分散帶進入到有機溶液相中。當已分離溶液和位於它們之間的分散帶從分離部分的給料端流向排放端時，分散帶被壓在第一恢復板上。該恢復板的位置決定了有機溶液層的預期厚度。該分散物應當聚集到一定數量，使得它由於比已分離的有機溶液重，而穿透較高的通道或位於恢復板之間的通道到達分離部分的下一部分，已分離溶液層的厚度大於前面部分中溶液層的厚度。已被分離成自己的相的有機溶液和水溶液能夠在恢復元件處自由流入分離部分的下一部分中，但是分散物在經恢復元件到達分離部分的下一部分之前，不得不匯聚成足夠厚度的一個層。只有在分離部分中注入了足夠大的液流時，分散物才向前移動。沉降槽越大，所需的液流越大。換句話說，這減少了每種溶液中的挾帶數量。
第一恢復板主要是實體的，但在其上部具有垂直狹槽，這些狹槽確保了有機溶液沿著分離部分的整個長度均速流過恢復元件。該第一恢復板與在其上邊緣上的狹槽一樣，延伸高出有機溶液的表面。狹槽從恢復板的上邊緣向下到達一個深度，該深度等於已分離有機溶液的層厚度的一半的最大值。狹槽區域佔恢復板總高度的大約5％-15％。該第一恢復板的下邊緣延伸到分離部分的底部，但是只延伸到距離底部一定距離的地方，使得其下邊緣位於主要分散層中。下邊緣離底部的距離遠大於恢復元件到分離部分前部的距離。在實際中，第一恢復板的下邊緣到底部的距離為分離部分中溶液的總深度的12％-50％。
恢復元件的第二恢復板與第一恢復板屬於同一類型，即基本為實體的。第二恢復板的下邊緣遠低於第一恢復板的下邊緣，但是留有供已分離水溶液無障礙流動的空間。第二恢復板的下邊緣離底部的距離取決於恢復元件在分離部分中的位置。恢復板的下邊緣在分離部分中越高，恢復元件離分離部分的給料端越遠。在實際中，第二恢復板的下邊緣離底部的距離為分離部分中溶液總深度的5％-35％。第二恢復板的上邊緣位於有機溶液的表面之下，並且上邊緣離有機溶液表面的距離越大，恢復元件離分離部分的給料端越遠。在實際中，第二恢復板的上邊緣在溶液表面之下的距離為分離部分中溶液的總深度的12％-35％。
如果恢復元件的第一恢復板的下端也具有與其上端上相同類型的狹槽區域，那麼分散物在較高通道中的均勻分布及其勻速流動將更為容易。同樣，最好使第二恢復板的上端具有狹槽區域，並且在這種情況下，這些狹槽的目的也是促進分散物在分離部分中的均勻分布。如果恢復元件由幾個恢復板構成，那麼狹槽區域就位於相應板的上部邊緣和下部邊緣上。第一恢復板的下邊緣上的狹槽區域的高度和第二恢復板的上邊緣上的狹槽區域的高度處於恢復板高度的5％-15％之間的範圍內。
如果恢復元件由兩個以上的恢復板構成，那麼該第三恢復板下邊緣的底部間隙要比第一恢復板的底部間隙大0-30％。第三恢復板離有機溶液表面的距離比第二板的距離小10％-30％。第四恢復板的底部間隙和離有機溶液表面的距離都要比第二恢復板大0-30％。
恢復元件的使用減少了水溶液中有機溶液的挾帶數量，從而進入洗提的水溶液中的挾帶物質小於10ppm，總體上在2-7ppm之間。例如，在銅的萃取中，銅的回收在電解提取電路中通過電解進行。電解過程中不容許存在有機溶液，並且如果進入電解的溶液不足夠純淨的話，則必須通過例如浮選或壓力過濾的方法來淨化。恢復元件的使用，在不經單獨的淨化階段的情況下，有利於萃取所產生的溶液直接循環以作進一步處理。
本發明所述的裝置能夠使保留在分離部分尾端的未分離分散物的數量減少，使其在分離部分中最多佔流體厚度的10％。用這種方法也能調節有機溶液層的厚度。有機溶液層的厚度根據所用恢復元件的數量逐漸得到調節。
該方法和設備特別適用於金屬的萃取，將要被回收的金屬可以是銅、鈾、鈷、鎳或鋅中的一種。
本發明參照附圖作了進一步的描述，此處附
圖1是本發明所述液體-液體萃取沉降槽的剖面圖，附圖2是附圖1中沉降槽的俯視圖，附圖3至5顯示了沉降槽的剖面圖，其中根據本發明所述設置有一個恢復元件。
附圖1和2示出了一個沉降槽1，它基本上由一個垂直的給料端2、後部3、側壁4和5、以及底部6構成。在混合器中(附圖中未示出)，由兩相混合而成的分散物7經供料管8被送入沉降槽中。在沉降槽的給料端2，設置有樁欄或其他適合的導向元件9，分散物經這些導向元件被散布在沉降槽的整個寬度範圍內。例如，美國專利6,132,615中描述的V形樁欄是可實用的。附圖表明，在沉降槽的前端只有少部分溶液被分成自己的相，有機溶液10處於分散物的上方和水溶液11處於分散物的下方。分散帶主要位於沉降槽的前端。已分離溶液在沉降槽的後部3被排放，在流動方向上有第一有機溶液洗滌槽12，有機流作為溢出流流入該洗滌槽中，並且從此處向前流動。水溶液被收集到所謂的水末端13，水溶液從有機溶液洗滌槽下方流入到該水末端。
在附圖1和2所示的沉降槽中，根據本發明，設置有三個恢復元件14、15、16，每個恢復元件都由兩個恢復板17、18和形成在恢復板之間的恢復通道19構成。恢復板位於沉降槽中，從而它們相對於縱軸(流動方向)交叉設置。具有垂直槽的恢復板的截面在側視圖中用虛線表示；板的其餘部分用實線表示。這樣，第一恢復板17的頂部20與該板的底部21和第二恢復板的頂部22一樣具有垂直槽。沉降槽中恢復元件的位置能夠根據需要來確定。恢復元件離沉降槽的給料端2越遠，沉降槽的分離能力越強。
附圖1顯示，各分離板之間的距離也能改變，以便使它們之間的距離在流動方向上變得越來越小。通過使分離物在各板之間的恢復通道中的流速處於0.05-0.4米/秒的等級，來確定各板之間的距離。第一恢復板頂部的垂直槽的尺寸在沉降槽的橫截面上被加工成同樣的尺寸，以便使流經它們的有機相的流速在0.1-0.6米/秒的範圍內。
附圖2中沉降槽的橫截面被畫為矩形，但是本發明的該實施例不是限制性的，而是該沉降槽可以根據需要被設置成正方形或者向後部變窄或變寬，或者在兩側4、5或只在一側變窄或變寬的梯形。當沉降槽被設置成向後部變窄的梯形形狀時，分散物被壓向除了縱向和向上壓縮之外的第三方向。
附圖3是設置在沉降槽23中的一個恢復元件24的例子，該恢復元件包括兩個恢復板25和26。第一恢復板25在有機溶液的表面27上方延伸。為了簡化附圖，垂直開槽部分沒有單獨示出。從流動方向上看，隔板28、29位於每個恢復板的頂部後方，由設置在恢復板頂部各縫隙之間的垂直板條構成。各隔板的高度能夠變化。各隔板呈面向下的梳狀形式，從而它們的上邊緣被固定。從恢復板到各隔板的距離是恢復板狹槽寬度的2-3倍。在各板條之間具有垂直流道，其寬度遠大於板條自身的寬度。用這種方法，可使進入到沉降槽擴展部分的流體流速減慢並變得平穩，這有助於提高沉降槽的分離性能。
附圖4顯示了一個簡化的沉降槽30，其中設置有一個恢復元件31，該恢復元件在這種情況下由四個恢復板32、33、34和35構成。隔板36和37又被設置在第一和第二恢復板的頂部後方。在該附圖描述的情況下，分散流不得不流經三個恢復通道38、39和40，其中流動幾乎是向上或者向下垂直的。垂直流動對於使溶液彼此分離是最好的。
附圖5顯示了只有一個恢復元件42的沉降槽41的例子，該恢復元件由兩個恢復板43和44構成。這兩個恢復板現在被以一個角度定位而不是垂直定位，但是在恢復通道45中向前移動的分散帶實際上仍然在恢復板之間垂直上升。因此，恢復板能夠與水平方向成50°至90°的角定位。傾斜可以象附圖5中所示的那樣朝向沉降槽給料端，或者朝向沉降槽的後部。附圖5中所示的傾斜是比後者更好的選擇。當處理不易分離的溶液時，適於使用傾斜的恢復元件。
本發明所述的恢復元件能夠被用在同時具有常規樁欄的沉降槽中，並且這些樁欄可以位於沉降槽的其它部位以及給料端。
權利要求
1.一種與在液體-液體萃取過程的分離部分中的金屬回收相關的，將由水溶液和有機溶液組成的分散物控制分離成自己的相的方法，其特徵在於從分散物中分離出的相沿著分離部分的縱軸自由地流過大部分，但通過使用至少一個設置在分離部分中的從一側延伸至另一側的恢復元件，使得留在已分離相之間的分散帶被攔截，所述恢復元件由至少兩個板狀部件構成；分散物的方向在所述恢復元件之間的恢復通道中基本垂直地轉向。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述恢復元件的第一板狀部件的上邊緣延伸到有機溶液中；所述有機溶液部分流過設置在所述板狀部件的頂部中的狹槽區域。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於通過使用恢復元件的第一板狀部件而被攔截的分散流從第一板狀部件的下方流入到恢復通道中。
4.根據權利要求1-3中的一些所述的方法，其特徵在於已流入到恢復元件中的分散物流過恢復元件的最後板狀部件進入到恢復元件之後的分離部分中。
5.根據權利要求1-4中的一些所述的方法，其特徵在於位於分離部分中的恢復元件的數量為1至6個。
6.根據權利要求1-3中的一些所述的方法，其特徵在於恢復元件中的板狀部件的數量為2至6個。
7.根據權利要求1-3中的幾個所述的方法，其特徵在於被回收的金屬是銅、鈾、鈷、鎳或鋅中的一種。
8.一種在金屬的回收中，將由水溶液和有機溶液組成的分散物在液體-液體萃取沉降槽(1)中控制分離成自己的相的設備，包括給料端(2)、後端(3)、側壁(4，5)和底部(6)，其特徵在於該沉降槽具有至少一個恢復元件(14，15，16)，該恢復元件從一個側壁到另一側壁設置，並與沉降槽的縱軸交叉，所述恢復元件包括處於不同高度的至少兩個恢復板(17，18)。
9.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於所述恢復元件的數量為1至6個。
10.根據權利要求8或9所述的設備，其特徵在於所述恢復元件中的恢復板的數量為2至6個。
11.根據權利要求8-10中的一些所述的設備，其特徵在於所述恢復元件的第一恢復板和隨後的每隔一恢復板高於第二恢復板和其後的每隔一恢復板。
12.根據權利要求8-11中的一些所述的設備，其特徵在於所述第一恢復板的上邊緣設置在沉降槽中的液體表面之上。
13.根據權利要求8-12中的一些所述的設備，其特徵在於所述第一恢復板的下邊緣距沉降槽的底部的距離為沉降槽中的溶液的深度的12％至50％。
14.根據權利要求8-13中的一些所述的設備，其特徵在於當在正視圖中觀察時，所述恢復板主要為實體的。
15.根據權利要求8-14中的一些所述的設備，其特徵在於所述第一恢復板的上邊緣具有垂直狹槽，該狹槽的長度相當於相關的恢復板的高度的5％至15％。
16.根據權利要求8-15中的一些所述的設備，其特徵在於所述第一恢復板和其後的每隔一恢復板的下邊緣都具有垂直狹槽，該狹槽的長度相當於相關的恢復板的高度的5％至15％。
17.根據權利要求8-11或14中的一些所述的設備，其特徵在於所述第二恢復板和隨後的每隔一恢復板的上邊緣都具有垂直狹槽，該狹槽的長度相當於相關的恢復板的高度的5％至15％。
18.根據權利要求8-11，14或17中的一些所述的設備，其特徵在於所述第二恢復板的下邊緣距沉降槽的底部的距離為沉降槽中的溶液的深度的5％至35％。
19.根據權利要求8-11，14或16-17中的一些所述的設備，其特徵在於所述第二恢復板的上邊緣設置在溶液表面之下，距溶液表面的距離為沉降槽中的溶液的深度的12％至35％。
20.根據權利要求8-19中的一些所述的設備，其特徵在於所述恢復元件的恢復板位於沉降槽中，相對於水平方向成50°至90°角。
21.根據權利要求20所述的設備，其特徵在於所述恢復板朝向沉降槽的給料端傾斜。
22.根據權利要求20所述的設備，其特徵在於所述恢復板朝向沉降槽的後端傾斜。
23.根據權利要求8-22中的幾個所述的設備，其特徵在於沿沉降槽中的流動方向觀察，一包括垂直板條的隔板位於恢復元件的第一恢復板的垂直帶槽的頂部的後方，其中所述垂直板條設置在所述垂直狹槽的前方。
24.根據權利要求8-23中的一些所述的設備，其特徵在於沿沉降槽中的流動方向觀察，一包括垂直板條的隔板位於恢復元件的最後的恢復板的垂直帶槽的頂部的後方，其中所述垂直板條設置在所述垂直狹槽的前方。
25.根據權利要求8-24中的一些所述的設備，其特徵在於所述沉降槽的給料端(2)設置有樁欄。
全文摘要
本發明涉及一種用於控制分離兩種液體的分散物的方法，該兩種液體的分散物在液體－液體萃取混合階段形成，分散物在萃取的分離部分中分離成自己的相。特別是，該方法和設備涉及到金屬回收中使用的萃取過程。根據本方法，通過將位於分離部分的至少一個恢復元件用於所述目的，使保持在兩個已分開相之間的分散帶被攔截。本發明所述的設備包括至少一個恢復元件，該設備依次由至少兩個分離部分構成。
文檔編號C22B3/02GK1652853SQ03811133
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月15日 優先權日2002年5月16日
發明者布魯爾·尼曼, 斯蒂格－埃裡克·胡爾託爾姆, 埃羅·埃克曼, 勞諾·利亞, 尤哈尼·呂拉, 佩爾蒂·佩卡拉, 拉伊莫·庫西斯託 申請人:奧託庫姆普聯合股份公司