СПОСОБ ЖИДКОСТНО-ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ЖИДКОСТНО-ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 


RU (11) 2131470 (13) C1

(51) 6 C22B3/26, C22B3/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94042235/02 
(22) Дата подачи заявки: 1994.12.01 
(31) Номер конвенционной заявки: 935393 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1993.12.02 
(33) Страна приоритета: FI 
(45) Опубликовано: 1999.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Меретуков М.А. Процессы жидкостной экстракции и ионообменной сорбции в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1978, с.33-36. SU 135220 A, 20.03.61. SU 429107 A, 24.10.74. US 4555385 A, 26.11.85. Экстракция и сорбция в металлургии никеля кобальта и меди, МЦМ. - М., 1970, с.163-170. 
(71) Заявитель(и): Оутокумпу Энжинеринг Контракторс Ой (FI) 
(72) Автор(ы): Брор Нюман (FI); Валто Мякитало (FI); Лауно Лилья (FI); Стиг-Эрик Хултолм (FI); Тимо Сааренпя (FI) 
(73) Патентообладатель(и): Оутокумпу Энжинеринг Контракторс Ой (FI) 
Адрес для переписки: 103735, Москва, ул.Ильинка 5/2, Союзпатент Патентному поверенному Нач.отдела электроники и физики Дудушкину С.В. 

(54) СПОСОБ ЖИДКОСТНО-ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Изобретение относится к способу извлечения металлов из больших потоков растворов в ходе жидкостно-жидкостной селективной эстракции и к оборудованию для его реализации. Использование способа и оборудования для его реализации позволяет выбрать, какая фаза в дисперсной смеси должна находиться в однородном состоянии, в то время как другая фаза - в каплевидном; предотвратить аэрацию органической фазы и накачивать фазы далее при низкой вращательной скорости с тем, чтобы предотвратить эмульгирование. Изобретение позволяет извлечь дисперсную смесь из отстойника, где она распространена по всей его площади. Способ и оборудование в особенности пригодны для использования на крупных предприятиях для извлечения меди, 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способу извлечения металлов из больших потоков растворов в процессе жидкостно-жидкостной селективной экстракции селективной экстракции и к устройству для его осуществления. Использование способа и устройства для его реализации позволяет выбирать, какая фаза дисперсной смеси находится в однородном состоянии, в то время как другая находится в каплевидном состоянии, при этом предотвращается аэрация органической фазы и далее накачиваются при низкой вращательной скорости с целью предотвращения эмульгирования. Другая цель изобретения - достижение равномерного распределения дисперсной смеси, выходящей из смесителя в отстойник равномерно по всей его площади. Способ и установка согласно изобретению, в основном, пригодны для использования на крупных медедобывающих предприятиях.

В ходе жидкостно-жидкостных процессов селективной экстракции регулируемое обогащение больших потоков растворов между стадиями процесса трудноосуществимо. Особенно это касается дисперсных смесей, содержащих легкие органические соединения, такие, как керосин, поскольку его трудно поместить в смеситель, содержащий более тяжелые фазы. Эта проблема возрастает с увеличением размеров используемого оборудования. По существующей ныне технологии раствор поступает в смеситель в донную его часть, а вытекает из верхней. Таким образом, с увеличением размеров оборудования возрастает и гидростатическое давление дисперсной смеси, что вызывает потребность в больших затратах энергии для формирования необходимого потока. Удельный вес керосинового раствора равен примерно 0,8 г/см3, тогда удельный вес водного раствора на разных стадиях процесса колеблется в пределах 1,02-1,20 г/см3. Когда эти растворы смешиваются в дисперсную среду, в которой один раствор находится в каплевидном состоянии в другом растворителе и соотношение компонентов смеси равно 1,0, удельный вес полученной смеси составляет 0,93-1,02 г/см3. В этом случае гидростатическое противодавление в смесителе возрастает, а что касается раствора керосина, являющегося раствором-экстрактором, то его давление равно давлению 100-190 мм H2O на каждый метр заглубления питающей емкости относительно уровня смесителя. С точки зрения технологической целесообразности важно поддерживать соотношение компонентов смеси, близкое к 1,0. Если это соотношение ниже, гидростатическое давление, создаваемое на этапе смешивания, возрастает, а при его значении выше 1,0 гидростатическое давление падает.

В установках для извлечения металлов, обрабатывающих большие объемы растворов, с производительностью 500-1500 м3/ч на каждый цикл смеситель-отстойник, обычно применяют так называемую низкопрофильную технологию, для которой свойственно применение смесителей, объем которых разделен на три части избежания сооружения высоких конструкций. Однако даже в этом случае необходимо иметь смеситель до 3 м высотой для обработки раствора с производительностью примерно 1000 м3/ч, что является типичным объемом, например, для процесса извлечения меди. Согласно этой технологии, первый смеситель представляет собой насос-смеситель, в который подаются оба раствора в нижнюю его часть, и из которого смешанные растворы подаются в следующий смеситель в верхнюю его часть. Второй и третий смесители не выполняют функций насосов и предназначены только для смешивания и реагирования в них смешанных растворов. (Ли-Мин Су, Гуо-Пенг Ли, Институт химической металлургии Академии наук, Бейлин, статья "Разработка смеситель-отстойник с двойными смесителями в каждой стадии", а также публикации симпозиума серии N 238, т. 80 "Новые разработки в жидкостно-жидкостной экстракции, изобретения, статьи SEC '83", стр. 70-75, 1984, Американский институт химической инженерии, Нью-Йорк, США.

Растворы поступают в жидкостный насос-смеситель через впускные отверстия в нижней его части благодаря эффекту всасывания турбины с радиальным потоком, расположенной непосредственно над этими отверстиями. Под насосом-смесителем расположена емкость, в которую подаются водный раствор и раствор-экстрактор, что означает, что раствор-экстрактор должен всасываться с уровня, обеспечивающего гидростатическое противодавление уровня 300-570 мм H2O. Это приводит к неблагоприятной ситуации, когда турбина с радиальным потоком должна вращаться со скоростью, превышающей необходимую для собственно смешивания. Таким образом, скорость вращения турбины для обеспечения надежного поступления раствора-экстрактора в смеситель должна достигать 5,0-6,0 м/с. При скорости 5,5 м/с насос может создать разницу в давлениях, соответствующую давлению уровня H2O, на 700 мм превышающего уровень турбины.

Для предотвращения избыточной степени смешивания в насососмесителе, в особенности слоев, расположенных ближе к турбине, ее диаметр увеличен относительно диаметра самого насоса. Несмотря на то, что соотношение увеличено до максимально возможного, с технической точки зрения, значения (практически - около 0,65), всегда остается зона, то есть зона, в которой вращается сама турбина, где смешивание происходит слишком интенсивно (в пределах 5-15 кw/м3). Неизбежно такой режим смешивания приводит к образованию слишком мелких капель диаметром менее 0,1 мм. Это приводит к тому, что часть капель в дисперсной смеси имеет настолько малые размеры, что не успевает отделиться под действием сил тяжести, находясь в отстойнике. Ситуация осложняется тем, что смесительный эффект турбины распространяется на весь объем насоса-смесителя. Условия смешивания в двух последовательно соединенных смесителях не имеют существенных отличий от первого. По существующей технологии применяются отдельные смесители подобного типа, имеющие лопастные мешалки. Поскольку эти смесители не предназначены для перекачивания, их удельная потребляемая мощность ниже, чем в первом смесителе (насосе) и составляет при смешивании 2-7 кw/м3, однако, даже при таком режиме работы в дисперсной смеси формируется определенное количество слишком мелких для нормального отделения капель.

По существующей технологии в крупных установках для извлечения металлов дисперсная смесь непосредственно и горизонтально выходит из последнего смесителя. Выпускное отверстие имеет глубину, аналогичную высоте отстойника. Таким образом, глубина потока раствора составляет 0,6-1,0 м, а его ширина равна или несколько уже ширины последнего смесителя, то есть примерно 3,5 м. При таких больших размерах канала скорость потока раствора составляет около 0,2 м/с. Попадая в отстойник, поток сталкивается с находящимися в его части первичным разделителем, который представляет собой вертикальную стенку, установленную в отстойнике на всю его ширину. Разделитель имеет вертикальные прорези шириной 10-25 см. Существующая технология разделения раствора имеет тенденцию к увеличению ширины разделительных конструкций до 20-30 м. В плане отстойник имеет квадратную конфигурацию, а впускное отверстие расположено в верхней части одной из его сторон. В результате, дисперсная смесь, непосредственно поступающая в отстойник, сохраняет турбулентное движение, приданное ей смесителем, что препятствует равномерному распространению смеси по всей ширине отстойника.

Как было отмечено выше, различные конструкции заградительных щитов, увеличивающих сопротивление потока, могут использоваться для первичного распределения дисперсной смеси, поступающей из последнего смесителя, по всей ширине отстойника. Поскольку размеры отстойника увеличиваются, использование вышеупомянутых заградительных щитов становится менее эффективным. Трудность заключается в том, что необходимо разделить раствор по всей площади отстойника так, чтобы скорость потока в его середине не была в значительной степени выше, чем по краям. Предотвратить это явление, препятствующее разделению дисперсной смеси, пытались путем закрытия прорезей заградительного щита, находящихся непосредственно перед впускным отверстием. Однако это не дало желаемого результата, так как за закрытым участком щита на поверхности потока образуется впадина, за которой разделенный поток вновь смыкается, устремляясь к середине и вновь образуя более быстрое, чем по краям, течение.

При обработке больших объемов растворов, по сравнению с малыми объемами, также затрудняется регулирование типа дисперсной смеси. Под типом дисперсной смеси подразумевается, какая жидкость в ней находится в виде капель, содержащихся в однородной другой жидкости. Важно правильно регулировать тип дисперсной смеси, поскольку таким образом определяется количество сырья, созданного в процессе обогащения благодаря эффекту твердых частиц, находящихся в питающем растворе. В целом сырья образуется меньше в дисперсной смеси, где водный раствор находится в каплевидном состоянии в извлекающем растворе, например, когда органический раствор представляет однородную фазу. Тогда пропорция органической фазы в водном растворе, подающаяся на следующем этапе процесса, сокращается. Создание органической фазы может достигаться, например, путем накачивания в начале процесса только извлекающего раствора, далее начинается этап смешивания, и пропорция извлекающего раствора возрастает в особенности в последнем смесителе, куда подается извлекающий раствор, что облегчает поддержание органической фазы в однородном состоянии. По обычной технологии этот процесс показал себя единственным путем создания однородной органической фазы, но даже он труднодостижим, когда вязкость извлекающего раствора низка. Что касается вязкости, она низка при низком содержании извлекающего вещества в керосиновом растворе. Например, при извлечении меди необходимо специальное, извлекающее медь вещество.

Поступление воздуха в смеситель, соединенный с подачей растворов, является неблагоприятным фактором, поскольку вызывает дополнительное движение смеси в отстойнике, а также приводит к изменению состава извлекающего раствора в результате его постепенного окисления. В худшем случае воздух может аннулировать весь процесс извлечения. Однако обычно воздух попадает в дисперсную смесь в смесителях, которые, как правило, открыты сверху. Турбины и лопастные мешалки создают настолько интенсивное движение на поверхности смеси, что определенное количество воздуха неизбежно попадает в смесь. Другими источниками попадания воздуха в дисперсную смесь являются потоки извлекающего и водного растворов в задней части отстойника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ жидкостно-жидкостной экстракции металлов, описанный в книге М.А.Меретукова Процессы жидкостной экстракции и ионообменной сорбции в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1978, с. 33-36. Известный способ включает подачу водной и органической фаз в насосное устройство, затем в многоступенчатое смесительное устройство с последующей подачей в отстойник. Вышеописанный способ реализуют в известном устройстве, описанном в вышеприведенной книге М.А.Меретукова и содержащем ступени извлечения, каждая из которых состоит из жидкостного насоса с турбиной, смесителей с мешалками и отстойника. Смесители установлены каскадом и соединены внешними трубопроводами для подведения и отведения водной и органической фаз.

Однако при реализации вышеописанного способа воздух попадает в дисперсную смесь в смесителях, а также попадание воздуха в смесь происходит за счет создания турбинами и лопастными мешалками интенсивного движения на ее поверхности. Это приводит к изменению состава извлекающего раствора в результате его постепенного окисления, что может привести к прекращению процесса извлечения.

Кроме того, в вышеописанном способе и устройстве трудноосуществимо регулируемое обогащение больших потоков растворов между стадиями процесса.

В основу изобретения положена задача создания способа жидкостно-жидкостной экстракции металлов и устройства для его реализации, которые обеспечивали бы обработку больших объемов растворов и регулирование дисперсной смеси, подаваемой в смеситель в процессе жидкостно-жидкостной селективной экстракции при управляемой подаче растворов на различных стадиях процесса извлечения при их нагнетании под низким давлением для образования равномерной дисперсной смеси во всем пространстве отстойника, а также предотвращали бы поступление воздуха в дисперсную смесь в ходе процесса. Существенные особенности изобретения становятся очевидными из предлагаемой формулы изобретения.

Поставленная задача решается тем, что в способе жидкостно-жидкостной экстракции металлов, включающем подачу водной и органической фазы в насосное устройство, затем в многоступенчатое смесительное устройство и последующую подачу в отстойник, согласно изобретению в качестве насосного устройства используют закрытый низкопрофильный насос, в котором фазы диспергируют при низкой вращательной скорости и перемещают из донной части насоса в виде, по существу, горизонтального потока в верхнюю часть смесителя первой ступени с обеспечением возможности перемещения полученной хорошо перемещенной дисперсной смеси из донной части смесителя ступени по вертикальной шахте тангенциально к направлению потока до уровня между поверхностью жидкости и дном отстойника, а также возможности течения потока через впускное отверстие отстойника в виде восходящего однородного потока, распределяемого по всей площади отстойника посредством заградительных щитов, имеющих форму полуцилиндра и направленных навстречу потоку, и, кроме того, в направлении углов передней стенки отстойника, при этом все стадии процесса в смесительном устройстве и перемещение потоков органической фазы осуществляют в закрытом пространстве, и в задней части отстойника располагают выпускную шахту с выходящими из нее трубопроводами для возврата потока, соединенными с низкопрофильным насосом, а верхние части смесителей соединяют трубами с верхней частью вертикальной шахты для регулирования потока на конечной стадии загрузки.

Согласно способу по изобретению этап смешивания в процессе жидкостно-жидкостной селективной экстракции разделен по меньшей мере на три отдельных ступени, что является его преимуществом по сравнению с существующей технологией. Первая ступень осуществляется насосом - смесителем или жидкостным насосом, а две другие - смесителями. Закачивание растворов происходит при низкой вращательной скорости, не превышающей 5 м/с, как правило в пределах 3,5-4,5 м/с, при помощи турбины насоса, закрытой с боков и сверху кожухами. После этого вращение замедляется до уровня, необходимого для поддержания растворов в дисперсном состоянии. Растворы, участвующие в процессе, немедленно подаются в нижнюю часть турбины для сокращения противодавления и замедления вращения до требуемого уровня.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для жидкостно-жидкостной экстракции металлов, содержащем ступени извлечения, каждая из которых состоит из жидкостного насоса с турбиной, смесителей с мешалками и отстойника, установленных каскадом и соединенных внешними трубопроводами для подведения и отведения водной и органических фаз, согласно изобретению отстойник снабжен заградительным щитом для направления потока, подводящие трубопроводы водной и органической фаз подведены непосредственно под турбину жидкостного насоса, турбина закрыта элементами кожуха, донная часть жидкостного насоса соединена с верхней частью первого смесителя посредством трубопровода для подачи дисперсной смеси, смесители снабжены горизонтальными переборками, служащими крышками, и соединены между собой каналом у их донной части, при этом последний смеситель имеет вертикальную шахту, поднимающуюся от его донной части, расположенную по касательной к направлению вращения мешалки смесителя, и открывающуюся на высоте между дном отстойника и поверхностью жидкости.

Для предотвращения аэрации турбина жидкостного насоса, расположенная близко к поверхности жидкости, снабжена коническим боковым кожухом, установленным вокруг турбины, и воздухозащитной переборкой, расходящейся в стороны от оси турбины.

Благодаря герметичности жидкостного насоса, уровень расположения его турбины близок к поверхности, на расстоянии, равном 0,5-1,0 диаметра турбины от нее. Таким образом, жидкостный насос-смеситель (ЖНС) может устанавливаться достаточно низко, так что глубина раствора может быть равной половине диаметра турбины жидкостного насоса. Это также сокращает гидростатическое противодавление органической фазы и делает возможной работу турбины на малых оборотах, как описано выше. ЖНС расположен на высоте, обеспечивающей поступление из него дисперсной смеси по горизонтальному каналу из выпускного отверстия в нижней части ЖНС во впускное отверстие в верхней части следующего смесителя.

Можно воздухозащитную переборку турбины жидкостного насоса снабдить угловыми направляющими потока, расположенными сверху на ее внешней стороне и подогнанными по форме переборки, и внутренними направляющими потока, расположенными на нижней стороне переборки.

При этом порог потока, образованный боковым кожухом турбины жидкостного насоса, находится выше, чем кромка перелива органической фазы, проходящей отстойник.

После поступления накачивания дисперсная смесь поступает в верхнюю часть первого смесителя. Такой способ передачи смеси понижает гидравлическое сопротивление, в особенности в случае, когда впуск дисперсной смеси происходит по направлению смешивания в смесителе. Оба или все смесители оснащены, например, винтовыми мешалками, описанными в патенте US N 5185085. Верхняя часть смесителя закрыта горизонтальной переборкой, находящейся несколько ниже порога потока органического раствора в отстойнике. Это предотвращает попадание воздуха в смесь в смесителях, особенно в связи с тем, что в них существует небольшое гидростатическое превышение давления. Из средней или донной части первого смесителя дисперсная смесь далее подается в следующий смеситель, в его среднюю или донную часть через горизонтальный канал или трубу.

После последней ступени этапа смешивания, например, из второго смесителя дисперсная смесь подается в отстойник через отдельную вертикальную шахту. Из этого смесителя дисперсная смесь подается из нижней его части в вертикальную шахту, расположенную по касательной по отношению к направлению смешивания, смесителя. Вертикальная шахта имеет такую же высоту, как и смеситель, а ее ширина равна половине диаметра смесителя. Дисперсная смесь в контролируемом режиме поднимается до уровня жидкости в отстойнике и попадает в него из вертикальной шахты в виде восходящего потока, а не в виде горизонтального входящего потока глубиной, равной высоте отстойника, как по обычной технологии.

Вышеописанная вертикальная шахта используется с целью равномерного распределения дисперсной смеси по всей ширине отстойника. Благодаря этой шахте уровень жидкости у входа в отстойник повышается, особенно, когда дисперсная смесь встречается с регулирующими воротами, выполненными в виде половины цилиндра. В заградительном щите, который состоит из регулирующих ворот, ориентированных навстречу дисперсному потоку, и боковых стенок, тянущихся к углам передней стенки отстойника, есть вертикальные прорези, направленные в соответствии с направлением потока. В пределах регулирующих ворот вертикальные прорези уже, чем в боковых стенках, что является преимуществом данного изобретения. Их ширина составляет 1/5-1/3 от ширины прорезей в боковых стенках. Количество прорезей - 3-7 на каждый метр, что является преимуществом данного изобретения. Вертикальное направление входящего потока имеет целью снижения его скорости при попадании в отстойник за счет силы тяжести; одновременно динамическое повышение уровня жидкости способствует равномерному распределению потока в боковых направлениях, снижая давление на регулирующие ворота.

При помощи оборудования согласно изобретению, как правило, создается дисперсная смесь с органической фазой в однородном состоянии, однако, чтобы сделать возможным также создание дисперсной смеси с водной фазой в однородном состоянии, здесь могут использоваться так называемые стартовые трубы с клапанами, соединяющие смесители с верхней частью вертикальной шахты. Необходимым предварительным условием для этого является наличие промежуточного звена - трубы, соединяющей смесители в центральной или донной их части с вертикальной шахтой, расположенной после последнего смесителя. Когда клапаны стартовой трубы открыты в случае прерывания подачи растворов, водная фаза под действием силы тяжести опускается на дно смесителей, а когда процесс возобновляется, водная фаза подается из отстойника того же цикла извлечения на жидкостный насос. В этом случае водная фаза также может быть однородной.

Другой существенно особенностью изобретения является выпускная шахта органической фазы, расположенная в задней части отстойника. Из донной части этой выпускной шахты протянуты каналы возвратного к следующему этапу потока процесса, так же как и к жидкостному насосу этого же цикла. Обе трубы проведены горизонтально. Соответствующие трубы проложены и для водного раствора.

На фиг. 1 показан вид сбоку на смесительный участок установки, включающий жидкостный насос и смесители; на фиг. 2 - вид в плане на смесительный участок установки; на фиг. 3 - осевой разрез жидкостного насоса; на фиг. 4 - вид в плане на цикл смеситель-отстойник; на фиг. 5 - вид сбоку на выпускную шахту, размещенную в задней части отстойника; на фиг. 6 - вид в плане на два сопряженных цикла извлечения.

Как показано на фиг. 1 и 2, и водный раствор 1, и органическая фаза 2 подаются в жидкостный насос 3 непосредственно под турбину 4, которая их смешивает и подает далее через тангенциально расположенный соединительный канал 5 в первый смеситель 6. Канал 5 расположен на высоте, необходимой для подачи смеси в верхнюю часть смесительной емкости смесителя. Смеситель 6 оснащен винтовой мешалкой (не показана), емкость закрыта горизонтальной переработки 7 для предотвращения попадания в смесь воздуха, что является преимуществом данного изобретения. Из первого смесителя 6 дисперсная смесь поступает из средней или донной его части по трубопроводу 8 в среднюю или часть следующего смесителя 9. Канал 8 представляет собой закрытую трубу. Смеситель 9, как и предыдущий, оснащен винтовой мешалкой (не показана) и горизонтальной переборкой 10 для предотвращения попадания воздуха в смесь. Горизонтальные переработки 7 и 10 расположены на 50-200 мм ниже уровня дисперсной смеси в отстойнике.

Смесители довольно высоки, а их диаметр примерно соизмерим с высотой. Из второго (последнего в данном цикле) смесителя 9 смесь подается через донный, тангенциально расположенный к направлению перемешивания смеси, канал в вертикальную шахту 11. По вертикальной шахте 11 дисперсная смесь поднимается на высоту между уровнем дна отстойника 12 и уровнем содержащейся в нем жидкости и попадает в отстойник.

В случае остановки процесса или падения давления, водная фаза, содержащаяся в жидкостном насосе и в вертикальной шахте, отекает вниз, в донную часть смесителей. Соответственно, легкая органическая фаза из смесителей поступает в жидкостный насос и в определенном количестве остается в смесителях, в зависимости от положения клапанов 14 и 16 стартовых труб 13 и 15, расположенных между каждым из смесителей и вертикальной шахтой 11, которые должны оставаться открытыми. Водный раствор вытекает из жидкостного насоса через канал 5, и через этот же канал сюда поступает органическая фаза. Это означает, что насос наполнен органической фазой и, следовательно, при возобновлении смешивания дисперсной среды после прерывания процесса органическая фаза на данном этапе сохраняет однородность. Если после возобновления подачи растворов органическая фаза в течение некоторого времени все еще поступает в жидкостный насос, это означает, что органическая фаза остается в однородном состоянии.

Если необходимо поддерживать водный раствор в однородном состоянии, это можно обеспечить при помощи стартовых труб. Для этого между первым смесителем 6 и вертикальной шахтой 11 в верхней части смесителя 6 смонтирована стартовая труба 13 с клапаном 14 и такая же труба 15 с клапаном 16 между вторым смесителем 9 и вертикальной шахтой 11. В случае прерывания подачи растворов или падения давления в установке клапаны открываются, в результате чего более тяжелая водная фаза стекает в смесители из отстойника через вертикальную шахту, при этом водная фаза вытесняет более легкую органическую часть через стартовые трубы в верхней части смесителей в верхнюю часть вертикальной шахты. Это же может происходить и с первым смесителем благодаря его соединению каналом в донной части со вторым смесителем. Когда подача возобновляется, в жидкостный насос может еще подаваться определенное количество водной фазы из отстойника этого же цикла экстракции для обеспечения однородности водной фазы.

Как более детально показано на фиг. 3, жидкостный насос включает турбину 4, вращающуюся на оси 17. Турбина помещена в конический кожух 18 и закрыта сверху предотвращающей попадание в смесь воздуха переборкой 19, а между кожухом 18 и переборкой 19 существует кольцевое пространство 20. Это пространство находится на уровне, превышающем кромку органической фазы, проходящей через отстойник 12. Когда нижняя часть пространства находится на необходимой высоте (менее 100 мм) над кромкой раствора органической фазы, проходящей через отстойник, узды установки для извлечения гидродинамически независимы друг от друга. Смешанные между собой фазы выбрасываются через кольцевое пространство 20 наружу во всех направлениях, чего достаточно для поддержания с одержимого жидкостного насоса в дисперсном состоянии.

Воздухозащитная переборка 19 расположена перпендикулярно к оси 17 и по существу горизонтальна; ее внешние кромки могут частично загибаться вверх. На внешних кромках переборки расположены угловидные направляющие потока 21, соответствующие по форме поверхности воздушного кожуха и загибающиеся вниз снаружи кожухов. Внутренние направляющие потока 22 размещены на нижней поверхности воздухозащитной переборки, что является преимуществом данного изобретения. По периметру насоса размещены обычные направляющие потока 23. Количество внутренних направляющих потока меньше, чем количество угловидных направляющих потока, соотношение которых равно 4 к 8 соответственно, что является преимуществом данного изобретения. Эта структура препятствует попаданию воздуха в кожух и направляет выпускаемую далее дисперсную смесь в приблизительно горизонтальном направлении.

Направляющие потока, установленные внутри конструкции кожуха, во взаимодействии с основанием кожуха, выравнивают превышение давления внутри кожуха над давлением внутри корпуса насоса. Это предотвращает всасывание воздуха по гидродинамическим причинам. Поверхности направляющих потока рассчитаны так, что вращательное движение передается на жидкостный насос и таким образом поперечные скорости внутри кожуха остаются ниже. При помощи направляющих потока вращательное движение замедляется до уровня, когда смешанные фазы еще остаются в дисперсном состоянии. Период задержки дисперсной смеси в зоне вращения турбины составляет от 3 до 20 с (преимущественно 5 с) и этого времени не достаточно для достижения сбалансированного размера капель, он остается больше.

Благодаря конструкции кожуха, уровень установки турбины находится близко к поверхности жидкости, ниже нее на 0,5-1,0 диаметра турбины. Теперь жидкостный насос может устанавливаться так низко, что глубина раствора может быть даже меньше половины диаметра жидкостного насоса. Это значительно уменьшает гидростатическое давление подающейся органической фазы и делает возможным вращение турбины с нижней угловой скоростью, как было отмечено выше. Давление накачивания, применимое в жидкостном насосе, остается ниже полного давления в 700 мм H2O, в целом, на уровне 300-500 мм H2O.

Как видно на фиг. 4, дисперсная смесь поступает на вертикальной шахте 11, расположенной после последнего смесителя, через впускное отверстие 24 в переднюю часть отстойника 12. Для того, чтобы дисперсная смесь, поступающая из вертикальной шахты, была распределена как можно равномернее по всей площади отстойника, в середине отстойника, в передней его части, расположен вертикальный заградительный щит, который состоит из регулирующих ворот 25 в форме половины цилиндра, открытого в направлении впускного отверстия 24, а также боковых стенок, которые тянутся через площадь отстойника к углам передней стенки. Регулирующие ворота 25 имеют прорези, ориентированные в продольном направлении отстойника, их ширина меньше, чем ширина прорезей в боковых стенках 26 и 27; таким образом, ширина прорезей в пределах половины цилиндра составляет 1/5-1/3 ширины прорезей в боковых стенках. Ширина прорезей в боковых стенках колеблется в пределах 15-25 мм, а их количество - 3-7 на метр стенки.

Поскольку стороны регулирующих ворот ориентированы в направлении углов передней стенки, это вынуждает поток, подающийся в отстойник, распространяться в направлении углов отстойника, таким образом, после прохождения заградительного щита поток распространяется дальше вдоль пространства отстойника по всей его ширине.

Отстоенные фазы извлекаются из задней части отстойника по горизонтально расположенным трубопроводам 28 и 29 в зависимости от этапа извлечения и направляются либо на очередной этап смешивания-отстоя, либо в дальнейшую переработку. Из задней части отстойника растворы также направляются на жидкостный насос этого же цикла по трубопроводу 30 с целью получения необходимого типа дисперсной смеси при возобновлении подачи растворов. Когда клапан 31 трубопровода 32 открыт, а клапан 34 циркуляционной трубы 33 закрыт, органическая фаза повторно подается через трубопровод 30 на жидкостный насос 3. Соответственно, если закрывают клапан 31 и открывают клапан 34 трубопровода 33, открывающий доступ водной фазе, она может подаваться в процессе этого же цикла. Рециркуляция органической фазы обеспечивает создание в насосе и смесителях дисперсной смеси с однородной органической фазой, и соответственно рециркуляция водной фазы обеспечивает создание дисперсной смеси с однородной водной фазой. При помощи внутренней рециркуляции может также улучшаться контакт между растворами в насосе и смесителях.

На фиг. 5 более подробно показана выпускная шахта 35 органического раствора, расположенная в задней части отстойника 12. При помощи этой выпускной шахты органический раствор выпускается в управляемом режиме в питающей канал 28, расположенный на одном уровне с выпускной трубой 2 жидкостного насоса этого же или следующего цикла извлечения и поступает горизонтально в жидкостный насос 3. Водная фаза также подается через свой питающий канал 36 и горизонтально направляется к следующему этапу процесса.

Как видно из изложенного выше описания, все узлы, где органическая фаза может быть аэрирована в результате перемешивания или усиленной циркуляции, герметизированы с целью предотвращения этого явления. С этой же целью выпускная шахта 35 также полностью герметизирована.

На фиг. 6 показано, как два цикла извлечения сопрягаются друг с другом. Органическая фаза 38 подается на жидкостный насос 37 первого цикла извлечения 1 из задней части отстойника 39 второго цикла извлечения 11, а водный раствор 40 и от рудной экстракции. Из задней части отстойника 41 первого цикла водный раствор 42 подается на жидкостный насос 43 второго цикла извлечения, а органическая фаза 44 подается на промывку или непосредственно на реэкстракцию. На жидкостный насос 43 второго цикла извлечения органическая фаза 45 поступает, например, из контейнера-хранилища. Водный раствор 46 второго цикла возвращается в рудную экстракцию. На фиг.6 также показаны трубы внутренней циркуляции 47 и 48 этого цикла, по которым может циркулировать органическая или водная фаза, в зависимости от того, какая фаза выбрана в количестве однородной. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ жидкостно-жидкостной экстракции металлов, включающий подачу водной и органической фазы в насосное устройство, затем в многоступенчатое смесительное устройство и последующую подачу в отстойник, отличающийся тем, что в качестве насосного устройства используют закрытый низкопрофильный насос, в котором фазы диспергируют при низкой вращательной скорости и перемещают из донной части насоса в виде, по существу, горизонтального потока в верхнюю часть смесителя первой ступени с обеспечением возможности перемещения полученной хорошо перемешанной дисперсной смеси из донной части смесителя последней ступени по вертикальной шахте тангенциально к направлению потока до уровня между поверхностью жидкости и дном отстойника, а также возможности течения потока через впускное отверстие отстойника в виде восходящего однородного потока, распределяемого по всей площади отстойника посредством заградительных щитов, имеющих форму полуцилиндра и направленных навстречу потоку, и, кроме того, в направлении углов передней стенки отстойника, при этом все стадии процесса в смесительном устройстве и перемещение потоков органической фазы осуществляют в закрытом пространстве, и в задней части отстойника располагают выпускную шахту с выходящими из нее трубопроводами для возврата потока, соединенными с низкопрофильным насосом, а верхние части смесителей соединяют трубами с верхней частью вертикальной шахты для регулирования потока на конечной стадии загрузки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения противодавления и вращательной скорости насоса обе фазы сразу же подают в его донную часть.

3. Устройство для жидкостно-жидкостной экстракции металлов, содержащее ступени извлечения, каждая из которых состоит из жидкостного насоса с турбиной, смесителей с мешалками и отстойника, установленных каскадом и соединенных внешними трубопроводами для подведения и отведения водной и органических фаз, отличающееся тем, что отстойник снабжен заградительным щитом для направления потока, подводящие трубопроводы водной и органической фаз подведены непосредственно под турбину жидкостного насоса, турбина закрыта элементами кожуха, донная часть жидкостного насоса соединена с верхней частью первого смесителя посредством трубопровода для подачи дисперсной смеси, смесители снабжены горизонтальными переборками, служащими крышками, и соединены между собой каналом у их донной части, при этом последний смеситель имеет вертикальную шахту, поднимающуюся от его донной части, расположенную по касательной к направлению вращения мешалки смесителя и открывающуюся на высоте между дном отстойника и поверхностью жидкости.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что для предотвращения аэрации турбина жидкостного насоса, расположенная близко к поверхности жидкости, снабжена коническим боковым кожухом, поднимающимся вокруг турбины, и воздухозащитной переборкой, отходящей в стороны от оси турбины.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что турбина жидкостного насоса установлена на высоте, отстоящей от поверхности жидкости на 0,5 - 1,0 диаметра турбины.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что воздухозащитная переборка турбины жидкостного насоса снабжена угловыми направляющими потока, расположенными сверху на ее внешней стороне и подогнанными по форме переборки, и внутренними направляющими потока, расположенными на нижней стороне переборки.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что порог потока, образованный боковым кожухом турбины жидкостного насоса, находится выше, чем кромка перелива органической фазы, проходящей через отстойник.

8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что смесители снабжены горизонтальными переборками, расположенными ниже, чем кромка перелива органической фазы.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что для регулирования типа дисперсной смеси смесители соединены в их верхней части с вертикальной шахтой посредством стартовых труб с клапанами.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru