BG109782A - Метод и инсталация за селективно извличане на метални катиони от слабо-кисели до слабо-основни разтвори - Google Patents

Abstract

Методът и инсталацията са приложими при обработване на разтвори и други индустриални потоци без предварителна подготовка. Методът за селективно извличане на метални катиони от разтвори включва провеждане на операции в следната последователност. Металосъдържащите разтвори се подлагат на набогатяванев последователно свързани йонообменни колони. Следват регенерация чрез подаване на регенерационни разтвори и промивка, която се извършва чрез подаване на разтворите в посока, в която са подавани регенерационните разтвори. Инсталацията включва йонообменните клетки, представляващи две последователно свързани еднокамерни колони, изпълнени с горни и долни плочи, по които са разположени дюзи за разпределение на разтворите, свързани последователно.

Description

1.О6ласт на техниката

Изобретението се отнася до метод и инсталация за селективно извличане на метални катиони от слабо-кисели до слабо-основни разтвори.Метода и инсталацията са високо ефективни за третиране на разтвори, получени при излужване на медни табани и купове, киселинни руднични дренажи, както и на други индустриални потоци без предварителна подготовка.

СП. Предшестващо състояние на техниката

Известни са различни технологични подходи за извличане на метал от металосъдържащи руди. При много от тях по различни причини, включително и несъвършенство на технологията не е възможно пълно извличане на съдържащия се метал и около преработвателните предприятия се натрупват както купове и табани, представляващи хранилища на остатъчни от преработката продукти, така и големи обеми металосъдържащи разтвори. В повечето случаи, поради сравнително високото съдържание на метал в тези разтвори е икономически изгодно те да бъдат обработвани с цел извличане на съдържащия се в тях метал. Не по-маловажен е и факта, че извличането на металите от тези разтвори е задължително от екологична гледна точка.

с

Известни са различни технологии за преработване на разтвори с цел извличане на съдържащия се в тях метал, с помощта на процеса йонообмен в съоръжения, известни като колони тип „запечатан слой. С оглед постигането на висока ефективност по отношение на извличането на металните катиони колоните са конструирани така, че да поемат и поддържат в определено състояние йонообменната смола, като едновременно с това осигуряват равномерно разпределение на захранващи, регенерационни и промивни разтвори, преминаващи през слоя смола, както и да обезпечат необходимото свободно пространство за осъществяване на режим на кипящ слой.

Както вече беше посочено известни са различни технологични подходи и техники за йонообменно третиране на разтвори [1], като например йонообменна система тип „кипящ слой, характеризираща се с набогатяване във възходящ поток и регенерация в низходящ поток При този подход се използва еднокамерна колона, запълнена с един тип йонообменна смола и съоръжена с горна и долна плочи, по които са разположени разпределителни дюзи. Съгласно едно вариантно изпълнение е възможно използуването на двукамерна колона, разделена от междинна плоча с разпределителни дюзи. Такава конструкция на колона позволява използуването на слабо и силно - дисоцииращи йонообменни смоли в една и съща колона без риск от смесването им.

Известна е също така технология за третиране на металосъдържащи разтвори, която е особено подходяща при високо съдържание на суспендираните частици в захранващите разтвори или резки промени в производителността. В този случай йонообменната колона се състои от две камери запълнени със силно дисоцииращи смоли. При тази система е възможно след всеки цикъл да се прави промивка с обратно течение, без за това да е необходим отделен съд .Известна е и друга технология за третиране на металосъдържащи разтвори, която е особено подходяща за системи с ниски дебити и променлив състав на третираните потоци. В този случай не са необходими съдове за обратна промивка и резервоари за деминерализирана вода, тъй като системата може да бъде напълно промивана след всеки цикъл, а и сама продуцира деминерализирана вода за промивка.

Известна е техника [2] за третиране на металосъдържаща разтвори, която предвижда пълно предварително филтруване на третираните разтвори при много нисък разход на вода. Тя се състои от третиране на разтворите с помощта на система от две йонообменни колони, като предварително филтрувания разтвор се подава през върха на първата колона, преминава през йонообменната смола, разположена в нея и излиза през дъното и. След това влиза през върха на втората колона, преминава през смолата и през дъното на колоната се изпраща към резервоара за изходните разтвори. Процеса протича в следната последователност: предварително филтрувания разтвор се подава в колоните с йонообменна смола, където последната се набогатява, след което се извършва обратна промивка за отстраняване на увлечените със захранващите потоци твърди частици. Набогатената смола се подлага на регенерация при което през нея се пропускат регенерационни разтвори. Процеса на регенерация е последван от бавна промивка с вода с цел да бъдат отстранени остатъците от регенерационните разтвори. По нататък през слоя смола се пропуска разтвор на натриева основа в резултат на което смолата преминава в натриева форма, след това отново се извършва „бавна промивка с вода, за отстраняване на остатъците от разтвора на натриева основа, последвана от „бърза промивка- за крайно пречистване на смолата, както и за осигуряване на по-добри дебити на потоците.

Известна е техника [3] за третиране на металосъдържаща разтвори, която се състои от следните операции: набогатяване на смолата в йонообменните колони, последвано от пречистване, изразяващо се в подаване на разреден слабо-киселинен поток състоящ се от електролит и серен диоксид през набогатения обем смола, при което се постига отстраняване на сорбираното от смолата желязо. След това смолата се подлага на пълно пречистване на желязото, тъй като почти винаги след предходното пречистващо стъпало остават около 10% от всичкото адсорбираното желязо. След пълното пречистване се извършва регенерация с помощта на разтвор, представляващ киселинен разтвор със съдържание на 25-30 г/л, като за регенерацията са необходими два обема регенерационни разтвори на обем смола за регенериране на всяка колона. Накрая се извършва промивка, при която като се отстраняват остатъците от регенерационните разтвори. Описаният по горе технологичен подход се осъществява в инсталация, която се състои от 30 еднакви йонообменни колони, разположени върху въртящ се диск, като всички колони са запълнени със смола. Инсталацията се състои от подвижна и неподвижна части, като подвижната част е формирана като въртяща се глава и е изпълнена от корозионноустойчив метал, а неподвижната глава е изпълнена от неметал, например полимер, а уплътненинето между двете /подвижна и неподвижна/ части се поддържа чрез пневматична сила, която ги притиска една в друга. Инсталацията позволява едновременното въртене на 30-те колони и прикачването им към входа и изхода на разтворите в синхронизирана последователност. По този начин 30-те колони могат да работят по много различни начини в зависимост от желанието на оператора. Колоните могат да бъдат свързани последователно или паралелно,да работят с възходящ или низходящ поток на разтворите и т.н.

При последователното свързване в процеса са включени серия от 3 последователно свързани колони в противоток. При работа в този режим „дължината на контакта между смолата и разтвора може да се променя с цел достигане на необходимият масов трансфер. Пълният йонообменен цикъл е с продължителност 90 минути, като времетраенето на процеса и в частност времето на превключване може да се регулира.

Инсталацията може да работи и при паралелно свързване на 3 колони. Този подход е подходящ за случаи при които захранващите разтвори са с висок дебит и ниска концентрацията на метал. В последния случай обаче има ограничения свързани със загубите на налягане за слоя смола.

Известен е и метод [4], за третиране на слабокисели разтвори характеризиращ се с режим на набогатяване, при който захранващите разтвори се движат в низходящ поток, а регенерационните разтвори във възходящ поток т.е. работи се в режим на противоток. За целта се използуват колони тип запечатан слой, запълнени със смола, като в горната част на йонообменната колона е разположен разпределителен колектор, заобиколен от слой инертен плаващ материал. Този материал позволява през него да преминават суспендираните твърди частици и най-фините частици смола, но не и на зрънцата смола с нормални размери. Методът може да бъде описан с помощта на следната последователност от операции: (1)набогатяване на йонообменната смола, разположена в колоната, като захранващите разтвори се подават през горната част на колоната и преминавайки през слоя смола напускат колоната през дъното; (2) регенерация, провеждана в посока, обратна на посоката на движение на захранващите разтвори и при достатъчно висок дебит, за да поддържа слоя смола уплътнен; (3) промивка, провеждана в посоката, в която е проведена и регенерацията; (4) слоят йонообменна смола се оставя да се слегне.

Техническа същност на изобретението

Предвид на изложеното известно ниво на техниката в разглежданата област цел на настоящото изобретение е създаването на метод и инсталация за селективно извличане на метални катиони от слабо-кисели до слабо-основни • · · ft ft ft - ft · • · · ♦ • ft ft ft ft ft • ft ft ft ft · • ft 9 · · • · · ft ft · ft разтвори, които са високо ефективни за третиране на разтвори, получени при излужване на медни табани и купове, киселинни руднични дренажи, както и на други индустриални потоци без предварителна подготовка.

Методът за селективно извличане на метални катиони от разтвори включва провеждане на операции в следната последователност: металосъдържащите разтвори се подлагат на набогатяване в последователно свързани йонооб менни колони, съдържащи йонообменна смола, като колоните са свързани помежду си, а разтворите преминават през слоят смола за определено време, след което се извършва регенерация чрез подаване на регенерационни разтвори и промивка, която се извършва чрез подаване на .... в посоката, в която са подавани регенерационните разтвори.

Методът се характеризира с това, че преди подаването на захранващите разтвори в йонообменните колони, на разтворите се извършва корекция на pH до ниво, достатъчно ниско за да не се допусне образуването на хидроксиди и същевременно достатъчно високо за да осигури сорбиране на метал, а набогатяването се извършва в като захранващите разтвори се подават от върха на първата колона към дъното и, откъдето преми нават в дъното на втората колона и излизат през върха и, при което регенерацията започва в момент, в който съдържанието на мед в изходните разтвори е равно на съдържанието на мед в захранващите разтвори, на извличания метал в разтворите след първата колона и следи от него в разтворите след втората колона. Проскока на извличания метал в разтвора след първата колона индикира,че смолата в нея вече е набогатена и се нуждае от регенерация. В този момент първата колона се изключва от процеса на набогатяваване и започва да се регенерира. Втората колона продължава да работи в режим на набогатяване ,като посоката на захранващите разтвори се променя т.е. те влизат през върха и, преминават през слоя смола и излизат през долната и част/Фигура 3./. След като първата колона вече е регенерирана ,същата се промива и се пуска отново в действие като двете колони са вече с променени позиции и посоки по отношение на подаване на разтворите,а имено захранващите разтвори влизат през върха на втората колона преминават през нея, излизат от долната и част, влизат през долната част на първата колона и излизат през върха и./Фигура 4./ След като смолата във втората колона е вече набогатена ,същата се изключва от режима на набогатяване и започва да се регенерира. Първата колона продължава да работи в режим на набогатяване ,като захранващите разтвори влизат през • · · «· · · ♦ ♦ · · · • · · · · · • 9 9 9 9 9 • · · · · върха ,преминават през слоя смола в нея и излизат през долната част, а промивните разтвори се рециклират обратно в системата и се използуват за подготовка на регенерационни разтвори за следващия цикъл.

Инсталацията за осъществяване на метода се състои от йонообмемни колони, свързани последователно.

Съгласно изобретението инсталацията е изградена от йонообменните клетки, състоящи се от две, последователно свързани еднокамерни колони, съоръжени с горни и долни плочи, по което са разположени дюзи за разпределение на разтворите.

Методът и инсталацията за третиране на разтвори съгласно изобретението позволяват да се постигне получаване на краен продукт с изключително високо качество. Методът позволява третиране на разтвори без да е необходимо тяхното предварително обработване тъй като когато последните се подават във възходящ поток, режима на „кипящ слой, който се установява в колоната подпомага отделянето на суспендираните твърди частици. По този начин се оптимизира същинския йонообмен, като едновременно с това се предотвратява механично увреждане на смолата. Провеждането на процеса на йонообмен е опростен, тъй като отпада необходимостта от провеждане на допълнителна /бърза/ промивка, която в известните технологии се използва за разбухване на слоя йонообменна смола и подобряване на характеристиките на потоците. Трябва да се отбележи и факта, че организирането на посоката на потоците позволява йонообменните и регенерационни процеси да се извършват при минимални загуби на налягане, респективно- при по-ниско механично напрежение и съответно по-бавно износване на смолата. Допълнително се минимизира се образуването на „канали в слоя смола;

В режима на набогатяване в долната или горната част на колоната /в зависимост от посоката на подаване на разтворите/ смолата работи при недостиг на мед, в резултат на което започва сорбиране и на други йони. Промяната в посоката на подаване на разтворите елиминира този проблем и смолата се набогатява преимуществено с медни йони. Това определя и изключително високата селективност на процеса на извличане

Системата е самопочистваща се, т.е. промяната в посоката на подаване на разтворите води до регулярно прочистване на филтрите, разположени в горната и долната части на колоната, което пък от своя страна обезпечава равномерни дебити на потоците. Изобретението се отличава с опростена конструкция на инсталацията, лесно управление и възможност за пълно автоматизиране

Описание на чертежите.

Пояснения на приложените фигури

Инсталацията за селективно извличане на метални катиони от слабо-кисели до слабо-основни разтвори може да бъде представена по-подробно с помощта на придружаващите описанието фигури, където :

- фиг.1 - представлява напречен разрез на йонообменна клетка, състояща се от две

- йонообменни колони.

- Фиг.2. илюстрира провеждане на процеса на набогатяване в инсталация изградена от йонообменни клетки.

- Фиг.З. илюстрира провеждане на процеса на набогатяване и организация на движение на потоците при започване на регенерация

- Фиг.4. илюстрира провеждане на процеса на набогатяване и регенерация

- Фиг.5. илюстрира провеждане и завършване на процеса на регенерация

Примери за изпълнение на изобретението

По нататък в описанието ще бъде представено едно примерно изпълнение на метода и инсталацията за третиране на металосъдържащи разтвори, което не ограничава приложението му и за други разтвори, характеризирани със същите или подобни параметри и характеристики. Процеса на йонообмен представлява обратима химична реакция, в която йон от даден разтвор се заменя с „прикрепен към твърда частица йон със същия заряд. Твърдите йонообменни частици са или естествено срещащите се в природата неорганични зеолити или синтетичните органични йонообменни смоли. Понастоящем по-често се използуват синтетичните органичните смоли, тъй като те могат да бъдат проектирани така, че да се използуват с точно определена цел. Органичната йонообменна смола обикновено представлява високо молекулен полиелектролит, който притежава способността да заменя подвижните си йони за такива със същия заряд от заобикалящата го среда.

Едно примерно изпълнение на метода съгласно изобретението се отнася до третиране на разтвори, получени при излужване на меден табан с помощта на сорбционна инсталация, изградена от йонообменни клетки, за извличане на мед и последваща течна екстракция и електролиза до получаване на медни катоди с високо качество. Съдържанието на мед в захранващите разтвори варира от 0.02 г/л до 6 г/л, а във филтрата-0.001 г/л. Показателят pH в набогатените излужващи разтвори варира в интервала от 1.5-4.0. Регенерацията на всяка колона с разтвор на сярна киселина с концентрация до 200 г/л продуцира регенерат съдържащ 15-18 г/л мед. Регенерата след това се изпраща към процесите течна екстракция и електролиза. Крайният продукт са медни катоди с изключително качество и чистота 99,999%.

[1] . BAYER AG- Bayer's WS Technologies; Fluidized service. Downflow regeneration.

[2] . REMCO ENGINEERING - The REMCO Metal Recovery Ion Exchange (MRIX) Process.

[3] . ADVANCED SEPARATION TECHNOLOGY: Rossiter G., Carey K.- Copper Recovery From Leach Liquors Using Continuous Ion Exchange [4] . DOW LIQUID SEPARATIONS-The UPCORE system. Upflow Countercurent Regeneration System

Claims (2)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1. Метод за селективно извличане на метални катиони от разтвори, включващ провеждане на операции в следната последователност: металосъдържащи разтвори се подлагат на набогатяване в последователно свързани йонообменни колони, съдържащи йонообменна смола, като колоните са свързани помежду си, а разтворите преминават през слоят смола за определено време, след което се извършва регенерация чрез подаване на регенерационни разтвори и промивка, която се извършва чрез подаване на промивни разтвори в посоката, в която са подавани регенерационните разтвори, характеризиращ се с това, че преди подаването на захранващите разтвори в йонообменните колони, на разтворите се извършва корекция на pH в диапазона от 1,5 - 9, като набогатяването на йонообменна смола се извършва в йонообменна клетка чрез пропускане на метал съдържащ и разтвори през нея,а регенерацията на йонообменната смола се осъществява чрез пропускане на регенерационни разтвори през нея, като посоката на подаване на регенерационните разтвори е отгоре-надолу, т.е. в низходящ поток и промивката на йонообменната смола се осъществява се чрез пропускане на промивни разтвори в посоката, в която са подавани регенерационните разтвор, при което набогатяването се извършва като захранващите разтвори се подават от върха на първата колона към дъното и, откъдето преминават в дъното на втората колона и излизат през върха и, при което регенерацията започва в момент, в който съдържанието на мед в изходните разтвори е равно на съдържанието на мед в захранващите разтвори на извличания метал в разтворите след първата колона и следи от него в разтворите след втората колона. Проскока на извличания метал в разтвора след първата колона индикира,че смолата в нея вече е набогатена и се нуждае от регенерация. В този момент първата колона се изключва от процеса на набогатяваване и започва да се регенерира. Втората колона продължава да работи в режим на набогатяване ,като посоката на захранващите разтвори се променя т.е. те влизат през върха и, преминават през слоя смола и излизат през долната и част, при което след като първата колона вече е регенерирана ,същата се промива и се пуска отново в действие като двете колони са вече с променени позиции и посоки по отношение на подаване на разтворите, а имено • ·· « «е · · · · • · · · « · · · захран- ващите разтвори влизат през върха на втората колона преминават през нея, из лизат от долната и част, влизат през долната част на първата колона и излизат през върха и, след като смолата във втората колона е вече набогатена ,същата се изключва от режима на набогатяване и започва да се регенерира. Първата колона продължава да работи в режим на набогатяване, като захранващите разтвори влизат през върха,преминават през слоя смола в нея и излизат през долната част, а промивните разтво ри се рециклират обратно в системата и се използуват за подготовка на регенерационни разтвори за следващия цикъл.

   V
2. 2. Инсталация за осъществяване на метода съгласно претенция 1, състояща се от последователно свързани йонообмменни колони, характеризираща се с това, ' инстлацаията е изградена от йонообменните клетки, представляващи две, последователно свързани еднокамерни колони, изпълнени с горни и долни плочи, по което са разположени дюзи за разпределение на разтворите.