CN1652853A - 控制液体－液体萃取中的分散物分离的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制分离两种液体的分散物的方法，该两种液体的分散物在液体－液体萃取混合阶段形成，分散物在萃取的分离部分中分离成自己的相。特别是，该方法和设备涉及到金属回收中使用的萃取过程。根据本方法，通过将位于分离部分的至少一个恢复元件用于所述目的，使保持在两个已分开相之间的分散带被拦截。本发明所述的设备包括至少一个恢复元件，该设备依次由至少两个分离部分构成。
Description
本发明涉及一种用于控制分离两种液体的分散物的方法，该两种液体的分散物在液体-液体萃取混合阶段形成，分散物在萃取的分离阶段分离成自己的相。特别是，该方法和设备涉及到金属回收中使用的萃取过程。根据本方法，通过将位于分离部分的至少一个恢复元件用于所述目的，使保持在两个已分开相之间的分散带被拦截。本发明所述的设备包括至少一个恢复元件，该设备依次由至少两个分离部分构成。
液体-液体萃取早已被用于冶金工业，特别是在含有廉价金属物质的溶液处理中。许多大型铜和铀的回收萃取工厂就属于此类范围。然而，由于随着操作过程中压力浓缩浸析方法的应用，萃取进料溶液变得明显越来越浓，所以对于铜来说，情况正在发生变化。同样，许多钴和锌的萃取方法也处理浓进料溶液。不过，设备的尺寸，特别是对于铜的萃取来说，在新的压力浸析过程中也通常很大。
在所有萃取过程中，含贵重金属的水溶液在萃取的混合部分开始与有机溶液相接触，形成这两种彼此相溶的溶液的分散物。分散物中的溶液在萃取的分离部分被彼此分开，溶液彼此分离成中间保留有分散带的两层。在混合阶段，水溶液中的一种或多种贵重金属被转化成有机相，通过洗提该水溶液将贵重金属从中回收。萃取在一个设备中进行，其中的混合部分和分离部分或者是一个位于另一个的顶上，或者水平地串联在或多或少的同一层上。几乎总是在涉及到廉价溶液的大规模萃取的情况下，如铜的萃取，设备被定位在基本水平的位置上。当我们在下文中提到萃取时，该词语被用于各种装置，但基本上用于处在同一层的设备。
美国专利6,132,615描述了一种方法和设备，用于调节萃取分离阶段中萃取溶液的速度。该方法和设备基于几个位于分离部分前端的桩栏。这些桩栏在沉降槽的两侧部之间延伸。这些桩栏垂直向上延伸到液面之上，并且都不向下延伸到沉降槽的底部。水溶液层的垂直控制已经被改进，以便使得分散带尽量向分离部分的最远端延伸，特别当分散物为水滴分散物类型时。分散物和从中分离出的溶液相被促使流经设置在分离部分中至少三个位置的桩栏。这些桩栏为垂直的狭槽结构。该公开叙述了浓分散带在已分开溶液的质量和纯度两方面提高了分离部分的性能表现。桩栏使沉降槽中流阻的增大量在每桩栏250至600Pa的范围内。
现在已经发展了一种方法，用于液体-液体萃取分离部分中不同液相和分散流的控制，以便从分散物中分离出的相被使得沿着分离部分的纵轴相对自由流动，但是未分离的分散物通过用设置在分离部分中的至少一个拦截恢复元件被拦截。该恢复元件垂直向上延伸至分离部分的侧壁。本发明所述的设备包括至少一个位于沉降槽(分离部分)中的恢复元件，所述恢复元件由至少两个板状部件或恢复板构成，它们具有不同的高度并基本垂直于沉降槽的纵轴(在溶液流动方向)设置。在各恢复板之间形成的区域中，由于分散物被使得在每个恢复板的上方或下方流入恢复通道中，所以恢复通道与分散物的流向几乎垂直。通过在分离部分至少将分散物的流动方向改变一次，使得分散物在分散物的上方和下方分散成纯净的溶液层。恢复元件将被设置在萃取的不同阶段，比如在实际萃取和洗涤与洗提分离部分。
本发明的必要特征在附属的权利要求中将更为明确。
通过使用本发明的方法和设备，彼此分离开的溶液在用于分离的条件下能够被使得以均匀的速度在横向和垂直两个方向上向前移动。这些将包括以下事实，溶液被使得从分离部分前端到其尾端以塞流的方式向前移动。本发明中该方法的一个目的是加速溶液从分散物中的分离，以及提高溶液的最终分离效率，也就是，减少每种溶液在另一种溶液中的挟带作用。
本发明所述方法和设备的另一目的是，保持位于分离部分前部的分散带的厚度，以提高良好液滴分离。这样，优选的是，分离部分的至少前三分之一部分中分散带的厚度大约为溶液高度的75％，并逐渐变薄直到位于分离部分尾部的分散物的厚度尽可能小为止。
本方法和设备的特征是，通过设置至少一个在分离部分上方延伸的恢复元件，来至少一次防止分散流直接向前流动。为了使分散物流过恢复元件，在第一阶段，分散物必须被压在恢复元件的第一板状部件上并在其下方流入恢复通道，该恢复通道形成在恢复元件的板状部件之间。从恢复通道开始，分散物的表面被升高，使得它能流过恢复元件的第二板状部件。萃取分离部分恢复元件的数量至少为一个，但能够在例如1-6个之间变化。在一个恢复元件中至少有两个板状部件，但是所述板状部件的数量也能够在例如2-6个之间变化。恢复元件的第一板状部件以及随后的每隔一板状部件在分离部分中的定位基本高于第二板状部件和其后的每隔一板状部件。
属于恢复元件的第一板状部件，即第一恢复板，位于分离部分中的一个高度上，其上边缘延伸超过分散带进入到有机溶液相中。当已分离溶液和位于它们之间的分散带从分离部分的给料端流向排放端时，分散带被压在第一恢复板上。该恢复板的位置决定了有机溶液层的预期厚度。该分散物应当聚集到一定数量，使得它由于比已分离的有机溶液重，而穿透较高的通道或位于恢复板之间的通道到达分离部分的下一部分，已分离溶液层的厚度大于前面部分中溶液层的厚度。已被分离成自己的相的有机溶液和水溶液能够在恢复元件处自由流入分离部分的下一部分中，但是分散物在经恢复元件到达分离部分的下一部分之前，不得不汇聚成足够厚度的一个层。只有在分离部分中注入了足够大的液流时，分散物才向前移动。沉降槽越大，所需的液流越大。换句话说，这减少了每种溶液中的挟带数量。
第一恢复板主要是实体的，但在其上部具有垂直狭槽，这些狭槽确保了有机溶液沿着分离部分的整个长度均速流过恢复元件。该第一恢复板与在其上边缘上的狭槽一样，延伸高出有机溶液的表面。狭槽从恢复板的上边缘向下到达一个深度，该深度等于已分离有机溶液的层厚度的一半的最大值。狭槽区域占恢复板总高度的大约5％-15％。该第一恢复板的下边缘延伸到分离部分的底部，但是只延伸到距离底部一定距离的地方，使得其下边缘位于主要分散层中。下边缘离底部的距离远大于恢复元件到分离部分前部的距离。在实际中，第一恢复板的下边缘到底部的距离为分离部分中溶液的总深度的12％-50％。
恢复元件的第二恢复板与第一恢复板属于同一类型，即基本为实体的。第二恢复板的下边缘远低于第一恢复板的下边缘，但是留有供已分离水溶液无障碍流动的空间。第二恢复板的下边缘离底部的距离取决于恢复元件在分离部分中的位置。恢复板的下边缘在分离部分中越高，恢复元件离分离部分的给料端越远。在实际中，第二恢复板的下边缘离底部的距离为分离部分中溶液总深度的5％-35％。第二恢复板的上边缘位于有机溶液的表面之下，并且上边缘离有机溶液表面的距离越大，恢复元件离分离部分的给料端越远。在实际中，第二恢复板的上边缘在溶液表面之下的距离为分离部分中溶液的总深度的12％-35％。
如果恢复元件的第一恢复板的下端也具有与其上端上相同类型的狭槽区域，那么分散物在较高通道中的均匀分布及其匀速流动将更为容易。同样，最好使第二恢复板的上端具有狭槽区域，并且在这种情况下，这些狭槽的目的也是促进分散物在分离部分中的均匀分布。如果恢复元件由几个恢复板构成，那么狭槽区域就位于相应板的上部边缘和下部边缘上。第一恢复板的下边缘上的狭槽区域的高度和第二恢复板的上边缘上的狭槽区域的高度处于恢复板高度的5％-15％之间的范围内。
如果恢复元件由两个以上的恢复板构成，那么该第三恢复板下边缘的底部间隙要比第一恢复板的底部间隙大0-30％。第三恢复板离有机溶液表面的距离比第二板的距离小10％-30％。第四恢复板的底部间隙和离有机溶液表面的距离都要比第二恢复板大0-30％。
恢复元件的使用减少了水溶液中有机溶液的挟带数量，从而进入洗提的水溶液中的挟带物质小于10ppm，总体上在2-7ppm之间。例如，在铜的萃取中，铜的回收在电解提取电路中通过电解进行。电解过程中不容许存在有机溶液，并且如果进入电解的溶液不足够纯净的话，则必须通过例如浮选或压力过滤的方法来净化。恢复元件的使用，在不经单独的净化阶段的情况下，有利于萃取所产生的溶液直接循环以作进一步处理。
本发明所述的装置能够使保留在分离部分尾端的未分离分散物的数量减少，使其在分离部分中最多占流体厚度的10％。用这种方法也能调节有机溶液层的厚度。有机溶液层的厚度根据所用恢复元件的数量逐渐得到调节。
该方法和设备特别适用于金属的萃取，将要被回收的金属可以是：铜、铀、钴、镍或锌中的一种。
本发明参照附图作了进一步的描述，此处
附图1是本发明所述液体-液体萃取沉降槽的剖面图，
附图2是附图1中沉降槽的俯视图，
附图3至5显示了沉降槽的剖面图，其中根据本发明所述设置有一个恢复元件。
附图1和2示出了一个沉降槽1，它基本上由一个垂直的给料端2、后部3、侧壁4和5、以及底部6构成。在混合器中(附图中未示出)，由两相混合而成的分散物7经供料管8被送入沉降槽中。在沉降槽的给料端2，设置有桩栏或其他适合的导向元件9，分散物经这些导向元件被散布在沉降槽的整个宽度范围内。例如，美国专利6,132,615中描述的V形桩栏是可实用的。附图表明，在沉降槽的前端只有少部分溶液被分成自己的相，有机溶液10处于分散物的上方和水溶液11处于分散物的下方。分散带主要位于沉降槽的前端。已分离溶液在沉降槽的后部3被排放，在流动方向上有第一有机溶液洗涤槽12，有机流作为溢出流流入该洗涤槽中，并且从此处向前流动。水溶液被收集到所谓的水末端13，水溶液从有机溶液洗涤槽下方流入到该水末端。
在附图1和2所示的沉降槽中，根据本发明，设置有三个恢复元件14、15、16，每个恢复元件都由两个恢复板17、18和形成在恢复板之间的恢复通道19构成。恢复板位于沉降槽中，从而它们相对于纵轴(流动方向)交叉设置。具有垂直槽的恢复板的截面在侧视图中用虚线表示；板的其余部分用实线表示。这样，第一恢复板17的顶部20与该板的底部21和第二恢复板的顶部22一样具有垂直槽。沉降槽中恢复元件的位置能够根据需要来确定。恢复元件离沉降槽的给料端2越远，沉降槽的分离能力越强。
附图1显示，各分离板之间的距离也能改变，以便使它们之间的距离在流动方向上变得越来越小。通过使分离物在各板之间的恢复通道中的流速处于0.05-0.4米/秒的等级，来确定各板之间的距离。第一恢复板顶部的垂直槽的尺寸在沉降槽的横截面上被加工成同样的尺寸，以便使流经它们的有机相的流速在0.1-0.6米/秒的范围内。
附图2中沉降槽的横截面被画为矩形，但是本发明的该实施例不是限制性的，而是该沉降槽可以根据需要被设置成正方形或者向后部变窄或变宽，或者在两侧4、5或只在一侧变窄或变宽的梯形。当沉降槽被设置成向后部变窄的梯形形状时，分散物被压向除了纵向和向上压缩之外的第三方向。
附图3是设置在沉降槽23中的一个恢复元件24的例子，该恢复元件包括两个恢复板25和26。第一恢复板25在有机溶液的表面27上方延伸。为了简化附图，垂直开槽部分没有单独示出。从流动方向上看，隔板28、29位于每个恢复板的顶部后方，由设置在恢复板顶部各缝隙之间的垂直板条构成。各隔板的高度能够变化。各隔板呈面向下的梳状形式，从而它们的上边缘被固定。从恢复板到各隔板的距离是恢复板狭槽宽度的2-3倍。在各板条之间具有垂直流道，其宽度远大于板条自身的宽度。用这种方法，可使进入到沉降槽扩展部分的流体流速减慢并变得平稳，这有助于提高沉降槽的分离性能。
附图4显示了一个简化的沉降槽30，其中设置有一个恢复元件31，该恢复元件在这种情况下由四个恢复板32、33、34和35构成。隔板36和37又被设置在第一和第二恢复板的顶部后方。在该附图描述的情况下，分散流不得不流经三个恢复通道38、39和40，其中流动几乎是向上或者向下垂直的。垂直流动对于使溶液彼此分离是最好的。
附图5显示了只有一个恢复元件42的沉降槽41的例子，该恢复元件由两个恢复板43和44构成。这两个恢复板现在被以一个角度定位而不是垂直定位，但是在恢复通道45中向前移动的分散带实际上仍然在恢复板之间垂直上升。因此，恢复板能够与水平方向成50°至90°的角定位。倾斜可以象附图5中所示的那样朝向沉降槽给料端，或者朝向沉降槽的后部。附图5中所示的倾斜是比后者更好的选择。当处理不易分离的溶液时，适于使用倾斜的恢复元件。
本发明所述的恢复元件能够被用在同时具有常规桩栏的沉降槽中，并且这些桩栏可以位于沉降槽的其它部位以及给料端。
Claims (25)
1.一种与在液体-液体萃取过程的分离部分中的金属回收相关的，将由水溶液和有机溶液组成的分散物控制分离成自己的相的方法，其特征在于：从分散物中分离出的相沿着分离部分的纵轴自由地流过大部分，但通过使用至少一个设置在分离部分中的从一侧延伸至另一侧的恢复元件，使得留在已分离相之间的分散带被拦截，所述恢复元件由至少两个板状部件构成；分散物的方向在所述恢复元件之间的恢复通道中基本垂直地转向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述恢复元件的第一板状部件的上边缘延伸到有机溶液中；所述有机溶液部分流过设置在所述板状部件的顶部中的狭槽区域。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过使用恢复元件的第一板状部件而被拦截的分散流从第一板状部件的下方流入到恢复通道中。
4.根据权利要求1-3中的一些所述的方法，其特征在于：已流入到恢复元件中的分散物流过恢复元件的最后板状部件进入到恢复元件之后的分离部分中。
5.根据权利要求1-4中的一些所述的方法，其特征在于：位于分离部分中的恢复元件的数量为1至6个。
6.根据权利要求1-3中的一些所述的方法，其特征在于：恢复元件中的板状部件的数量为2至6个。
7.根据权利要求1-3中的几个所述的方法，其特征在于：被回收的金属是铜、铀、钴、镍或锌中的一种。
8.一种在金属的回收中，将由水溶液和有机溶液组成的分散物在液体-液体萃取沉降槽(1)中控制分离成自己的相的设备，包括给料端(2)、后端(3)、侧壁(4，5)和底部(6)，其特征在于：该沉降槽具有至少一个恢复元件(14，15，16)，该恢复元件从一个侧壁到另一侧壁设置，并与沉降槽的纵轴交叉，所述恢复元件包括处于不同高度的至少两个恢复板(17，18)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述恢复元件的数量为1至6个。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于：所述恢复元件中的恢复板的数量为2至6个。
11.根据权利要求8-10中的一些所述的设备，其特征在于：所述恢复元件的第一恢复板和随后的每隔一恢复板高于第二恢复板和其后的每隔一恢复板。
12.根据权利要求8-11中的一些所述的设备，其特征在于：所述第一恢复板的上边缘设置在沉降槽中的液体表面之上。
13.根据权利要求8-12中的一些所述的设备，其特征在于：所述第一恢复板的下边缘距沉降槽的底部的距离为沉降槽中的溶液的深度的12％至50％。
14.根据权利要求8-13中的一些所述的设备，其特征在于：当在正视图中观察时，所述恢复板主要为实体的。
15.根据权利要求8-14中的一些所述的设备，其特征在于：所述第一恢复板的上边缘具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
16.根据权利要求8-15中的一些所述的设备，其特征在于：所述第一恢复板和其后的每隔一恢复板的下边缘都具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
17.根据权利要求8-11或14中的一些所述的设备，其特征在于：所述第二恢复板和随后的每隔一恢复板的上边缘都具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
18.根据权利要求8-11，14或17中的一些所述的设备，其特征在于：所述第二恢复板的下边缘距沉降槽的底部的距离为沉降槽中的溶液的深度的5％至35％。
19.根据权利要求8-11，14或16-17中的一些所述的设备，其特征在于：所述第二恢复板的上边缘设置在溶液表面之下，距溶液表面的距离为沉降槽中的溶液的深度的12％至35％。
20.根据权利要求8-19中的一些所述的设备，其特征在于：所述恢复元件的恢复板位于沉降槽中，相对于水平方向成50°至90°角。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于：所述恢复板朝向沉降槽的给料端倾斜。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于：所述恢复板朝向沉降槽的后端倾斜。
23.根据权利要求8-22中的几个所述的设备，其特征在于：沿沉降槽中的流动方向观察，一包括垂直板条的隔板位于恢复元件的第一恢复板的垂直带槽的顶部的后方，其中所述垂直板条设置在所述垂直狭槽的前方。
24.根据权利要求8-23中的一些所述的设备，其特征在于：沿沉降槽中的流动方向观察，一包括垂直板条的隔板位于恢复元件的最后的恢复板的垂直带槽的顶部的后方，其中所述垂直板条设置在所述垂直狭槽的前方。
25.根据权利要求8-24中的一些所述的设备，其特征在于：所述沉降槽的给料端(2)设置有桩栏。
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