DE3138156A1

DE3138156A1 - Verfahren und vorrichtung zur auslaugung fester materialien

Info

Publication number: DE3138156A1
Application number: DE19813138156
Authority: DE
Inventors: Ingleiv 2044 Frogner Hundere; Michael Wembley Middleessex Streat; Joan Frost Oslo Urstad
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1980-09-26
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DK424881A; NO802851L; AU7565581A; JPS5787803A; GB2087257A; NO151900C; FR2491087A1; SE8105649L; NO151900B; FI812963L

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Auslaugung fester Materialien.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Auslaugung fester Materialien mittels einer Flüssigkeit, wobei die löslichen Bestandteile des Feststoffes in die flüssige Phase Übergeführt werden.

Zur Auslaugung fester Materialien mit Flüssigkeiten sind verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise kann die Auslaugung in Rührkesseln mit nachfolgender Filtration erfolgen; dieses Verfahren macht ein Zermahlen des Festgutes, das ausgelaugt werden soll, auf kleine Partikelgrößen erforderlich. Bekannt ist auch die Auslaugung im Festbett, wobei die auslaugende Flüssigkeit auf den stationären Feststoff gesprüht oder vom Boden der Einrichtung aufwärts durch das Festbett gepumpt wird; dieses Verfahren verlangt ein relativ grobkörniges Material mit vergleichsweise enger Korngrößeverteilung und ein Aussieben kleinster Partikeln des Festgutes, damit ein Zusammenbacken des Materials vermieden und eine gleichmäßige Verteilung der Auslaugeflüssigkeit erzielt wird. Schließlich ist das Auslaugen fester Materialien im Wirbelschichtbett bekannt, wobei dieses Verfahren kleine Partikelgroßen, ein sorgfältiges Sieben des niedergemahlenen Materials und ein niederes spezifisches Gewicht des Festmaterials ebenso zur Voraussetzung hat wie bestimmte Eigenschaften der auslaugenden Flüssigkeit zur Einhaltung des geforderten bzw. notwendigen Fluidisierungsgrades.

Die oben beschriebenen Verfahren beanspruchen großräumige und aufwendige Anlagen und sind oft auf spezielle Partikelgrößen und ausgewählte Festmaterialien beschränkt. Die Verfahren zur Auslaugung grobkörnigen Materials sind sehr arbeitsaufwendig, und die Verfahren zur Auslaugung feinkörnigen Materials fordern außer dem Mahlen komplizierte Filterungsprozesse. Sämtliche dieser Auslaugeverfahren arbeiten regelmäßig entweder

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im stationären Satzbetrieb oder im GIeichstrom-Fließbetrieb, d.h., daß entweder das auszulaugende Material ruht und von der Auslaugeflüssigkeit durchströmt wird oder daß sowohl das auszulaugende als auch das auslaugende Medium in gleicher Richtung fließen.

Es wurden nun ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt, die eine kontinuierliche Auslaugung wahlweise im Gegenstrom- oder im Gleichstrombetrieb ermöglichen, wobei es zusätzlich möglich ist, das auszulaugende. Material in Chargen unterschiedlicher Korngröße einzusetzen. Das Verfahren hat seine Ueberlegenheit insbesondere für die Auslaugung gröberkörnigen, z.B. grobgemahlenen Materials.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird in einer vertikalen Säule ausgeführt, wobei die Reaktionen in einer oder in mehreren Stufen der Säule stattfinden und die Stufen der Säule durch Lochplatten voneinander getrennt sind. Das auszulaugende Festmaterial wird durch den Kopf der Säule kontinuierlich oder periodisch eingegeben und sinkt innerhalb der Säule durch die Löcher der Lochplatten ohne oder mit hydraulischer Bewegung durch den Fluß der Auslaugeflüssigkeit nach unten. Das fertig ausgelaugte Festmaterial kann vom Boden der Säule ' nach vorbestimmten Zeitintervallen mittels einer Ventilanordnung, die rechnergesteuert sein kann, ausgeschleust werden. Für die Gegenstromauslaugung wird die AuslaugeflUssigkeit vom Boden her durch die Säule gepumpt und an deren Kopf ausgeleitet, für die Gleichstromauslaugung hingegen am Kopf eingepumpt und am Boden ausgelassen. In beiden Fällen bewegt sich die gesamte Auslaugeflüssigkeit durch das Festmaterial in der Säule und reagiert mit diesem bevor es ausgeleitet wird; außer der Unterteilung der Säule in einzelne Stufen, in denen sich die Auslaugung vollzieht, bewirken die Lochplatten zugleich eine Neuverteilung der Auslaugeflüssigkeit.

Zur Befreiung von Auslaugeflüssigkeit wird das ausgelaugte Festmaterial gewaschen. Entsprechende Waschstufen können in-

nerhalb der Säule in deren Bodenbereich, oder unterhalb der Säule angeordnet sein. Das ausgelaugte Festmaterial wird von der Bodenpartie der Säule beispielsweise durch hydraulischen Transport entfernt. Der Transport des Festmaterials zur weiteren Verwertung oder zur Ablagerung kann durch hydraulischen Transport in einem geschlossenen Eohrsystem erfolgen. In Fällen, in denen die Säule wenige oder nur eine einzige Stufe enthält, muß in die Säule eine Zusatzeinrichtung zur Neu- bzw. Wiederverteilung der flüssigen Phase eingebaut sein, um eine homogene Verteilung der Flüssigkeit im Festmaterial zu gewährleisten.

Die Säule kann für eine Serie von Reaktionsbedingungen und Anzahl von Stufen ausgelegt sein, und die Fließgeschwindigkeiten des Festmaterials und der Flüssigkeit können innerhalb weiter Grenzen unabhängig voneinander und je nach Bedarf eingestellt werden.

Das Festmaterial wird, wie bereits erwähnt, am Zopf der Säule, die mittels lochplatten in mehrere Stufen eingeteilt sein kann, zugeführt und wird sich periodisch oder kontinuierlich abwärts durch die Säule von Stufe zu Stufe bewegen mit definierter Verweilzeit in jeder Stufe. Die Auslaugeflüssigkeit wird, wie schon erwähnt, am Boden oder am Kopf der Säule eingepumpt und bewegt sich dementsprechend entweder aufwärts im Gegenstrom zum Festmaterial und fließt am Kopf ab oder fließt im Gleichstrom mit dem Festmaterial abwärts und verläßt die Säule am Boden. Nach definierten Zeitintervallen wird das Festmaterial in der Säule auf die nächste Stufe abwärts transportiert. Dies wird durch Oeffnen des Bodenventils und Ausschleusung einer bestimmten Menge des Festmaterials bewirkt, so daß der Rest des Festmaterials innerhalb der Säule sich dann durch die löcher der Lochplatten absetzt oder infolge gepulsten Gleichstromflusses der Auslaugeflüssigkeit transportiert wird. Die Größe der löcher der Lochplatten, die die Stufen der Säule voneinander trennen, sind so bemessen, daß der Transport des Festmaterials durch diese Löcher stattfin-

den kann. Die Anzahl und Größe der Löcher muß auf das jeweils auszulaugende Festmaterial abgestimmt sein. Die wichtigste Auf gäbe der Lochplatten besteht darin, die Auslaugeflüssigkeit für jede Stufe wieder neu und gleichmäßig zu verteilen.

Die Säule hat keine beweglichen Teile und kann auf eine Vielzahl von Bedingungen und Anforderungen hinsichtlich der Partikelgrößen und hinsichtlich der Verweilzeiten sowohl des Festmaterials als auch der Flüssigkeit eingestellt bzw. auf diese angepaßt werden. Ein Filtern des Rückstandes ist nicht nötig.

Der Rückstand in der Säule, das ausgelaugte Festmaterial, führt in seinen Poren und an seiner Oberfläche stets Auslaugeflüssigkeit mit sich, so daß er zu deren Entfernung gewaschen werden muß. Waschflüssigkeit ist gewöhnlich Wasser. Die Wäsche kann entweder als Gegenstrom- oder als Gleichstromwäsche ausgeführt werden. Hat die Auslaugeflüssigkeit ein höheres spezifisches Gewicht als die Waschflüssigkeit, ist die Gleichstromwäsche von Vorteil. Die Wäsche ist jedenfalls besonders wirksam, wenn das Flüssigkeitsprofil in der Säule scharf abwärts gerichtet ist und die Auslaugeflüssigkeit und die Waschflüssigkeit sich minimal durchmischen. Der Rückstand kann stationär gehalten werden, während die Waschflüssigkeit kontinuierlich entweder am Kopf oder am Boden der Wascheinheit zugeführt und am Boden bzw. am Kopf der Säule ausgelassen wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Auslaugung von festen Materialien mittels einer Flüssigkeit sind in drei schematischen Stoffflußbildern illustriert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Säule zur Gegenstromauslaugungund zur Gegenstromwäsche,

Fig. 2 eine Säule zur Gleichstromauslaugung ohne eine Wäsche und

Fig. 3 eine Säule zur Gegenstromauslaugung mit getrennter angeschlossener Einrichtung für eine G-leichstromwäsche.

In Fig. 1 ist die Säule 1 als Gegenstroinsäule mit sechs oberen Auslauge- und zwei unteren Waschstufen ausgelegt. Die einzelnen Stufen sind durch Lochplatten 2 bzw. 6 voneinander getrennt. Das auszulaugende Festmaterial wird am Kopf 3 &βτ Säule gegebenenfalls mittels eines Förderbandes 4 eingegeben. Die Auslaugeflüssigkeit tritt bei der Lochplatte der untersten Auslaugestufe bei 5 ein. Die breiten Pfeile geben die Fließriehtung des Festmaterials an, die schmalen Pfeile diejenige der Flüssigkeitsströme.

Dosiereinrichtungen sorgen je nach Wunsch für eine kontinuierliche oder für eine periodische Zufuhr der Stoffe, wobei die Auslaugeflüssigkeit einem "Vorratstank entnommen wird. Das Festmaterial sinkt wie erwähnt ohne oder mit hydraulischer Mitwirkung des Flüssigkeitsstromes periodisch abwärts und kann im unteren Säulenbereich schließlich einer Wäsche unterzogen werden. Hier ist die Wäsche in zwei Stufen vorgesehen, wozu die Säule sine zusätzliche lochplatte 6 unterhalb der untersten der Lochplatten 2 für die Auslaugestufen trägt. Der feste Rückstand sammelt sich im Boden 7 der Säule und wird periodisch durch eine Entnahmeeinrichtung 8 ausgeschleust und fällt in einen Sammelbehälter 9 rait einer Entnahmeeinrichtung 9a, durch die er gegebenenfalls kontinuierlich abtransportiert werden kann, beispielsweise hydraulisch. Die Waschflüssigkeit für die Wäsche des Festmaterials in den beiden Waschstufen tritt im oberen Bereich 10 des Sammelbehälters 9 ein. Die Waschflüssigkeitwird sich in diesem Falle mit der Auslaugeflüssigkeit vermischen.

Die Waschflüssigkeit kann zugleich für den hydraulischen Abtransport des festen Rückstandes aus dem Sammelbehälter 9 verwendet werden. Falls die Wasch- und die Auslaugeflüssigkeit voneinander getrennt gehalten werden sollen, kann zwischen Auslauge- und Waschstrecke ein Ventil vorgesehen sein. Die

Wäsche erfolgt dann unterhalb dieses Ventils im Gleichstrom in einem oder in mehreren Stufen. Die flüssige Phase, die die gelösten Komponenten enthält, tritt durch den Ueberlauf 11 am Kopf der Säule aus.

In Fig. 2 ist die Säule 1 als Gleichstromsäule ausgelegt. Die Auslaugeflüssigkeit tritt oberhalb der obersten der Lochplatten 2 der Auslaugestufen bei 12 ein und wird als angereicherte Mutterlauge am Boden der Säule bei 13 abgezogen. Die Säule enthält keine Waschstufen. Das. ausgelaugte Festmaterial fällt ^ in den Sammelbehälter 14, aus dem es durch die Entnahmeeinrichtung 16, z.B. durch hydraulischen Transport, entnommen werden kann, wozu die Transportflttssigkeit am Kopf des Sammelbehälters 14 bei 15 eintritt.

In Fig. 3 ist die Säule Λ als Gegenstromsäule ohne Wascheinheit ausgelegt. Jedoch ist zwischen die Auslaugesäule 1 und den Sammelbehälter 23 für das ausgelaugte Festmaterial eine Wascheinheit bzw. -säule 17 geschaltet, die eine oder mehrere Waschstufen aufweisen kann. Die Auslaugeflüssigkeit wird am Fuß der Auslaugesäule 1 bei 18 eingeleitet und tritt als angereicherte Lösung am Kopf der Säule 1 bei 19 aus. Die Waschflüssigkeit tritt bei 20 oben in die Waschsäule 17 ein und /"" verläßt diese unten bei 21. Das gewaschene ausgelaugte Festmaterial gelangt durch die Entnahmevorrichtung 22 aus der Waschsäule in den Sammelbehälter 23, aus dem es durch die Entnahmevorrichtung 24 gegebenenfalls hydraulisch abtransportiert wird.

Für das Verfahren und die Vorrichtung(en) gemäß der Erfindung werden Beispiele gegeben.

Beispiel 1

Aus Anorthit wurde Aluminium mittels wäßriger Salzsäurelösung ausgelaugt. Der Anorthit enthielt 30,9 % Al₂O₅₁ 15 % CaO, 1,1 % Fe₂O, und 0,5 % MgO; die Konzentration der Auslaugeflüssigkeit, wäßrige Salzsäure, war 7-molar. Die verwendete

Auslaugesäule wies bei einer Höhe von J m fünf Auslaugestufen auf und wurde im Gegenstrombetrieb gefahren. Der Anorthit mit einer Korngröße zwischen 0,5 und 3₅3 ^m wurde am Kopf der Säule satzweise zugeführt und durchwanderte die Säule innerhalb einer Reaktionszeit von 21 Stunden nach unten; die Reaktionszeit Je Stufe betrug 4,2 Stunden. Im Gegenstrom stieg die Säure auf und laugte das Aluminiummineral aus. Die auf 100⁰O vorerhitzte Säure wurde mit einem Durchsatz von 5 l/h im Bodenbereich der Säule eingepumpt und floß am Kopf der Säule aus. Die Fließgeschwindigkeit des Aluminiumminerals durch die Säule und dementsprechend die Verweilzeit des Minerals in der Säule richten sich nach der vom Boden der Säule zeitlich entnommenen Menge des ausgelaugten Materials. In diesem Falle betrug die Entnahme 1,5 kg/h und wurde periodisch mittels eines pneumatischen und zeitrelaisgesteuerten Muffenventils ausgeführt.

Der Rückstand wurde in dem Sammelbehälter am Boden der Säule gesammelt und, nachdem der Behälter gefüllt war, aus diesem hydraulisch abtransportiert. Das Transportmittel war in diesem Falle Wasser. Fach dem Auslaugen enthielt die Mutterlösung 36 g/l Aluminium; ihre Konzentration an HCl war 1,0 molar. Die Aluminiumausbeute betrug 90 %.

Beispiel 2

Anorthit wie in Beispiel 1 wurde mit auf 100⁰C vorerhitzter 7-molarer Salzsäure ausgelaugt, diesmal allerdings in einer Gleichstromsäule entsprechend Fig. 2. Diese Säule enthielt vier Stufen, war 2,5 m hoch und maß 0,1 m im Durchmesser. Der Anorthit und die Salzsäure wurden am Kopf der Säule kontinuierlich zugegeben und bewegten sich in der Säule im Gleichstrom abwärts. Die Verweilzeit des Anorthits betrug 27 Stunden, die der Säure 1,6 Stunden. Die Temperatur innerhalb der Säule wurde durch äußere Heizmäntel, die von siedendem Wasser durchströmt waren, aufrechterhalten. Am Kopf der Säule war ein Rückflußkühler zur Kondensation von Salzsäuredämpfen der Lauge angeschlossen. Der Boden der Säule wies eine Verengung mit seitlichem Auslaßrohr auf, das an der Innenseite ein Sieb

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trug. Durch dieses Auslaßrohr wurde die Lauge ausgelassen und in entlang der Säule aufsteigenden Rohren aufwärts geführt. Zufolge dieser Anordnung nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren wird ein vorgebbarer Flüssigkeitsstand innerhalb der Säule aufrechterhalten, d.h. die Säule kann stets mit Auslaugeflüssigkeit gefüllt gehalten werden. Die Durchsatzgeschwindigkeit und die Verweilzeit des Minerals wurden wie zu Beispiel 1 beschrieben gesteuert. Nachdem der Sammelbehälter mit dem Rückstand des ausgelaugten Minerals gefüllt war, wurde der Rückstand nach vorigem Ablassen der begleitenden Lauge hydraulisch aus dem System gepumpt.

Die Lauge enthielt 38,8 g/l Aluminium; ihre Konzentration an HCl war 0,36-molar.
Die Aluminiumausbeute betrug 82 %.

Beispiel 3

Anorthit wie in Beispiel 1 wurde in einer Säulenkombination gemäß Fig. 3 im Gegenstrom ausgelaugt und dann im Gleichstrom gewaschen. Pur die Wäsche wurde das ausgelaugte Material aus der Auslaugesäule in die Waschsäule verbracht, und zwar in einer Geschwindigkeit von 1 kg/h, bis diese gefüllt war, worauf Wasser mit einem Durchsatz von 4- l/h von oben nach unten durch die Waschsäule geleitet worden ist. Die Waschflüssigkeit, welche anfangs etwa 0,1-molar an HCl war, wurde in Kreislauf in den Prozess zurückgeleitet. Das Waschwasser enthielt geringe Mengen an Al-, Fe- und Ca-Salzen, zusammen etwa 1,5 g/l· Die Gesamtmenge an Waschwasser, die im Kreislauf geführt worden ist, betrug etwa 0,5 1 3& kg Rückstand. Nach Ablauf der Waschzeit wurde die Zufuhr der Waschflüssigkeit unterbrochen und der gewaschene Rückstand in den Sammelbehälter übergeführt.

Der gewaschene Rückstand enthielt 3,7 % Al₂O^, 64- % 2 % CaO, 0,3 % MgO und 0,65 % Fe₂O,.

*) mit 7-molarer Salzsäure

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DK.-iNG. LOTTERHOS

«000 FRANKFURT (MAIN)I

LICHTENSTEINSTHASSE3 FERNSPRECHER: (0611) S5S061 TELEGRAMME: LOMOSAPATENT LANOESZENTRALBANK 50007149 POSTSCHECK-KONTO FFM. 1667-609

FRANKFURT (MAIN), 24. Septo 1981

Elketa a/s

Middelthuns gate 27, Oslo 3, Norwegen

Patentansprüche

1) Verfahren zur kontinuierlichen Auslaugung eines festen Materials mittels einer Flüssigkeit, gegebenenfalls mit sich anschließender Wäsche des ausgelaugten Restmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaugung in einer Säule, die in eine oder bevorzugt in mehrere Stufen mit einer Lochplatte als Boden jeder Stufe gegliedert ist, ausgeführt wird, indem das am Kopf der Säule zugeführte feste Material beim Absinken zum Boden bzw. Fuß der Säule wahlweise im Gegen- oder im Gleichstrom der Flüssigkeit ausgelaugt wird.

2) Verfahren nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Absinken des festen Materials in der Säule durch die Löcher der Lochplatte(n) infolge hydraulischer Bewegung des Materials durch den gegebenenfals gepulsten Flüssigkeitsstrom gefördert bzw. bewirkt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz bzw. die Durchsatzgeschwindigkeit des festen Materials durch die Säule nach Maßgabe des vom Boden bzw» Fuß der Säule kontinuierlich oder satzweise entnommenen Restmaterials bestimmt wird.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgelaugte Restmaterial einer Wäsche in einer Säule, die in eine oder in. mehrere Stufen mit einer lochplatte als Boden jeder Stufe gegliedert ist, bei abwärts geführtem Restmaterial wahlweise im Gleich» oder im Gegenstrom der Waschflüssigkeit unterworfen tfird,

5) Verfahren nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch eine Gleichstromwäsche bei Vorliegen einer Auslaugefliissigkeit mit höherem spezifischem Gewicht als dem der Waschflüssigkeit.

6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit im Kreislauf geführt wird.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4„ dadurch gekennzeichnet, daß das Restmaterial vom Boden der (Auslaugebzw. Wasch-)Säule in einen Sammelbehälter übergeführt, bis zur Füllung des Behälters in diesem gesammelt und zum Abtransport aus dem Behälter ausgeschwemmt wird, gegebenenfalls unter Verwendung der Waschflüssigkeit.

8) Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche Ί bis 7» gekennzeichnet durch eine Auslaugesäule, gegebenenfalls eine darunter angeschlossene Waschsäule, wobei jede Säule in eine oder in mehrer© Stufen mit einer Lochplatte als Boden jeder Stufe gegliedert ist und wahlweise im Gegenoder im Gleichstrombetrieb gefahren werden kann, und einen darunter angeschlossenen Sammelbehälter für das Restmaterial.

9) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaugesäule und die Waschsäule zu einer Gesamtsäule mit einer Auslauge- und einer Wascheinheit integriert sind.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der unteren Stufen der Gesamtsäule wahlweise als Auslauge- oder als Waschstufe verwendbar ist.

11) Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauge- und die Wascheinheit gegeneinander absperrbar sind·

12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 _s dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatten zur Anpassung von Anzahl und Größe ihrer Löcher auf den Partikeldurchmesser und di© Qualität des festen Material bzw. Bestmaterials auswechs@lbar sind.

15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekenn— zeichnet durch eine Außenheizung der Auslaugesäule -einheit.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13₉ dadurch gekennzeichnet, daß flir den Gleichstrombetrieb d®r Auslaugesäule bzw. -einheit das Auslaßrohr für die beladene Auslaugeflüssigkeit nach oben geführt ist zur Aufrechterhaltung bzw« Einstellung eines vorgebbaren flüssigkeitspegel üqt Auslaugeflüssigkeit in der Auslaugesäule bzw· -einheit_β