EA022724B1

EA022724B1 - Способ и установка для создания однородного перемешивания в гидрометаллургическом процессе

Info

Publication number: EA022724B1
Application number: EA201290405A
Authority: EA
Inventors: Теему Ритасало; Юсси Ваарно; Лауно Лилья; Юхани Люра; Пертти Пеккала; Брор Нюман
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2016-02-29
Also published as: EP2509709A4; WO2011070219A8; CN102665887B; AU2010329807A8; CN102665887A; FI20100318A0; WO2011070219A1; FI20096296A; ZA201203911B; AU2010329807A1; BR112012013894A2; EA201290405A1; WO2011070218A1; FI20096296A0; PE20130300A1; FI20100318A; FI123597B; FI124092B; CL2012001477A1; EP2509709A1

Abstract

Изобретение относится к способу перемешивания одного или нескольких растворов в реакторе (3) гидрометаллургического процесса, такого как осаждение, кристаллизация или формирование суспензии при экстракции растворителем, отличающееся тем, что однородное перемешивание осуществляют путем создания по меньшей мере трех вертикальных циркулирующих потоков за счет использования установки, которая содержит реактор (3) цилиндрической формы, включающий составной смеситель (1), содержащий по меньшей мере три винтовых ротора (7), расположенных с радиальным смещением друг от друга, при помощи чего основная зона перемешивания составляет более 70% эффективного объема реактора, с целью достижения однородного малоинтенсивного перемешивания, необходимого для осаждения, кристаллизации и/или стадии смешивания при экстракции растворителем. В изобретении также раскрыта установка для осуществления предлагаемого способа.

Description

Изобретение относится к способу и установке для перемешивания одного или нескольких растворов в реакторе гидрометаллургического процесса, такого как осаждение, кристаллизация или формирование суспензии при экстракции растворителем. Установка включает реактор и расположенный в нем винтовой роторный смеситель.

Предпосылки изобретения

Недостаточно гомогенное смешивание является проблемой многих установок в гидрометаллургических процессах. В обычных установках лопастный или турбинный тип смесителя, как правило, вращается в объеме, в котором основная зона перемешивания составляет примерно 3% от общего объема используемого реактора. Это означает, что мощность вала, производимую смесителем, направляют строго на непосредственную область вокруг смесителя. В результате мощность перемешивания около вала составляет примерно несколько десятков киловатт на кубический метр, но значительно падает по направлению к краям реактора.

Винтовой смеситель разработан для обеспечения гомогенного перемешивания в реакторе, когда две жидкости нерастворимы друг в друге или когда жидкость и твердая фаза перемешиваются друг с другом. Подобные смесители описаны, например, в патентных публикациях США 5185081, 5248485, 5182087. Диаметр описываемых смесителей в установках составляет примерно 0,7 диаметра реактора. Однако, например, при экстракции растворителем при обработке растворов с низкой упругостью поверхности раздела мощность перемешивания, достигаемая этим видом смесителя, также может быть слишком высокой.

Когда осаждение твердой фазы или кристаллизацию соли выполняют с помощью смесителя, в котором мощность перемешивания высока, то формируются очень тонкодисперсные осадки или очень мелкие кристаллы.

Малые размеры осадка или кристаллов не дают возможности для дальнейшего увеличения осадка или кристалла, но напротив, продукт может стать проблематичным вследствие его мелкодисперсности. Высокая интенсивность перемешивания может также вызывать механический износ на уже сформировавшихся осадках или кристаллах, в результате чего кристаллы снова измельчаются.

Цель изобретения

Целью способа и установки согласно изобретению является достижение более однородного перемешивания, чем достигнуто ранее в связи с различными гидрометаллургическими процессами, в том числе во время осаждения или кристаллизации или в смешивающей секции при экстракции растворителем. Целью изобретения является уменьшение общей мощности, требуемой на различных стадиях процесса, и несмотря на это достижение более гомогенного, чем ранее, перемешивания в пространстве реактора. Когда перемешивание является однородным по всему объему реактора, то не образуется ни локальных точек с повышенной мощностью, ни практически мертвых участков.

Сущность изобретения

Изобретение относится к способу перемешивания одного или нескольких растворов в реакторе гидрометаллургического процесса, такого как осаждение, кристаллизация или формирование суспензии при экстракции растворителем, отличающееся тем, что однородное перемешивание осуществляют путем создания по меньшей мере трех вертикальных циркулирующих потоков за счет использования установки, которая содержит реактор цилиндрической формы, включающий составной смеситель, содержащий по меньшей мере три винтовых ротора, расположенных с радиальным смещением друг от друга, при помощи чего основная зона перемешивания составляет более 70% эффективного объема реактора, с целью достижения однородного малоинтенсивного перемешивания, необходимого для осаждения, кристаллизации и/или стадии смешивания при экстракции растворителем.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения основная зона перемешивания составляет более 80% эффективного объема реактора.

В соответствии со способом согласно изобретению основная зона перемешивания состоит из области внутри сферы действия каждого винтового ротора, а также области вне каждого винтового ротора размером примерно с поперечное сечение винтового ротора, и высота зоны первичного перемешивания в отношении поднятия по меньшей мере равна высоте винтовому ротору.

Типичным для способа согласно изобретению является то, что основные зоны перемешивания винтовых роторов сливаются друг с другом снаружи винтовых роторов.

В соответствии с одним из воплощений изобретения при осаждении и/или кристаллизации с целью флоккуляции взвешенных частиц используют хлопьеобразующий агент.

Изобретение также относится к установке для осуществления предлагаемого заявителем способа перемешивания одного или нескольких растворов в реакторе гидрометаллургического процесса. Предлагаемая установка включает реактор, который состоит из основания, цилиндрической стенки, поднимающейся вверх от основания, и смесителя, расположенного в реакторе, отличающаяся тем, что смеситель является составным винтовым роторным смесителем, включающим по меньшей мере три винтовых ротора, расположенных с радиальным смещением друг от друга, причем винтовой роторный смеситель выполнен с возможностью проведения перемешивания при вертикально циркулирующем потоке, обес- 1 022724 печивающем однородную малую интенсивность перемешивания, при котором основная зона перемешивания составляет более 70% эффективного объема реактора.

Для установки согласно изобретению типичным является то, что она включает силовую установку для приведения во вращение винтовых роторов и несколько продолговатых вертикальных перегородок, выступающих от стенки реактора и расположенных вблизи каждого винтового ротора, дальше по потоку по отношению к направлению его вращения.

Согласно одному из воплощений установки каждый винтовой ротор содержит вал с вертикальным вращением, который соединен с силовой установкой, и два или три винтовых элемента, которые закреплены на валу вращения поддерживающими кронштейнами на одном и том же радиальном расстоянии от вала ротора.

В одной конфигурации установки настоящего изобретения винтовой элемент имеет круглое поперечное сечение.

В другой конфигурации установки винтовой элемент имеет овальное поперечное сечение.

В соответствии с одной из конфигураций установки перегородки расположены под углом 5-15° градусов к радиусу реактора. Предпочтительно перегородки расположены поблизости от каждого винтового ротора по ходу их вращения.

В соответствии с одной из конфигураций установки, когда число винтовых роторов равно трем, их диаметр составляет по меньшей мере 0,33 диаметра реактора.

В соответствии с другой конфигурацией установки, когда число винтовых роторов равно пяти, их диаметр составляет по меньшей мере 0,23 диаметра реактора, при этом один винтовой ротор расположен в центре реактора, а четыре остальных - симметрично вокруг центрального винтового ротора.

Согласно еще одному воплощению установки, когда число винтовых роторов равно пяти, то один винтовой ротор расположен в центре реактора, а четыре остальных симметрично вокруг центрального винтового ротора, при этом диаметр центрального ротора больше, чем у других роторов вокруг него.

Типично для установки согласно изобретению, если валы вращения винтовых роторов размещены в реакторе с радиальным смещением по отношению к центральной вертикальной оси реактора.

Согласно одному из воплощений установки все винтовые роторы вращаются в одном направлении, и направление вращения винтовых элементов вокруг вала является таким же, как направление вращения винтового ротора.

Согласно одному из воплощений установки все винтовые роторы вращаются в одном направлении, и направление вращения винтовых элементов вокруг вала отличается от направления вращения винтового ротора.

В соответствии с третьей конфигурацией установки настоящего изобретения центральный винтовой ротор вращается в другом направлении, чем винтовые роторы, окружающие его.

Список чертежей

Фиг. 1 представляет одну из конфигураций винтового роторного смесителя настоящего изобретения;

фиг. 2 - сечение П-П смесителя на фиг. 1;

фиг. 3 - сечение, соответствующее фиг. 2, другой конфигурации винтового ротора.

Подробное описание изобретения

Гомогенное перемешивание с малой интенсивностью перемешивания согласно изобретению, которое тем не менее распространяется по всему объему реактора, достигают посредством винтового роторного смесителя, который состоит по меньшей мере из трех отдельных винтовых роторов. Смеситель расположен в реакторе, который, в общем, представляет собой по форме вертикальный цилиндр. Кристаллизирующийся раствор, жидкость, содержащую твердую фазу или две нерастворимые друг в друге жидкости перемешивают в кристаллизаторе для того, чтобы осуществить кристаллизацию, осаждение или суспендирование при экстракции растворителем. Основная зона смешивания винтового роторного смесителя охватывает более 70%, предпочтительно более 80% эффективного объема реактора. Эффективный объем реактора - это объем между дном реактора и поверхностью жидкости. В случае винтовых роторов основная зона смешивания состоит из области внутри винтовых роторов и области снаружи, примерно равной по размерам области поперечного сечения винтового ротора. В отношении подъема высота основной зоны смешивания по меньшей мере равна высоте винтового ротора. Безусловно, смешивание происходит и вне основной зоны смешивания, несмотря на то что интенсивность перемешивания меньше.

Отдельные винтовые роторы винтового роторного смесителя группируются таким образом, что их основные зоны смешивания сливаются друг с другом снаружи винтовых роторов. Когда винтовой ротор осуществляет закачку вверх, это означает, что в данном случае формируется структура потока, в котором направление потока внутри ротора направлено вниз, а снаружи ротора - вверх. Потоки, которые выходят изнутри винтовых роторов, поворачивают наклонно вверх снаружи винтовых роторов и взаимодействуют друг с другом, так что они сливаются друг с другом в пространстве между винтовыми роторами. Скорость работы винтовых роторов подбирают таким образом, чтобы препятствовать образованию турбулентности в пространстве между винтовыми роторами, но в то же время требуемые эффекты осуществ- 2 022724 ляют путем ламинарного смешивания. Когда энергию перемешивания делят подобным образом, для ее однородного распределения по всему объему реактора, мы можем отметить, что такое решение позволяет уменьшить общее потребление энергии, расходуемой при перемешивании. При таком решении могут быть исключены возникающие локально мощные перемешивающие силы, и перемешивание с низкой интенсивностью может быть распростанено на все сечение реактора.

Одна установка согласно изобретению, состоящая из реактора и смесителя с тремя отдельными винтовыми роторами, описана более детально на фиг. 1 и 2. На чертежах показана в качестве примера одна конфигурация, где винтовой роторный смеситель 1 включает три винтовых ротора 7. Винтовой роторный смеситель 1 состоит из реактора 3, внутренняя часть которого ограничена сбоку цилиндрической стенкой 5 и снизу основанием 6. Винтовые роторы 7 установлены во внутренней части 4 с радиальным смещением друг от друга в виде треугольной структуры, как показано на фиг. 2. Каждый винтовой ротор 7 приводят во вращение силовой установкой 8. Несколько продолговатых вертикальных перегородок 9 выступают от стенки 5 реактора 3. Каждый винтовой ротор 7 включает вертикально вращающийся вал 10, который соединен с силовой установкой 8, и два одинаковых винтовых элемента 11, которые имеют круглое сечение и прикреплены к вращающемуся валу 10 поддерживающими кронштейнами 12 симметрично и противоположно относительно друг друга на одном и том же радиальном расстоянии от вала. Обрабатываемый раствор или растворы можно вводить в реактор в требуемых точках, и результат запущенных реакций извлекают из требуемых точек реактора (не показано детально на чертеже).

В решении, представленном на фиг. 1, диаметр винтовых роторов составляет по меньшей мере 0,33 диаметра реактора, предпочтительно примерно 0,35 диаметра реактора. Все винтовые роторы предпочтительно вращаются в одном направлении, как при закачке вверх, так и при закачке вниз, и в этом случае направление вращения винтовых трубок вокруг вала совпадает с направлением вращения. Поэтому винтовые роторы вращают либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. В большинстве случаев более выгодно использовать закачку при смешивании, направленную вверх, с тем результатом, что снаружи винтовых роторов образуется сильная зона с потоком, направленным вверх в каждой точке после перегородок. Восходящие зоны сливаются друг с другом описанным выше способом и интенсифицируют перемешивание. Восходящие зоны можно дополнительно увеличить, если расположить перегородки ближе к винтовым роторам.

Выгодно располагать перегородки 9 на расстоянии 0,04-0,08 диаметра реактора от стенки реактора, и их ширина предпочтительно составляет 0,1-0,13 диаметра реактора. Обычно перегородки согласно изобретению устанавливают не радиально, а под углом 5-15° к радиусу. Перегородки располагают поблизости и далее по потоку от каждого винтового ротора, как показано на фиг. 2. В этом случае достигается усиливающий эффект по равномерному перемешиванию во всем объеме реактора.

Посредством трех винтовых роторов и трех перегородок, описанных выше, получают установку, обеспечивающую смешивание с вертикально циркулирующим потоком, в соответствии с чем основная зона смешивания составляет более 80% эффективного объема реактора. Основная зона смешивания каждого винтового ротора показана прерывистой линией на фиг. 2. Это позволяет осуществлять гомогенное малоинтенсивное перемешивание, требуемое для осаждения, кристаллизации и/или стадии смешивания при экстракции растворителем. На распределение можно влиять посредством размера и расположения смесителя и посредством размера, расположения и ориентации перегородок. Когда обеспечивают таким путем достаточно однородную интенсивность перемешивания должным образом по всему объему реактора, мощность двигателя можно уменьшить. В зависимости от требований к смешиванию интенсивность перемешивания может быть установлена на уровне 0,05-1,5 кВт/м³. Преимущество установки согласно изобретению состоит в том, что более не требуется сильное локализованное перемешивание благодаря гомогенному перемешиванию, охватывающему весь объем реактора.

Фиг. 3 является иллюстрацией другого смесителя согласно изобретению, в котором имеется пять винтовых роторов 7. Один из винтовых роторов расположен в центре реактора, а четыре других - симметрично вокруг центрального винтового ротора по окружности реактора. Диаметр винтовых роторов составляет по меньшей мере 0,23, предпочтительнее 0,25-0,3 диаметра реактора. Четыре перегородки 9 расположены вблизи винтовых роторов по окружности по такому же принципу, как описано в связи с фиг. 1 и 2. Установка, изображенная на фиг. 3, может достичь такого состояния, что 85% смешивания осуществляют в основной зоне смешивания.

Структурную конфигурацию в соответствии с фиг. 3 можно изменить дополнительно таким образом, чтобы диаметр винтового ротора, находящегося в центральной части реактора, был больше, чем диаметр винтовых роторов, расположенных по окружности реактора. В этом случае направление вращения винтового ротора, находящегося в центральной части реактора, можно выбрать так, чтобы оно отличалось от направления вращения винтовых роторов, расположенных по окружности.

Примеры, приведенные выше, описывают винтовой ротор с двумя винтовыми элементами лишь в качестве примера. Винтовой ротор может иметь два или три винтовых элемента, что зависит от требований по применению. Три винтовых элемента в одном роторе делают ротор конструктивно более крепким и позволяют достигать более равномерного распределения перемешивающей силы по сравнению с двумя винтовыми элементами. Что касается винтового элемента, то он может иметь другое поперечное сечение,

- 3 022724 а не только круг. Круглый стержень может также быть сплющенным, так чтобы профиль винтового элемента имел овальную форму.

Как упоминалось выше, свойства взвешенных частиц, которые осаждаются или кристаллизуются, могут быть улучшены посредством гомогенного смешивания. Рост размеров частиц во время осаждения и кристаллизации твердых веществ можно контролировать лучше, чем в установке, где происходит мощное, ограниченное в пространстве основное смешивание. В дополнение к выбранному оборудованию для содействия флокуляции твердых веществ можно также использовать хлопьеобразующий агент. Примером этого является тот факт, что использование винтового роторного смесителя согласно изобретению, состоящего из трех винтовых роторов, при содействии хлопьеобразующего агента в питающем резервуаре сгустителя приводило к снижению содержания взвешенных частиц в перетоке сгустителя со значения 50 до 15 мг/л.

Способ и установка настоящего изобретения особенно выгодны, когда диаметр реактора является большим порядка десятка метров.

Изобретение не ограничено конфигурациями, рассмотренными выше в качестве примеров, возможно множество модификаций, которые остаются в рамках замысла изобретения, описанного в формуле.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ перемешивания одного или нескольких растворов в реакторе (3) гидрометаллургического процесса, такого как осаждение, кристаллизация или формирование суспензии при экстракции растворителем, отличающийся тем, что однородное перемешивание осуществляют путем создания по меньшей мере трех вертикальных циркулирующих потоков за счет использования установки, которая содержит реактор (3) цилиндрической формы, включающий составной смеситель (1), содержащий по меньшей мере три винтовых ротора (7), расположенных с радиальным смещением друг от друга, при помощи чего основная зона перемешивания составляет более 70% эффективного объема реактора, с целью достижения однородного малоинтенсивного перемешивания, необходимого для осаждения, кристаллизации и/или стадии смешивания при экстракции растворителем.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основная зона перемешивания составляет более 80% эффективного объема реактора.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основная зона перемешивания включает область, находящуюся внутри каждого винтового ротора (7), и область снаружи каждого винтового ротора (7), примерно равную по размерам области поперечного сечения винтового ротора, и в отношении подъема высота основной зоны перемешивания при подъеме по меньшей мере равна высоте винтового ротора (7).
4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что основные зоны перемешивания винтовых роторов (7) сливаются друг с другом снаружи винтовых роторов.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для содействия флокуляции твердых веществ при осаждении и/или кристаллизации используют хлопьеобразующий агент.
6. Установка для осуществления способа по п.1, включающая реактор (3), который состоит из основания (6), цилиндрической стенки (5), поднимающейся вверх от основания, и смесителя (1), расположенного в реакторе (3), отличающаяся тем, что смеситель (1) является составным винтовым роторным смесителем, включающим по меньшей мере три винтовых ротора (7), расположенных с радиальным смещением друг от друга, причем винтовой роторный смеситель выполнен с возможностью проведения перемешивания при вертикально циркулирующем потоке, обеспечивающем однородную малую интенсивность перемешивания, при котором основная зона перемешивания составляет более 70% эффективного объема реактора.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что реактор содержит силовую установку (8) для приведения винтовых роторов (7) во вращение и несколько продолговатых перегородок (9), выступающих от стенки реактора и расположенных вблизи каждого винтового ротора (7), дальше по потоку по отношению к направлению его вращения.
8. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что каждый винтовой ротор (7) включает вал (10) с вертикальным вращением, который соединен с силовой установкой (8), и два или три винтовых элемента (11), закрепленных на валу (10) вращения поддерживающими кронштейнами (12) на одном и том же радиальном расстоянии от вала (10) ротора.
9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что винтовой элемент (11) имеет круглое поперечное сечение.
10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что винтовой элемент (11) имеет овальное поперечное сечение.
11. Установка по п.8, отличающаяся тем, что перегородки (9) расположены под углом 5-15° к радиусу реактора.
12. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в случае, когда число винтовых роторов (7) равно трем, их диаметр, по меньшей мере, равен 0,33 диаметра реактора.
13. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в случае, когда число винтовых роторов (7) равно пя- 4 022724 ти, их диаметр, по меньшей мере, равен 0,23 диаметра реактора, при этом один винтовой ротор расположен в центре реактора, а другие четыре - симметрично вокруг центрального винтового ротора.
14. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в случае, когда число винтовых роторов (7) равно пяти, один винтовой ротор расположен в центре, а другие четыре - симметрично вокруг центрального винтового ротора, при этом диаметр центрального винтового ротора больше, чем диаметр роторов, которые его окружают.
15. Установка по п.8, отличающаяся тем, что валы (10) вращения винтовых роторов (7) установлены в реакторе с радиальным смещением по отношению к центральной вертикальной оси реактора (3).
16. Установка по п.8, отличающаяся тем, что все винтовые роторы (7) вращаются в одном и том же направлении, и направление вращения винтовых элементов (11) вокруг вала (10) является таким же, как и направление вращения винтового ротора.
17. Установка по п.8, отличающаяся тем, что все винтовые роторы (7) вращаются в одном и том же направлении, и направление вращения винтовых элементов (11) вокруг вала (10) отличается от направления вращения винтового ротора.
18. Установка по п.13 или 14, отличающаяся тем, что центральный винтовой ротор и винтовые роторы, которые его окружают, вращаются в разных направлениях.