FI122642B

FI122642B - Laite ja menetelmä kahden liuoksen dispergoimiseksi toisiinsa neste-nesteuutossa

Info

Publication number: FI122642B
Application number: FI20100317A
Authority: FI
Inventors: Bror Nyman; Stig-Erik Hultholm; Launo Leo Lilja; Eero Ekman
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-04-30
Also published as: EP2616171A1; AU2011303799A1; CN103108691A; FI20100317A0; US9352290B2; CA2810495C; BR112013006210A2; CL2013000708A1; EP2616171A4; EA201390307A1; PE20131357A1; CA2810495A1; CN103108691B; ZA201301769B; US20130176815A1; WO2012035207A1; EA025543B1; AU2011303799B2; FI20100317L

Description

LAITE JA MENETELMÄ KAHDEN LIUOKSEN DISPERGOIMISEKSI TOISIINSA NESTE-NESTEUUTOSSA

KEKSINNÖN ALA

5 Keksintö kohdistuu laitteeseen ja menetelmään, jonka avulla kaksi toisiinsa liukenematonta tai niukkaliukoista liuosta sekoitetaan keskenään dispersioksi. Sekoituslaite muodostuu vähintään kolmesta akselia kiertävästä ja siihen tuetusta kierukkatangosta, jolloin akselin ja kierukkatankojen väliset tukirakenteet on asetettu olennaisesti vaakasuoraan asentoon. Laite ja menetel-10 mä soveltuvat erityisesti metallien hydrometallurgisessa talteenotossa käytettävän neste-nesteuuton liuosten sekoittamiseen dispersion muodostamiseksi.

KEKSINNÖN TAUSTA

15 Metallien hydrometallurgisessa talteenotossa käytettävässä neste-neste-uuttomenetelmässä sekoitetaan ensin sekoitusvaiheessa kahta toisiinsa liukenematonta tai niukkaliukoista liuosta toisiinsa dispersion muodostamiseksi. Tämän jälkeen dispersio johdetaan laskeutusosaan, jossa dispersio virtaa yleensä vaakasuoraan ja tarkoituksena on erottaa dispersio jälleen 20 kahdeksi puhtaaksi, päällekkäin olevaksi kerrokseksi. Varsinaisessa uutto-vaiheessa vesiliuos sisältää yhden tai useamman arvometallin ja epäpuhtauksia, ja tarkoitus on uuttovaiheen aikana saada aikaan aineensiirto eli o siirtää yksi tai useampia haluttuja arvometalleja orgaaniseen uuttoliuokseen o epäpuhtauksien jäädessä vesiliuokseen. Takaisinuuttovaiheessa orgaaninen

CD

9 25 uuttoliuos saatetaan kontaktiin toisen vesiliuoksen kanssa ja tarkoitus on co -1- saada aikaan päinvastainen aineensiirto eli siirtää yksi tai useampi arvo-

X

£ metalli orgaanisesta uuttoliuoksesta vesiliuokseen, joka tämän jälkeen useimmiten johdetaan metallin elektrolyyttiseen talteenottoon.

cö o o ^ 30 Vesiliuoksen ja orgaanisen uuttoliuoksen sekoittamiseksi toisiinsa uutto- kennon sekoitusosassa käytetään usein radiaaliturbiinia. Toinen ennestään tunnettu uuttokennon sekoitustilan sekoitintyyppi on kierukkaputkista ja 2 niiden tukivarsista muodostuva sekoitin, jota on kuvattu esimerkiksi US patenttijulkaisussa 5,185,081. Tämä sekoitin muodostuu kahdesta ylöspäin nousevasta kierukkaputkesta ja putket sekoittimen akseliin kiinnittävistä tukivarsista. Kierukkaputket tekevät noin kaksi kierrosta akselin ympärillä. 5 Julkaisun kuvien perusteella voidaan päätellä, että putkien nousukulma (pitch angle) on luokkaa 10 astetta. Suorat tukivarret ovat oleellinen osa sekoitinta. Alimmat tukivarret ovat vaakasuorassa, keskimmäiset nousevat kohti akselia noin 30° kulmassa ja ylimmät laskevat kohti akselia 30° kulmassa. Sekoitin voi myös muodostua kahdesta rinnakkain olevasta 10 spiraaliputkiparista.

Kyseisen sekoittimen avulla saadaan aikaan liuosten pystykierto ja tukivarret, erityisesti ylimmät tukivarret, saavat aikaan liuosten säteensuuntaista sekoittumista. Sekoittimeen kuuluu myös sen yläosaan, akselin ympärille 15 sijoitettu virtauskääntäjä ja sen avulla liuosten suunta käännetään sekoitus-tilan keskiosassa alaspäin. Sekoittimelle on myös tyypillistä, että sen halkaisija on 0,5 - 0,75 kertaa sekoitustilan halkaisija ja korkeus 0,6 - 0,9 kertaa sekoitustilan tehollinen korkeus. Sekoitin on tyypiltään nostava. Sekoitustilaan muodostuu tällöin sekoitustilan reunoilla ylöspäin nouseva 20 virtaus, joka tilan yläosassa käännetään sekoittimen avulla alaspäin kohti sekoitustilan pohjaosaa. Pystykierron käyttö ja ylläpito tasoittaa sekoitusosan sekoitusintensiteettiä. Sekoittimen tukivarret saavat varsinkin sekoitustilan o yläosassa aikaan pisarakokojakauman, joka ei ole neste-nesteuuton o ™ dispersiota muodostettaessa edullisin, vaikkakin se on huomattavasti parem- σ> 9 25 pi kuin turbiinilla tai lapasekoittimella aikaansaatu.

CD

| KEKSINNÖN TARKOITUS

Tekniikan tasossa kuvattuun spiraalisekoittimeen liittyy olennaisena osana cö g tukivarret, jotka aikaansaavat liuosten säteensuuntaista sekoittumista. Pysty- g 30 kierron lisäksi tapahtuva säteensuuntainen ja voimakkaammin pyörteinen sekoitus vaatii oman tehonsa, joten sekoittimen teholuku ei ole ollut ideaalinen. Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite ja mene- 3 telmä kahden toisiinsa niukka-liukoisen nesteen sekoittamiseksi dispersioksi metallien hydrometallurgiseen talteenottoon liittyvässä neste-nesteuutossa, ja laitteen ja menetelmän avulla pystykiertovirtausta sekoitustilassa on voitu tehostaa tekniikan tason mukaiseen sekoittimeen nähden.

5

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksintö kohdistuu sekoitinlaitteeseen metallien hydrometallurgisessa talteenotossa käytettävän neste-nesteuuton kahden liuoksen sekoittamiseksi uuttokennon sekoitustilassa eli mikserissä. Sekoitinlaite muodostuu vähin-10 tään kolmesta akselin alaosaan tuetusta ja alaosasta ylöspäin nousevasta kierukkatangosta, jolloin kierukkatangot on kiinnitetty akseliin vaakatasoon asetettujen tukirenkaiden ja vaakatasossa olevien kaarevien tukipuolien välityksellä.

15 Laitteen erään suoritusmuodon mukaan kierukkatankojen nousukulma vaakatasoon nähden on 10 - 30°. Kierukkatangot nousevat akselin ympärillä edullisesti 1,2-3 kierrosta. Kierukkatankojen, tukirenkaiden ja tukipuolien poikkileikkaus on olennaisesti ympyrämäinen.

20 Laitteen erään suoritusmuodon mukaan tukirenkaiden ulkopinnan ja kierukkatankojen sisäpinnan välillä on kiinteä liitos.

o Laitteen erään suoritusmuodon mukaan tukipuolat on ensimmäisestä päästä

O

«m kiinnitetty akseliin ja toisesta päästä tukirenkaaseen. Tukirenkaiden määrä

CD

9 25 on 3-6 kappaletta, jolloin kierukkatankojen alapää on tuettu alimpaan tukiren- co kaaseen ja kierukkatankojen yläpää ylimpään tukirenkaaseen. Sekoitin-£ laitteen keskiosan tukirenkaiden lukumäärä on 1 - 4 ja niiden sijainti ^ korkeussuunnassa on muutettavissa.

cö o o ^ 30 Laitteen erään suoritusmuodon mukaan sekoitinlaitteen halkaisijan suhde sekoitustilan halkaisijaan on luokkaa 0,7 - 0,77. Sekoitinlaitteen korkeuden suhde sen halkaisijaan on edullisesti luokkaa 1,2-4.

4

Laitteen erään suoritusmuodon mukaan kierukkatankojen halkaisija on 0,03 - 0,07 kertaa sekoitinlaitteen halkaisija.

5

Laitteen erään suoritusmuodon mukaan tukipuolat on kiinnitetty akseliin suoraan tai akselin tukirakenteen välityksellä. Akselin tukirakenne muodostuu lieriöosasta, johon tukipuolat kiinnitetään ja lieriöosan alapuolelle liitetystä alakartiosta ja yläpuolelle liitetystä yläkartiosta. Tukipuolat on 10 ensimmäisestä päästä kiinnitetty akseliin tai sen tukirakenteeseen kulmassa 30 - 60° ja toisesta päästä tukirenkaaseen kulmassa 15 - 30°.

Laitteen erään suoritusmuodon mukaan ylimmän tukirenkaan tukipuolien kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan vastaiseksi.

15

Laitteen erään sovelluksen mukaan ainakin alimman tukirenkaan tukipuolien kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan mukaiseksi.

Laitteen erään suoritusmuodon mukaan sekoitinlaitteen keskiosan 20 tukirenkaiden tukipuolien kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan mukaiseksi.

o Keksintö kohdistuu myös menetelmään metallien hydrometallurgisessa δ ^ talteenotossa käytettävän neste-nesteuuton kahden liuoksen sekoittamiseksi σ> 9 25 uuttokennon sekoitustilassa, jolloin orgaaninen uuttoliuos ja vesiliuos

CO

sekoitetaan toisiinsa vähintään kolmesta, akselin ympärille sijoitetusta ja

X

£ akseliin tuetusta kierukkatangosta muodostetun sekoitinlaitteen avulla.

Sekoitinlaite aikaansaa pystykierron, jossa muodostuu sekoitustilan reunoilta δ § ylöspäin nouseva pystyvirtaus ja sekoitinlaitteen halkaisijan sisäpuolisessa ^ 30 tilassa alaspäin suuntautuva virtaus ja jossa radiaaliset virtaukset on minimoitu sijoittamalla kaikki kierukkatankojen ja akselin väliset tukielimet vaakatasoon.

5

Menetelmän erään suoritusmuodon mukaan liuokset sekoitetaan toisiinsa sekoitustilassa, jossa sekoitustilan korkeuden suhde halkaisijaan on 1,2 - 4.

5 Menetelmän erään sovelluksen mukaisesti pystykierron virtausnopeus on noin puolet sekoitinlaitteen kierrosnopeudesta eli luokkaa 0,7 -1,7 m/s.

Menetelmän erään suoritusmuodon mukaan kierukkatankojen ja akselin väliset tukielimet muodostuvat tukirenkaista ja tukipuolista, jolloin 10 tukirenkaiden määrä on 3-6 kappaletta muodostuen alimmasta tukirenkaasta, ylimmästä tukirenkaasta ja ainakin yhdestä keskiosan tukirenkaasta, jonka sijainti korkeussuunnassa on muutettavissa.

Menetelmän erään suoritusmuodon mukaan muodostetaan dispersio, jossa 15 orgaaninen uuttoliuos on jatkuvana, jolloin sekoitinlaitteen keskiosan tukirengas asetetaan sekoitinlaitteen korkeussuunnassa katsottuna keskiosaa ylemmäksi.

Menetelmän erään toisen suoritusmuodon mukaan muodostetaan dispersio, 20 jossa vesiliuos on jatkuvana O/A- suhteen ollessa yli 1, jolloin sekoitinlaitteen keskiosan tukirengas asetetaan sekoitinlaitteen korkeussuunnassa katsottuna keskiosaa alemmaksi.

o

oj KUVALUETTELO

σ> o 25 Kuva 1A on sivukuvanto tekniikan tason mukaisesta sekoittimesta,

CD

Kuva 1B esittää tekniikan tason mukaista sekoitinta kolmiulotteisena £ kuvantona, ^ Kuva 2A on sivukuvanto eräästä keksinnön mukaisesta sekoittimesta, 00 g Kuva 2B esittää kuvan 2A sekoitinta päältä katsottuna, o 30 Kuva 2C esittää kuvan 2A mukaista sekoitinta kolmiulotteisena kuvantona,

Kuva 2D esittää kuvan 2A mukaista sekoitinta sijoitettuna neste-nesteuuton sekoitustilaan, 6

Kuva 3 on sivukuvanto eräästä toisesta keksinnön mukaisesta sovelluksesta, Kuva 4 on sivukuvanto eräästä kolmannesta keksinnön mukaisesta sovelluksesta,

Kuva 5A on sivukuvanto eräästä neljännestä keksinnön mukaisesta 5 sovelluksesta,

Kuva 5B esittää kuvan 5A mukaista sekoitinta kolmiulotteisena kuvantona, Kuva 6 on sivukuvanto eräästä viidennestä keksinnön mukaisesta sovelluksesta,

Kuva 7 esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona tekniikan 10 tason mukaisella sekoittimella,

Kuva 8 esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona keksinnön mukaisella sekoittimella, ja

Kuva 9 esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona eräällä toisella keksinnön mukaisella sekoittimella.

15

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Metallien hydrometallurgisen talteenottoon liittyvän neste-nesteuuton sekoitustilassa eli mikserissä tapahtuva uuton kahden liuoksen sekoitus dispersioksi on yksi uuton onnistumisen kannalta merkittävä tekijä. Eräs 20 sekoituksen olennainen ongelma on liian tehokas sekoitus, jonka seurauksena liuokset pisaroituvat emulsioksi, jonka pisarakoko on niin pieni, että liuosten erottuminen toisistaan uuton laskeutusosassa eli settlerissä ei ° onnistu tai vie kohtuuttomasti aikaa.

δ

(M

O) 9 25 Tämän keksinnön mukaisesti on nyt kehitetty neste-nesteuuton sekoitus ko tilassa käytettävä laite ja menetelmä, joka perustuu puhtaasti liuosten

X

£ pystykiertoon ja liuosten säteensuuntaiset liikeradat sekoitustilan keski- osassa on pyritty minimoimaan. Siten sekoitustilan sekoitusintensiteetti on

CO

§ saatu hyvin yhtenäiseksi ja alhaiseksi koko sekoitustilassa, koska ei enää ^ 30 pyritä synnyttämään paikallisia pyörteitä. Sekoitinlaitteen ja menetelmän avulla voidaan säätää dispersion pisarakokojakauma sekä aineensiirto-tapahtuman että liuosten erottumisen kannalta mahdollisimman edulliselle 7 alueelle. Yhtenäinen sekoitus myös pienentää uuttosakkojen (crud) muodostumista. Koska sekoitus on hyvin yhtenäistä ilman paikallisia pyörteitä, sekoi-tinlaitetta voidaan käyttää yhä suurempien uuttokennojen sekoitustilan sekoittimena. Teknillisesti on edullista lisätä sekoitustilan korkeutta suhtees-5 sa sen halkaisijaan ja keksinnön mukainen sekoitin voidaan sopeuttaa näihin mittoihin. Tasakokoisen dispersion muodostumiselle on myös edullista, että voidaan toimia alhaisella sekoittimen kierrosnopeudella eli korkeintaan 4 m/s ja silti saavuttaa melko suuri pystykierron virtausnopeus, joka on noin puolet sekoittimen kierrosnopeudesta eli luokkaa 0,7 - 1,7 m/s.

10

Yhtenäisen sekoituksen etuna on, että tämä pystytään toteuttamaan alhaisemmalla sekoitusteholla kuin tekniikan tason mukainen sekoitus, jossa osa sekoittimen tehosta käytetään säteensuuntaiseen sekoitukseen. Tästä on seurauksena, että kehitetyn sekoittimen teholuku on alhaisempi kuin 15 tekniikan tason mukaisella sekoittimella. Kehitetyn sekoittimen etuna voidaan myös mainita, että sen avulla on mahdollista muodostaa hyvä dispersio neste-nesteuuton kahdesta liuoksesta myös sellaisessa sekoitustilassa, jonka muoto selvästi poikkeaa tekniikan tasossa esitetystä. Tekniikan tason mukaisessa ratkaisussa sekoitustilan korkeus on suurin piirtein sama kuin 20 sen halkaisija, mutta keksinnön mukaisella sekoitinlaitteella on mahdollista saada aikaan hyvä dispersio myös sekoitustilassa, jossa korkeuden suhde halkaisijaan on luokkaa 1,2 - 4 ja vastaavasti sekoittimen korkeuden suhde o sen halkaisijaan on samaa luokkaa.

δ cv

CD

9 25 Mitä alhaisempi neste-nestesysteemin rajapintajännitys on, sitä alhaisem- co maila turbulenssiasteella liuokset dispergoituvat. Jos takaisinuutto tapahtuu

X

£ emäksisellä alueella, käytettävä sekoitusintensiteetti tulee olla hyvin alhai- nen, ettei syntyisi pysyviä emulsioita. Neste-nesteuuton liuosten likaantumien g nen aiheuttaa sen, että sekoitettaessa dispersion pisarakoko helposti g 30 tekniikan tason mukaisella sekoitusintensiteetillä muodostuu liuosten erottumisen kannalta liian pieneksi.

8

Ennestään tunnetaan, että sekoittimen akseliteho lasketaan seuraavan kaavan mukaan:

Pshaft = Ψ Np p Nm D5, jolloin 5 Pshaft = akseliteho [W] Ψ = teholuvun korjauskerroin [-], huomioi esimerkiksi sekoittimen sijainnin muutoksen

Np = teholuku (ominainen sekoittimelle) [-] p = sekoitettavan väliaineen tiheys [kg/m3] 10 N = sekoittimen kierrosluku [1/s] m = sekoituseksponentti [-] D = sekoittimen halkaisija [m]

Samoin on myös tunnettua, että virtaus voidaan jaotella turbulenttiseen ja 15 laminaariseen virtaukseen sekä niiden väliin jäävään välialueeseen, ja että sekoittimen teholuku riippuu laminaarisella ja välialueella Reynolds-luvusta. Turbulenttisella alueella teholuku ei riipu Re-luvusta. Teholuku Np on kullekin sekoitintyypille ominainen. Laminaarisessa virtauksessa neste liikkuu pyör-teettömästi ja tasaisesti ja turbulenttisessa virtauksessa neste pyörteilee ja 20 liikkuu ilman tarkkaa rataa. Tunnettua on myös, että turbulenttisessa virtauksessa sekoituseksponentti on 3.

o Neste-nesteuuton sekoitusosassa sekoitusintensiteetin ei ole välttämätöntä δ ™ olla turbulenttisella alueella, vaan se voi olla myös välialueella lähellä turbu- cr> 9 25 lenttista virtausta. Suoritetuissa kokeissa on todettu, että esimerkiksi teknii- co kan tason mukaisella sekoittimella sekoituseksponentti on luokkaa 2,96.

X

£ Keksinnön mukaiselle sekoituslaitteelle mitattu sekoituseksponentti on luokkaa 2,88 eli selvästi alhaisempi kuin tekniikan tason sekoittimelle mitattu, δ g mutta keksinnön mukaisen sekoittimen muotoilulla voidaan lähestyä jopa g 30 eksponenttiarvoa 2,50.

9

Keksinnön mukaista sekoitinlaitetta kuvataan tarkemmin oheisten kuvien avulla. Kuva 1A esittää tekniikan tason mukaista sekoitinlaitetta 1 sivukuvan-tona ja 1B kolmiuotteisena kuvantona. Keksinnön mukaista sekoitinta on edellä ja seuraavissa esimerkeissä verrattu tähän sekoittimeen. Sekoitin 1 5 muodostuu akselin 2 ympärille sijoitetuista kahdesta putkimaisesta, ylöspäin nousevasta kierukasta 3 ja 4, jotka on kiinnitetty akseliin alimmaisten tukivarsien 5, keskimmäisten tukivarsien 6 ja ylimmäisten tukivarsien 7 avulla. Alimmat tukivarret ovat säteensuuntaiset ja keskimmäiset ja ylimmät ovat kulmassa vaakatasoon nähden, kuten edellä on kuvattu. Kuten on myös 10 edellä todettu, kierukkaputket saavat aikaan sekoitintilan reunoilta ylöspäin nousevan virtauksen ja kierukkaputkien sisäpuolella alaspäin tapahtuvan virtauksen. On myös todettu, että sekoittimen tukivarret saavat aikaan lähinnä vaakasuuntaisia virtauksia, joiden on todettu olevan haitallisia, kun kyseessä on neste-nesteuuton kahden eri liuoksen sekoittaminen toisiinsa.

15

Kuvassa 2A nähdään sivukuvanto eräästä keksinnön mukaisesta sekoitti-mesta, kuvassa 2B on sama sekoitin päältä katsottuna, kuvassa 2C sama kolmiulotteisena ja kuvassa 2D sama sekoitin sijoitettuna uuttokennon sekoituskaan. Sekoitin 10 muodostuu vähintään kolmesta kierukkatangosta 20 11,12,13, jotka on sijoitettu akselin 14 ympärille nousemaan akselin ala osasta ylöspäin. Jotta virtaus olisi mahdollisimman jouheva, kierukkatangon poikkileikkaus on edullisesti ympyrämäinen. Vaikka tekstissä puhutaan kie- o rukkatangosta, sillä tarkoitetaan myös kierukkaputkea. Kierukkatangot on δ ^ yhdistetty akseliin tukielimien avulla, jotka muodostuvat tukirenkaista ja 05 9 25 tukipuolista. Kierukkatankojen alapäät on sekoittimen alaosassa tuettu to ^ kiinteästi vaakatasoon sijoitettuun alimpaan tukirenkaaseen 15 ja tankojen

X

£ yläpäät vastaavasti ylimpään tukirenkaaseen 16. Sen lisäksi myös sekoitin timen keskiosa on varustettu ainakin yhdellä keskiosan tukirenkaalla 17.

δ § Tukirenkaiden määrä on vähintään kolme, mutta sekoittimen rakenteesta ° 30 riippuen tukirenkaita voi olla 3-6 kappaletta. Tukirenkaat puolestaan on yhdistetty akseliin vaakatasossa olevien kaarevien tukipuolien 18 välityksellä. Tukirenkaat samoin kuin -puolat ovat joko pyörötankoa tai -putkea eli 10 niidenkin poikkileikkaus on olennaisesti ympyrämäinen. Tukirenkaan halkaisija on samaa suuruusluokkaa kuin kierukkatangon, ja tukipuolan halkaisija on 0,6 - 1 kertaa kierukkatangon halkaisija. Tukirenkaiden ja kierukka-tankojen liitoskohdassa tukirenkaan ulkopinnan ja kierukkatangon sisäpinnan 5 välille on muodostettu kiinteä liitos esimerkiksi hitsaamalla.

Sekoittimen kierukkatankojen lukumäärä on minimissään kolme kappaletta, mutta määrä on sekoittimen koosta riippuen edullisesti välillä 3-5 ja tangot on sijoitettu symmetrisesti nousemaan akselin ympärillä. Tankojen nousukulma 10 valitaan olemaan välillä 10-30° vaakatasoon nähden. Kuvissa 2 nousu-kulma on 14,3°. Kuvien 2A ja 2C mukaisessa tapauksessa tangot kiertävät akselin puolitoista kierrosta, mutta kierrosten lukumäärä valitaan tarpeen mukaan ja se voi olla esimerkiksi välillä 1,2-3.

15 Tukirenkaiden kaarevat puolat 18 ovat vaakatasossa samoin kuin tukirenkaatkin ja puolat voidaan kiinnittää suoraan akseliin 14 tai kiinnityskohta voidaan varustaa akselin tukirakenteella 19, joka muodostuu lieriöosasta 20, johon tukipuolat kiinnitetään, ja siihen kiinnitetystä yläkartiosta 21 ja alakartiosta 22. Liitoskohdan kartio-osuudet pienentävät liitoskohdan virtaus-20 vastusta, jolloin sekoittimen aikaan saama pystyvirtauskuvio pysyy voimakkaana. Tukipuolien liitokset sekä tukirenkaaseen että akseliin tai tukirakenteeseen ovat kiinteitä liitoksia, joka suoritetaan esimerkiksi o hitsaamalla tai muulla vastaavalla tavalla. Tukipuolien 18 lukumäärä on ° kuvassa 5, mutta se voi vaihdella tarpeen mukaan esimerkiksi välillä 3-6.

O) o 25 Puolat ovat kaarevia ja ne on ensimmäisestä päästä 23 liitetty joko akseliin co T- tai akselin tukirakenteen lieriöosaan 20 kulmassa 30 - 60 ja toisesta päästä | 24 tukirenkaaseen kulmassa 15 - 30°. Myös tukipuolien kaarevuutta voidaan ^ tarpeen vaatiessa muuttaa. Tukipuolien kaarevuussuunta valitaan virtauksen

CO

g pystykiertoa tukevaksi. Tämän mukaisesti ylimmän tukirenkaan 16 puolien g 30 kaarevuussuunta on asetettu sekoittimen pyörimissuunnan vastaiseksi ja ainakin alimman tukirenkaan puolien suunta on sekoittimen pyörimissuunnan mukainen. Useimmiten myös muiden kuin ylimmän tukirenkaan puolien 11 kaarevuussuunta on sekoittimen pyörimissuunnan mukainen. Puolien kaarevuussuunnasta seuraa, että virtaus on sekoittimen alaosassa lami-naarinen ja ylimmän tukirenkaan puolat aiheuttavat turbulenssia.

5 Keksinnön mukaiselle sekoituslaitteelle on olennaista, että kierukkatankojen lukumäärä on vähintään kolme kappaletta sijoitettuna symmetrisesti akselin ympärille, jolloin uuton liuosten sekoittaminen toisiinsa tapahtuu mahdollisimman tasaisesti. Toinen olennainen tekijä on, että kaikki kierukkatankojen tukirakenteet ovat vaakatasossa ja että tukipuolat on muodostettu kaareviksi, 10 jolloin sekoitustilassa tapahtuvat radiaaliset virtaukset minimoidaan. Uuton liuosten sekoittamisen turbulenssiastetta eli intensiteettiä voidaan säätää esimerkiksi kierukkatankojen määrää ja/tai nousukulmaa muuttamalla, muuttamalla sekoittimen korkeuden suhdetta sen halkaisijaan tai tukipuolien kaarevuutta muuttamalla.

15

Kuvassa 2D kuvan 2A sekoitin 10 on sijoitettu sekoitustilaan eli mikseriin 25. Sekoitustila on varustettu virtaushaitoilla 26 ja kannella 27. Sekoittimen halkaisijan suhde sekoitustilan halkaisijaan on edullisesti välillä 0,7 - 0,77. Sekoittimen kierukkatankojen halkaisija on puolestaan luokkaa 0,03 - 0,07 20 kertaa sekoittimen halkaisija. Sekoittimen pyörimissuunta on nostava. Sekoitustilan korkeuden suhde tilan halkaisijaan voi vaihdella. Kuvassa 2D se on 1,2, mutta se voi olla jopa luokkaa 4, jolloin joko kierukkatankojen o nousukulmaa ja/tai kierrosten lukumäärää akselin ympärillä nostetaan, δ

CM

05 9 25 Keksinnön mukainen sekoitin on sijoitettu lähelle sekoitustilan pohjaa siten, to että pohjavälys on luokkaa 0,07 - 0,11 kertaa sekoittimen halkaisija. Pinta-

X

£ välyksellä tarkoitetaan sekoittimen ja sekoitustilan kannen (tai nestepinnan) ja sekoittimen yläosan välistä etäisyyttä. Pintavälys on edullisesti kaksi

CO

§ kertaa vastaava pohjavälys, joten sekoittimen korkeuden suhde sekoitustilan ° 30 halkaisijaan on samaa luokkaa kuin sekoittimen halkaisijan suhde sekoitus- tilan halkaisijaan tai korkeintaan 20% tätä suurempi.

12

Kuvissa 3 ja 4 on esitetty kaksi keksinnön mukaisen sekoittimen variaatiota, joista käy esille, että keskiosan tukirenkaan tai tukirenkaiden 17 sijaintia korkeussuunnassa voidaan muuttaa uuttotilanteen mukaisesti. Siten näitä muunnelmia voidaan käyttää silloin, kun on erityisen tärkeää varmistaa tietyn 5 tyyppinen dispersio ja sen jatkuvuus esimerkiksi uuttoprosessin käynnistysvaiheessa. Kuvan 3 mukaisessa rakenteessa sekoittimen 10 ylä-ja alatuki-renkaat on sijoitettu samoin kuin kuvassa 2A, mutta keskimmäinen tukirengas 17 puolineen on asetettu korkeussuunnassa katsottuna selvästi sekoittimen keskiosaa ylemmäksi. Tämä rakenne suosii sellaisen dispersiomuodon 10 syntymistä, missä orgaaninen liuos on jatkuvana ja vesiliuos pisaroina orgaanisessa liuoksessa. Kuvan 3 mukainen rakenne on edullinen esimerkiksi tilanteessa, jossa on syntynyt uuttosakkaa, joka pitää vesipisaroiden avulla painaa pois uuttoliuoksesta. Kuvan 4 mukaisessa rakenteessa keskimmäinen tukirengas 17 puolineen on asetettu korkeussuunnassa katsottuna 15 selvästi sekoittimen keskiosaa alemmaksi. Tämä rakenne suosii sellaisen dispersiomuodon syntymistä, missä vesiliuos on jatkuvana ja orgaaninen liuos pisaroina vesiliuoksessa. Kuvan 4 mukaista rakennetta voidaan käyttää esimerkiksi tilanteessa, jossa on edullista pitää vesiliuos jatkuvana, vaikka orgaaninen liuos/vesiliuos-suhde (O/A) on yli 1 ja jopa arvossa 3.

20

Kuvissa 5A ja 5B on esitetty eräs sekoittimen variaatio, joka soveltuu erityisesti sekoitustilaan, missä sekoitustilan korkeus on huomattavasti o halkaisijaa suurempi, esimerkiksi alueella 1,6 - 2,2. Kuvien esimerkkini tapauksessa kierukkatankojen nousukulma on luokkaa 22°, joka on selvästi 0 25 suurempi kuin kuvan 2 sekoittimessa. Kierukkatangot kiertävät akselia 14

CD

puolitoista kierrosta samoin kuin kuvassa 2.

CC

CL

N; Kuvassa 6 on vielä esitetty eräs sekoittimen vaihtoehto, jossa sekoittimen

CO

o korkeuden suhde halkaisijaan voi olla jopa luokkaa 4, mikä ei sekään ole o 30 absoluuttinen yläraja. Tällöin myös sekoitustilan korkeuden suhde halkaisi jaan on samaa luokkaa kuin sekoittimenkin. Teknisesti rajoittava tekijä on lähinnä akselin 14 pituus. Sekoittimen kierukkatangot kiertävät akselia kolme 13 kierrosta ja niiden nousukulma on luokkaa 22°. Tukirenkaiden määrää on nostettu, joten alatukirenkaan 15 ja ylätukirenkaan 16 lisäksi rakenteessa on kolme sekoittimen keskiosaan sijoitettua tukirengasta 17.

5 Keksinnön mukaista sekoituslaitetta ja menetelmää kuvataan vielä oheisten esimerkkien avulla.

ESIMERKIT Esimerkki 1 10 Kuvassa 1 esitettyä, tekniikan tason mukaista sekoitinta (kuva 1, lyhenteenä SPIROK) verrattiin keksinnön mukaiseen sekoittimeen (kuva 2, lyhenteenä VSSF) käyttämällä apuvälineenä momenttipöytää (torque bench). Tutkimuksissa seurattiin, miten sekoittimien tehonotto ja pystyvoima kehittyvät lisättäessä sekoittimen kierroslukua. Tunnettua on, että 15 F = Nf p N2 D4, jossa F = sekoitustilan pohjaan indusoitunut pystyvoima [N]

Nf = aksiaalivoimaluku (ominainen sekoittimelle) [-] 20 p = sekoitettavan väliaineen tiheys [kg/m3] N = sekoittimen kierrosluku [1/s] D = sekoittimen halkaisija [m] o ^ Aksiaalivoimaluku Nf kuvaa sekoittimen aiheuttamaa pystyvoimaa sekoitusti- O) o 25 lan pohjaa vasten. Mittauksissa todettiin, että VSSF-sekoittimen aksiaalivoi-

CD

-- maluku oli kaksinkertainen SPIROK-sekoittimeen nähden. Tämä osoittaa, et- | tä VSSF-sekoittimen sekoitusintensiteetti kohdistuu pystykiertoon ja radiaa- ^ listen virtausten määrä on pienempi kuin SPIROK-sekoittimessa. Kokeet

CO

o suoritettiin säiliössä, jonka halkaisija oli 245 mm ja se oli varustettu uppokan- ° 30 neliä, jotta voitiin estää ilman sekoittuminen liuoksiin. Sekoitin oli varustettu neljällä pystyvirtaushaitalla. Sekoittimien halkaisija oli 172 mm ja korkeus 210 mm.

14 SPIROK-sekoittimen mittaustulokset akselitehon suhteen on esitetty kuvassa 7, joka esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona. Tuloksista laskettu teholuku Np oli 0,74 sekoituseksponentin ollessa 2,96, mikä on 5 lähellä täysin kehittyneen turbulenssin eksponenttiarvoa 3. Momenttipöytä-ajossa mitattiin myös sekoittimen indusoima pystyvoima sekoitussäiliöön. Saatu negatiivinen aksiaalivoimaluku -0,12 on osoitus pysty kierrosta, jonka kyseinen sekoitin saa aikaan.

10 Vastaavat akseliteho- ja pystyvoimamittaukset tehtiin VSSF-sekoittimella. Kuvasta 8, joka esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona, nähdään, että teholuku Np oli nyt niinkin alhainen kuin 0,42 - 0,49, mikä osoittaa, että keksinnön mukainen sekoitin aiheuttaa enemmän pystykiertoa ja vähemmän säteensuuntaista pyörteilyä kuin SPIROK-sekoitin. Saman 15 todistaa mitattu sekoituseksponentti, joka on 2,88 ja siis selvästi välialueen puolella. Samoin aksiaalivoimaluku, joka on -0,24, todistaa, että sekoitus-energia kohdistuu nimenomaan pystykiertoon. Näin voidaan neste-neste-uuton sekoitustilassa liuosfaasien sekoituskontakti ja dispersion muodostaminen toteuttaa alhaisella sekoitusintensiteetillä samalla kun sekoitus 20 saadaan yhtenäiseksi koko sekoitustilassa.

Esimerkki 2 o Esimerkin 1 mukaiset sekoituskokeet tehtiin keksinnön mukaisella VSSF- o sekoittimella, jonka korkeus oli 322 mm ja halkaisija 172 mm. Säiliön korkeus CT) 9 25 oli 390 mm ja halkaisija 245mm. Sekoitin muodostui edelleen kolmesta

CD

kierukkatangosta, jotka kiersivät akselia puolitoista kierrosta. Kuvasta 9, joka

X

£ esittää graafisesti akselitehoa kierrosnopeuden funktiona, nähdään, että sekoituseksponentti kohosi arvoon 2,90 ja teholuku Np vain arvoon 0,64 - cö g 0,68, joka on kierukkatankojen nousukulmaan nähden alhainen. Tehonotto g 30 itse asiassa vain pieneni, kun otetaan huomioon sekoitustilan tilavuuden kasvu. Sekoitin, jossa korkeuden suhde halkaisijaan kasvoi, lisäsi edelleen pystykierron voimakkuutta.

Claims

1. Sekoitinlaite (10) metallien hydrometallurgisessa talteenotossa käytettävän neste-nesteuuton kahden liuoksen sekoittamiseksi 5 uuttokennon sekoitustilassa eli mikserissä (25), tunnettu siitä, että sekoitinlaite (10) muodostuu vähintään kolmesta akselin (14) ympärille tuetusta ja sekoitinlaitteen alaosasta ylöspäin nousevasta kierukka-tangosta (11,12,13), jolloin kierukkatangot on kiinnitetty akseliin vaakatasoon asetettujen tukirenkaiden (15,16,17) ja vaakatasossa 10 olevien kaarevien tukipuolien (18) välityksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että kie-rukkatankojen (11,12,13) nousukulma vaakatasoon nähden on 10 - 30°.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että kierukkatangot (11,12,13) nousevat akselin ympärillä 1,2-3 kierrosta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että kierukkatankojen (11,12,13), tukirenkaiden (15,16,17) ja tukipuolien (18) 20 poikkileikkaus on olennaisesti ympyrämäinen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että tuki- ° renkaiden (15,16,17) ulkopinnan ja kierukkatankojen (11,12,13) sisäpin- o ^ nan välillä on kiinteä liitos. CD 9 25 CO

6. Patenttivaatimusten 1 ja 5 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että X £ tukipuolat (18) on ensimmäisestä päästä (23) kiinnitetty akseliin (14) ja toisesta päästä (24) tukirenkaaseen (15,16,17). CO o o oj 30 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että tukirenkaiden (15,16,17) määrä on 3-6 kappaletta, jolloin kierukkatankojen (11,12,13) alapää on tuettu alimpaan tukirenkaaseen (15) ja kierukkatankojen (11,12,13) yläpää ylimpään tukirenkaaseen (16).

8. Patenttivaatimuksen 1 ja 7 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että 5 sekoitinlaitteen (10) keskiosan tukirenkaiden (17) lukumäärä on 1 - 4 ja niiden sijainti korkeussuunnassa on muutettavissa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että sekoitinlaitteen (10) halkaisijan suhde sekoitustilan (25) halkaisijaan on 10 luokkaa 0,7 - 0,77.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että kierukkatankojen (11,12,13) halkaisija on 0,03 - 0,07 kertaa sekoitinlaitteen (10) halkaisija. 15

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että sekoitinlaitteen (10) korkeuden suhde sen halkaisijaan on luokkaa 1,2-4. ^.Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että 20 tukipuolat (18) on kiinnitetty akseliin (14) suoraan tai akselin tukirakenteen (19) välityksellä. ° 13. Patenttivaatimusten 1 ja 12 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että 0 ™ akselin tukirakenne (19) muodostuu lieriöosasta (20), johon tukipuolat CT) 9 25 (18) kiinnitetään ja lieriöosan alapuolelle liitetystä alakartiosta (21) ja CO yläpuolelle liitetystä yläkartiosta (22). CC CL 1 Patenttivaatimusten 1 ja 12 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että CO § tukipuolat (18) on ensimmäisestä päästä (23) kiinnitetty akseliin (14) tai ^ 30 sen tukirakenteeseen (19) kulmassa 30 - 60° ja toisesta päästä (24) tukirenkaaseen (15,16,17) kulmassa 15 - 30°.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että ylimmän tukirenkaan (16) tukipuolien (18) kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan vastaiseksi.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että ainakin alimman tukirenkaan (15) tukipuolien (18) kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan mukaiseksi.

17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinlaite, tunnettu siitä, että 10 sekoitinlaitteen (18) keskiosan tukirenkaiden (17) tukipuolien (18) kaarevuussuunta on asetettu sekoitinlaitteen pyörimissuunnan mukaiseksi.

18. Menetelmä metallien hydrometallurgisessa talteenotossa käytettävän 15 neste-nesteuuton kahden liuoksen sekoittamiseksi uuttokennon sekoitus- tilassa (25), tunnettu siitä, että orgaaninen uuttoliuos ja vesiliuos sekoitetaan toisiinsa vähintään kolmesta, akselin (14) ympärille sijoitetusta ja akseliin (14) tuetusta kierukkatangosta (11,12,13) muodostetun sekoitinlaitteen (10) avulla, joka aikaansaa pystykierron, 20 jossa muodostuu sekoitustilan reunoilta ylöspäin nouseva pystyvirtaus ja sekoitinlaitteen halkaisijan sisäpuolisessa tilassa alaspäin suuntautuva virtaus ja jossa radiaaliset virtaukset on minimoitu sijoittamalla kaikki ° kierukkatankojen ja akselin väliset tukielimet (15,16,17,18) vaakatasoon. o CV CT) 9 25 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CO liuokset sekoitetaan toisiinsa sekoitustilassa (25), jossa sekoitustilan X £ korkeuden suhde halkaisijaan on 1,2 - 4. h-· cö

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ° 30 pystykierron virtausnopeus on noin puolet sekoitinlaitteen kierros- nopeudesta eli luokkaa 0,7 - 1,7 m/s.

21. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierukkatankojen (11,12,13) ja akselin (14) väliset tukielimet muodostuvat tukirenkaista (15,16,17) ja tukipuolista (18), jolloin tukirenkaiden määrä on 3-6 kappaletta muodostuen alimmasta tukirenkaasta (15), ylimmästä 5 tukirenkaasta (16) ja ainakin yhdestä keskiosan tukirenkaasta (17), jonka sijainti korkeussuunnassa on muutettavissa.

22. Patenttivaatimusten 18 ja 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun muodostetaan dispersio, jossa orgaaninen uuttoliuos on jatkuvana, 10 sekoitinlaitteen keskiosan tukirengas (17) asetetaan sekoitin laitteen korkeussuunnassa katsottuna keskiosaa ylemmäksi.

23. Patenttivaatimusten 18 ja 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun muodostetaan dispersio, jossa vesiliuos on jatkuvana O/A- suhteen 15 ollessa yli 1, sekoitinlaitteen keskiosan tukirengas (17) asetetaan sekoitinlaitteen korkeussuunnassa katsottuna keskiosaa alemmaksi. 20 o δ cv CD O CD X cc CL cö o o δ C\l