FI123403B - Menetelmä ja laitteisto kaasun poistamiseksi liuoksesta - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto kaasun poistamiseksi liuoksesta Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kaasun, erityisesti reagoimattomien kaasukuplien poistamiseksi prosessiliuoksista.

5 Lisäksi keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto kaasun poistamiseksi liuoksesta.

Yleisesti hydrometallurgisissa prosesseissa, kuten talteenottoprosesseissa on liuoksissa mukana kaasua. Prosessiliuoksiin jäävät poistumattomat 10 kaasukuplat aiheuttavat tunnetusti ongelmia monissa hydrometallurgisissa liuotus-, jäähdytys-, ja saostusprosesseissa. Ongelmia aiheutuu esimerkiksi liuoksen kiintoaineen erottamisessa sakeuttimessa, koska kuplat hidastavat lietteen laskeutumista nostaen pienet kiintoainepartikkelit sakeuttimen pinnalle ja edelleen ylitteeseen. Toimiva neste kiintoaine-erotus ja etenkin 15 kirkas ylite on hydrometallurgisen prosessin tehokkaan toiminnan kannalta ensiarvoisen tärkeää esimerkiksi saantitappioiden ja ympäristöpäästöjen minimoimiseksi. Kaasukuplat saattavat syödä reagenssia aiheuttaen näin ongelmaa esimerkiksi uutossa. Lisäksi kuplat aiheuttavat aerosoli-päästöjä, kuten happo- ja metallipäästöjä ympäristöön reaktorin nestepinnasta 20 vapautuessaan. Päästöistä aiheutuu terveydellisiä haittoja mahdollisesti myrkyllisen kaasun joutuessa prosessiolosuhteista ympäristöön ja lisäksi voi esiintyä korroosioon liittyviä ongelmia. On tunnetusti vaikeaa poistaa kaasukuplia liuoksista ja siihen tunnetaan erilaisia ratkaisuja.

25 Patenttijulkaisusta GB 1325816 tunnetaan eräs ratkaisu kaasunpoistoon liuoksesta. Ratkaisun mukaan kaasunpoistolaitteistoon esitetään kuuluvan sylinterimäinen säiliö, johon syötetään nestettä tangentiaalisesti sen joutuessa pyörivään alaspäin suuntautuvaan liikkeeseen. Tällöin vapautuvat kaasukuplat poistuvat virtausta vastaan säiliön yläosasta, mikä on kyseisen 30 keksinnön olennaisin epäkohta.

2

Keksinnön lyhyt selitys

Keksinnön tavoitteena on ratkaista kaasunpoistoon liittyviä ongelmia. Keksintö liittyy kaasukuplien aiheuttamien haittavaikutusten eliminointiin 5 kiinteitä aineita sisältäviä nesteitä prosessoitaessa. Keksinnön edulliset sovellusmuodot on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön tavoite saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä kaasun, erityisesti reagoimattomien kaasukuplien poistamiseksi 10 prosessiliuoksista, jolloin prosessiliuosta sisältävässä säiliössä on välineet sekä kaasun että liuoksen syöttämiseksi ja poistamiseksi säiliöstä, jossa säiliössä on erillinen siihen asetettu kaasunpoistotankki, johon liuos syötetään tangentiaalisesti kaasunpoistotankin alaosasta, ja jossa kaasunpoistotankissa liuos ohjautuu pyörteiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen kaasukuplien 15 poistuessa kaasunpoistotankin yläosasta. Edullisimmin liuosta poistetaan säiliön alaosasta käsin.

Erään keksinnön sovellusmuodon mukaan kaasunpoistotankki on asetettu konsentrisesti sitä ympäröivään säiliöön. Tällöin saavutetaan virtauksellisesti 20 edullinen ratkaisu liuoksen poistuessa kaasunpoistotankista sitä ympäröivään säiliöön. On myös edullista keksinnön toteutukselle, että liuos syötetään kaasunpoistotankkiin olennaisesti vaakasuorassa kaasunpoistotankin pituusakseliin nähden. Tällöin liuospyörre kaasunpoistotankin sisällä saadaan ohjattua haluttuun liikkeeseen.

25

Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liuos ohjataan kaasunpoistotankkiin syöttöputkesta, jonka poikkipinnan leveys on enintään viidesosa kaasunpoistotankin halkaisijasta ainakin siinä kohdassa, jossa se yhtyy kaasunpoistotankkiin. Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liuosta 30 syötetään kaasunpoistotankkiin edullisesti nopeudella 1-6 m/s, jolloin saavutetaan edullinen pyörre. Kaasunpoistotankin halkaisija ja korkeus valitaan niin, että kaasukuplia sisältävän liuoksen viipymä 3 kaasunpoistotankissa on edullisesti vähintään 10 sekuntia. Mitä vauhdikkaampi pyörre ja mitä pidempi liuoksen viipymäaika kaasunpoistotankissa saavutetaan, sitä tehokkaampaa on kaasukuplien yhdistyminen.

5

Keksinnön mukaan kaasunpoiston jälkeen liuos ohjataan kulkemaan kaasunpoistotankin ja säiliön välitilaan. Keksinnön mukaan kaasunpoistoa tehostetaan säätämällä liuoksen virtausnopeutta välitilassa. Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liuoksen virtausnopeus välitilassa on enintään 8 10 cm/s, jolloin saavutetaan hyvä kaasukuplien erottuvuus liuoksesta.

Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan kaasunpoistotankki sijoitetaan säiliöön ennen liuoksen sakeutusta. Keksinnön erään toisen sovellusmuodon mukaan kaasunpoistotankki sijoitetaan säiliöön ennen liuoksen saostusta.

15

Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liuoksen sisältämiä kiintoaineita poistetaan kaasunpoistotankin alaosasta. Tällöin saadaan edullisesti poistettua kiintoaineet, jotka muuten jäisivät kaasunpoistotankin pohjalle. Keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liuoksen mukana kulkeutuvaa 20 kiintoainetta poistetaan säiliön ala-osasta.

Keksinnön mukainen tavoite saavutetaan käyttämällä keksinnön mukaista laitteistoa kaasun, erityisesti reagoimattoman kaasun poistamiseksi prosessiliuoksista, johon laitteistoon kuuluu prosessiliuosta sisältävän säiliön 25 yhteydessä välineet sekä kaasun että liuoksen syöttämiseksi ja poistamiseksi säiliöstä, jolloin säiliössä on erillinen kaasunpoistotankki, jonka alaosaan on tangentiaalisesti asetettu liuoksen syöttöputki, ja jossa kaasunpoistotankissa liuos on ohjattu pyörteiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen, ja jossa kaasunpoistotankin yläosassa on välineet kaasun poistamiseksi.

Keksinnölle on edullista, että säiliön alaosassa on välineet liuoksen poistamiseksi. Keksinnölle edullisen sovellusmuodon mukaan kaasunpoistotankki on asetettu konsentrisesti sitä ympäröivään säiliöön.

30 4

Kaasunpoistotankin alaosa on ainakin osittain kartiomainen ja avoin liuoksen sisältämien kiintoaineiden poistamiseksi. Näin ollen saadaan edullisesti poistettua liuoksen sisältämät kiintoaineet. Keksinnön erään sovelluksen mukaan välineet kiintoaineiden poistamiseksi säiliöstä on sijoitettu 5 mahdollisimman lähelle kaasunpoistotankin poistoaukkoa. Keksinnön erään sovelluksen mukaan syöttöputken halkaisija on leveydeltään enintään viidesosa kaasunpoistotankin halkaisijasta ainakin siinä kohdassa, jossa se yhtyy kaasunpoistotankkiin.

10 Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa sen, että reagoimattomat kaasukuplat saadaan nopeasti ja hallitusti poistettua liuoksesta.

Hyödyntämällä alhaalta ylöspäin suuntautuvaa liikettä kaasunpoistossa, poistuvat kuplarykelmät edullisesti kaasunpoistotankin yläosasta.

Kaasunpoistotankkia ympäröivän säiliön halkaisija voidaan valita sopivaksi 15 riippuen halutusta erotettavasta kaasukuplien halkaisijasta. Keksinnön mukainen sovellus on mahdollista sijoittaa olemassa olevaan prosessiin siinä olevien kaasunpoisto-ongelmien ilmaantuessa. Keksinnön mukaan tehokkaaseen kaasukuplien erottuvuuteen voidaan vaikuttaa liuoksen virtausnopeuden säädöllä ja mitoittamalla kaasunpoistotankki olemassa 20 olevat prosessivaatimukset huomioiden.

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja esitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista 25

Kuvio 1a on periaatekuva keksinnön mukaisesta laitteistosta

Kuvio 1b on periaatekuva keksinnön mukaisesta laitteistosta

Kuvio 2 havainnollistaa keksinnön erään sovellusmuodon mukaista esimerkkiä 30 Kuvio 3 havainnollistaa keksinnön erään sovellusmuodon mukaista esimerkkiä 5

Keksinnön yksityiskohtainen selitys

Keksinnön mukaista laitteistoa kaasun poistamiseksi on havainnollistettu tarkemmin kuvioissa 1a ja 1b, joista 1b esittää kuviota 1a suunnasta A. Kuvioiden esittämässä keksinnön sovellusmuodossa esitetään laitteisto 5 kaasukuplien poistamiseksi hydrometallurgisesta prosessiliuoksesta, kuten ennen saostusta tai sakeutusta. Liuosta syötetään säiliöön 1, jossa on erillinen konsentrisesti säiliöön nähden asetettu sylinterimäinen, alaosastaan 3 kartiomainen kaasunpoistotankki 2. Liuos syötetään kaasunpoistotankkiin tangentiaalisesti tankin alaosasta 3, jossa kaasunpoistotankissa 2 liuos 4 10 joutuu pyörteiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen keskipakovoiman vaikutuksesta. Syöttövirtaus ohjataan syöttöputkesta 5 kaasunpoistotankkiin 2 niin, että se on syöttökohdassa kohtisuorassa kaasunpoistotankin pituusakseliin 6 nähden. Kevyet pienemmät kaasukuplat 7 nousevat virtauksen mukana kohti kaasunpoistotankin 2 yläosaa ja yhdistyvät edelleen 15 suuremmiksi kaasukuplaryppäiksi, joiden virtausnopeus kasvaa edelleen. Kaasukuplat vapautuvat säiliön 1 pinnasta 8 käsin, josta ne otetaan talteen ylivuotona säiliön yläosaan asetettua poistoputkistoa 9 pitkin.

Nestevirtaus kääntyy kaasunpoistotankista kohti säiliön 1 pohjaa, jonne 20 erottumattomat kuplat liikkuvat alaspäin säiliön 1 ja kaasunpoistotankin 2 välitilassa 10. Virtaus säiliön 1 ja kaasunpoistotankin 2 välisessä tilassa 10 jatkuu alaspäin ja edelleen liuosta sekä suuremmat kiintoainepartikkelit poistetaan säiliön alaosasta 11 käsin. Jotta saavutetaan hyvä kuplaerottuvuus, säädetään liuoksen virtausnopeus välitilassa 10 sopivaksi. 25 Näin ollen keksinnön mukaisella laitteistolla kaasunpoistoa liuoksesta voidaan tehostaa säätämällä virtausnopeutta välitilassa 10. Edullisesti virtausnopeus välitilassa on enintään 8 alle cm/s, edullisimmin alle 5 cm/s. On edullista, että kaasunpoistotankin 2 alaosa 3 on kartiomainen, jotta liuoksen ja kiintoaineen poistoa voidaan suorittaa kaasunpoistotankin 2 poistoaukosta 13 edelleen 30 säiliön 1 alaosaan 11. Säiliön 1 alaosaan 11 on järjestetty välineet kuten putkisto 12 liuoksen poisviemiseksi, mitkä välineet on edullista asettaa mahdollisimman lähelle kaasunpoistotankin poistoaukkoa 13.

6

Syöttöputken 5 poikkipinnan leveys B suhteutetaan kaasunpoistotankin 2 halkaisijan C kokoon niin, että se on edullisesti enintään viidesosa tankin halkaisijasta siinä kohdassa, jossa syöttöputki yhtyy tankkiin. Syöttämällä liuosta kaasunpoistotankkiin 2 tietyllä nopeudella, kuten 1-6 m/s, saavutetaan 5 liuokselle edullinen viipymäaika kaasunpoistotankissa, sen ollessa edullisesti vähintään 10 sekuntia. Kasvattamalla pyörrevirtausta kaasunpoistotankissa sekä lisäämällä liuoksen viipymäaikaa siellä, voidaan kuplaerotusta edelleen tehostaa. Keksinnön mukaisen kaasunpoistotankin 2 kokoa voidaan säätää halutuksi riippuen liuoksen syöttönopeudesta ja liuoksen pyörrenopeudesta 10 kaasunpoistotankissa.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavan esimerkin avulla.

Esimerkki 1.

15

Keksinnön mukaisen laitteiston toimivuutta testattiin laboratorio-olosuhteissa. Keksinnön mukaista laitteistoa kaasun poistamiseksi kuvataan tässä esimerkissä seuraavasti. Esimerkin mukainen kaasunpoistolaitteisto käsittää kaasunpoistotankin, jota tässä esimerkissä kuvataan sykloniksi sekä sitä 20 ympäröivän tankin. Esimerkin mukaisessa kaasunpoistolaitteistossa käsiteltiin vettä, jolloin syklonin syöttöputkeen syötettiin ilmaa. Sykloni asetetaan tankkiin konsentrisesti, niin että liuosta päästään syöttämään tangentiaalisesti syklonin alaosasta. Liuos joutuu näin ollen pyörremäiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen, jolloin kuplia poistetaan syklonin yläosasta 25 pinnasta käsin osan joutuessa virtauksen mukana ympäröivän tankin ja syklonin välitilaan. Esimerkin mukaisessa järjestelyssä käytettiin syklonia halkaisijaltaan 300 mm ja korkeudeltaan 700 mm, mitkä koot vaihtelevat syöttönopeuden ja liuoksen pyörrenopeuden funktiona. Tällöin liuosta syötettiin sykloniin syöttöputkesta, jonka halkaisija oli 40 mm. Testeissä 30 käytettiin kolmea eri virtaamaa: 5,1 m3/h, 7,4 m3/h, ja 10,6 m3/h. Näitä virtaamia vastaavat liuossyöttönopeudet sykloniin olivat 1,1 m/s, 1,6 m/s, ja 2,3 m/s ja virtausnopeudet syklonin ja tankin välitilassa 2,9 cm/s, 4,2 cm/s, ja 6,0 cm/s. Keksinnön toimivuus arvioitiin mittaamalla kaasukuplien koot 7 syklonin ja tankin välitilassa 630 mm syvyydellä vapaasta nestepinnasta. Mittaustilavuus on taustavalaistu upotetulla valolla ja kuvat tallennettiin digitaalisella kameralla. Kaasukuplien ääriviivat, ja sitä kautta kaasukuplien koko, pystyttiin määrittämään kuvaintensiteetin gradientin kautta. Testeissä 5 havaittiin liuoksen virtausnopeudella välitilassa olevan vaikutusta kuplien erottuvuuteen. Pienentämällä tätä virtausnopeutta välitilassa mahdollistetaan pienempien kaasukuplien erottuminen liuoksesta, kuten kuviosta 2 on nähtävissä.

10 Lisäksi tehdasmittakaavaisen kaasunpoistotankin toimivuutta arvioitiin laskennallisella virtausmallinnuksella. Virtaama kaasunpoistotankkiin oli 6500 m3/h. Sallittu painehäviö (1,5 m vesipatsasta) reunaehtona optimoitiin syklonitankin halkaisijaa. Kuviosta 3 on nähtävissä tulokset kolmelle eri syklonitankin halkaisijalle. Tässä kuvaajat esittävät prosentuaalisen osuuden 15 syötetyistä kaasukuplista, jotka jäävät liuokseen kaasunpoistotankin jälkeen. Kuten kuvaajasta näkee, esimerkin tapauksessa kaasunpoisto oli tehokkainta 3 metrin halkaisijan omaavalla syklonitankilla.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perus-20 ajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (13)

1. Menetelmä kaasun, erityisesti reagoimattomien kaasukuplien poistamiseksi prosessiliuoksista, jolloin prosessiliuosta sisältävässä säiliössä 5 (1) on välineet sekä kaasun että liuoksen syöttämiseksi ja poistamiseksi säiliöstä, tunnettu siitä, että säiliössä (1) on erillinen siihen nähden konsentrisesti asetettu sylinterimäinen alaosastaan (3) kartiomainen kaasunpoistotankki (2), johon 10 liuos syötetään tangentiaalisesti, olennaisesti vaakasuorassa kaasunpoistotankin pituusakseliin (6) nähden kaasunpoistotankin alaosasta (3), ja jossa kaasunpoistotankissa liuos ohjautuu pyörteiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen kaasukuplien (7) poistuessa kaasunpoistotankin yläosasta (14) säiliön pinnasta (8) käsin, jolloin erottumattomat kuplat liikkuvat 15 alaspäin säiliön (1) ja kaasunpoistotankin (2) välitilassa (10), jolloin kaasunpoistoa säiliön (8) pinnasta käsin tehostetaan pienentämällä virtausnopeutta välitilassa (10) ja mahdollistetaan pienempien kaasukuplien erottuminen liuoksesta ja liuoksen mukana kulkevaa kiintoainetta poistetaan säiliön (1) alaosasta (11) käsin. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuos ohjataan kaasunpoistotankkiin (2) syöttöputkesta (5), jonka poikkipinnan leveys (B) on enintään viidesosa kaasunpoistotankin halkaisijasta (C) ainakin siinä kohdassa, jossa se yhtyy kaasunpoistotankkiin. 25

3. Patenttivaatimuksen 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuosta syötetään kaasunpoistotankkiin (2) edullisesti nopeudella 1-6 m/s.

4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 kaasunpoistotankin (2) halkaisija (C) ja korkeus (D) valitaan niin, että kaasukuplia sisältävän liuoksen viipymä kaasunpoistotankissa on edullisesti vähintään 10 sekuntia.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen virtausnopeus välitilassa (10) on enintään 8 cm/s.

6. Patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasunpoistotankki (2) sijoitetaan säiliöön (1) ennen liuoksen hydrometallurgista prosessivaihetta, kuten sakeutusta.

7. Patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 kaasunpoistotankki (2) sijoitetaan säiliöön (1) ennen liuoksen hydrometallurgista prosessivaihetta, kuten saostusta.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen sisältämiä kiintoaineita poistetaan kaasunpoistotankin (2) 15 alaosasta (3).

9. Laitteisto kaasun, erityisesti reagoimattoman kaasun poistamiseksi prosessiliuoksista, johon laitteistoon kuuluu prosessiliuosta sisältävän säiliön (1) yhteydessä välineet sekä kaasun että liuoksen syöttämiseksi säiliöön ja 20 poistamiseksi säiliöstä, tunnettu siitä, että säiliössä (1) on erillinen alaosastaan (3) kartiomainen kaasunpoistotankki (2), joka on asetettu konsentrisesti sitä ympäröivään säiliöön (1), jolloin kaasunpoistotankin (2) alaosaan (3) on tangentiaalisesti asetettu liuoksen syöttöputki (5), joka on syöttökohdassa kohtisuorassa kaasunpoistotankin 25 pituusakseliin (6) nähden, ja jossa kaasunpoistotankissa (2) liuos on ohjattu pyörteiseen ylöspäin suuntautuvaan liikkeeseen, ja jossa kaasunpoistotankin (2) yläosassa (14) on välineet kaasun poistamiseksi säiliön (1) pinnasta (8) käsin, jolloin syöttöputken (5) poikkipinnan leveys B on suhteutettu kaasunpoistotankin (2) halkaisijan C kokoon. 30

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että säiliön alaosassa on välineet liuoksen poistamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 9-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaasunpoistotankin alaosa (3) on avoin liuoksen sisältämien kiintoaineiden poistamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 9-11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineet (12) kiintoaineiden poistamiseksi säiliöstä (1) on sijoitettu mahdollisimman lähelle kaasunpoistotankin (2) poistoaukkoa (13).

13. Patenttivaatimuksen 9-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 10 syöttöputken (5) poikkipinnan leveys (B) on leveydeltään enintään viidesosa kaasunpoistotankin halkaisijasta (C) ainakin siinä kohdassa, jossa se yhtyy kaasunpoistotankkiin. 15