FI56626C - Extraktionsfoerfarande - Google Patents

Description

Γηΐ «« KUULUTUiJULKAISU - toSTa lbj (11) utläggningsskrift 56626 C Patentti myönnetty 10 03 1930 (45) , Patent raeddelnt v1 (si) Kv.ik.*/int.ci.* B 01 D 11/04· t SUOMI —FINLAND (21) P»t*nttlhak*mu* — Patentansöknlnj 39/73 (22) Hikamlspilvl — Antdknlngtdag 08.01.73 (Fl) (23) AlkupUvi— Glltighaudai 0d.01.73 (41) Tullut Julki*·kil — Bllvlt offwtllg 09.07· 7^

Patentti· ja rekisterihallitut (44) NlhttvUulpanon ]a kuuLJulkalsun pvm. —

Patent-och registerstyrelsen ΑηΛΙαη utlagd eeh utl.*krlften publle*r*d 30.ll.79 (32)(33)(31) Pyydetty *tuolk«u—Begird prioritet (71) Hazen Research, Inc., k601 Indiana Street, Golden, Colorado 80^01, USA(US) (72) Wayne Colby Hazen, Denver, Colorado, USA(US) (7I+) Oy Heinänen Ab (5*0 Ekstrahointimenetelmä - Extraktionsförfarande Tämä keksintö koskee ekstrahointimenstelmää, joissa sekoittumattomat, ominaispainoltaan erilaiset nesteet saatetaan ekstraktiota varten keskenään kosketukseen johtamalla ne samanaikaisesti putkimaisen sekoittu-mistilan läpi ja jossa nesteiden muodostama dispersio johdetaan edelleen laskeutumistilaan, jossa nesteet erottuvat toisistaan.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä nesteet saatetaan sopivimmin virtaamaan jatkuvan, putkimaisen, sekoittumis- ja laskeutumisosat käsittävän tilan läpi siten, että kunkin määräsuuruisen neste-erän viipymäai-" ka sekoittumisosassa.on olennaisesti vakio ja vastaavasti viipymäaika laskeutumisosassa on olennaisesti vakio. Mainitun tilan voi muodostaa vaakasuora putki, joka käsittää sekoittumisosan, jossa on kiinteitä ohjainlevyjä pyörteiden aikaansaamiseksi, sekä laskeutumisosan.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ekstrahointimenetelmä, jossa toistensa kanssa kosketukseen joutuvien nesteiden välillä tapahtuu ioninvaihto. Tunnusomaista keksinnölle on se, että nesteiden välillä tapahtuvan ionivaihdon tehostamiseksi toiseen sekoitustilaan johdetta vista nesteistä lisätään ioninvaihtoainetta, joka ekstrahoi toisen nesteen sisältämiä ioneja nesteiden ollessa kosketuksessa toisiinsa.

56626

Keksintö soveltuu varsinkin metalli-ionien selektiiviseen ekstrahoi-miseen vesiliuoksesta. Ekstrahoitavia ioneja sisältävä neste on tällöin kahden tai useamman metallin vesiliuos, jossa metalleilla on toiseen nesteeseen lisätyn ionivaihtoaineen suhteen erilaiset ekstra-hoitumisnopeudet, ja nesteet johdetaan sekoittumis- ja laskeutumis-tilojen läpi sellaisella nopeudella, että ioninvaihtoaine ekstrahoi yhden metalleista muiden jäädessä pääasiassa ekstrahoitumatta.

Jos tietyn määrän vettä ja sopivaa orgaanista ainetta annetaan sekoittua niiden virratessa yhdessä halutun vedessä liuenneena olevan metallin ekstrahoimiseksi, ei yleensä tarvita voimakasta sekoitusta eikä laajaa sisäistä pinta-alaa välttämättömän aineensiirron aikaansaamiseksi. Jos tällaista voimakasta sekoitusta ja siitä johtuvaa pientä kuplakokra, joka on ollut ominaista tähän asti tunnetuille liuo-tinekstrahointiprosesseille, ei tarvita välttämättömän laajan sisäi-. sen kosketuspinnan saavuttamiseksi, tapahtuu mainittujen kahden faasin erottuminen laskeutumisen aikana nopeammin.

Nämä tulokset, nopea ekstrahointi muodostamatta hienoja nestekuplia ja faasien nopeampi erottuminen, voidaan saavuttaa käyttämällä yhtä putkea sekä sekoittumisen että laskeutumisen aikaansaamiseksi.

Käsiteltävät nesteet voidaan panna virtaamaan sopivassa suhteessa vaakasuorasta ohjainten ohi niin, että aikaansaadaan pyörteitä sekä nesteiden joutuminen keskinäiseen kosketukseen siten, että ne ovat sekoittuneet olennaisesti samassa suhteessa koko sekoittumisalueella ja kunkin määräsuuruisen neste-erän viipymäaika sekoittumisalueella on vakio. Seurauksena tästä sekoittuminen voi olla niin tehokasta, että dispersio voidaan saattaa virtaamaan keskeytyksettä sekoittumis-alueesta putkiosaan, joka toimii laskeutumisalueena, ja erottuminen on tapahtunut nesteiden saavuttaessa laskeutumisalueen pään. Tähän menetelmään ei kuulu nesteiden sekoittamista mekaanisilla sekoittamilla eikä tästä seurauksena olevia leikkausvoimia eikä pieniä kuplia.

Vaihtelemalla lineaarinopeutta sekä muuttamalla ohjainlevyjen muotoa, voidaan saavuttaa tarkempi kontrolli sekoitettavien kahden faasin nes-tekuplien koolle. Kontrolloimalla kuplien kokoa niin, että liian paljon hienoja kuplia ei muodostu, faasierotus voidaan saavuttaa nopeammin.

Seuraavassa kuvataan erästä esillä olevan keksinnön sovellutusmuotoa 3 56626 esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa:

Kuvio 1 esittää yksivaiheista ekstrahointilaitetta sivulta katsottuna, kuvio 2 esittää perspektiivikuvana kaksivaiheista vastavirtaperiaatteel-la toimivaa liuotinekstrahointilaitetta ja kuvio 3 on osittainen jäljennös valokuvasta, joka on otettu sekoittu- misosan läpinäkyvän lasiseinämän lävitse laitteen toiminnan aikana ja esittää yhdenmukaisten, suhteellisen suurikokoisten kuplien muodostumista sekoittumisosassa.

Viitaten kuvioon 1, numero 10 esittää yleisesti putkea, joka muodostaa liuotinekstrahointilaitteen pääosan. Putki 10 saattaa olla muovia, metallia tai muuta sopivaa ainetta. Se voi olla valmistettu läpinäkyvästä aineesta, kuten lasista.

Ohjainlevylaite 17 on asennettu irroitettavasti tai kiinteästi sekoit-timeen 12. Tämä ohjai n levylaite saattaa muodostua ruuvimaisesta kierukasta, jossa on kanavina toimivat kierteet, yhdistetyt laipat, joissa on reiät, putki tyyppinen sekoituselementti, kuten esitetty US-paten-tissa 3.286.992, jne. Mitä tahansa tehokasta ohjainlevytyyppistä laite-mallia voidaan käyttää. Ohjainlevytyyppisten laitteiden tarkoituksena on aiheuttaa pyörteisyyttä nesteisiin.

Sisääntuloputket 16 ja 18 metallipitoiselle vesiliuokselle ja vastaavasti puhtaalle orgaaniselle liuokselle on järjestetty sekoittumisosan etuosaan johtamaan sisään liuotinekstrahointijärjestelmän tiheyksiltään erilaiset sekoittumattomat nesteet. Vastaavasti ulostuloputket - 22 ja 20 on järjestetty liuenneita aineita sisältävän orgaanisen aineen ja vastaavasti vesiliuoksen poistamiseksi laskeuttimen takaosaan.

Koska orgaaninen faasi on kevyempi näistä kahdesta, ulostulo 22 sitä varten johtaa laskeuttimen yläseinämästä. Sisääntulot ja ulosmenot voidaan kiinnittää irroitettavin liitoksin.

Käytössä, kun käytetään yhtä ekstrahointiyksikköä kuvan 1 mukaisesti, vesifaasi ja orgaaninen faasi johdetaan halutussa suhteessa sisääntulo-putkiin 16 ja 18 paineenalaisina pumpun avulla ( ei esitetty kuvassa) ja saatetaan virtaamaan ekstrahointiyksikön 10 lävitse. Mainitut kaksi faasia kulkevat sekoittumisosassa 12 olevien ohjainlevylaitteiden 17 kautta laskeutumisosaan 14 olennaisesti yhdensuuntaisina toisiinsa näh- 4 56626 den ja pääasiassa vaakasuorassa suunnassa, joskin sekoittumisosassa nesteet virtaavat eri suuntiin kulkiessaan ohjainlevylaitteiden 17 kautta. Kahden faasin kulkeutuessa sekoittimen 12 kautta, nesteet, kosketuksissa toistensa kanssa, kulkevat ohjainlevylaitteiden kautta olennaisesti samassa suhteessa, missä ne tulevat sekoittimeen.

Kuvion 2 mukaisessa sovellutusmuodossa ekstrahointiyksikkö 10' on yhdistetty toiseen ekstrahointiyksikköön 10" ontoilla U-muotoisi11a putkilla 24 ja 2Θ, jotka muodostavat yhteyden näiden kahden yksikön välille. Tätä yksikköä käytettäessä puhdas orgaaninen aine johdetaan virtaamaan sisääntulosta 18' ekstrahointiyksikön 10' kautta, johon kuuluu sekoitin 12' ja laskeutin 14', läpi yhteyden 24 ekstrahointiyksikköön 10" johon kuuluu sekoitin 12"ja laskeutin 14", ulosmenoon 22" missä metallipitoinBn orgaaninen liuotin poistetaan sekoittimen 14"yläösasta. Samanaikaisesti, orgaanisen aineen kulkiessa läpi kahden ekstrahointiyksikön, vesisyöttö johdetaan sisääntulosta 26"vir-taamaan ekstrahointiyksikön 10" läpi kosketuksessa orgaanisen aineeseen ja ulos yhteyden 28 lävitse niin, että se virtaa kosketuksessa orgaaniseen aineeseen läpi ekstrahointiyksikön 10' ulosmenoon 26, mistä se poistetaan jalosteena.

Yllä kuvatussa laitteessa mainitut kaksi nestettä saatetaan virtaamaan rauhallisesti kiinteitä ohjainlevyjä vasten niin, että on pieni mahdollisuus nesteiden survoutumise1le ja vatkautumiselle. Tämä on vastakohta tavanomaisille sekoitussäiliöille, joissa neste vatkautuu tai survoutuu nopeasti pyörivien terien ansiosta. Seurauksena tästä on se, että sama orgaanisen aineen suhde vesiliuokseen säilytetään koko sekoittumisen ajan ja jokainen nesteen tilavuusyksikkö sekoittumisosassa joutuu käsittelyn alaiseksi samaksi sekoittumisajaksii kuin jokainen muu tilavuusyksikkö, koska millään tilavuusyksiköllä ei ole mahdollisuutta lähteä sekoittimesta lyhyemmän ajan kuluttua sisääntulostaan kuin jollakin toisella tilavuusyksikö1lä. Jälkimmäinen on totta myös laskeuttimen suhteen. Sen tehokkaan sekoittumisen valossa, mikä saavutetaan tällä menetelmällä, laskeutumisaikaa voidaan huomattavasti supistaa verrattuna tavanomaisia liuottimenvaihtomenetelmiä käyttävän tavanomaisen laitteen vaatimaan laskeutumisaikaan. Ei ole välttämätöntä pysäyttää nesteen virtausta sekoittimesta laskeuttimeen laskeutumisen loppuunsaattamiseksi, koska kahden faasin välinen tehokas erottuminen on tapahtunut nesteiden päästyä laskeuttimen päähän.

Kuvio 3 on osittainen jäljennös valokuvasta, joka on otettu nesteistä sekoittumassa sekoittumisosassa. Huomataan, että muodostuneet kuplat 5 56626 ovat suhteellisen suuria ja ovat kaikki olennaisesti yhdenmukaisia kooltaan.

Keksinnön mukaista menetelmää havainnollistetaan seuraavin esimerkein, jotka eivät millään tavoin rajoita keksintöä.

Esimerkki 1 koskee kyllästettyä uraanimalmiliuosta havainnollistaen uraanin ekstrahoinnin tehokkuutta jatkuvasti virtaavilla nesteillä.

ESIMERKKI 1 URAANIN EKSTRAHOINTI PUHTAASTA NESTEESTÄ

Kyllästettyä uraani liuosta, sisältäen 0.92 g/1 U^Ogja, joka oli saatu liuottamalla uraanimalmia happoon, käytettiin yhdessä orgaanisen liuottimen kanssa syöttönä putkiekstrahointilaitteeseen, joka oli valmistettu sisähalkaisijaltaan 2,5 cm:n paksuisesta ja 1,8 m pitkästä putkesta. Ensimmäiset 61 cm putkesta sisälsivät spiraalille käännettyjä metallinauhoja, jotka olivat 0,16 cm paksuja, 2,5 cm:n levyisiä ja 5,1 cm pitkiä. Kaksitoista tällaista käännettyä metallinauhaa asetettiin päät kiinni toisissaan ensimmäisten 60 cm:n pituudelle putkeen siten, että ne aiheuttivat virtaaville nesteille kiertävän liikkeen ja riittävästi pyörteitä niin, että sekoittumattomat nesteet sekoittuivat ja muodostivat nestekuplia. Jäljellä oleva 1,2 m putkea toimi las-keutumisosana eikä siinä ollut ohjaimia.

Orgaanisen liuottimen muodosti kerosiini sisältäen 2,5 tilavuusprosenttia tertiääristä amiinia (Adogen 364) ja 2,5 tilavuusprosenttia isode-kanolia. Mainitut kaksi faasia pumpattiin ennalta määrätyssä suhteessa putken sekoittumisosan läpi selkeytymisosaan, missä pyörteisyys lakkasi ja virtaavat nesteet eroittuivat toisistaan. Laskeutumisosan loppupäässä orgaaninen aine poistettiin ylemmästä ulosmenoaukosta ja vesi alemmasta ulosmenoaukosta.

Saatiin seuraavat tulokset.

Virtausnopeus [dm /min.) Nopeus Viipymäaika (s) Ekstraktio

Vesi Orgaaninen aine (cm/s) sekoittu- laskeu- (%) _ _ _ misosa tumisosa _ 10,8 5,49 53,4 1,1 2,3 98 % 56626

Normaali viipymäaika kaupallisessa uraani liuoksen ekstrahointilai-toksessa olisi noin yksi minuutti sekoitussäiliösekoittimessa ja kymmenen minuuttia laskeuttimessa. Tällöin putkiekstrahointilaite sisältää vähemmän kuin prosentin siitä liuosmäärästä, mikä on pakollinen tavanomaisessa sekoitin-laskeuttimessa ja sillä on tällöin huomattavasti alhaisemmat käyttökustannukset ja laitteiden pääomakustannukset.

Seuraava esimerkki suoritettiin virtausnopeuden vaikutuksen havainnollistamiseksi käytettäessä sekoitin-laskeutinta.

ESIMERKKI 2

Esimerkissä sekoitinosa oli vain 30 cm:n pituinen ja siinä oli sisällä käännettyjä metallikappaleita, jotka aiheuttivat virtaukseen pyörtei-syyttä. Nopeutta vaihdeltiin alla olevin tuloksin. Tertiäärisen amiinin (Adogen 364) liuos 2,5 tilavuusprosenttia kerosiinissä ja 2.,5 %:a isodekanolia pumpattiin yksikköön rinnan uraani liuoksen kanssa sisältäen 0.22 g/1 UgOgsa. Laskeutin oli 1,7 m pitkä ja halkaisijaltaan yhtä paksu kuin sekoitin. Saatiin seuraavat tulokset käytettäessä orgaanisen aineen suhdetta vesifaasiin 3:1.

Koe Virtausnopeus Viipymäaika (s) Jalostenäyte Ekstraktio

No. (cm/s)_ Sekoitinosa Laskeutinosa ^3^8 (g/1) (%)_ 1 21 1.4 7.7 0.0Θ3 62 l 2 37 0.8 4.4 0.019 91 % j 3 52 0.6 3.3 0.002 99 % j

J

Yllä olevasta esimerkistä voidaan nähdä se hämmästyttävä tosiseikka, j että lisättäessä virtausnopeutta ekstrahointitulokset paranivat, vaikka viipymäaika sekoittimessa supistui. Tämä on päinvastainen vaikutus kuin mitä on saatu säiliösekoittimessa, jossa supistunut viipymä- 1 j aika johtaa suurempaan lyhyen kierron asteeseen ja täten supistunee-seen ekstrahointiasteeseen. j |

Huomattiin, että kokeissa, joissa käytettiin alhaisempaa nopeutta, | orgaanisen aineen ja vesiliuoksen erottuminen laskeuttimessa oli hyvä j myös viipymöajan ollessa lyhyt laskeutinosassa. Kuitenkin, korkeammalla nopeudella sekoittimessa ja pyörteidenmuodostuksen ollessa suurempaa, nestekuplat eivät sulautuneet täydelleen yhteen sinä lyhyenä j aikana, jonka ne virtasivat laskeutumisosassa. Tarvittiin lisäksi kymmenen sekuntia faasien täydelleen eroamiseksi. Tämä on odotettua, * 7 56626 koska on ilmeisesti olemassa nopeuden yläraja mittasuhteiltaan annetun tapaisen sekoittimen tehokkaalle käytölle.

Joissakin liuotinjärjestelmissä ekstrahoinnin nopeus on riippuvainen kemiallisista reaktioista yhtä hyvin kuin fysikaalisista tekijöistäkin, kuten nesteiden välisen rajapinnan suuruus. Kaksi tapausta, jotka ovat kaupallisesti tärkeitä, ovat: (a) kuparin ekstrahointi ja (b) viisiarvoisen vanadiinin ekstrahointi happamista liuoksista käyttäen tertiääristä amiinia.

Siinä tapauksessa, että ekstrahoidaan kuparia ekstrahointiaineella, kuten LIX64N (General Mill'in tuote) kerosiinissa, tavallinen kaupal-„ linen käytäntö on käyttää sekoitussäiliöitä- sekoittamina, joilla on nimellinen, noin kahden minuutin viipymäaika Θ0-90 %:n tavoitteen saavuttamiseksi mahdollisesta tasapainoväkevyydestä jatkuvassa virtauksessa. Tämä pitkäaikainen voimakas sekoitus johtaa melko pysyvän dispersion muodostumiseen, jossa nestekuplat sulautuvat hitaasti yhteen ja joka eroaa hitaasti kahdeksi puhtaaksi faasiksi.

Seuraavat esimerkit 3 ja 4 suoritettiin keksinnön mukaisen menetelmän kokeilemiseksi järjestelmässä, jossa ekstrahoinnin nopeuteen vaikuttaa tapahtuva kemiallinen reaktio.

ESIMERKKI 3

Putkisekoittimen ja tavanomaisen sekoitussäiliöjärjestelmän toimintaa verrattiin ekstrahoitaessa kuparia sulfaatti liuoksesta, joka sisälsi 2.0 g/1 Cu ja 2 g/1 rautaa ferrosulfaattina pH:n ollessa 2.0. Sekoi-" tussäiliö järjestettiin niin, että nesteiden sisään- ja ulosvirtaus antoi nimellisen viipymäajan 30 sekuntia. Putkireaktorin sekoitinosas-sa oli lyhyitä spiraalisia nauhoja pyörteisyyden aikaansaamiseksi ja käytetty nopeus oli 76 cm sekunnissa, 6,4 m:n pituuden antaessa täten viipymäajan Θ.3 sekuntia. Mittaukset suoritettiin faasien erottumis-ajan suhteen seuraavin tuloksin:

Sekoittamistapa Kosketusaika Ekstraktio (%:a Selkeytymis.-.

_ (s)_ tasapainosta) aika (s)_ sekoitussäiliö 30 60 % 210 putkisekoitin 8.3 60 % 45 /8 56626

Yllä olevat esimerkit osoittavat, että putkisekoitin saavutti annetun asteisen ekstraktion huomattavasti lyhyemmässä ajassa ja tuotti dispersion, joka oli helpompi erottaa.

ESIMERKKI 4

Liuottimena tässä esimerkissä oli kerosiini, johon oli liuotettu 9 tilavuusprosenttia kaupallista kupariekstraktioainetta Kelex 120, jota tuottaa Ashland Chemical Co. ja joka on luultavasti hydroksikinoliini-yhdiste.

3

Sekoitussäiliössä sekoitettiin noin 3.Θ dm :n tilavuus liuosta, jonka pH oli 2.0 ja jossa oli 1,0 g/1 Cu:a kuparisulfaattina ja 2 g/1 rautaa ferrosulfaattina, orgaaniseen liuottimeen, jolla oli 1.5-kertainen tilavuus. Sekoittuminen saatiin aikaan turbiinityyppisellä,900 kierrosta minuutissa pyörivällä sekoittimella, joka muodosti mainituista kahdesta faasista täydellisen dispersion, joka oli verrattavissa kaupallisilla sekoittimi11a saataviin dispersioihin. Näytteet otettiin lyhyin aikavälein ja kuparipitoisuus analysoitiin molemmista faaseista.

Putkisekoitin-selkeyttimessä sama kupariliuos ja liuotin kulki läpi halkaisijaltaan 2,5 cm:n paksuisen 1,8 m pitkän putken, jossa oli kaksi 48 cm pitkää Kenics-tyyppistä spiraalimaista sekoituselementtiä, jotka erotti 86 cm pitkä tyhjä putki. Tätä sekoituselementtiä kuvataan US-patentissa 3.286.992. Nesteet kulkivat läpi järjestelmän, otettiin poistosäiliöön ja palautettiin kulkemaan uudelleen läpi sekoittimen. Sekä vesi- että orgaaninen faasi analysoitiin jokaisen läpikulun jäl- 3 keen. Virtausnopeus vaihteli välillä 19-26 dm minuutissa, kokonais-virtauksen antaessa tällöin viipymäajaksi 2-3 sekuntia jokaiselle läpikululle riippuen virtausnopeudesta.

Tulokset molemmista kokeista on esitetty alla olevassa taulukossa.

Tavanomainen menetelmä Sekoitussäiliö

Aika (sek) Analyysit - kupari (g/1)

Orgaaninen faasi Vesifaasi 0 0.0 1.8 10 0.40 1.1 • 20 0.52 0.95 40 0.63 0.80 60 0.71 0.72 120 0.84 0.49 9 <·

Putkisekoitin-selkeytin 56626 Läpikulku Aikaa (s) Analyysit - kupari (g/1)

No. kumulatiivinen _ järjestelmässä Orgaaninen faasi Vesifaasi Lähtö 0 0.0 1.8 1 4 0.41 1.2 2 7 0.56 1.0 3 10 0.76 0.75 4 12 0.84 0.59 5 15 0.91 0.47 : i

Keksinnön mukaiselle menetelmällä saavutettiin putkivirtaussekoitin-selkeyttimessä 15 sekunnissa sellainen ekstraktioaste, johon tarvitaan moninkertainen aika käytettäessä sekoitussäiliötä, joka on varustettu tavanomaisella keskipakotyyppisellä sekoittimella.

i

Toisessa kuparin ekstrahoinnin koesarjassa tutkittiin ohjainlevyjen muodon vaikutusta sekoittumisosassa. Eräs ohjaintyyppi muodostui Kinica- j sekoituselementeistä muodostuvista osista. Eräs toinen tyyppi muodostui päättymättömästä ruuvi kierteestä, joka oli valmistettu putken halkaisijan levyisestä metallinauhasta. Kolmas sekoitintyyppi muodostui renkaista, jotka sijaitsevat putken halkaisijan pituisen matkan päässä toisistaan ja joissa oli keskiaukko, joka oli pinta-alaltaan ' puolet putken pinta-alasta. Neljäs tyyppi muodostui yllä kuvatun suuruisin keskiaukoin varustetuista renkaista sekä niiden kanssa vuorot-televista levyistä, jotka sulkivat putken keskustan siten, että ohjain-levyn ja putken seinämän väliin jäävän tilan pinta-ala oli puolet a-„ voimen putken pinta-alasta.

ESIMERKKI 5 Tässä esimerkissä olevat kokeet kuparin ekstraktiosta suoritettiin happamasta liuoksesta, jossa oli liuottimena Kelex 100 (Ashland Chemical Co:n tuote, jolla on luultavasti hydroksikinoliinirakenne), 9 % liuoksena kerosiinissä. Käytettäessä liuosta, jossa oli 2.08 g/1 kuparia ja pH 2.3, saatiin seuraavat jalosteet pumppaamalla liuotin ja vesi 61 cm pitkien ja erilaisten sekoittimien läpi, joita seurasi selkey-tysosa.

&662£ 10

Sekoitintyyppi Nopeus Jalosteanalyysi _ (cm/s) Cu (g/1)_

Rengas 30.5 1.36

Rengas 61.0 1.12

Rengas-levy 61.0 1.3Θ

Rengas-levy 91.5 1.10

Kinics 30.5 1,53

Kinics 61.0 1.46 j

Kinics 91.5 1.16

Ruuvi 61.0 1.54

Ruuvi_91,5_ 1.20 ·

Tulokset osoittavat, että kussakin sekoittimessa nopeuden ja ekstrakti-on välillä vallitsee suhde, joka näyttää riippuvan virtaaviin rfestei- ! siin aiheutetun pyörteisyyden asteesta.

i Tästä esimerkistä ilmenee havainnollisesti, että ekstrahoinnin tehok-kuus on usein riippumaton ohjainlevytyyppisen elementin rakenteesta ja j että jokaiselle eri järjestelmälle voidaan löytää optimirakenne.

j

Viisiarvoisen vanadiinin ekstrahointi happamista liuoksista amiini- | tyyppisillä liuottimilla, kuten Alamine 336 (General Mills Incin tuot- i tama tertiäärinen amiini], on hyvin hidasta johtuen kemiallisesta , reaktionopeudesta ja tällöin tarvitaan viiden minuutin kyllästetyn liuoksen ja liuottimen voimakas sekoitus hyvän ekstrahoinnin saavuttamiseksi. Toisaalta hapetetun uraanin ekstrahointi happamasta liuoksesta on hyvin nopea samalla liuottimelle.

Jos sekä hapetettu vanadiini että uraani sattuvat yhdessä samaan kyllästettyyn liuokseen ja käytetään tavanomaista liuotinekstrahointi-järjestelmää käyttäen sekoitussäiliötä jokaiseen sekoituksen vaiheeseen, uraani saattaa ekstrahoitua täydellisesti lyhyessä ajassa, mutta vanadiini ekstrahoituu osittain niin, että hyvää erottumista ei voida saada aikaan näiden kahden välille johtuen ekstrahoinnin suhteellisten nopeuksien erilaisuudesta.

Tällöin ekstrahoitaessa hapetetun vanadiinin ja uraanin seosta rikki-happoisessa kyllästetyssä liuoksessa, sekoittuminen voidaan suorittaa putkisekoitin-selkeyttimessä viipymäajan ollessa yksi sekunti uraanin ekstrahoimiseksi tällöin korkealla saalilla, kun taas vanadiinin ekstrahoinni11a on oltava aikaa tapahtuakseen merkittävissä määrin.

11 S6626

Vanadiini voidaan siten ekstrahoida jalosteesta toisella ekstraktio-kerralla.

Putkiekstrahointilaitetta voidaan käyttää selektiivisessä ekstrahoin-nissa erotettaessa alkuaineita toisistaan erilaisten ekstrahoitumis-nopeuksien perusteella. Näitä nopeuseroja voidaan käyttää hyväksi erotettaessa nikkeli ja koboltti tiosyanaattikompleksin ekstrahoinni1-la metyyli-isobutyyliketonilla ja kuparin ja nikkelin ekstrahoinnissa ammoniakaalisesta liuoksesta oksiimityyppisellä liuottimella.

Tätä sovellutusta voidaan käyttää hyväksi myös silloin, kun jokin liuoksessa oleva epäpuhtaus, kuten rauta tai alumiini, voi ekstrahoitua vain huomattavasti alhaisemmalla nopeudella kuin kyseinen alkuaine.

^ Tässä tapauksessa arvokkaat aineet voidaan ekstrahoida nopeasti kont rolloituna aikana putkisekoittimessa, jolloin epäpuhtaudet jäävät jäljelle, vaikka nämä epäpuhtaudet saattaisivat ekstrahoitua korkealla kertoimella, jos kosketusaika olisi tarpeeksi pitkä.

ESIMERKKI 6

On tunnettua (katso US-patentti 3.069.231), että koboltti voidaan selektiivisesti ekstrahoida kobolttia ja nikkeliä arvokkaassa määrin sisältävästä liuoksesta käyttämällä tiosyaanihappoliuosta (HSCN) metyy- li-isobutyyliketonissa (MIBK). Standardityyppisen liuotinekstrahoinnin (sekoitin-laskeutinyhdistelmä) vertaamiseksi tässä kuvatun tyyppisen tasapainoekstrahoinnin kanssa suoritettiin vertailevia kokeita. Yhdessä tapauksessa koboltti ja nikkelisulfaattiliuosta sekoitettiin tavanomaisessa sekoittimessa kahden minuutin ajan HSCN-MIBK-liuoksen kanssa. Tämän kokeen olosuhteet on esitetty taulukossa 1.

TAULUKKO 1

Co:n ekstrahointi HSCN-MIBK:1la käyttäen tavanomaista sekoitin-laskeu-tinyhdistelmää

Olosuhteet: Kahden minuutin ravistelu huoneen lämpötilassa, c/a = 0.5, MIBK sisältäen 245 g/1 HSCN, vesisyöttö 5.11 g/1 Co, 10.0 g/1 Ni, 250 g/1 H SO..

Jaloste ensimmäisestä ravistelusta käsiteltiin toisen kerran ravistelemalla pyöreällä HSCN-MIBK:1la.

<· 12 56M6k

Ekstrahointi_Ekstrakti_Jaloste_ Cosn ekstrahointi syöttövaiheesta

Co(g/l) Ni(g/1) Co(g/l) Ni(g/1) ( % .)_ 1. 4.5 0.14 2.8 9.93 45 2. 2.6 0.12 1.7 9.85 39

Ekstrahointi suoritettiin käyttäen samanlaisia liuoksia putkisekoi-tin-laskeuttimessa, jossa oli 24 elementtiä halkaisijaltaan 1,3 cm:n paksuisessa putkessa. Mainitut 24 elementtiä olivat 71 cm:n matkalla putkessa. Tasapainosekoituskammiota seurasi 30 cm pitkä tyhjä putki, joka toimi laskeuttimena. Sekoitin-laskeutin oli kuvion 1 mukainen. Molemmat faasit virtasivat sekoittimen lävitse tasaisella nopeudella, joka oli noin 30 cm sekunnissa, mikä antaa viipymäajaksi kaksi sekuntia. Jaloste ensimmäisen kierroksen jälkeen syötettiin uudelleen tasa-painosekoittimeen tuoreen liuottimen kanssa. Näiden kahden kosketus-vaiheen aikana oli mahdollista nähdä, että molemmat faasit erosivat täydellisesti 30 cm pitkän putken päässä. Saadut tulokset on esitetty taulukossa 2.

TAULUKKO 2

Co:n ekstrahointi HSCN-MIBK:11a käyttäen putkisekoitin-laskeutinta.

Olosuhteet: Samat kuin taulukossa 1,mutta käytettiin putkisekoitin-ta, jossa sekoitusaika oli noin kaksi sekuntia.

Ekstrahointi Ekstrakti Jaloste Co:n ekstrahointi _ Cotg/1) Ni(g/1) Co(g/l) Nitg/1) syötöstä (%)_ 1. 4.0 0.12 3.1 9.94 40 2. _2j_6_0.12 1.8 9.88_42_

Yllä oleva esimerkki osoittaa, että se koboltin ekstrahointiaste, joka saavutettiin sekoitussäiliösekoittimessa kahdessa minuutissa, saavutettiin putkisekoittimessa kahdessa sekunnissa mikä osoittaa, että putkisekoittimella päästiin lähelle tasapainoa kahdessa sekunnissa. Koboltin selektiivinen ekstrahoituminen saavutettiin merkittävässä määrin.

Keksintöä on havainnollistettu kuvaamalla sen sovellutusmuotoja, joissa on käytetty määrättyjä liuotinsysteemejä, jotka käsittävät 13 56626 tiettyjä metalleja. Kuten kupari, uraani ym. Kuitenkaan keksintö ei ole millään tavoin rajoitettu näihin sovellutusmuotoihin, vaan se on sovellettavissa yleensä liuotinekstrahointimenetelmiin, joihin sisältyy ioninvaihto. Se on sovellettavissa monivaihe- ja vastavirtasovellutuk-siin. Sitä voidaan käyttää kahden tai useamman liuoksessa olevan ionin selektiiviseen tai valikoivaan ekstrahointiin ionien ekstrahoitumis-nopeuksien ollessa erilaiset. Liuotinekstrahointijärjestelmät, jossa sitä voidaan käyttää» sisältävät erotusoperaatiot, joissa metalli-ionit erotetaan liuottimesta erotinväliaineen kanssa. Menetelmä ei rajoitu vain sekottimen ja laskeuttimen yhdistelmästä muodostuvan laitteen käyttöön, sillä se on riippumaton käytetyn laskeuttimen laadusta. Keksinnössä on siten olennaista sekoituvaihe, jossa orgaanisen aineen olennaisesti vakiollinen suhde vesiliuokseen säilytetään kautta koko " sekoitusoperaation ja jokaisella nesteen tilavuusyksiköllä on sekoi-tusalueess.a sama viipymisäika kuin millä tahansa muulla vastaavalla nesteen tilavuusyksiköllä. Tämä menetelmä vähentää olennaisesti saadun dispersion laskeutumisaikaa riippumatta käytettävästä laskeutumis-tavasta.

Kuten huomataan esimerkeistä, ja kuten on välttämätöntä ekstrahointi-menetelmissä tai -prosesseissa, nesteen viipymäaika sekoitin- ja las-keutinosissa on usein erilainen. Tämä voidaan mitata edellä kuvatusta putkityyppisestä sekoitin-laskeutinlaitteesta, jossa laskeutinosalla on suurempi pituus ja/tai poikkileikkauspinta-ala kuin sekoitinosalla, vaikka virtausnopeus saattaa olla yhdenmukainen kautta koko systeemin.

Putkityyppisen ekstrahointilaitteen sekoittimen ja laskeuttimen suhteelliset pituudet saattavat vaihdella tarpeen mukaan. Kuitenkin sekä sekoittimessa että laskeuttimessa kullakin nesteen tilavuusyksiköllä tulee olla yhdenmukainen viipymäaika. Virtauksen suuntautuminen ekstrahointilaitteen lävitse on yleensä vaakasuora, joskin putki voidaan tarvittaessa tehdä säädettäväksi muihinkin asentoihin.

Koska tehokas ekstrahointi voidaan aikaansaada huomattavasti lyhennettyjä viipymäaikoja käyttäen, voi tästä olla seurauksena huomattavasti supistunut liuottimen tarve. Myös laitteiston ja käyttövoiman tarve vähenee, mikä mahdollistaa huomattavasti alhaisemmat pääomainvestoinnit liuotinekstrahointimenetelmiin. Liuotinhäviöitä voidaan supistaa ja tällä parantaa menetelmän taloudellisuutta. Menetelmää voidaan käyttää eri metallien selektiiviseen erotukseen, esimerkiksi kyllästetystä vesiliuoksesta, joka on saatu liuottamalla erilaisia malmeja. Tästä 14 56626 voi olla seurauksena metallien huomattavasti korkeampi prosentuaalinen talteenotto ja tämä voi edelleen lisätä järjestelmän taloudellisuutta.

Claims (4)

15 56626 PATENTTIVAATIMUKSET W

1. Ekstrahointimenetelmä, jossa sekoittamattomat, ominaispainoltaan erilaiset nesteet saatetaan ekstraktiota varten keskenään kosketukseen johtamalla ne samanaikaisesti putkimaisen sekoittumistilan läpi ja jossa nesteiden muodostama dispersio johdetaan edelleen laskeutu-mistilaan, jossa nesteet erottuvat toisistaan, tunnettu siitä, että nesteiden välillä tapahtuvan ionivaihdon tehostamiseksi toiseen sekoitustilaan johdettavista nesteistä lisätään ioninvaihtoainetta, joka ekstrahoi toisen nesteen sisältämiä ioneja nesteiden ollessa kosketuksessa toisiinsa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ^ että ekstrahoitavia ioneja sisältävä neste on kahden tai useamman metallin vesiliuos, jossa metalleilla on toiseen nesteeseen lisätyn ioninvaihtoaineen suhteen erilaiset ekstrahoitumisnopeudet, ja että nesteet johdetaan sekoittumis- ja lasketumistilojen läpi sellaisella nopeudella, että ioninvaihtoaine ekstrahoi yhden metalleista muiden jäädessä pääasiassa ekstrahoitumatta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteiden sekoittuminen aikaansaadaan putkimaisessa sekoit-tumistilassa ohjaimien avulla muodostetulla mutkittelevalla virtaus-radalla ja että suhteellisen suurten, pääasiassa samankokoisten ja toisistaan nopeasti erottuvien pisaroiden muodostamiseksi nesteet saatetaan virtaamaan nopeudella, jolla nesteiden vatkautuminen vältetään ja leikkausvoimat ovat mahdollisimman pienet.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n - ' n e t t u siitä, että nesteet saatetaan virtaamaan putkimaisessa se- koittumistilassa pitkin spiraalimaista virtausrataa pääasiallisesti laminaarissa kosketuksessa toisiinsa ja että neste jaetaan erillisiksi, kumpaakin nestettä, sisältäviksi virtauksiksi, jotka jälleen yhdistetään toisiinsa. < |