FI73599B - Kristalliseringsanordning foer kristallisering av metaller. - Google Patents

Description

1 73599

Kiteytyslaite metallien kiteyttämiseksi

Keksintö koskee kiteytyslaitetta, jossa orgaaniseen liuottimeen uutetut metalli-ionit siirretään vesi-5 pitoiseen erotusliuokseen, siinä olevan metalLisuolan konsentroimiseksi ja kiteyttämiseksi, jolloin metalli-ionit erotetaan täysin orgaanisesta liuottimesta ilman tarvetta konsentroida vesipitoista liuosta haihduttamalla .

10 Perinteiset menetelmät metallisuolojen kiteyttä miseksi vesiliuoksestaan perustuvat kiteiden saostami-seen väkevöimällä liuos haihduttamalla kiteyttimessä. Haihduttamisen vaatiman energian säästämiseksi käytetään tyhjöhaihdutusta ja tehokkuuden lisäämiseksi käytetään 15 monivaiheista paineenalennusmenetelmää. Aines, jonka liukoisuus vaihtelee suuresti lämpötilan mukaan, kiteytetään jäähdyttämällä liuosta. Joissain tapauksissa toista suolaa lisätään kiteyttimen ulkopuolelta tietyn suolan liukoisuuden pienentämiseksi.

20 Näin perinteisissä menetelmissä vesi täytyy haih duttaa tietyn metallisuolan tai toisen suolan, joka on lisätty kohteena olevan suolan liukoisuuden pienentämiseksi, väkevöimiseksi, mistä on seurauksena suuri energian kulutus.

25 Toisaalta liuotinuutossa, jossa orgaaniseen liuot timeen uutetut metalli-ionit poistetaan erotusliuoksen suoloina, jolloin erotusliuos on vesipitoinen liuos, johon kyseisen metallisuolan liukoisuus on pieni, suolan kiteet saostetaan sekoituskammiossa erotusliuoksen ja or-30 gaanisen liuottimen sekoittamiseksi, sekoituskammio on va rustettu sekoittimella, jonka siivet ovat kosketuksessa kammion sisäseinämään. Tasainen toiminta pitkän aikaa tulee mahdottomaksi sekoituskammiossa ja arvokas orgaaninen liuotin kuluu epätaloudellisesti johtuen liuottimen tart-35 tumisesta kiteisiin. Erityisesti, koska sellaiset komplek- sisuolat, kuten metalli-ammoniumkloridit ja metalli-ammo-niumsulfaatit, ovat vaikeasti veteen liukenevia, mainittu ilmiö on merkittävä ja estää prosessin teollisen käytön.

2 73599 Tällaisissa olosuhteissa teollisissa menetelmissä, joissa perinteisesti on käytetty hyväksi liuotinuuttoa kiteiden aikaansaamiseksi, on ollut tarpeen käyttää vesipitoista liuosta, johon kyseiset metalli-ionit ovat 5 voimakkaasti liukenevia, orgaaniseen liuottimeen uutettujen metalli-ionien erottamiseksi ja tämän jälkeen käyttää perinteistä menetelmää liuoksen väkevöimiseen haihduttamalla liuosta kiteyttimessä, mutta nykyisin tällainen menetelmä on epätaloudellinen johtuen suurista kustannuk-10 sista.

Edellämainittujen perinteisten vaikeuksien voittamiseksi tarjoaa nyt esiLlä oleva keksintö energiaa säästävän kiteytintyypin, jota voidaan käyttää orgaaniseen liuottimeen uutettujen metallien ionien siirtämiseen 15 vesipitoiseen erotusliuokseen, johon metalli-ionit ovat vaikeasti liukenevia, ja aikaansaadaan tasalaatuisia kiteitä ilman tarvetta haihduttaa liuosta.

Keksintö koskee kiteytyslaitetta, jota käytetään metallien kiteyttämiseksi metalli-ioneja sisältäväs-20 ta orgaanisesta liuottimesta sekoittamalla liuokseen strippausliuosta.

Kiteytyslaitteelle on tunnusomaista, että se käsittää kiteytyssäiliön 1, jossa on yläosa ja alaosa me-tallikiteiden saostamiseksi strippausliuoksesta, jolloin 25 alaosan koko pienenee alapäätä kohti ja jolloin alaosan alapäässä on sisääntulo 8, kierrätettyä strippausliuosta varten; yläaukolla varustetun sekoitussäiliön 4, joka on sovitettu kiteytyssäiliön 1 yläosaan ja jossa on sisääntulo liuosta varten ja alaspäin suuntautuva putki (>, jo-30 ka ulottuu kiteytyssäiliön 1 läpi ja avautuu kiteyt.yssäi-liön 1 alaosaan, jolloin sekoitussäiliössä 4 metalli-ioneja sisältävä orgaaninen liuotin sekoittuu strippau.sliuok-seen niin, että metalli-ionit siirtyvät strippauslluokseen, ja jolloin sekoitussäiliö 4 mahdollistaa strippaus-35 liuoksen virtaamisen alaspäin putkessa 6; kiteytyssäi 1 iön 1 alaosaan yhdistetyn kiteiden poistoputken 12 strippaus-liuoksesta saostuneiden kiteiden poistamiseksi kiteytys- 3 73599 säiliön 1 ulkopuolelle; seisotusvyöhyke sekoitussäiliös-tä 4 ylivirtaavaa, metalli-ioneista stripattua orgaanista liuotinta varten, joka vyöhyke on sovitettu sekoitus-säiliön 4 yläalueen ylimmän osan ympärille; poistoputken 5 11 seisotusvyöhykkeen ylivirtauksen poistamiseksi kitey- tyssäiliön 1 ulkopuolelle; kiteytyssäiliön 1 läpi kulkevan ja yläosan ja alaosan väliselle raja-alueelle tai sen lähelle sovitetun rengaspoistoputken 17 strippaus-liuoksen poistamiseksi, jolloin rengaspoistoputki 17 on 10 yhdistetty liuoskeräyssysteemiin strippausliuoksen kierrättämiseksi sekä sekoitussäiliöön 4 että kiteytyssäiliön 1 alapäässä olevaan sisääntuloon 8.

Kuvio 1 on pitkittäisleikkaus esillä (levän keksinnön mukaisesti kiteyttimestä.

15 Kuviot 2 ja 3 kuvaavat esitetyn keksinnön sovel- lutusmuotoja.

Kuvio 4 on graafinen esitys, joka esittää (NH^)^FeFg:n liukoisuutta veteen.

Esillä oleva keksintö kuvataan seuraavassa yksi-20 tyiskohtaisesti viittaamalla kuvioihin; ensisijaisesti kuvioon 1.

Orgaaninen liuotin, joka sisältää siilien uutettuja metalli-ioneja 2 (orgaaninen faasi) ja ves.ipitoinen strippausliuos 3 syötetään sekoitussäiliöön 4. Orgaaninen 25 liuotin on veteen sekoittumatonta ja strippausliuos sisältää ainetta, joka voi muodostaa orgaaniseen liuottimeen uutettujen metalli-ionien kanssa vaikeasti liukenevaa suolaa. Tällöin metalli-ionit orgaanisessa faasissa 2 siirtyvät strippausliuokseen sekoittamisen vaikutuksesta 30 käyttämällä sekoitinta 14. Strippausliuos 3, jossa metal-liyhdisteiden konsentraatio on kasvanut, virtaa läpi las-kuputken 6, jolloin samalla tapahtuu orgaanisen liuottimen erotus johtuen ominaispainoerojen vaikutuksesta ja muodostuu syntyneiden yhdisteiden kidealkioita minkä 35 jälkeen liuos tulee kiteiden muodostumisosaan 7, jolla on poikkileikkaukseltaan kartiomaisesti kapenova muoto. Orgaaninen liuotin, jolle on suoritettu lähes täydellinen erotus sekoitussäiliössä 4, virtaa sieltä seisotusvyöhyk- 4 73599 keeseen 5 ja kerääntyy kiteiden muodostumisosassa 7 strip-pausliuoksen päälle ja poistetaan orgaanisen liuottimen poistoputken 11 kautta. (Orgaanisella liuottimena on tavallisesti pienempi tiheys kuin vedellä.) Kiteisiin kiin-5 nittynyt orgaaninen liuotin poistetaan, kun kiteet ovat muodostuneet kiteiden muodostumisosassa 7 ja kiteet ovat vapaita orgaanisesta liuot,timesta. Strippausliuos virtaa ylöspäin läpi kiteiden muodostumisosan 7 saman aikaisesti saostaen ja kehittäen kiteitä. Johtuen kiteiden muo-10 dostumisosan poikkipinta-alan kasvusta kohoavan strip- pausväliaineen nopeus pienenee kiteiden suostumiseksi ja saostuneet kiteet ovat lähes täysin erottuneet kartiomai-sesti kapenevan kiteiden muodostumisosan 7 yläosan ja ki-teyttimen sy1 interimäisen yläosan (kiteiden erotusvyöhy-15 ke 13) raja-alueella. Osa strippausliuoksesta johdetaan sitten pois strippausliuoksen poistoputken 10 kautta, toinen osa liuoksesta menee rengasputkeen 17 ja kierrätetään strippausliuoksen kierrätysputken 16 kautta sekoitus-säiliöön 4 strippausliuoksena 3 ja muu osa liuoksesta joh-20 detaan kiteiden juoksevan väliaineen sisääntuloon 8, joka sijaitsee kiteytyssäiliön 1 pohjassa, kiihdyttämään strippausliuoksen virtausta kiteiden muodostumisosan 7 alaosassa ja estämään kiteiden saostuminen tähän osaan ristikon 15 avulla. Kiteet poistetaan kiteiden poistoputken 12 25 kautta, joka on sijoitettu sopivan kohtaan kartiomaisesti kapenevassa kiteiden muodostumisosassa 7, ja viedään jatkokäsittelyyn .

Kuvio 2 on kuviossa 1 esitetyn keksinnön sovellu-tusmuoto. Tämä sovellutus on käyttökelpoinen, kun kiteyt-30 tävän metalliyhdisteen liukoisuus vesipitoiseen strippaus-liuokseen on suhteellisen suuri. On mahdollista nopeuttaa kiteiden saostumista jäähdyttämällä strippausliuoksen kierrätysputkesta 16 ulostulevaa strippausvällainetta käyttämällä jäähdytintä 19 alentamaan strippausliuoksen 35 lämpötilaa kiteiden muodostumisosassa 7. Muut laitteen osat ovat samat kuin kuviossa 1.

n 5 73599

Kuviossa 3 esitetyssä keksinnön sovellutuksessa kuumennetaan strippausväliainetta käyttämällä kuumennin-ta 19 estämään kiteiden saostumista liiallisessa määrin sekoitussäiliössä 4 ja laskuputkessa 6, kun metallisen 5 kiteyttävän aineksen liukoisuus on liian pieni, vastakohtana kuvion 2 mukaiselle tapaukselle. Laitteen muut osat ovat samat kuin kuviossa 1.

Jäähdytin tai kuumennin 19 voidaan jäähdyttää tai kuumentaa käyttämällä jäähdytysainetta tai höyryä 18.

10 Kuten edellä on kuvattu, esillä oleva keksintö kohdistuu kiteyttimeen, jossa orgaaniseen liuottimeen uutetut metalli-ionit siirretään vesipitoiseen strippaus-liuokseen, joka sisältää ainetta, joka voi muodostaa vaikeasti liukenevaa suolaa mainittujen metalli-ionien kans-15 sa kiteiden muodostamiseksi. Ei ole tarvetta väkevöidä strippausliuosta haihduttamalla, tuotetut kiteet ovat saman kokoisia ja orgaanisen liuottimen häviö on pieni, koska liuottimen tarttuminen kiteisiin on vähäistä. Täten esillä olevan keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää 20 varsin taloudellisesti.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkki 1 30 % D2EHPA (di-2-etyyliheksyyli-fosforihappo) uuteaineena laimennettiin 70 %:lla normaalia parafiinia 25 orgaanisen liuottimen muodostamiseksi ja orgaaninen liuo tin, joka sisälsi 12,6 g/1 Fe +-ioneja syötettiin kuvion 1 mukaisen kiteyttimen sekoitusosaan nopeudelLa 10 1/h. Saman aikaisesti vesiliuosta, jonka NH^HF^-pitoisuus oli 100 g/1 ja joka sisälsi 4,5 g/1 (NH^J^FeFg, syötettiin 30 vesipitoisena strippausliuoksena kiteyttimen sekoitus- osaan nopeudella 20 1/h. Orgaanisessa faasissa olleet Fe^+-ionit siirtyivät vesifaasiin muodostaen kompleksisuo-laa, (NH^l^FeFg, seuraavan reaktion mukaisesti: 35 R3 Fe + 3NH4HF2 3R.H + (NH4) 3FeFg^, (1) 6 73599 missä R-H edustaa uuttoainetta orgaanisessa liuottlmessa ja R^Fe edustaa Fe +-ioneja uutettuina orgaaniseen Liuot-timeen.

Tavallisessa sekoitus-seisotustyyppisessä lait-5 teessä aikaansaadut kiteet kiinnittyvät sekoitussäiLiön seinämään noin 30 mm:n paksuiseksi kerrokseksi ja sekoit-timen siipiin niin paksusti, ettei turbiinin siipiä voi täysin erottaa 3 tunnin käytön jälkeen, eikä orgaanisessa liuottimessa olevia Fe +-ioneja voida 5 tunnin käytön 10 jälkeen siirtää orgaanisesta faasista vesipitoiseen faasiin. Saatujen kiteiden koko on välillä 2-10 jam.

Vastakohtana edellä mainitulle on esillä olevan keksinnön kohdalla todettu, että vaikka osa kiteistä on kiinnittynyt sekoittimen siipiin 1-0,5 mm: n paksuisek-15 si kerrokseksi, niin keksinnön mukaisen laitteen 120 tunnin toiminnan jälkeen sekoitusosan seinämissä ei ilmene minkäänlaista kiteiden ki innittymistä. Orgaanisen liuottimen erotusprosessi valmistettaessa kidealkioita kiteiden muodostumisosassa voidaan havaita paljaalla silmällä. 20 Poistuneet kiteet olivat tasaisesti kooltaan 50 - 70 jum. Kummallakin tavalla saatujen kiteiden muut ominaisuudet esitetään taulukossa I.

Taulukko I

25

Orgaanisen Vesipitoisuus Erotus- . liuottimen aste 1 ee pitoisuus (p-%) (%) _(p-%)__

Perinteinen 30 sekoitin 4,2 62 81

Keksinnön mukainen laite_0,081_28_96 (NH^)^FeFg:n liukoisuus vesipitoiseen NH^HF2~ 35 liuokseen (HF = 0 g/1) on pieni, kuten kuviosta 4 ilmenee, niin että mainittu liuos voi erottaa Fe^+-ionit orgaanisesta faasista ja kiteyttää ionit (NH^)^FeF^:na il- li 7 7 3 5 9c» man haihdutustarvetta. Keksinnön mukaista laitetta käyttämällä saadut kiteet sisältävät ainoastaan pieniä määriä orgaanista liuotinta, kuten ilmenee taulukosta I.

Esimerkki 2 5 10 % TOA (trioktyyliamiini) uuteaineen i laimennet tiin 90 %:lla aromaattista hiilivetyä orgaanisen liuottimen muodostamiseksi ja 6 g/1 VO^ -ioneja sisältänyt orgaaninen liuotin syötettiin sekoitusosaan nopeudeLla 10 1/h. Saman aikaisesti väkevyydeltään 4 mol/1 ollutta NH^Cl-10 liuosta, jonka pH oli 8, syötettiin vesipitoisena strip-pausliuoksena nopeudella 10 1/h sekoitusosaan. Kahden liuoksen sekoittumisen vuoksi reaktio tapahtuu yhtälön (2) mukaisesti, jossa VO^ -ioneja siirretään orgaanisesta faasista vesifaasiin, ammoniumvanadiini NH^VO^-kiteiden 15 muodostamiseksi.

(R3NH+)V03“ + NH4C1 (R3NH + )Cl" + NH4V03 4, (2)

Perinteisessä sekoitus-seisotustyyppisessä lait-20 teessä kiteet kiinnittyvät sekoitussäiliön seinille ja se- koittimen siipiin ja toiminta tulee mahdottomaksi 30 tunnin kuluttua. Saadut kiteet ovat hienoa ja savenkaltaista, halkaisijaltaan pienempiä kuin 20 um, ja ne sisältävät suuren määrän orgaanista liuotinta. On tarpeer suorittaa 25 uusi liuotus ja kiteytys.

Keksinnön mukaisella laitteella voidaan sitä vastoin pitää toimintaa yllä pitkän aikaa ja saatujen kiteiden halkaisija on 100 - 150 um.

Kummallakin laitteella saatuja tuloksia vertail-30 laan taulukossa II.

β 73599

Taulukko II

Orgaanisen Kiteiden Vesipi- Erotus- liuottimen koko toisuus aste

Laite pitoisuus (um) (p-%) (%) _(p-%)__ 5 Perinteinen sekoitus- seisotustyyppi 14,8 0,5 - 20 72 98 - 98,5

Keksinnön mukainen 0,03 100 - 150 31 99 - 100 10 ' “

Visuaalisesti voidaan todeta, että esillä olevan keksinnön mukaisella laitteella saatujen kiteiden kirkkaus on paljon suurempi kuin perinteisellä sekoitus-sei-15 sotustyyppisellä laitteella saatujen kiteiden kirkkaus. Tämä todistaa, että kiteisiin tarttuneiden orgaanisten liuottimien määrä on paljon pienempi verrattuna perinteiseen menetelmään.

Käyttämällä esillä olevan keksinnön mukaista ki-20 teytintä on mahdollista käyttää vesiliuosta, johon kyseisen metallisuolan liukoisuus on pieni, strippausliuoksena siirtämään orgaanisen liuottimen metalli-ionit itseänsä. Siksi on mahdollista saada aikaan kyseisiä kiteitä tarvitsematta väkevöidä strippausliuosta haihduttamalla.

il

Claims (4)

1. 9 73599
2. 1. Kiteytyslaite, jota käytetään metallien kiteyt-tämiseksi metalli-ioneja sisältävästä orgaanisesta liu-5 ottimesta sekoittamalla liuokseen strippausliuosta, tunnettu siitä, että se käsittää kiteytyssäi-liön (1), jossa on yläosa ja alaosa metallikite iden saostamiseksi strippausliuoksesta, jolloin alaosan koko pienenee alapäätä kohti ja jolloin alaosan alapäässä on 10 sisääntulo (8) kierrätettyä strippausliuosta varten; yläaukolla varustetun sekoitussäiliön (4), joka on sovitettu kiteytyssäiliön (1) yläosaan ja jossa on sisääntulo liuosta varten ja alaspäin suuntautuva putki (6), joka ulottuu kiteytyssäiliön (1) läpi ja avautuu kitey-15 tyssäiliön (1) alaosaan, jolloin sekoitussäiliössä (4) metalli-ioneja sisältävä orgaaninen liuotin sekoittuu strippausliuokseen niin, että metalli-ionit siirtyvät strippausliuokseen, ja jolloin sekoitussäiliö (4) mahdollistaa strippausliuoksen virtaamisen alaspäin put-20 kessa (6); kiteytyssäiliön (1) alaosaan yhdistetyn kiteiden poistoputken (12) strippausliuoksesta saostuneiden kiteiden poistamiseksi kiteytyssäiliön (1) ulkopuolelle; seisotusvyöhyke sekoitussäiliöstä (4) yLivirtaa-vaa, metalli-ioneista stripattua orgaanista liuotinta 25 varten, joka vyöhyke on sovitettu sekoitussäiliön (4) yläalueen ylimmän osan ympärille; poistoputken (11) sei-sotusvyöhykkeen ylivirtauksen poistamiseksi kiteytyssäiliön (1) ulkopuolelle; kiteytyssäiliön (1) Läpi kulkevan ja yläosan ja alaosan väliselle raja-alueelle tai 30 sen lähelle sovitetun rengaspoistoputken (17) strippausliuoksen poistamiseksi, jolloin rengaspoistoputki (17) on yhdistetty liuoskierrätyssysteemiin strippausliuoksen kierrättämiseksi sekä sekoitussäiliöön (4) että kiteytyssäiliön (1) alapäässä olevaan sisääntuloon (8). 10 735 9 9
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiteytyslaLte, tunnettu siitä, että se käsittää laitteen (19) liuoksen lämpötilan säätämiseksi ennen liuoksen syöttämistä kiteytyssäiliön (1) kiteiden muodostumisosaan (7). 11 7 3 5 9 9
4. 1. Kristalliseringsanordning, som anväuds för kristallisering av metallcr frän ett organiskt lösnings-5 medel innehällande metalljoner genom att mod Lösningen blanda en strippningslösning, k ä n n e t e e k n a d därav, att den omfattar en krista11isationsbehällare (1) med en Övre del och en nedre del för utfällning av me-tallkristaller frän strippningslösningen, varvid dimen-10 sionen av den nedre delen minskar nedät och varvid den nedre delens nedre ända har ett inlopp (8) för cirkule-rad strippningslösning; en omröringsbehällare (4), som är försedd med en Övre öppning och anordnad i den övre delen av kristallisationsbehällaren (1) och som har ett in-15 lopp för lösningen och ett nedät riktat rör (h), som sträcker sig genom kristallisationsbehällaren (1) och utrymmar i kristallisationsbehällarens (1) nedre del, varvid det organiska lösningsmedlet innehällande metalljoner blandas i omröringsbehällaren (4) med strippnings-20 lösningen sä, att metalljonerna överförs tili strippningslösningen, och varvid omröringsbehällaren (4) möjliggör strömning av strippningslösningen nedät i rörot (6); ett med kristallisationsbehällarens (1) nedre del förenat och för kristaller avsett utloppsrör (12) för avlägsnan-25 de av de frän strippningslösningen utfällda kristallerna tili det yttre av kristallistationsbehällaren (1); en avsättningszon för det frän omröringsbehällaron (4) över-strömmande, frän metalljoner strippade organiska lösningsmedlet, vilken zon är anordnad omkring den översta del-30 en av omröringsbehällarens (4) övre omräde; ett utloppsrör (11) för avlägsnande av avsättningszonens överström-ning tili det yttre av kristallisationsbehällaren (1); ett genom kristallisationsbehällaren (1) gäende och vid gränsomrädet mellan den övre delen och den nedre delen 35 eller i närheten av detta anordnat ringutloppsrör (17) för avlägsnande av strippningslösningen, varvid ringut-loppsröret (17) är förenat med ett 1ösningscirkulations-