JP2015009218A - ミキサセトラ型の溶媒抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機溶媒と水溶液を攪拌・混合する際に、ミキサ部の構造が簡素であり、かつ生成される混合液の濃度を一定に保つことが可能なミキサセトラ型の溶媒抽出装置を提供する。
【解決手段】 有機溶媒６と水溶液７を攪拌翼５により攪拌・混合するミキサ部２と、当該ミキサ部２から導入した混合液８を静置することにより有機溶媒相６’と水溶液相７’に比重分離させるセトラ部３とを備えたミキサセトラ型の溶媒抽出装置１において、ミキサ部２は、混合液８を底部側に向けて流動させる攪拌翼５が回転自在に配設されているとともに、当該ミキサ部２とセトラ部３を区画する壁部１０に、当該壁部１０の鉛直方向に延設され、かつ当該攪拌翼５の回転により上記底部側に向かって流れる混合液８を下部開口４ａから流入させて上部開口４ｂからミキサ部２およびセトラ部３に排出させる筒状の移送部４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミキサ部に導入された有機溶媒と水溶液を攪拌翼により攪拌・混合するとともに、得られた混合液をセトラ部に導入して静置することにより有機溶媒相と水溶液相に比重分離させるミキサセトラ型の溶媒抽出装置に関するものである。

一般に、貴金属、レアアースやレアメタルなどの希土類金属を溶媒抽出する際に、ミキサセトラ型の溶媒抽出装置が用いられている。

従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置は、図３に示すように、攪拌翼２４が設けられたミキサ部２１の底部に前室２３が設けられているとともに、ミキサ部２１とセトラ部２２を区画する壁部２９の上部から混合液２８をオーバーフローによって、導入部２７を介して、セトラ部２２に導入する構造になっている。
なお、下記特許文献１には、この種のミキサセトラ型の溶媒抽出装置が開示されている。

この図３に示す従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置２０は、ミキサ部２１の底部に設けられた前室２３に、金属などが含有された有機溶媒２５と水などの水溶液２６を導入するとともに、この前室２３の上方に配設された攪拌翼２４の回転によって生じる負圧により、前室２３とミキサ部との仕切り板に穿設された孔部２３ａから、当該前室２３内に滞留した有機溶媒２５と水溶液２６を吸引して、攪拌翼２４により攪拌・混合し、混合液２８を生成しつつ、壁部２９の上部からオーバーフローによって、当該混合液２８を導入部２７を介してセトラ部２２に導入し、当該セトラ部２２内において静置させることにより、有機溶媒相２５’と水溶液相２６’とに比重分離させた後に、溶媒抽出された有機溶媒２５’と水溶液２６’を各々排出させるものである。

上記従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置２０によって、有機溶媒２５と水溶液２６を前室２３に導入した時点では、混合されていないため、攪拌翼２４の回転によって生じる負圧により、ミキサ部２１内に吸引すると、各々の液体２５、２６が同じ割合で当該ミキサ部２１に導入されない。この結果、ミキサ部２１に導入された有機溶媒２５と水溶液２６を攪拌翼２４で攪拌・混合した場合、異なる割合により混合液２８が生成されてしまい、安定した割合の混合液２８が生成されないという問題がある。

また、前室２３の孔部２３ａから有機溶媒２５と水溶液２６を導入する際に、攪拌翼２４の回転によって生じる負圧により吸引するため、当該攪拌翼２４の形状や設置位置の詳細な設計が必要になり、製造コストやメンテナンスコストが嵩むという問題もある。

さらに、前室２３内に導入された有機溶媒２５と水溶液２６は、ミキサ部２１に導入されないと攪拌・混合されないため、当該前室２３内において滞留する液量の分だけ、ミキサ部２１内が平衡に達するまでに時間が掛かってしまい、作業性の低下に繋がるという問題もある。

また、ミキサ部２１の底部に設けられた前室２３に、有機溶媒２５と水溶液２６を攪拌翼２４のよって生じる負圧により吸引しているため、当該攪拌翼２４の回転が停止すると、前室２３の内圧が上昇して、当該前室２３から液体２５、２６が逆流してしまう可能性がある。

また、上記従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置２０を長時間に亘り運転した場合、内部に析出物が発生し、その析出物を放置すると閉塞によるトラブルに繋がるため、この析出物を定期的に除去する必要がある。しかし、上記従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置２０においては、前室２３が設けられていることにより、作業性が悪いという問題もある。

特公昭６１−１９２８１号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、有機溶媒と水溶液を攪拌・混合する際に、ミキサ部の構造が簡素であり、かつ生成される混合液の濃度を一定に保つことが可能なミキサセトラ型の溶媒抽出装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、有機溶媒と水溶液を攪拌翼により攪拌・混合するミキサ部と、当該ミキサ部から導入した混合液を静置することにより有機溶媒相と水溶液相に比重分離させるセトラ部とを備えたミキサセトラ型の溶媒抽出装置において、上記ミキサ部は、上記混合液を底部側に向けて流動させる上記攪拌翼が回転自在に配設されているとともに、当該ミキサ部と上記セトラ部を区画する壁部に、当該壁部の鉛直方向に延設され、かつ当該攪拌翼の回転により上記底部側に向かって流れる上記混合液を下部開口から流入させて上部開口から上記ミキサ部および上記セトラ部に排出させる筒状の移送部が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記移送部の上記上部開口には、上記セトラ部側に排出される排出量と、上記ミキサ部側に排出される排出量を調整する排出量調整手段が設けられていることを特徴とするものである。

請求項１〜２に記載の本発明によれば、有機溶媒と水溶液を攪拌翼により攪拌・混合した混合液が、当該攪拌翼の回転によってミキサ部の底部側に向かって流れることにより、当該混合液を移送部の下部開口から流入させて、当該移送部の上部開口から上記ミキサ部とセトラ部に各々排出させるため、当該ミキサ部に排出された上記混合液を、繰り返し上記攪拌翼により攪拌・混合させることにより、上有機溶媒と水溶液の攪拌・混合を促進させて、上記セトラ部に排出される上記混合液の混合比率を安定せることができる。これにより、上記セトラ部における上記混合液の溶媒抽出効率を向上させることができる。

また、従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置のように、前室を設ける必要がないため、上記有機溶媒と水溶液を上記ミキサ部に直接導入させることができる。この結果、上記攪拌翼を含め、構造を簡素にすることができるとともに、上記ミキサ部内において上記有機溶媒と水溶液の割合が安定し、上記セトラ部から排出される溶媒抽出後の有機溶媒と水溶液の比率も安定させることができ、かつ上記ミキサ部内での上記混合液の平衡に達する時間を短くすることができる。

さらに、従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置のように、ミキサ部液面上端からのオーバーフローがないため、上記ミキサ部の上部から上記有機溶媒と水溶液を直接導入することができ、上記攪拌翼の回転を停止させても、上記有機溶媒と水溶液が上記ミキサ部から逆流することがないとともに、目視により上記有機溶媒と水溶液の導入を確認することができる。これにより、上記ミキサ部に接続された導入管などに逆流を防止するバルブなどを別途設ける必要がないとともに、運転監視が容易になる。

なお、従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置の場合、ミキサ部の上部に有機溶媒と水溶液を導入すると、一部攪拌・混合されていない当該有機溶媒または水溶液がオーバーフローからセトラ部に導入されて、溶媒抽出の効率が低下するため、前室へ供給する構造とせざるをえない。

請求項２に記載の発明によれば、上記ミキサ部側に排出される排出量と、上記セトラ部側に排出される排出量を調整する排出量調整手段が、上記移送部の上部開口側に設けられているため、例えば、上記ミキサ部に排出させる上記混合液の割合を多くすることにより、当該混合液の攪拌・混合をさらに促進させて、上記セトラ部に導入される上記混合液の混合比率を安定させることができる。この結果、上記セトラ部における溶媒抽出効率をさらに向上させることができる。

本発明のミキサセトラ型の溶媒抽出装置の一実施形態の概略を示す断面図である。 本発明のミキサセトラ型の溶媒抽出装置の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は移送部の上部開口の拡大斜視図である。 従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置の概略を示す断面図である。

図１〜図２に示すように、本発明の一実施形態のミキサセトラ型の溶媒抽出装置１は、内部が壁部１０で区画された箱状の装置本体の一方に、有機溶媒６と水溶液７を攪拌翼５により攪拌・混合するミキサ部２が設けられているとともに、他方に、ミキサ部２から導入した混合液８を静置することにより有機溶媒相６’と水溶液相７’に比重分離させるセトラ部３が設けられている。
なお、水溶液７は、例えば、水、アルカリ水溶液、水に酸化剤や中和剤を加えたものである。

ここで、ミキサ部２は、その底部側の中央に攪拌翼５が回転自在に配設されている。また、ミキサ部２は、当該ミキサ部２とセトラ部３を区画する壁部１０の幅方向の中心部に、筒状の移送部４が鉛直方向に延設されている。この移送部４は、平面視において円弧状に形成されているとともに、上記鉛直方向の底部側近傍に下部開口４ａが形成され、かつ上部側に上部開口４ｂが形成されている。

また、移送部４の上部開口４ｂ側には、当該上部開口４ｂから排出される混合液８をミキサ部２側に排出する排出量と、セトラ部３側に排出する排出量と調整する排出量調整手段９が設けられている。

この排出量調整手段９は、例えば、図２（ｂ）に示すように、移送部４の上部開口４ｂの縁部に切欠部４ｃが設けられているとともに、当該移送部４の中央に位置する壁部１０に凹部１２が設けられている。この切欠部４ｃと凹部１２は、各々の開口部の底部が同一の高さに配置されているとともに、切欠部４ｃの開口部の開口面積が、凹部１２の開口部の開口面積より大きさく形成されている。この各々の開口部の開口面積の比率を変えることにより、例えば、切欠部４ｃ側の排出量２０：凹部１２側の排出量１となるように調整することができる。

そして、ミキサ部２に回転自在に配設された攪拌翼５は、当該ミキサ部２の中央部に配設されている。この攪拌翼５は、ミキサ部２の底部近傍であって、かつ移送部４の下部開口４ａの近傍に配置されている。

一方、セトラ部３は、当該セトラ部３とミキサ部２とを区画する壁部１０に、筒状の導入部１１が設けられている。この導入部１１は、平面視において半円状に形成されているとともに、壁部１０の幅方向の中心部に配置され、かつ当該壁部１０の凹部１２の中心と同一線上に配置されている。また、導入部１１は、壁部１０の高さ方向の中央から、当該壁部１０の上方に突出するとともに、壁部１０に対して垂直に設けられている。

そして、ミキサ部２には、有機溶媒６および水溶液７を当該ミキサ部２の上部側から導入する導入管（図示なし）が各々設けられているとともに、セトラ部３には、有機溶媒相６’と水溶液相７’から溶媒抽出された有機溶媒６’と水溶液７’を排出する排出管（図示なし）が各々設けられている。

以上の構成によるミキサセトラ型の溶媒抽出装置１を用いて、例えば、金属が含有された有機溶媒６と水溶液７を攪拌・混合・分離させる一連の流れについて説明する。
まず、ミキサ部２の上部から、各々の上記導入管を介して、有機溶媒６および水溶液７を当該ミキサ部２に導入する。

次いで、ミキサ部２に導入された有機溶媒６および水溶液７を攪拌翼５の回転により、攪拌・混合する。これにより、混合液８が生成されるとともに、ミキサ部２内の混合液８が、攪拌翼５の回転によって生じる正圧により、当該ミキサ部２の底部側に向かって流動する。

次に、ミキサ部２の上記底部側に向かって流動される混合液８が、移送部４の下部開口４ａから押し上げられるとともに、当該移送部４の上部開口４ｂから、ミキサ部２およびセトラ部３に各々排出される。その際に、移送部４の上部開口４ｂ側に設けられた排出量調整手段９によって、排出される混合液８が、例えばミキサ部２側２０：セトラ部３側１の割合で排出される。

なお、排出量調整手段９においては、図２（ｂ）に示すように、移送部４の上部開口４ｂの縁部に設けられた切欠部４ｃの開口部の開口面積と、壁部１０に設けられた凹部１２の開口部の開口面積とが、異なる面積比率により形成されているため、移送部４内の上部開口４ｂから異なるの量の混合液８が、ミキサ部２とセトラ部３とに排出されることになる。

次いで、移送部４の上部開口４ｂの切欠部４ｃからミキサ部２に排出された混合液８は、再度ミキサ部内において攪拌翼５によって、当該ミキサ部２内に外部から導入された有機溶媒６および水溶液７と共に攪拌・混合されて、混合液８に生成される。生成された混合液８は、攪拌翼５の回転によって生じる正圧により、ミキサ部２の上記底部側に向かって流動されるとともに、移送部４の下部開口４ａから押し上げられて、上部開口４ｂからミキサ部２およびセトラ部３へと再び排出される。

次に、セトラ部３内において、混合液８が有機溶媒相６’と水溶液相７’に比重分離した後、有機溶媒相６’から有機溶媒６’を上記排出管を介して、例えば、次工程のミキサ部２に導入するとともに、水溶液相７’から水溶液７’を上記排出管を介して、例えば、次工程のミキサ部２に導入する。

このように、複数のミキサセトラ型の溶媒抽出装置１を直列に配設して、攪拌・混合・分離を繰り返すことにより、有機溶媒６に含有する複数種類の金属類を選択的に取り出すことができる。

なお、有機溶媒６’または水溶液７’に溶存する金属成分の濃度が変動して、界面がセトラ部３の機能を損なうほどに上下した場合には、セトラ部３内の有機溶媒６’と水溶液７’の界面高さを調整する必要がある。このセトラ部３内の有機溶媒６’と水溶液７’の界面高さを調整するには、セトラ部３の水溶液相７’の排出部の液面高さを微調整することにより行うことができる。

上述の実施形態によるミキサセトラ型の溶媒抽出装置１によれば、有機溶媒６と水溶液７を攪拌翼５により攪拌・混合した混合液８が、当該攪拌翼５の回転によってミキサ部２の底部側に向かって流れることにより、当該混合液８を移送部４の下部開口４ａから流入させて、当該移送部４の上部開口４ｂからミキサ部２とセトラ部３に各々排出させるため、当該ミキサ部２に排出された上記混合液８を、繰り返し攪拌翼５により攪拌・混合させることにより、有機溶媒６と水溶液７の攪拌・混合を促進させて、セトラ部３に排出される混合液８の混合比率を安定せることができる。これにより、セトラ部３における混合液８の溶媒抽出効率を向上させることができる。

さらに、ミキサ部２側に排出される排出量と、セトラ部３側に排出される排出量を調整する排出量調整手段９が、移送部４の上部開口４ｂ側に設けられているため、例えば、ミキサ部２に排出させる混合液８の割合を多くすることにより、当該混合液８の攪拌・混合をさらに促進させて、セトラ部３に導入される混合液８の混合比率を安定させることができる。この結果、セトラ部３における溶媒抽出効率をさらに向上させることができる。

また、セトラ部３において比重分離される有機溶媒相６’と水溶液相７’との比率の変動を抑えることができるため、例えば、複数のミキサセトラ型の溶媒抽出装置１を直列に配置した場合に、次工程のミキサ部２に溶媒抽出後の有機溶媒６’と水溶液７’を定量導入することができる。また、溶媒抽出の効率向上のために、セトラ部３において比重分離される有機溶媒相６’と水溶液相７’を調整バルブを介した配管による水圧（落差）によって同一、または前段、または後段のミキサ部に戻すことが容易である。
なお、従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置では、いずれの場合も前室の負圧によって戻すことにより、当該前室の吸引力の変動によって戻し液量が変動するため、溶媒抽出効率を一定に保つことが難しい。

そして、従来のミキサセトラ型の溶媒抽出装置のように、前室を設ける必要がないため、有機溶媒６と水溶液７をミキサ部２に直接導入させることができる。この結果、攪拌翼５を含め、構造を簡素にすることができるとともに、ミキサ部２内において有機溶媒６と水溶液７の割合を安定させることができ、かつミキサ部２内での混合液８の平衡に達する時間を短くすることができる。これにより、製造コストを抑えることができるとともに、作業性を向上させることができる。

さらに、有機溶媒６と水溶液７を直接ミキサ部２に導入する際に、当該ミキサ部２の上部から導入することができるため、攪拌翼５の回転を停止させても、ミキサ部２内の混合液８が当該ミキサ部２から逆流することがないとともに、目視により有機溶媒６と水溶液７の導入を確認することができる。これにより、ミキサ部２に接続された導入管などに逆流を防止するバルブなどを別途設ける必要がないとともに、運転監視が容易になる。

なお、上記実施の形態において、排出量調整手段９を移送部４の上部開口４ｂの縁部に設けられた切欠部４ｃと、壁部１０に設けられた凹部１２の各々の開口部の大きさの違いにより排出量を調整した場合のみ説明したが、本願発明はこれに限定されるものでなく、例えば、移送部４の上部開口４ｂからミキサ部２側とセトラ部３側に大きさの異なる樋を設けることにより、排出量を調整することもできる。また、壁部１０の上部の高さに対する移送部４の上部の高さを調整することにより、ミキサ部２側とセトラ部３側への排出量を調整することもできる。

さらに、上記実施の形態において、移送部４を平面視において円弧状に形成した場合のみ説明したが、本願発明はこれに限定されるものでなく、流路を形成できる形状であれば、例えば、方形でも対応することができる。また、移送部４は、その流路が鉛直方向に限定されるものでなく、機能を損なわない範囲であれば、例えば、傾斜させた流路でも対応可能である。

また、上記実施の形態において、導入部１１を平面視において円弧状に形成した場合のみ説明したが、本願発明はこれに限定されるものでなく、導入部１１がミキサ部２からセトラ部３への流路であるとともに、セトラ部３における有機溶媒６と水溶液７の分離を促進させる機能があることから、例えば、方形であっても、また隔壁であっても対応可能である。

溶媒抽出の際のミキサセトラ型の溶媒抽出装置に利用することができる。

１ ミキサセトラ型の溶媒抽出装置
２ ミキサ部
３ セトラ部
４ 移送部
４ａ 下部開口
４ｂ 上部開口
５ 攪拌翼
６ 有機溶媒
６’有機溶媒相
６’有機溶媒
７ 水溶液
７’水溶液相
７’水溶液
８ 混合液
９ 排出量調整手段
１０ 壁部
１１ 導入部

Claims (2)

1. 有機溶媒と水溶液を攪拌翼により攪拌・混合するミキサ部と、当該ミキサ部から導入した混合液を静置することにより有機溶媒相と水溶液相に比重分離させるセトラ部とを備えたミキサセトラ型の溶媒抽出装置において、
   上記ミキサ部は、上記混合液を底部側に向けて流動させる上記攪拌翼が回転自在に配設されているとともに、当該ミキサ部と上記セトラ部を区画する壁部に、当該壁部の鉛直方向に延設され、かつ当該攪拌翼の回転により上記底部側に向かって流れる上記混合液を下部開口から流入させて上部開口から上記ミキサ部および上記セトラ部に排出させる筒状の移送部が設けられていることを特徴とするミキサセトラ型の溶媒抽出装置。
2. 上記移送部の上記上部開口には、上記セトラ部側に排出される排出量と、上記ミキサ部側に排出される排出量を調整する排出量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のミキサセトラ型の溶媒抽出装置。

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