FLOTACIÓN DE AIRE DISUELTO CON SISTEMA DE FILTRO
REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUD(ES) APLICADA(S)
No Aplica
DECLARACIÓN RELACIONADA CON INVESTIGACIÓN O DESARROLLO PATROCINADO FEDERALMENTE
No Aplica
REFERENCIA A UN APÉNDICE DE MICROFICHAS No Aplica
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se relaciona a sistemas de filtro y más particularmente a sistemas para filtrar materiales orgánicos de una solución de electrolito usando tanto procesos de flotación como procesos mezclados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Y PROBLEMAS TÉCNICOS PLANTEADOS POR LA TÉCNICA ANTERIOR
Los sistemas de filtrado de Extracción de Disolvente (Solvent extraction - SX)/electrolito se usan para remover moléculas orgánicas de una solución electrolítica. Tales sistemas se usan, por ejemplo, en la industria de la extracción minera de cobre. Las columnas de flotación de aire han sido usadas con sistemas de filtro SX / electrolito. En tales usos, aire disuelto se introduce primero dentro de la solución de tal forma que se adhiere a las moléculas orgánicas en el sistema, dichas moléculas son alzadas con el aire hasta la parte superior de la columna de flotación. Después del proceso de flotación de aire, la solución se pasa dentro del sistema de filtro para una mayor remoción de moléculas orgánicas remanentes en la solución. La figura 1 ilustra un proceso operacional mezclado de la técnica anterior con un filtro SX 10 y una columna de flotación 12. La columna de flotación 12 opera en frente del filtro 10 e introduce burbujas de aire en 14 dentro de la solución de electrolito al cual se alimenta en 16 dentro de la columna de flotación 12. Las burbujas de aire son creadas por aire de una planta regulada dentro de la columna 12. Las burbujas de aire introducidas se adhieren a algunas de las moléculas orgánicas las cuales, como resultado, flotan hasta la parte superior del sistema, permitiendo su remoción desde la
columna de flotación en 18. Tales columnas típicamente tienen de 45 a 60 por ciento de eficiencia de remoción de material orgánico. La solución de electrolito del cual algunas de la moléculas orgánicas han sido removidas es sacada en 20 de la colum na de flotación 12 y pasada al filtro SX 10 para remover más adelante mate rial orgánico tal como es conocido e ilustrado en la figura 1 (por ejemplo, pasando la solución a través de los medios mezclados 24 en la parte inferior del filtro 10, sacando la solución por el orificio de descarga 26 en el fondo) . Debería de apreciarse que si la columna de flotación 12 provee un 60 por ciento de eficiencia de remoción y el filtro SX 10 provee un 90 por ciento de eficiencia, la combinación de la columna de flotación 1 2 y el filtro SX 10 tendrían alrededor de 96 por ciento de eficiencia de remoción. Por ejemplo, si 100 PPM de moléculas orgánicas entran a la alimentación 16, entonces la solución filtrad a saliente del filtro SX 10 tendría alrededor de 4 PPM de moléculas orgánicas . Sin embargo , incrementando las tasas de flujo de alimentación , la combinación de la columna de flotación 1 2 y el filtro SX 1 0 no es efectiva removiendo moléculas orgánicas. Como resultado , los industriales del cobre que usan este sistema han podido producir cobre de calidad terminal media y alta en tasas d e flujo d iseñadas , pero a altas tasas de flujo la calidad del cobre di smi n ui ría rápidamente , y paradas temporales de actividad ocurri rían .
Además, el equipo usado en este proceso de separación d ual de la combinación de la columna de flotación 12 y el filtro SX 10 no es solamente costosa, sino también es costoso operarlo y mantenerlo de forma de permitir una operación anual en condiciones de diseño. La presente invención esta dirigida para superar uno o más de los problemas mencionados antes.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO
En un aspecto de la presente invención, un sistema para fi ltra r moléculas orgánicas de una solución de electrolito suministrada , incluyendo u na l ínea de entrada de alimentación adaptada pa ra llevar una solución con moléculas orgánicas, un recipiente filtro asegu rado a la línea de entrada , y una bomba adaptada para introducir aire disuelto dentro de la solución en la línea de alimentación de entrada. El recipiente filtro incluye medios mezclados sobre una solución en el orificio de salida al fondo del recipiente y un orificio de salida en la parte superior del recipiente . En una forma de este aspecto de la presente invención , el recipiente filtro y los medios mezclados comprenden u n filtro co n extracción de disolvente / electrolito. En otra forma de este aspecto de la presente invención , el sistema se configura de tal forma que la baja en la tasa de flujo de la sol ución a través de los medios mezclados es substancia l mente ig ual
a la elevación de la tasa de flujo de burbujas flotantes en la solución en el recipiente filtro. En aún otra forma de este aspecto de la presente invención , la bomba se adapta para introducir aire disuelto a una presión substancialmente mayor que la presión interna del recipiente filtro. Y en otra forma más de este aspecto de la presente invención , un circuito de reciclado esta en i a línea del orificio de alimentación de entrada , y la bomba esta en el circuito de reciclado . En una forma más de este aspecto de la presente invención , u na válvula reductora de presión ajustable esta en la l ínea del orificio de entrada entre la bomba y el recipiente filtro. Y e n otro aspecto de la presente invención , un método de filtrado de moléculas orgánicas de una solución de electrolito se sum inistra , incluyendo los pasos de (a) disolver ai re dentro de u na solución con moléculas orgánicas, (b) introducir la solución con aire disuelto dentro de un recipiente filtro teniendo med ios de mezclado sobre un orificio de salida de solución en el fondo del recipiente y un orificio de salida de escape orgánico en la parte superior del recipiente , (c) dejar salir la solución desde el orificio de salida de sol ución para que la solución fluya hacia abajo a través de los medios de mezclado, y (d) dejar escapar periódicamente las molécu las orgánicas flotantes desde la parte superior del reci pie nte .
En una forma de este aspecto de la presente invención , el paso de disolución comprende disolver aire a una presión mayor que la presión en el recipiente filtro. En una forma posterior, el paso de
disolver aire y el paso del orificio de salida están controlados para generar una baja en la tasa de flujo de la solución a través de los medios de mezclado los cuales son substancialmente igual a subir la tasa de flotación de aire disuelto en el recipiente filtro. En otra forma de este aspecto de la presente invención, el paso de disolución se lleva a cabo por una bomba de flotación de aire disuelto. Y aún otra forma de este aspecto de la presente invención , la extracción por disolvente se ejecuta en la solución la cual pasa a través de los medios de mezclados. Y otra forma más de este aspecto de la presente i nvención , el paso de entrada recicla al menos algo de la solución a través de la bom ba en respuesta a una condición de presión alta en el reci pie nte filtro . Y una forma más de este aspecto de la presente invención , la presión de la solución de entrada se ajusta en respuesta a la presión de la sol ución previa al paso de la entrada .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama de flujo ilustrando un técnica anterio r de la col umna de flotación de aire y el filtro SX¡ La fig ura 2 es una primera modalidad de un sistema de filtro u sando flotación de aire disuelto de acuerdo al presente i nvento ; y
La figura 3 es una segunda modalidad de un sistema de filtro usando flotación de aire disuelto de acuerdo a la presente invención.
DESCRIPCIÓ DETALLADA DE LA INVENCION
Dos modalidades de un sistema de filtro de extracción de disolvente (SX)/electrolito incorporando la flotación de aire disueltó (DAF)) de la presente invención están ilustradas en las figuras 2 y 3. De acuerdo con la presente invención, los sistemas de filtro 100, 200 usan pequeñas burbujas de aire en conjunto con los medios mezclados para remover solución orgánica de la solución electrolítica dentro de un recipiente filtro SX presurizado. Específicamente, en la figura 2 del sistema de filtro 100, solamente se requiere un filtro SX 110 en un recipiente presurizado 112. No se usa columna de flotación. En su lugar, una bomba de flotación de aire disuelto 120 se usa para inducir aire disuelto dentro de la solución electrolítica a una alta presión (por ejemplo, 100 Puig). Específicamente, en la modalidad de la figura 2, se provee la bomba 120 en un circuito de reciclado 124 y recibe la solución rica én electrolito en el orificio de entrada de la bomba 120. Un transmisor de indicación de presión (PIT) 126 puede ser agregado de manera benéfica para monitorear la presión de la solución (con aire disuelto) de salida de la bomba 120. Una válvula de reducción de presión 130 se suministra también para permitir que la presión de la solución enviada al recipiente de presión 112 para ser controlado.
Si la presión en el recipiente 112 es demasiado alta, en lugar de entrar en el recipiente 112, algo de la salida de la solución de la bomba 120 pasará hacia atrás a través del circuito de reciclaje 124 en su lugar. Esto puede ser particularmente ventajoso si el sistema 100 no mantiene una presión consistente en el recipiente 112. Una vez que la solución con el aire disuelto se introduce dentro del recipiente presurizado del filtro SX 110, el aire disuelto se expande a una menor presión dentro del recipiente presurizado (por ejemplo, 50 psig) y se adhiere a las moléculas orgánicas, elevando las moléculas a medida que el aire flota hacia la parte superior del recipiente 112. Como se describe en mayor detalle más adelante, las burbujas del aire disuelto expandido son particularmente de gran ayuda maximizando la eficiencia de remoción de las moléculas orgánicas. A medida que el sistema 100 opera durante el tiempo, las moléculas orgánicas flotantes se acumularán en la parte superior del recipiente 112, y una vez suficientemente Heno (como se indica por el transmisor de indicación de nivel 134), la salida de escape orgánico 136 en la parte superior del recipiente 112 se abre de manera periódica esencialmente para "burbujear"' las moléculas orgánicas flotantes en la parte superior de la solución fuera del recipiente. Al mismo tiempo como las moléculas orgánicas están siendo flotadas a la parte superior de la solución en el recipiente 112, la solución fluye hacia abajo a través del filtro SX 110 tal como se sabe
a fin de que pase a través de los medios de mezclado en el fondo del reci piente 1 12. En el filtro ilustrado 1 10, los medios de mezclado en el fondo del filtro 1 10 incluyen una capa superior 150 de antracita , una capa media 152 de granate, y una capa inferior 154 de arena . Gomo se sabe, los medios de mezclado filtrarán más adelante moléculas orgánicas de la solución, con la solución electrol ítica co n la mayor parte de las moléculas orgánicas removidas se saca del orificio de salida 160 en el fondo del recipiente 1 12. De hecho, debería apreciarse que la porción del fondo del filtro SX 1 10 puede ser substancialmente la misma que de filtros SX de técnicas anteriores, con los cambios de acuerdo con la presente invención como un resultado de la flotación intencional ocurriendo en la parte su perior de su recipiente 1 12. Se apreciara también que la mejor operación de este sistema 1 00 resultará en un flujo descendente de la solución a través de los medios de mezclado el cual substancialmente igualan al flujo ascendente de las burbujas flotantes. De esta manera , el flujo de las burbujas no impedirá el flujo de la solución baje a través de los medios de mezclado, ni la baja del flujo de la solución arrastrará las bu rbujas hacia abajo ni les impedirá que floten eficientemente las moléculas orgánicas como se desea . El filtro SX 1 1 0 puede de otra manera operar como se conoce en la técnica (y también ilustrada en la figura 1 ) para más adelante f iltrar las moléculas orgánicas de la solución electrol ítica usa ndo los medios de mezclado en el fondo. Sin embargo , la sol u ción
electrol ítica puede, como resultado de la flotación de moléculas orgánicas en la parte superior del recipiente 1 12, tener un 85 por ciento de moléculas orgánicas removidas previo a filtrar a través de los medios de mezclado. En ese caso, debería de apreciarse que si el filtro SX 10 provee un 90 por ciento de eficiencia tal como en l a técnica anterior, el sistema de filtro 100 de la figura 2 tendría cerca del 98.5 por ciento de eficiencia de remoción. Por ejemplo, s i 100 PPM de moléculas orgánicas entran en la alimentación 16, entonces la solución filtrada saliente del filtro SX 10 tendría solamente cerca de 1 .5 PPM de moléculas orgánicas. Como resultado, el sistema de filtro 100 puede producir a altas tasas, y con menos tiempo para operaciones de limpieza por filtraje. En la industria minera del cobre, por ejemplo, el cobre puede ser prod ucido a un alto grado y a una tasa de producción incrementada que con técnicas anteriores comparables de filtros SX usados en combinación una torre de flotación. Además, menos costos de capital permiti rán diseños de nuevas plantas y/o expansión de las instalaciones existentes. Más aún, se reconocerá que los sistemas de filtro SX / electrolito pueden ser fácilmente modificados para i ncorporar la presente invención . La figura 3 ilustra un sistema de filtro 200 de una modalidad alternativa , caracterizado porque componentes comparables a aquel los de la modalidad de la figura 2 se les han dado los mismos n ú meros con el primer numero cambiado de " 1 ° a "2" (por ejem pl o , el
f i ltro SX es 210 en lugar de 1 10, el recipiente es 212 en lugar de 1 12 , etc. ) . En la figura 3 del sistema 200, una bomba 220 se usa similarmente para inducir aire disuelto dentro de la solución de electrolito a una alta presión, pero sin el circuito de reciclaje . En este sistema 200, el orificio de salida de la bomba 220 va di rectamente dentro del recipiente 212, y puede ser particularmente apropiado para sistemas 200 el cual no tiene fluctuaciones significantes o inconsistencias con el recipiente 212 durante la operación . De esta manera se debería de apreciar que introduciendo aire disuelto saturado a la solución electrolítica como se describe arriba y entonces causando que la presión del medioambiente en el cual se h a pasado la solución para ser reducida relativa a la presión del aire disuelto, las burbujas de aire que se crearán las cuafes se adheri rán a las moléculas orgánicas y flotarán esas moléculas a la superficie para removerlas. Además, como se comparan con las burbujas de las columnas de flotación de ta técnica anterior, las burbujas serán más pequeñas y por consiguiente efectivamente tendrán más área de superficie por unidad de volumen de burbuja , cuya área de superficie incrementada causará que más moléculas orgánicas se adhiera n a las burbujas y floten hasta la parte superior. Como resultado , la eficiencia de remoción provista a través de la flotación puede ser sig n ificativamente incrementada sobre la provista por la s col umn as de flotación de la técnica anterior. Al final , una planta de cobre , por
ejemplo , será capaz de producir un producto de más alto grado , el cual puede ser vendido a un precio por unidad mayor Adicionalmente, se debería de apreciar que reduciendo la cantidad de moléculas orgánicas en la solución la cual viaja a través de los medios de mezclado del filtro (relativo a la cantidad en la sol ución después de la remoción en una columna de flotación) , el filtro llegará a ser conectado menos frecuentemente y por consiguiente no necesita ser apagado para limpieza tan frecuentemente como se muestra en el técnica anterior. Más aún, se debería de apreciar que la remoción de moléculas orgánicas de acuerdo a la presente invención puede ser lograda usando equipo el cual requiere menos costos de capital que la combinación de columnas de flotación y filtro SX en la técnica anterior. De manera similar, tal equipo requerirá menores recursos para su diseño manufactura , instalación y mantenimiento operacional . Y aún otros aspectos , objetos y ventajas de la presente invención pueden obtenerse de un estudio de la especificación , los dibujos y las reivindicaciones anexas . Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la presente invención puede utilizarse un una invención alterna , en la cual se obtendría un menor número de todos los objetos y ventajas de la presente invención y la modalidad preferida como se describió con anterioridad .