Способ и устройство для регулирования разделения дисперсной системы при жидкостной экстракции

007034 Данное изобретение относится к способу регулируемого разделения дисперсной системы из двух жидкостных сред, образованной на этапе смешивания в процессе жидкостной экстракции, на их собственные фазы на этапе разделения в процессе экстракции. В особенности данный способ и устройство относятся к процессу экстракции, применяемому при извлечении металлов. В соответствии с предлагаемым способом прослойку дисперсной системы, остающуюся между отделенными фазами, перегораживают по меньшей мере одним поворотным элементом, расположенным для этого в разделительной зоне. Предлагаемое устройство содержит по меньшей мере один поворотный элемент, который, в свою очередь, состоит по меньшей мере из двух отдельных частей. Жидкостная экстракция используется в металлургической промышленности, как правило, при обработке растворов со слабым содержанием ценного металла. Под эту категорию подпадают многие крупные экстракционные установки, предназначенные для извлечения меди и урана. Однако применительно к меди ситуация меняется, так как загружаемые экстрагирующие растворы становятся значительно более насыщенными благодаря получающим распространение способам обработки концентрированным выщелачиванием под давлением. Подобным образом некоторые способы экстракции кобальта и цинка также связаны с насыщенными загружаемыми растворами. Тем не менее, размер оборудования, в частности, для извлечения меди по существу, остается большим, даже с применением новых способов обработки выщелачиванием под давлением. Во всех экстракционных процессах водный раствор, содержащий ценные металлы, вводят в контакт с органическим раствором в экстракционной смесительной зоне, при этом образуется дисперсная система, состоящая из двух растворов, которые не растворяются друг в друге. Эти растворы в дисперсной системе отделяют друг от друга в разделительной зоне в процессе экстракции, где растворы разделяются на два слоя, так что между ними остается прослойка дисперсной системы. Во время стадии смешивания по меньшей мере один ценный металл, находящийся в водном растворе, переносится в органическую фазу,из которой ценные металлы извлекаются отгонкой водного раствора. Экстрагирование осуществляют в устройстве, в котором смесительная и разделительная зоны расположены либо одна на другой (в виде колонны), либо последовательно, на более или менее одном и том же уровне, горизонтально. Почти во всех случаях, когда дело касается крупномасштабных экстракций из слабых растворов, например при экстракции меди, устройство располагают, по существу, в горизонтальном положении. Термин экстракция при его дальнейшем упоминании относится к различным схемам расположения, но, по существу, к устройству, установленному на одном уровне. В патенте США 6132615 описаны способ и устройство для регулировки скорости экстрагирующих растворов в экстракционной разделительной зоне. Данные способ и устройство основаны на применении нескольких перегородок с конфигурацией, представленной в данной публикации, расположенных у переднего конца разделительной зоны. Перегородки проходят поперек сепаратора к его сторонам. В вертикальном направлении перегородки проходят вверх над поверхностью жидкости и, без исключения,вниз к днищу сепаратора. Усовершенствование вертикального регулирования слоя водного раствора состоит в обеспечении прохождения прослойки дисперсной системы в самый дальний конец разделительной зоны, особенно когда эта дисперсная система является водно-капельной. Обеспечивают протекание этой дисперсной системы и фаз раствора, отделенных от нее, через перегородки по меньшей мере в трех местах указанной разделительной зоны. Перегородки образуют вертикальные щели в конструкции. В публикации утверждается, что насыщенная прослойка дисперсной системы улучшает показатели производительности разделительной зоны как в отношении количества, так и в отношении чистоты отделяемых растворов. Перегородка способна увеличить гидравлическое сопротивление в разделительной зоне в пределах 250-600 Па на одну перегородку. В настоящем изобретении разработан способ регулирования потоков различных фаз и дисперсной системы в разделительной зоне для жидкостной экстракции, в котором обеспечивают протекание фаз,отделенных от дисперсной системы, относительно свободно вдоль продольной оси разделительной зоны,но при этом неразделенную дисперсную систему перегораживают по меньшей мере одним перегораживающим поворотным элементом, установленным в разделительной зоне. Этот поворотный элемент проходит прямо к боковым стенкам разделительной зоны. Предлагаемое устройство содержит по меньшей мере один поворотный элемент, установленный в сепараторе (в разделительной зоне) и выполненный по меньшей мере из двух пластинчатых частей или поворотных пластин, которые расположены на различных высотах, по существу, перпендикулярно продольной оси сепаратора (в направлении потока раствора). В зоне, образованной между поворотными пластинами, в поворотном канале, направление потока дисперсной системы является почти вертикальным, так как дисперсная система вынуждена протекать в поворотный канал над каждой поворотной пластиной или под ней. Благодаря по меньшей мере однократному изменению направления потока дисперсной системы в разделительной зоне улучшается разделение дисперсной системы на беспримесные слои раствора, расположенные выше и ниже дисперсной системы. Подразумевается, что поворотный элемент может быть расположен на различных этапах экстракции, например, как в месте, где происходит фактическая экстракция, так и в любых разделительных зонах промывания и отгонки. Существенные особенности данного изобретения приведены в прилагаемой формуле изобретения.-1 007034 При использовании предлагаемых способа и устройства можно обеспечивать поступательное перемещение разделяемых растворов с равномерной скоростью как в боковом, так и в вертикальном направлениях в условиях, приспособленных для разделения. Эти условия заключаются, в частности, в том, что растворы поступательно перемещаются в поршневом режиме потока от переднего конца разделительной зоны к хвостовому концу. Одной целью предлагаемого способа является ускорение выделения растворов из дисперсной системы и улучшение эффективности окончательного разделения растворов, т.е. уменьшение увлечения одного раствора другим. Другой целью предлагаемых способа и устройства является сохранение толстой прослойки дисперсной системы в переднем конце разделительной зоны для активизации оптимального капельного разделения. Таким образом, преимущество в данном случае заключается в том, что толщина прослойки дисперсной системы, по меньшей мере, в первой трети разделительной зоны составляет приблизительно 75% от глубины раствора и постепенно уменьшается, так что толщина оставшейся неразделенной дисперсной системы у хвостового конца разделительной зоны является максимально малой. Отличительной особенностью данных способа и устройства является то, что протекание потока дисперсной системы непосредственно вперед предотвращено по меньшей мере однажды благодаря размещению по меньшей мере одного поворотного элемента, проходящего по разделительной зоне. Для того, чтобы дисперсная система проходила мимо поворотного элемента, на первом этапе она должна быть прижата к пластинчатой части поворотного элемента и вытолкнута под нее в поворотный канал,образованный между пластинчатыми частями поворотного элемента. Обеспечивается подъем поверхности дисперсной системы из этого канала, так чтобы эта система могла перетекать поверх второй пластинчатой части поворотного элемента. На участке разделения при экстракции расположен по меньшей мере один поворотный элемент, но их количество может меняться, например, от 1 до 6. В одном поворотном элементе имеется по меньшей мере две пластинчатые части, но количество указанных частей также может меняться, например, от 2 до 6. Первая пластинчатая часть поворотного элемента и затем каждая вторая часть расположены, по существу, выше в разделительной зоне, чем соответственно вторая и каждая другая пластинчатая часть, расположенные за ними. Первая пластинчатая часть, являющаяся частью поворотного элемента, т.е. первая поворотная пластина, расположена в разделительной зоне на уровне, на котором ее верхний край проходит над прослойкой дисперсной системы в фазу органического раствора. При протекании отделенных растворов и прослойки дисперсной системы между ними из загрузочного конца разделительной зоны к выпускному концу прослойка дисперсной системы прижимается к первой поворотной пластине. Положение поворотных пластин определяет необходимую толщину слоя органического раствора. Дисперсная система будет аккумулироваться в таких количествах, что благодаря тому, что она тяжелее отделенного органического раствора, она проникает через восходящий канал или каналы между поворотными пластинами к следующей части разделительной зоны, где толщина слоя разделенных растворов больше, чем в предыдущей части. Водный и органический растворы, уже разделенные на их собственные фазы, могут свободно протекать у поворотного элемента в следующую часть разделительной зоны, но дисперсная система должна собираться в слой достаточной толщины, прежде чем она сможет попасть в следующую часть разделительной зоны через поворотный элемент. Дисперсная система движется вперед, только когда разделительную зону загружают достаточно большим потоком. Чем больше сепаратор, тем больше необходимый поток. При плотной дисперсной системе достигается улучшенная степень разделения растворов, другими словами, объем увлеченной составляющей в каждом растворе уменьшается. Первая поворотная пластина выполнена, в основном, сплошной, но имеет вертикальные щели на своем верхнем участке, которые обеспечивают равномерное сквозное прохождение потока органического раствора у поворотного элемента вдоль всей длины разделительной зоны. Первая поворотная пластина проходит выше поверхности органического раствора, так же как и щели на ее верхнем крае. Эти щели,проходящие вниз от верхнего края поворотной пластины, достигают глубины, равной максимуму половины толщины слоя отделенного органического раствора. Надолю щелевой зоны приходится около 515% от полной высоты поворотной пластины. Нижний край первой поворотной пластины проходит к днищу разделительной зоны, но, однако, на такое расстояние от днища, что он находится внутри доминирующего слоя дисперсной системы. Расстояние от нижнего края до днища тем больше, чем дальше поворотный элемент находится от загрузочного конца разделительной зоны. На практике нижний край первой поворотной пластины находится от днища на расстоянии, которое составляет 12-50% от общей глубины раствора в разделительной зоне. Вторая поворотная пластина поворотного элемента является пластиной того же типа, что и первая,т.е., в основном, сплошной. Нижний край второй поворотной пластины расположен значительно ниже нижнего края первой поворотной пластины, но, однако, с обеспечением пространства для беспрепятственного протекания отделенного водного раствора. Расстояние от нижнего края второй поворотной пластины до днища зависит от расположения поворотного элемента в разделительной зоне. Нижний край поворотной пластины тем выше расположен в разделительной зоне, чем дальше поворотный элемент находится от загрузочного конца разделительной зоны. На практике нижний край второй поворотной-2 007034 пластины находится на расстоянии от днища, которое составляет 5-35% от полной глубины раствора в разделительной зоне. Верхний край второй поворотной пластины расположен ниже поверхности органического раствора, при этом расстояние от верхнего края до поверхности органического раствора тем больше, чем дальше поворотный элемент расположен от загрузочного конца разделительной зоны. На практике верхний край второй поворотной пластины находится ниже поверхности раствора на расстоянии, которое составляет 12-35% от общей глубины раствора в разделительной зоне. Равномерное распределение дисперсной системы в восходящем канале и равномерное вытекание из него происходит легче, если нижний конец первой поворотной пластины поворотного элемента также имеет щелевую зону, эквивалентную зоне на верхнем конце той же поворотной пластины. Подобным образом, предпочтительно верхний конец второй поворотной пластины имеет щелевую зону, а назначение щелей в этом случае также состоит в содействии равномерному распределению дисперсной системы в разделительной зоне. Если поворотный элемент состоит из нескольких поворотных пластин, то щелевые зоны расположены на верхнем и нижнем краях соответствующих пластин. Высота щелевых зон на нижнем крае первой поворотной пластины и на верхнем крае второй пластины составляет от 5 до 15% от высоты поворотной пластины. Если поворотный элемент выполнен более чем из двух поворотных пластин, то зазор между днищем и нижним краем третьей поворотной пластины составляет на 0-30% больше, чем такой же зазор для первой поворотной пластины. Расстояние от третьей поворотной пластины до поверхности органического раствора составляет на 10-30% меньше, чем такое же расстояние от второй пластины. И зазор над днищем, и расстояние от поверхности органического раствора для четвертой поворотной пластины на 030% больше, чем для второй поворотной пластины. Использование поворотного элемента уменьшает объем увлечения органического раствора в водный раствор, так что содержимое увлеченной составляющей в водном растворе, поступающем на отгонку, составляет меньше 10 промилле, по существу от 2 до 7 промилле. Например, при экстракции меди извлечение меди осуществляется электролизом в цепи электролиза. В процессе электролиза не допускается наличие органического раствора, и если раствор, проходящий электролиз, не будет достаточно чистым, он должен быть очищен, например, флотационной фильтрацией или фильтрацией под давлением. Применение поворотного элемента облегчает непосредственное направление раствора, создаваемого в процессе экстракции, на дополнительную обработку без отдельных этапов очистки. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить количество неразделенной дисперсной системы у хвостового конца разделительной зоны, так что она составляет не больше 10% от толщины потоков в разделительной зоне. Также возможно применение этого способа для регулирования толщины слоя органического раствора. Толщину слоя органического раствора регулируют постепенно в соответствии с количеством используемых поворотных элементов. Предлагаемые способ и устройство предназначены, в частности, для выделения металлов, при этом выделяемым металлом является один из следующих металлов: медь, уран, кобальт, никель или цинк. Ниже изобретение описано дополнительно с помощью прилагаемых чертежей, где фиг. 1 изображает разрез предлагаемого сепаратора для жидкостной экстракции; фиг. 2 изображает вид сверху сепаратора, показанного на фиг. 1; фиг. 3-5 изображают разрезы сепараторов, в которых поворотные элементы установлены в соответствии с данным изобретением. Фиг. 1 и 2 изображают сепаратор 1, содержащий, по существу, вертикальный загрузочный конец 2,тыльный конец 3, боковые стенки 4 и 5 и днище 6. В смесителе (на чертеже не показан) дисперсную систему 7, состоящую из двух смешанных фаз, подают в сепаратор через загрузочное соединение 8. В загрузочном конце 2 сепаратора расположена перегородка из пластин или другой подходящий направляющий элемент 9, посредством которого дисперсная система распределяется по всей ширине сепаратора. Например, в патенте США 6132615 описано использование перегородок V-образной формы. На чертеже показано, что в переднем конце сепаратора растворы лишь немного разделены на собственные фазы, при этом органический раствор 10 находится над дисперсной системой 7, а водный раствор 11 - под ней. На переднем конце сепаратора прослойка дисперсной системы является доминирующей. Отделенные растворы выгружают у тыльного конца 3 сепаратора, где находится первый слив 12 для органического раствора, который расположен по направлению потока и в который по мере переполнения протекает поток органического состава, затем направляющийся дальше из сепаратора. Водный раствор собирают в так называемом водном конце 13, к которому этот раствор протекает под сливом для органического раствора. В сепараторе, показанном на фиг. 1 и 2, в соответствии с данным изобретением расположены три поворотных элемента 14, 15 и 16, каждый из которых состоит из двух поворотных пластин 17 и 18 и поворотного канала 19, сформированного между ними. Поворотные пластины установлены в сепараторе поперечно по отношению к его продольной оси (направлению потока). Участки поворотных пластин с вертикальными щелями показаны в боковой проекции пунктирной линией, остальные части пластин показаны сплошными линиями. Таким образом, верхняя часть 20 первой поворотной пластины 17, а также ее нижняя часть 21 и верхняя часть 22 второй поворотной пластины имеют вертикальные щели. Расположение поворотного элемента в сепараторе может быть задано в зависимости от требований. Чем даль-3 007034 ше поворотный элемент (элементы) находится (находятся) от загрузочного конца 2 сепаратора, тем больше разделительная способность сепаратора. Фиг. 1 показывает, что расстояние между поворотными пластинами может изменяться, так что в направлении потока расстояние между ними становится меньше. Расстояние между пластинами рассчитано так, что скорость потока дисперсной системы в расположенном между ними поворотном канале составляет порядка 0,05-0,4 м/с. Вертикальные щели верхней части первой поворотной пластины имеют одинаковые размеры по поперечному сечению сепаратора, так что диапазон скоростей потока органической фазы, протекающей через них, составляет 0,1-0,6 м/с. Сечение сепаратора, показанное на фиг. 2, имеет прямоугольную форму, но данный вариант выполнения не является ограничительным, и сепаратор может быть выполнен, если потребуется, с сечением либо в форме квадрата, либо в форме трапеции, которая сужается или расширяется к тыльному концу,либо сужается или расширяется на обеих сторонах 4 и 5 или только на одной стороне. При выполнении сепаратора с сечением в форме трапеции, которая сужается к тыльному концу, дисперсная система сжимается еще и в третьем направлении дополнительно к продольному сжатию и сжатию в направлении снизу вверх. Фиг. 3 изображает пример установленного в сепараторе 23 одного поворотного элемента 24, содержащего две поворотные пластины 25 и 26. Первая поворотная пластина 25 проходит над поверхностью 27 органического раствора. Для упрощения чертежа участок пластины, имеющий вертикальные щели,отдельно не показан. Если смотреть в направлении потока, за верхней частью каждой поворотной пластины расположены отражательные пластины 28 и 29, образованные вертикальными плоскими полосами и размещенные между зазорами в верхней части поворотной пластины. Высоту отражательных пластин можно изменять. Отражательные пластины выполнены в виде обращенного вниз гребня, при этом их верхний край закреплен. Расстояние до отражательных пластин от поворотной пластины в 2-3 раза превышает ширину щели в поворотной пластине. Между полосами выполнены вертикальные проточные каналы шириной, значительно превышающей ширину самих полос. Таким способом можно замедлить и выровнять поток, входящий в расширение сепаратора, что способствует улучшению разделяющих свойств сепаратора. На фиг. 4 представлен упрощенный вид сепаратора 30, в котором установлен один поворотный элемент 31, состоящий в данном случае из четырех поворотных пластин 32, 33, 34 и 35. За верхней частью первой и последней поворотных пластин также расположены отражательные пластины 36 и 37. В примере, показанном на этом чертеже, поток дисперсной системы протекает через три поворотных канала 38,39 и 40, в которых он ориентирован почти вертикально, или в восходящем, или в нисходящем направлении. Вертикально ориентированные потоки являются великолепным средством отделения растворов друг от друга. На фиг. 5 показан пример сепаратора 41 только с одним поворотным элементом 42, который образован двумя поворотными пластинами 43 и 44. В этом случае поворотные пластины расположены, скорее, под углом, чем вертикально, но прослойка дисперсной системы, движущаяся вперед в поворотном канале 45, тем не менее, в действительности, поднимается вертикально между поворотными пластинами. Поворотные пластины могут таким образом быть расположены под углом от 50 до 90 к горизонтали. Пластины могут быть наклонены или к загрузочному концу сепаратора, как показано на фиг. 5, или к его тыльному концу. Наклон, показанный на фиг. 5, является более предпочтительным вариантом, чем другой из указанных. Очевидным является использование наклонных поворотных элементов при обработке плохо разделяемых растворов. Предлагаемые поворотные элементы могут использоваться в сепараторе совместно с традиционными перегородками, которые могут быть расположены в других частях сепаратора, а также в загрузочном конце. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для регулируемого разделения фаз дисперсной системы, образованной водным раствором и органическим раствором при извлечении металлов, содержащее загрузочный конец (2), тыльный конец (3), боковые стенки (4, 5) и днище (6), отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один поворотный элемент (14, 15, 16), состоящий по меньшей из мере двух пластин (17, 18) для изменения направления потока дисперсной системы, расположенных на разных высотах относительно днища и проходящих от одной боковой стенки к другой поперечно продольной оси устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество поворотных элементов составляет 1-6. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что количество пластин в поворотном элементе составляет 2-6. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что первая пластина поворотного элемента и затем каждая его вторая пластина расположены соответственно выше второй и каждой другой пластины, расположенной за ними.-4 007034 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что верхний край первой пластины расположен над поверхностью жидкости в устройстве. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что расстояние от нижнего края первой пластины до днища устройства составляет 12-50% от глубины раствора в устройстве. 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что пластины на виде спереди, в основном,являются сплошными. 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что верхний край (8) первой пластины имеет вертикальные щели длиной, составляющей 5-15% от высоты этой пластины. 9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что нижний край первой пластины и затем нижний край каждой второй пластины имеют вертикальные щели длиной, составляющей 5-15% от высоты этой пластины. 10. Устройство по любому из пп.1-4 или 7, отличающееся тем, что верхний край второй пластины и затем верхний край каждой следующей пластины имеют вертикальные щели длиной, составляющей 515% от высоты этой пластины. 11. Устройство по любому из пп.1-4, 7 или 10, отличающееся тем, что расстояние от нижнего края второй поворотной пластины до днища устройства составляет 5-35% от глубины раствора в устройстве. 12. Устройство по любому из пп.1-4, 7, 9 или 10, отличающееся тем, что верхний край второй пластины расположен ниже поверхности раствора на расстоянии, составляющем 12-35% от глубины раствора в устройстве. 13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что пластины поворотного элемента расположены в устройстве под углом 50-90 к горизонтали. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что пластины наклонены к загрузочному концу устройства. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что пластины наклонены к тыльному концу устройства. 16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что за верхним участком с вертикальными щелями первой пластины поворотного элемента, если смотреть в направлении потока в устройстве,расположена отражательная пластина, содержащая вертикальные плоские полосы, расположенные перед вертикальными щелями. 17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что за верхним участком с вертикальными щелями последней пластины поворотного элемента, если смотреть в направлении потока в устройстве, расположена отражательная пластина, содержащая вертикальные плоские полосы, расположенные перед вертикальными щелями. 18. Устройство по любому из пп.1-17, отличающееся тем, что в загрузочном конце (2) устройства имеется перегородка. 19. Способ регулируемого разделения фаз дисперсной системы, образованной водным раствором и органическим раствором, при извлечении металлов в процессе жидкостной экстракции, в котором подают дисперсную систему в устройство по любому из пп.1-18, а разделенные фазы выводят для последующего использования.