专利名称：压缩液体－液体萃取中的分散物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制和压缩在液体-液体萃取混合阶段形成的分散物的方法。通过在流动方向上减小分离部分的横截面和在分离部分设置分散物拦截元件来获得分散物的压缩。本发明所述的设备包括一个形状基本为梯形的沉降槽，从而在沉降槽的给料端其横截面较宽，并且向沉降槽的后端变窄，已分离溶液在沉降槽后端排出沉降槽，而且沉降槽具有至少一个装置来拦截分散物。特别是，该方法和设备涉及在金属回收中使用的萃取过程。
液体-液体萃取早已被用于冶金工业，特别是在含有廉价金属物质的溶液处理中。许多大型铜和铀的回收萃取工厂就属于此类范围。然而，由于随着操作过程中压力浓缩浸析方法的应用，萃取进料溶液变得明显越来越浓，所以对于铜来说，情况正在发生变化。同样，许多钴和锌的萃取方法也处理浓进料溶液。不过，设备的尺寸，特别是对于铜的萃取来说，在新的压力浸析过程中也通常很大。
在所有的萃取过程中，含贵重金属的水溶液在萃取的混合部分开始与有机溶液相接触，形成这两种彼此相溶的溶液的分散物。分散物中的溶液在萃取的分离部分被彼此分开，溶液彼此分离成中间保留有分散带的两层。在混合阶段，水溶液中的一种或多种贵重金属被转化成有机相，通过洗提该水溶液将贵重金属从中回收。萃取在一个设备中进行，其中的混合部分和分离部分或者是一个位于另一个的顶上，或者水平地串联在或多或少的同一层上。几乎总是在涉及到廉价溶液的大规模萃取的情况下，如铜的萃取，设备被定位在基本水平的位置上。当我们在下文中提到萃取时，该词语被用于各种装置，但基本上用于处在同一层的设备。
萃取中的分离部分的横截面通常为矩形，或者在某些特殊情况下为正方形。例如在美国专利6132615中描述的沉降槽为矩形。该沉降槽具有几个桩栏。
现在已经发展了一种方法，用于控制和压缩在液体-液体萃取混合阶段中形成的分散物。通过在流动方向上减小分离部分的横截面积和在分离部分设置分散物拦截元件来获得分散物的压缩。本发明所述的设备包括一个形状基本为梯形的沉降槽，从而在沉降槽的给料端其横截面较宽，并且向沉降槽的后端变窄，已分离溶液在沉降槽后端排出沉降槽，而且沉降槽具有至少一个装置来拦截分散物。特别是，该方法和设备涉及在金属回收中使用的萃取过程。
本发明的必要特征在附属的权利要求中将更为明确。
在萃取设备的混合部分中，即在混合器中，由两种萃取液体构成的分散物送入到分离部分中，即沉降槽中。很明显，分散物主要处于沉降槽的前端。然而，由于需要压缩该分散物，所以在流动方向上沉降槽的横截面减小，同时沉降槽设置有至少一个实现分散物的拦截和压缩的元件。进行拦截的该元件设置在沉降槽中，基本在端壁、给料端和后端方向上。该拦截元件可以是通常的桩栏或者最好是一个恢复元件，它们具有将分散物的流动方向转变成主要为垂直方向的作用。该拦截元件在流动方向上压缩分散物和分散物的高度，并且在流动方向上横截面逐渐变小的沉降槽在横向上完成进一步的压缩。
在分离部分中流体的横截面积的减小同时是一种使得分散流均匀的方法，也是在拦截元件之间形成的中间空间中控制分散物向分离部分的后端前进的方法。随着流体在分离部分中的向前移动以及溶液从分散物中分离成自己的相，如果横截面积不减小的话，分散带会变得越来越薄。由于分散物向分离部分的后端流动，所以这部分的重力会使分散层的厚度变得均匀。然而，这相应地减弱了沉降槽的分离能力，特别是它们内部的所有额外流动减慢了分离速度。
由于使用本发明的方法和设备，彼此分离的溶液能够在设置的分离条件下，在横向和垂直方向匀速向前移动。这包括溶液以栓塞流的方式从分离部分的前端向前移动到尾端。本发明中该方法的一个目的是加速溶液从分散物中的分离，和提高溶液的最终分离效率，即减少每种溶液在另一种溶液中的挟带。通过拦截形成的致密分散物使得溶液分离的程度提高，即减少了每种溶液中的挟带数量。由重力导致的流体运动也减少了致密分散物的动能。
分离部分前端处的较厚的分散带产生了良好的液滴分离。这样，优选的是，分离部分的至少前三分之一部分中的分散带厚度大约是溶液高度的75％，并逐渐减小。
分离部分中在流动方向上流体横截面的减小导致溶液的流速加快。水溶液向分离部分后端流动速度的加快使得水溶液沿着底层不断地均匀向前流动。有机溶液的线性速度当然不能超过到临界极限，超过临界极限之后，水溶液在有机溶液中的挟带数量将开始增加。在这种情况下，有机溶液的线性速度极限可认为是70毫米/秒。
沉降槽给料端的横截面要比后端宽，这种形状能够通过多种方法来获得。一种是两侧对称变窄的梯形。沉降槽的横截面也能对称地减小，例如梯形也可以只在一侧变窄，从而沉降槽的一侧垂直于给料端和后端，但是另一侧相对于端壁来说处于倾斜位置。横截面的减小也和沉降槽的深度成比例，从而在其最小处沉降槽后端的宽度处于给料端宽度的30至60％范围内。
横截面在流动方向上减小的沉降槽当然具有适当的装置。这样，一个或几个桩栏或其它等效元件设置在沉降槽的给料端，使得主要输送到一点上的分散物均匀分布在沉降槽的整个横截面上。
此外，送入到分离部分中的分散物被散布在沉降槽的整个横截面上，也至少具有一个元件来拦截分散物。能够使用的常规桩栏在前面已经提到。如果不使用桩栏，分离部分或沉降槽可以至少设置一个恢复元件，或者同时使用桩栏和恢复元件。恢复元件的最佳数量为3至5个。
由于使用恢复元件，已从分散物中分离的相沿着分离部分的纵轴相对自由地流动，但是未分离的分散物被设置在分离部分中的一个拦截恢复元件所拦截。该恢复元件垂直于分离部分的侧壁延伸。本发明所述的设备包括至少一个位于沉降槽(分离部分)中的恢复元件，所述恢复元件包括至少两个板状部件或恢复板，它们处于不同的高度并基本垂直于沉降槽的纵轴(溶液流动方向)设置。在恢复板之间形成的区域内，即在恢复通道中，由于分散物从每个恢复板的上方或下方流入到恢复通道中，所以分散流的方向几乎是垂直的。通过至少改变一次分散物的流动方向，有助于分散物分离成位于分散物上方和下方的纯净溶液层。该恢复元件能够被设置在萃取的不同阶段，比如可以在实际萃取阶段，也可以在任何洗涤和洗提分离部分中。
通过设置至少一个在分离部分上方延伸的恢复元件，防止沉降槽中的分散流直接向前流动。为了使分散物流过恢复元件，在第一阶段中必须将它挤压在恢复元件的第一板状部件上，并从其下方流入到在恢复元件的板状部件之间形成的恢复通道中。从恢复通道开始，分散物表面升高，从而它能够从恢复元件的第二板状部件上方流过。萃取分离部分中的恢复元件的数量至少为一个，但能够在例如1-6个之间变化。在一个恢复元件中至少有两个板状部件，但是所述板状部件的数量也能够在例如2-6个之间变化。恢复元件的第一板状部件以及随后的每隔一板状部件在分离部分中的定位基本高于第二板状部件和其后的每隔一板状部件。
属于恢复元件的第一板状部件，即第一恢复板，位于分离部分中的一个高度上，其上边缘延伸超过分散带进入到有机溶液相中。当已分离溶液和位于它们之间的分散带从分离部分的给料端流向排放端时，分散带被压在第一恢复板上。该恢复板的位置决定了有机溶液层的预期厚度。该分散物应当聚集到一定数量，使得它由于比已分离的有机溶液重，而穿透较高的通道或位于恢复板之间的通道到达分离部分的下一部分，已分离溶液层的厚度大于前面部分中溶液层的厚度。已被分离成自己相的有机溶液和水溶液能够在恢复元件处自由流入分离部分的下一部分中，但是分散物在经恢复元件到达分离部分的下一部分之前，不得不汇聚成足够厚度的一个层。只有在分离部分中注入了足够大的液流时，分散物才向前移动。沉降槽越大，所需的液流越大。
第一恢复板主要是实体的，但在其上部具有垂直狭槽，这些狭槽确保了有机溶液沿着分离部分的整个长度均速流过恢复元件。该第一恢复板与在其上边缘上的狭槽一样，延伸高出有机溶液的表面。狭槽从恢复板的上边缘向下到达一个深度，该深度等于已分离有机溶液的层厚度的一半的最大值。狭槽区域占恢复板总高度的大约5％-15％。该第一恢复板的下边缘延伸到分离部分的底部，但是只延伸到距离底部一定距离的地方，使得其下边缘位于主要分散层中。下边缘离底部的距离远大于恢复元件到分离部分前部的距离。在实际中，第一恢复板的下边缘到底部的距离为分离部分(沉降槽)中溶液的总深度的12％-50％。
恢复元件的第二恢复板与第一恢复板属于同一类型，即基本为实体的。第二恢复板的下边缘远低于第一恢复板的下边缘，但是留有供已分离水溶液无障碍流动的空间。第二恢复板的下边缘离底部的距离取决于恢复元件在分离部分中的位置。恢复板的下边缘在分离部分中越高，恢复元件离分离部分的给料端越远。在实际中，第二恢复板的下边缘离底部的距离为分离部分中溶液总深度的5％-35％。第二恢复板的上边缘位于有机溶液的表面之下，并且上边缘离有机溶液表面的距离越大，恢复元件离分离部分的给料端越远。在实际中，第二恢复板的上边缘在溶液表面之下的距离为分离部分中溶液的总深度的12％-35％。
如果恢复元件的第一恢复板的下端也具有与其上端上等效类型的狭槽区域，那么分散物在恢复通道中的均匀分布及其匀速流动将更为容易。同样，最好使第二恢复板的上端具有狭槽区域，并且在这种情况下，这些狭槽的目的也是促进分散物在分离部分中的均匀分布。如果恢复元件由几个恢复板构成，那么狭槽区域就位于相应板的上部边缘和下部边缘上。第一恢复板的下边缘上的狭槽区域的高度和第二恢复板的上边缘上的狭槽区域的高度处于恢复板的高度的5％-15％之间的范围内。
如果恢复元件由两个以上的恢复板构成，那么该第三恢复板下边缘的底部间隙要比第一恢复板的底部间隙大0-30％。第三恢复板离有机溶液表面的距离比第二板的距离小10％-30％。第四恢复板的底部间隙和离有机溶液表面的距离都要比第二恢复板大0-30％。
恢复元件的使用减少了水溶液中有机溶液的挟带数量，从而进入洗提的水溶液中的挟带物质小于10ppm，总体上在2-7ppm之间。例如，在铜的萃取中，铜的回收在电解提取电路中通过电解进行。电解过程中不容许存在有机溶液，并且如果进入电解的溶液不足够纯净的话，则必须通过例如浮选或压力过滤的方法来净化。恢复元件的使用，在不经单独的净化阶段的情况下，有利于萃取所产生的溶液直接循环以作进一步处理。
本发明所述的装置能够使保留在分离部分尾端的未分离分散物的数量减少，使其在分离部分中最多占流体厚度的10％。用这种方法也能调节有机溶液层的厚度。有机溶液层的厚度根据所用恢复元件的数量逐渐得到调节。
该方法和设备特别适用于金属的萃取，将要被回收的金属可以是铜、铀、钴、镍或锌中的一种。
本发明参照附图作了进一步的描述，此处附
图1是本发明所述沉降槽的一个实施例的剖面图，附图2是本发明所述沉降槽的另一实施例的剖面图，附图3设置有一个恢复元件的沉降槽的垂直截面，并且附图4-6示了沉降槽的剖面图，其中设置有一个恢复元件。
附图1和2示出了一个沉降槽1，它基本上由一个垂直的给料端2、后端3、侧壁4和5构成。在附图1中，两侧壁4和5在沉降槽中沿流动方向变窄。在附图2中，一个侧壁垂直于给料端和后端，而另一侧壁与它们呈一个角度，从而沉降槽的横截面积在流动方向上逐渐变小。附图中还示出了分散物供料管6，其一端连接到萃取混合部分(附图中未示出)。在沉降槽的给料端2设置有一个桩栏或者其它合适的导向元件7，分散物经这些导向元件被散布在沉降槽的整个宽度范围内。该沉降槽还具有一个拦截元件8。已分离溶液在沉降槽的后端3被排放，在流动方向上首先是有机溶液洗涤槽9，有机流作为溢出流流入该洗涤槽中，并且从此处向前流动。水溶液被收集到所谓的水末端10，水溶液从有机溶液洗涤槽下方流入到该水末端。
附图3示出了附图1和2中沉降槽的侧视图。该附图显示在沉降槽的前端只有少部分溶液被分成自己的相，有机溶液11处于分散物12的上方，水溶液13处于分散物的下方，在沉降槽底部14上。分散带主要位于沉降槽的前端。在这种情况下，沉降槽中还设置有三个拦截恢复元件8。每个恢复元件由两个恢复板15、16和在它们之间形成的恢复通道17组成。恢复板位于沉降槽中，从而它们相对于纵轴(流动方向)交叉设置，即与沉降槽的给料端和后端处于同一方向。恢复板带有垂直狭槽的部分在侧视图中用虚线表示；恢复板的其余部分用实线表示。这样，第一恢复板15的顶部17与该板的底部18和第二恢复板的顶部19一样具有垂直槽。沉降槽中恢复元件的位置能够根据需要来确定。
附图3显示，各分离板之间的距离也能改变，以便使它们之间的距离在流动方向上变得越来越小。通过使分离物在各板之间的恢复通道中的流速处于0.05-0.4米/秒的等级，来确定各板之间的距离。第一恢复板顶部的垂直槽的尺寸在沉降槽的横截面上被加工成同样的尺寸，以便使流经它们的有机相的流速在0.1-0.6米/秒的范围内。
附图4是设置在沉降槽20中的一个恢复元件21的例子，该恢复元件包括两个恢复板22和23。第一恢复板22延伸到有机溶液表面24的上方。为了简化附图，垂直开槽部分没有单独示出。从流动方向上看，隔板25、26位于每个恢复板的顶部后方，由设置在恢复板顶部各缝隙之间的垂直板条构成。在各板条之间具有垂直流道，其宽度远大于板条自身的宽度。各隔板呈面向下的梳状形式，从而它们的上边缘被固定。从恢复板到各隔板的距离是恢复板狭槽宽度的2-3倍。用这种方法，可使进入到沉降槽扩展部分的流体流速减慢并变得平稳，这有助于提高沉降槽的分离性能。隔板的高度能够变化。
附图5显示了一个简化的沉降槽27，其中设置有一个恢复元件28，该恢复元件在这种情况下由四个恢复板29、30、31和32构成。隔板33和34又被设置在第一和第二恢复板的顶部后方。在该附图描述的情况下，分散流不得不流经三个恢复通道35、36和37，其中流体几乎是向上或者向下垂直的。垂直流体对于使溶液彼此分离是最好的。在垂直流动期间，特别是小液滴与它们自己的相相接触并与之结合在一起。
附图6显示了只有一个恢复元件39的沉降槽38的例子，该恢复元件由两个恢复板40和41构成。这两个恢复板现在被以一个角度定位而不是垂直定位，但是在恢复通道42中向前移动的分散带实际上仍然不得不在恢复板之间垂直上升。因此，恢复板能够与水平方向成50°至90°的角定位。倾斜可以象附图6中所示的那样朝向沉降槽给料端，或者朝向沉降槽的后端。附图6中所示的倾斜是比后者更好的选择。当处理不易分离的溶液时，适于使用倾斜的恢复元件。
权利要求
1.一种用于控制和压缩由水溶液和有机溶液形成的分散物的方法，该方法与在液体-液体萃取的分离部分中的金属的回收相关，其特征在于通过在流动方向上减小分离部分的横截面积和通过使用设置在分离部分中的至少一个拦截元件拦截分散物来压缩分散物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分离部分的横截面对称地减小。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分离部分的横截面不对称地减小。
4.根据权利要求1至3中的一些所述的方法，其特征在于被回收的金属是铜、铀、钴、镍或锌中的一种。
5.根据权利要求1至4中的一些所述的方法，其特征在于用至少一个恢复元件来拦截分散物，该恢复元件设置在分离部分中，从一侧延伸到另一侧，所述恢复元件由至少两个板状部件构成；在板状部件之间的恢复通道中，分散物的方向基本垂直地转向。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于恢复元件的第一板状部件的上边缘延伸到有机溶液中；所述有机溶液部分地流过设置在该板状部件的顶部中的狭槽区域。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于用恢复元件的第一板状部件拦截的分散流从该第一板状部件的下方流入到恢复通道中。
8.根据权利要求5至7中的一些所述的方法，其特征在于已经流入到恢复元件中的分散物流过恢复元件的最后的板状部件进入到位于恢复元件之后的分离部分中。
9.根据权利要求5至8中的一些所述的方法，其特征在于位于分离部分中的恢复元件的数量为1至6个。
10.根据权利要求5至9中的一些所述的方法，其特征在于恢复元件中的板状部件的数量为2至6个。
11.一种用于控制和压缩由水溶液和有机溶液形成的分散物的设备，该设备与在液体-液体萃取处理的沉降槽(1)中的金属的回收相关，包括给料端(2)、侧壁(3，4)、后端(5)和底部(14)，其特征在于沉降槽的横截面在流动方向上减小；沉降槽具有至少一个拦截元件(8)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于沉降槽的横截面为梯形。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于沉降槽具有桩栏。
14.根据权利要求11至13中的一些所述的设备，其特征在于该沉降槽具有至少一个恢复元件(20)，该恢复元件从一个侧壁到另一侧壁相对于沉降槽的纵轴交叉地定位，所述恢复元件包括至少两个处于不同高度的恢复板(21，22)。
15.根据权利要求11至14中的一些所述的设备，其特征在于恢复元件的数量为1至6个。
16.根据权利要求11至15中的一些所述的设备，其特征在于恢复元件中的恢复板的数量为2至6个。
17.根据权利要求11至16中的一些所述的设备，其特征在于所述恢复元件的第一恢复板和随后的每隔一恢复板高于第二恢复板和其后的每隔一恢复板。
18.根据权利要求11至17中的一些所述的设备，其特征在于所述第一恢复板的上边缘设置在沉降槽中的液体表面之上。
19.根据权利要求11至18中的一些所述的设备，其特征在于所述第一恢复板的下边缘距沉降槽的底部的距离为沉降槽中的溶液的深度的12％至50％。
20.根据权利要求11至19中的一些所述的设备，其特征在于当在正视图中观察时，所述恢复板主要为实体的。
21.根据权利要求11至20中的一些所述的设备，其特征在于所述第一恢复板的上边缘(24)具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
22.根据权利要求11至21中的一些所述的设备，其特征在于所述第一恢复板和其后的每隔一恢复板的下边缘(25)都具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
23.根据权利要求11至16，或20中的一些所述的设备，其特征在于所述第二恢复板和随后的每隔一恢复板的上边缘都具有垂直狭槽，该狭槽的长度相当于相关的恢复板的高度的5％至15％。
24.根据权利要求11至16，20或23中的一些所述的设备，其特征在于所述第二恢复板的下边缘距沉降槽的底部的距离为沉降槽中的溶液的深度的5％至35％。
25.根据权利要求11至16，20或23至24中的一些所述的设备，其特征在于所述第二恢复板的上边缘设置在溶液表面之下，距溶液表面的距离为沉降槽中的溶液的深度的12％至35％。
26.根据权利要求11至25中的一些所述的设备，其特征在于所述恢复元件的恢复板位于沉降槽中，相对于水平方向成50°至90°角。
27.根据权利要求11至26中的一些所述的设备，其特征在于所述沉降槽的给料端具有桩栏。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制和压缩在液体－液体萃取混合阶段形成的分散物的方法。通过在流动方向上减小分离部分的横截面积和在分离部分设置分散物拦截元件来获得分散物的压缩。本发明所述的设备包括一个基本为梯形的沉降槽，从而在沉降槽的给料端其横截面较宽，并且向沉降槽的后端变窄，已分离溶液在沉降槽后端排出沉降槽，而且沉降槽具有至少一个装置来拦截分散物。特别是，该方法和设备涉及在金属回收中使用的萃取过程。
文档编号B01D11/04GK1652855SQ03811172
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月15日 优先权日2002年5月16日
发明者布鲁尔·尼曼, 斯蒂格－埃里克·胡尔托尔姆, 埃罗·埃克曼, 劳诺·利亚, 尤哈尼·吕拉, 佩尔蒂·佩卡拉, 拉伊莫·库西斯托 申请人:奥托库姆普联合股份公司