专利名称：用于提纯水溶液以除去萃取溶液液滴的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置，通过该方法和装置，能够提纯来自金属的湿法冶金回收的液-液萃取的水溶液以除去有机萃取溶液液滴。
背景技术：
金属的湿法冶金回收通常包括以下步骤浓缩物或矿石的浸出；液-液萃取；以及金属的沉淀或还原。浸出可以是生物浸出或稀释酸浸出，由该浸出获得的水溶液传送给液-液萃取。在萃取中，有机萃取溶液在萃取室(混合器-沉降器)或萃取塔中混合至水溶液中，该水溶液包含金属，该金属通常为铁形式，或者与多种杂质一起作为化合物。要精炼的贵重金属与有机萃取溶液选择地进行反应，从而使它与水溶液分离和成为纯的萃取化学制剂。除去贵重金属的水溶液(即剩余液)送回至浓缩物/矿石浸出。然后，附在萃取剂上的贵重金属或物质能够通过逆化学反应而与有机溶液分离和返回成水溶液(洗提)，以便进行萃取，然后能够再作为产品而从中回收，例如通过金属的沉淀或还原。还原例如可以是电解。
因此，萃取处理是在萃取装置的混合部分中使在物理上不可互溶的液体混合在一起形成液滴或分散液，且在化学物质传递之后，在分散液中的液滴在沉淀部分或沉降器中聚结形成初始液体层。强烈搅拌或者处理的表面化学条件的明显变化可能导致形成非常小的液滴，该小液滴需要很多时间来脱离成它们自身的液相。在萃取步骤的实际沉淀部分中，这些液滴并不需要花时间来脱离，而是与处理的其它阶段一起进行。
在水相中进行的处理阶段中(例如浸出或电解(电解沉积))，萃取溶液的夹带物将使得处理紊乱。生物浸出特别受到该紊乱的影响，因为有机萃取溶液对于保持生物浸出的细菌有毒性。另外，由电解沉积产生的金属的纯度受到在电解槽中积累的萃取溶液的影响。因此，进入电解的电解质也必须仔细提纯以除去萃取剂液滴。在电解质中只允许最大3-5ppm的萃取溶液。
例如，在铜的湿法冶金回收中，将使用原则上水平布置的混合器-沉降器装置。近年来，它们的工作有一定程度的提高，在水溶液中夹带的萃取溶液的量在大约10ppm的范围。不过已经发现，只使用混合器-沉降器装置将不能使夹带液滴量持续减小至低于5ppm。
小液滴与其它溶液的分离将利用液滴聚结原理来进行。当液滴变得更大时，它们能够由于重力作用而与其它溶液分离。已经有多种液滴聚结器，例如板聚结器、纤维/网聚结器、填充床聚结器和隔膜聚结器。
现在，例如一种填充床有机液滴聚结装置(它实际上是一种压力过滤器，例如在美国专利申请6015502中所述)用于提纯电解质。填料例如无烟煤用于压力过滤器中，以便粘附液滴。填料可定期再生，这样，它的孔不会被有机溶液堵塞太多。实际上，需要平行连接的多个装置来用于提纯，例如在大型铜萃取设备中有四个至六个单元。装置很昂贵，且它的工作特征复杂。因为溶液的流动方向必须不时变化，这导致来自不同工作阶段的溶液不利地混合在一起。同时，还损失了一些电解质和萃取溶液。
剩余液(送回浸出的、来自萃取阶段的水溶液流)的量远远大于在洗提阶段与有机溶液接触的电解质的量。即使当美国专利6015502中所述的装置用于提纯电解质时，它在剩余液提纯中的使用也实际上没有经济价值。还提出了用于提纯剩余液的槽，根据不同实施例，有狭槽的板布置在该槽中。在板之间的距离通常超过10mm，且当萃取溶液的液滴尺寸小于50微米时，清洁效果大致最合适，远小于包含在剩余液中的萃取溶液的量的一半。
发明内容
本发明的方法和装置的目的是通过以简单和经济的方式使萃取溶液液滴与水溶液进行物理分离来处理离开金属的湿法冶金液-液萃取的水溶液。水溶液可以是离开洗提的水溶液(它包含贵重金属)，或者是离开萃取本身的剩余液(它没有贵重物质)。
通过附加权利要求将使本发明的特征清楚。
在本发明的方法中，离开液-液萃取的水溶液(在金属的湿法冶金回收过程中产生)在后沉降器类型的沉降槽中进行处理，该沉降槽制成为从槽的供给端流向后端。水溶液流过具有减小截面的流动槽道区域，该流动槽道区域至少在一点处在槽的宽度上延伸。流动槽道位于本发明的液滴聚结器的底部部分中，装置的上部部分主要为实心的。在液滴聚结器区域中，水溶液流过流动槽道，该流动槽道的截面面积为溶液深度的总截面面积的10-25％。
流动槽道分组，以便沿流动方向交叠和斜向下倾斜。流动槽道的深度在2-6mm，优选是3-5mm的范围内。溶液流的主要部分为层流，但是流动槽道的上部部分适于形成漩涡，这使得萃取溶液的液滴相互碰撞，并因此形成更大液滴。流动槽道的表面变粗糙和/或以其它方式成形以产生漩涡。该成形也使得萃取溶液的液滴运动慢下来，因此使它们碰撞。粗糙深度在0.3-1.0mm的范围内，和/或成形的深度在2-3mm的范围内。形成的较大液滴由于重力作用而从水溶液中上升，并在沉降槽表面组合，以便形成一层萃取溶液。
已经从水溶液中分离的萃取溶液通过位于液滴聚结器上部部分中的引导槽道而向前流动。这样，有机溶液不会再次混合至水溶液中。引导槽道布置成一个在另一个上面，并沿溶液的流动方向朝上。引导槽道的数量为流动槽道数量的1/6-1/3。
除了流动槽道，沉降槽可以装备有使得流动从底部垂直向上偏转的至少一个装置。优选是，转动元件的数量与液滴聚结装置的数量相同。通过转动元件，水溶液的流动方向间隔地从水平偏转成垂直，这帮助有机溶液的液滴分离。转动元件使得流动在沉降槽的整个宽度上偏转。
根据本发明，将用于使水溶液从金属的湿法冶金液-液萃取中沉淀出来的装置包括基本矩形的沉降槽，该沉降槽由供给端和后端、侧壁以及底部而组成。
至少一个液滴聚结器沿流动方向布置在沉降槽中。液滴聚结器布置成基本处于竖直位置，且它从槽的一侧延伸至另一侧。装置包括多个相邻元件，这些相邻元件从槽的底部延伸至液体表面之上。元件主要为实心的，但是它们的底部部分装备有流动板，该流动板具有粗糙和/或成形的表面，并从流动方向斜向下。几乎全部溶液流通过形成于流动板之间的流动槽道引导。流动板布置的距离等于液滴聚结器的高度的10-25％。
在本发明的一个实施例中，流动板的型面为在板表面上形成有圆角的凸起。圆角凸起的高度可以在2-3mm的范围内。优选是，板的上表面设有凸起，而底表面变粗糙，这样，实际流动槽道的上表面变粗糙，而底表面设有凸起。也可以使板的两个表面都变粗糙。粗糙度在0.3-1mm的范围内。另外，整个板可以制成为波浪形。
一些引导板布置在液滴聚结器的上部部分中。已经分离到水溶液表面上的有机萃取溶液薄层通过位于装置上部部分中的引导板来进行流动。引导板的数量为流动板数量的1/6-1/3。引导板的形状类似于流动板。
根据本发明的一个实施例，沉降槽在液滴聚结器后面提供有实心转动元件，该转动元件从底部朝向上。转动元件使得来自流动槽道区域的溶液流的方向从水平变化成几乎垂直，同时实现小液滴的聚结。垂直板的高度为槽中的溶液的总深度的30-50％。
根据本发明的一个实施例，要提纯的水溶液通过供给管而传送给沉降槽的底部部分，它从该供给管通过多个供给单元分配至槽中，这些供给单元朝向槽的前部拐角。优选是，供给管形成导流板的一部分，该导流板位于槽的前壁和第一液滴聚结器之间。
根据本发明的一个实施例，提纯后的水溶液通过多个抽吸单元而从槽后部除去，这些抽吸单元定向成从槽的后部拐角吸出溶液。纯水溶液从收集单元收集在收集管中，并传送给随后的处理步骤，该处理步骤例如为浸出或金属回收。
根据本发明，已经积累在水溶液表面上的萃取溶液作为溢出流而从槽的后部部分除去，且它的回收特别适于比在沉淀过程中形成的萃取溶液层更大。优选是，要除去的表面溶液的量为供给到槽中的水溶液量的10-50％，优选是25-35％。
根据本发明的一个实施例，沉降器的底部倾斜，朝着后部变得更深。底部的斜度优选是与水平方向成2-8度。
在液-液萃取处理中的水溶液的提纯并不局限于任何特殊金属的萃取处理。不过，当要回收的贵重物质是铜时，上述方法和装置特别合适。
下面将通过附图进一步介绍本发明的装置，附图中图1表示了本发明一个萃取单元装置从上面看时的视图；图2表示了本发明的沉降槽的纵剖图；图3表示了液滴聚结器的流动板的切开三维视图；图4A和4B表示了本发明的流动板的上表面和底表面。
具体实施例方式
图1表示了本发明的沉降槽怎样与萃取处理的其它部分连接。在图中，萃取处理包括萃取步骤E1、E2和E3、有机溶液沉降器LO、一个洗涤阶段W和洗提步骤S。在该连接中表示了两个水溶液沉降槽。槽1A将用于来自洗提步骤并包括贵重金属的水溶液。槽1B将用于来自萃取的剩余液，它已经释放了它的贵重金属，并送回至浓缩物或矿石浸出。
图2更详细地表示了本发明的沉降器1。水溶液通过分配管2和供给单元3被供给到槽中，并供给至供给端4和底部5附近。槽的上边缘以标号6表示。优选是，朝着前部拐角斜向下供给水溶液。优选是，供给管是垂直板7的一部分，该垂直板7将供给端分开。垂直板7的水平上边缘8的深度是槽的有效深度的30-50％。
萃取溶液的液滴尺寸通过液滴聚结装置9而变大，为此，这里有至少一个液滴聚结装置9布置在沉降器中。在图2的沉降槽中有三个该装置，且该数量可以根据需要在1和5之间变化。各装置9从沉降槽的一侧伸向另一侧，且实际上由多个并排布置的盒组成。装置沿流动方向的长度为0.1-1m，优选是0.3-0.7m。该装置在中部10处为实心，实际增大液滴尺寸的流动板盒17位于装置的底部部分中。各盒由多个流动板组成，这些流动板一个布置在另一个之上，在这些流动板之间形成流动槽道。液滴聚结器形成在槽中的密集流动屏障，这样，全部水溶液通过流动槽道进行流动。流动板定位成沿高度方向的相互距离为2-6mm。流动板沿流动方向斜向下倾斜成与底部5的角度为10-45度，优选是15-30度。
流动槽道和流动板的数量选择为这样，即在槽道中的流动大致为层流。当萃取溶液的粘性例如在0.7-3cP范围内时，优选是使流速保持为大约0.05-0.20m/s。
液滴聚结装置延伸至高于沉降器的液体表面12。形成连接的槽道盒13的多个引导板布置在装置的上部部分中并低于液体表面，在表面层中浓缩的萃取溶液通过这些引导板而在槽中均匀地向前运动。形成连接槽道的引导板与装置底部部分中的流动板基本上为相同类型。不过，当沿流动方向看时，连接槽道板以5-25度向上倾斜。连接槽道引导板的数量远远小于流动板的数量，它们的数量为流动板数量的1/6-1/3。在连接槽道中的有机溶液的流速大小设置为基本与流动槽道中的水溶液流速相同。
流动板和引导板的表面变粗糙或以其它方式成形为使它们的表面有大约0.3-1.0mm高度的粗糙度和/或有2-3mm高度的成形。特别是，流动板的底表面(也就是形成流动槽道上表面的表面)优选是成形为引起稍微混合运动。缓慢向上分离的有机溶液液滴的运动通过形成表面的作用而变慢，且它们局部粘在该成形表面上，特别是当该表面粗糙时。液滴在该表面上相互碰撞，并组合成更大液滴。当液滴尺寸增大时，流体流使得液滴在离开流动槽道时分离，它们的尺寸增大到使得由于浮力它们更快地升向沉降槽表面。
沉降槽可以装备有位于液滴聚结器后面的转动元件14。转动元件从槽的一侧伸向另一侧，并且是实心的。它们相对于液滴聚结器定位成这样，即它们离沿流动方向在前的聚结器的距离比离在后的聚结器的距离稍微更近。转动元件的上边缘延伸至离底部的高度最大为槽中的液体深度的一半。优选是，转动元件的数量与液滴聚结器的数量相同。
液滴聚结器在沉降器中分组，这样，在第一装置之前的供给空间占槽长度的15-25％，而在最后装置之后的后部空间占25-40％。在最后的液滴聚结器和沉降器后壁15之间还有一个空间，该空间比在槽中的装置之间的空间长2-4倍。在最后的聚结器和转动元件之后，在水溶液中夹带的萃取溶液液滴长大成这样，即它们在最后部分处的槽后部空间中(该后部空间是整个槽长度的25-40％)几乎都升高至表面。包含有机萃取溶液的表面层流过排出流槽16(该排出流槽16在整个槽上延伸)的基本水平的溢流边缘17。溶液通过单元18而从流槽中除去，并传送给一些合适的混合器。
包含纯水溶液的底层通过靠近底部和后壁的多个抽吸单元19而吸出。抽吸单元指向槽的底部和后端。水溶液通过一个或多个收集器管20而从抽吸单元导向下一阶段。当使用一个收集器管时，它横过槽的整个后部空间延伸。根据本发明的一个实施例，使用两个收集器管，各管延伸到沉降器后部空间的、它自身的部分内。不过，优选是所有水溶液都从槽的相同侧回收，这样，一个收集器管横过槽的整个宽度延伸，即使它的抽吸区域只是槽的一部分。
当收集在有机溶液排出流槽中的溶液比积累在表面上的萃取溶液层的所需量更多时，在水溶液中夹带的萃取溶液液滴量同时减小。当从底部吸取的溶液量相对于供给沉降器的溶液量减小时，表面层的比例可能增加，因为它等于供给的溶液和除去的水溶液之间的差值。
如图2所示，沉降器的底部5可以朝着后部空间倾斜，变得更深。底部的斜度可以在与水平方向成2-8度的范围内。
图3表示了流动板盒11的局部三维视图，该流动板盒11包括液滴聚结器装置9的流动板21。
图4A和4B表示了一个液滴聚结器的流动板的上表面和底表面。在图4A中，凸起22以规则间隔形成于流动板21的表面上，该凸起使得流体流偏转，并帮助小液滴相互组合。在图中的凸起为圆形的，这将获得平滑流。优选是，凸起覆盖板表面的10-50％。根据一个实施例，板的表面也稍微起伏，这使得前进的流体流产生垂直方向变化。图4B表示了流动板的粗糙表面，该表面的有利效果如上所述。
本发明并不局限于上述实施例，而是在包含于专利权利要求的本发明思想范围内可以对它们进行变化和组合。
权利要求
1.一种用于在沉降槽中物理提纯离开液-液萃取的水溶液以除去有机萃取溶液液滴的方法，该液-液萃取与金属的湿法冶金回收结合进行，其特征在于为了聚结较小的萃取溶液液滴，使水溶液至少在一点流过流动槽道区域，该流动槽道区域的截面面积减小，并横过槽从一侧延伸至另一侧，且该流动槽道区域位于槽的底部部分中，使分离的萃取溶液流过在槽上部部分中的引导槽道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于流动槽道区域的截面面积为总溶液深度的截面面积的10-25％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于流动槽道区域由多个交叠的流动槽道组成，这些流动槽道的高度为大约2-6mm，优选是3-5mm，且槽道表面变粗糙和/或成形为引起漩涡。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于粗糙的高度在0.3-1mm的范围内，成形的高度在2-3mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于流动槽道区域由主要实心的液滴聚结器装置而形成，该液滴聚结器横过槽布置，它的上部部分由流动槽道类型的引导槽道组成，用于使分离的萃取溶液流动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于引导槽道的数量为流动槽道的数量的1/6-1/3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在沉降器中的流动槽道区域和液滴聚结器的数量在1-5之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于沉降器装备有至少一个用于使水溶液流从底部垂直向上转向的元件，该元件沿流动方向位于流动槽道区域的后面。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于使水溶液流转向的元件的数量与液滴聚结器的数量相同。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水溶液以多个子流斜向下供给至沉降器的前端中。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水溶液从底部部分斜向上而以多个子流从沉降器的后端吸出。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分离的萃取溶液从沉降器的后端除去，越过溢流边缘进入排出流槽，该排出流槽在槽的整个宽度上延伸，且除去的溶液量是供给槽的溶液量的10-50％。
13.一种用于提纯离开液-液萃取的水溶液以除去萃取溶液液滴的沉降装置，该液-液萃取与金属的湿法冶金回收结合进行，所述装置包括基本矩形形状的沉降槽(1)，该沉降槽包括供给端(4)和后端(15)、侧部和底部(5)以及至少一个水溶液供给和除去管(2、20)，其特征在于至少一个液滴聚结器(9)布置在沉降槽中，该液滴聚结器从槽的一侧延伸至另一侧，并从槽的底部延伸至高于液体表面，该液滴聚结器在它的中心处为实心的，且底部部分包括用于水溶液流的流动板盒(11)，该流动板盒由多个交叠的流动板(21)组成，并有粗糙和/或成形的表面，且液滴聚结器的上部部分包括连接槽道盒(13)，该连接槽道盒借助于引导板而使萃取溶液流动。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于流动板(21)沿流动方向以与底部成10-45度的角度而斜向下。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于流动和引导板的相互距离为2-6mm，优选是3-5mm。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于当沿流动方向看时，引导板以5-25度的角度而斜向上。
17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于流动和引导板的表面变粗糙和/或以某种其它方式成形为这样，即粗糙的高度范围为0.3-1mm，和/或成形的高度为大约2-3mm。
18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于流动和引导板的表面制成为波浪形。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于圆角凸起(22)形成于流动和引导板的上表面上，而底表面变粗糙。
20.根据权利要求13所述的装置，其特征在于引导板的数量为流动板的数量的1/6-1/3。
21.根据权利要求13所述的装置，其特征在于在沉降槽中的液滴聚结器的数量在1和5之间。
22.根据权利要求13所述的装置，其特征在于沉降槽装备有至少一个实心的转动元件(14)，该转动元件基本垂直地从底部升高，当沿流动方向看时，该转动元件布置在液滴聚结器后面，从槽的一侧延伸至另一侧，且该转动元件的高度最大为槽中的液体高度的一半。
23.根据权利要求13所述的装置，其特征在于沉降槽的供给端(4)装备有水溶液分配管(2)和多个供给单元(3)，这些供给单元(3)斜向下。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于供给管形成垂直板(7)的一部分，该垂直板分开供给端，且所述垂直板的高度为槽的有效深度的30-50％。
25.根据权利要求13所述的装置，其特征在于沉降器的后端装备有多个提纯的水溶液的抽吸单元(19)，这些抽吸单元(19)的方向斜向下，它们与收集管(20)连接。
26.根据权利要求13所述的装置，其特征在于沉降器的后端装备有萃取溶液排出流槽(16)，该排出流槽横过整个槽延伸。
全文摘要
本发明涉及一种方法和装置，通过该方法和装置，来自金属的湿法冶金回收的液－液萃取中的水溶液进行提纯以除去有机萃取溶液液滴。水溶液在沉降槽中进行处理，它至少在一点处流过具有减小的截面的流动槽道区域，该流动槽道区域在槽的整个宽度上延伸。根据本发明，流动槽道布置在液滴聚结器的底部部分中，装置的上部部分主要为实心的。
文档编号B01D17/04GK101094712SQ200580018959
公开日2007年12月26日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年6月10日
发明者P·佩卡拉, R·库西斯托, J·吕拉, B·尼曼, E·埃克曼 申请人:奥图泰有限公司