用于空气诱导的蒸发和冷却的装置和方法与流程

1.本发明涉及用于处理水性含金属浆料，包括使源自浆料的液体流的至少一部分进行再循环的装置和方法。


背景技术：

2.用于从矿石中提取金属的湿法冶金方法通常包含在升高的温度下进行压力浸出的步骤。在这种压力浸出之后，溶液中的溶解组分通常与未溶解的固体分离。然而，这种分离步骤是在环境压力和温度下进行的。因此，需要将反应混合物从加压条件带到常压条件。因此，典型地，需要降低压力的中间冷却步骤，并且在某些情况下还需要单独的闪蒸步骤。
3.由于大量的水通常在此类水力过程中循环，因此去除其中的一些水也是有利的，例如，通过在固液分离步骤之前进行蒸发，尤其是因为更浓缩的工艺流将导致更高的金属回收率。
4.用于冷却的现有技术通常涉及使用冷却塔、冷却挡板或热交换器。使用冷却塔时，不能完全避免塔的飞溅损失(drift loss)，从而导致大量排放或大量气体净化。由于来自这种冷却塔的气体量非常大，因此这种气体净化装置也需要很大。反过来，浆料管道中的热交换器或反应器内的冷却挡板不提供冷却以外的其他益处，例如不蒸发，因此待冷却的浆料的水含量保持不变。所有这些常用的冷却替代方案还需要投资单独的冷却设备，因为现有设备无法使用。
5.因此，存在对可用于湿法冶金工艺的冷却技术的现有需求，其中该设备可以比现有技术的更广泛地利用，例如用于蒸发过程中，它提供了可用于设备内循环的流，因此除了冷却之外还提供了显著的进一步的益处。


技术实现要素：

6.本发明由独立权利要求的特征限定。在从属权利要求中定义了一些特定实施方式。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于处理含金属浆料以使通过该装置的液体流的至少一部分再循环的装置，以及一种用于进行该处理的方法。
8.根据本发明的第二方面，提供了一种装置和方法，旨在将获自加压单元的浆料同时进行冷却和部分蒸发，同时将其输送到装置的常压单元。
9.根据第三方面，提供了一种用于处理包含至少一部分再循环材料的含金属浆料的装置和方法。
10.根据第四方面，提供了一种用于处理含金属浆料的装置和方法，其通过使用空气进料来引发同时且有效的分散、冷却和部分蒸发。
11.因此，本发明的装置包括旨在冷却浆料并同时引发空气诱导的所述浆料中的一部分水的蒸发的单元。特别地，该装置包括一个或多个闪蒸容器，以及常压混合反应器，空气被送入其中，用于将所述空气分散到浆料中，以及用于引发空气诱导的浆料中的一部分水
的蒸发，并同时冷却浆料，从而提供经浓缩的浆料和湿空气形式的一部分废气，该废气可能还包含废弃的反应气体。
12.同样，本发明的方法包括将空气添加到浆料中并引发所述同时冷却和空气诱导蒸发所需的步骤。
13.使用本发明实现了几个优点。其中，在所述装置中处理的加压浆料可以在同一设备中同时进行浓缩和冷却，同时回收浆料中的一些水以供进一步利用。
14.重要的是从浆料中蒸发一部分水，尤其是因为这将导致浆料中的液体量减少，从而导致浆料量减少。因此，本发明的方法所需的空气量也小于常用的冷却塔的负荷，因此废气量更小，不需要大量设备和程序用于清洁。此外，更浓缩的工艺流将导致更高的金属回收率。
15.由于在现有方法中使用的空气被分散到浆料中，因此与将溶液(例如水)喷射到冷却塔中相比，废气中溶液液滴的量显著减少。
16.此外，空气与浆料溶液的直接接触通过蒸发引发所需的冷却。反过来，这将导致更少的排放和更好的经济效益。
附图说明
17.图1是说明根据本发明的一个实施方式的装置的单元的图。
18.图2是说明根据本发明的一个实施方式的装置的单元的图。
19.图3a和3b是说明根据本发明的实施方式的装置的单元的图。
20.图4是显示当进行本发明的空气诱导的蒸发冷却时实现的浆料冷却时间的图表。
具体实施方式
21.定义
22.在本文中，术语“含金属浆料”包括由含金属矿石制备的水性浆料，或工业流形式的浆料，或循环流形式的浆料，或者是来自这些进料源中的两种或更多种的混合物的浆料。原材料可以是矿物或非矿物。
23.术语“矿石”旨在包括所有含有一种或多种矿，并且在本发明中含有一种或多种金属的天然岩石和沉积物。
[0024]“矿物浆料”又包括至少一部分已从含金属矿石的加工中获得的水性浆料。根据一个替代方案，矿物浆料包含锂(li)或金(au)，优选锂。根据另一替代方案，矿物浆料包括镍(ni)、钴(co)和铜(cu)中的一种或多种。
[0025]
因此，本发明涉及一种用于处理水性含金属浆料的装置，该装置包括用于使至少一部分通过该装置的液体流再循环的管线(参见图1)，该装置包括：
[0026]-压力浸出单元2，用于在升高的压力和升高的温度下浸出含金属浆料以提供经浸出的浆料，
[0027]-一个或多个闪蒸容器31，其中从浸出单元2引导到容器31的经浸出的浆料的压力和温度降低，从而提供常压浸出浆料，
[0028]-常压混合反应器32，其具有空气入口和混合装置322，用于将空气分散到从闪蒸容器31引导到该反应器的常压浸出浆料中，以及用于引发空气诱导的浆料中的一部分水的
蒸发并同时冷却浆料，从而提供经浓缩的浆料和一部分含有湿空气的废气，
[0029]-固液分离单元4，用于分离溶液和经浓缩的浆料中的固体，以及
[0030]-再循环管线401，用于将从固液分离单元4获得的溶液的至少一部分送回到压力浸出单元2，任选地通过一个或多个中间处理单元。
[0031]
如上所述，一个或多个任选的中间处理单元可以位于固-液分离单元4和压力浸出单元2之间。如图2所示，这些任选的中间单元中的一个可以是制浆单元1的形式，其位于浸出单元2的上游，特别旨在用于由含金属进料形成浆料。
[0032]
因此，由于再循环管线401通常与通向浸出单元2的进料管线相结合，因此这可发生在任何中间处理单元的上游或下游的位置，优选地在任选的制浆单元1的上游或下游，后者由图2中的虚线箭头指示，或者这些管线可以在这两个位置处相结合。
[0033]
由于浸出单元2需要承受高压，它通常采用高压釜的形式，优选具有任何所需的浸出试剂入口。根据所选的含金属进料，浸出单元可能还需要承受氧化条件。
[0034]
混合反应器32的尺寸可以从非常小到非常大之间变化，但优选地具有2到12m之间的直径和7到1600m3之间的体积。任选地，多于一个这样的反应器32可以连续地或并联地彼此连接。
[0035]
如上所述，常压混合反应器32需要空气入口。因此，空气的出口也是优选的，通常采用管线321的形式(如图3a和3b所示)，用于将含有湿空气的废气从反应器32导出。此外，反应器32需要混合装置322。空气入口可以连接到新鲜空气的供给，特别是工业厂房的空气供给。常压混合反应器32的混合装置322优选为搅拌器的形式，更优选为叶轮的形式。
[0036]
为确保常压混合反应器32的有效功能，其空气入口优选连接到气体加压器323，用于对空气进料加压(见图2)。所述空气入口通常位于混合反应器32的下半部，优选位于单元32中浆料表面下方的位置。更优选地，空气入口位于混合装置322下方。这些优选位置有助于混合反应器32减小气泡尺寸的能力。较小的气泡又将提供反应器32在分散空气方面更有效的功能，从而导致浆料的蒸发和冷却。
[0037]
在图3a所示的本发明的实施方式中，浸出单元2、闪蒸容器31和常压混合反应器32中的至少一个连接到废气处理系统33，优选通过管线201将废气从压力浸出单元2输送至废气处理系统33，或通过管线311将蒸汽形式的废气从闪蒸容器31输送至废气处理系统33，或通过管线321将湿空气形式的废气从混合反应器32输送至废气处理系统33。
[0038]
每个废气处理系统33优选为洗涤器的形式，更优选湿式洗涤器，最合适的是文丘里(venturi)洗涤器。尤其是闪蒸容器31和常压混合反应器32受益于此类连接。这些废气处理系统33中的每一个通常配备有进水口，因为这些系统中需要洗涤水。
[0039]
在优选实施方式中，如图3b所示，浸出单元2和闪蒸容器31中的至少一个或优选两者连接到高压废气处理系统33a。同样，优选将常压混合反应器32连接到常压废气处理系统33b。尽管图3暗示单个系统33a连接到浸出单元2和闪蒸容器31，但这些系统33a可以是单独的，或者可以省去其中任何一个。
[0040]
在所述废气处理系统33中，可以洗涤浸出单元2、闪蒸容器31和混合反应器32中的一个或多个中的废气，从而可以回收和再利用与来自废气的水合并的废弃的洗涤水。
[0041]
图3a和3b还强调了蒸发的必要性，显示了通向加压浸出单元2的蒸汽入口。蒸汽可作为在浸出单元2中加热浆料的优选方式，但同时会将更多的水带入浆料，需要去除多余的
水分，以提供有效的金属回收。
[0042]
固液分离单元4对于将处理过的浆料的固体从液体中分离至关重要，即用于将获自混合反应器32的经浓缩的浆料中的固体从液体中分离出来，从而能够从浆料中有效回收所需的部分，例如金属。由于这种分离是在常压条件下进行的，因此需要上述装置。
[0043]
优选地，分离单元4配备有具有进水口的洗涤段41，洗涤段能够洗涤浆料中的固体，从而向已经从固体中分离出来的溶液中添加洗涤水。这将提高溶液中所需部分的收率，降低固体中杂质和副产物的收率，从而无论要回收的部分是什么，都可以实现效益。
[0044]
分离单元4及其任选的洗涤部分41优选为过滤装置的形式。
[0045]
分离单元4或优选其洗涤部分41，优选连接至一个或多个废气处理系统33。这可以通过使用管线201’、311’、321’来实现，管线从废气处理系统33、33a、33b通向固液分离单元4，优选通向其中的洗涤段41，以便再利用从废气处理系统(33、33a、33b)回收的至少一部分水。
[0046]
在替代实施方式中，可使用管线201”、311”、321”将废气处理系统33、33a、33b连接至再循环管线，其中从废气处理系统33、33a、33b中回收的至少一部分水与再循环管线401中的再循环溶液合并。
[0047]
也可以同时使用这两种替代方案，将废气中回收的一部分水输送至分离单元4，将另一部分水输送至再循环管线401。
[0048]
在图2所示的实施方式中，本发明的装置还包括一个或多个金属回收单元5形式的中间处理单元，优选用于从获自固液分离单元4的溶液中回收铜、镍和钴中的一种或多种。这些金属回收单元5优选在金属的实际回收发生之前还包括一个或多个用于纯化的亚单元。
[0049]
在替代实施方式中，也如图2所示，分离单元4从其中的固体回收区连接到其中的固体回收管线452，旨在用于将获自分离单元4的固体输送至一个或多个金属回收单元45，优选用于从所述固体中回收锂或金。此外，这些金属回收单元45可包括用于纯化的亚单元。
[0050]
尽管它们在同一图2中显示，但这些金属回收单元5,45通常不包括在同一装置中。而是根据所用进料，将其连接至单独的替代方案。
[0051]
本发明还涉及一种用于处理水性金属浆料的方法，以从中分离出不需要的部分，并使液体流的至少一部分再循环，在该方法中可以使用上述装置。该方法包括：
[0052]-在升高的压力和升高的温度下浸出含金属的浆料，以提供经浸出的浆料，
[0053]-闪蒸经浸出的浆料以降低其压力和温度并提供常压浸出浆料，
[0054]-搅拌常压浸出浆料，同时将空气送入浆料中并分散，引发空气诱导的浆料中的一部分水的蒸发和冷却浆料，从而提供经浓缩的浆料和一部分含有湿空气的废气，以及
[0055]-分离浆料中的固体和溶液，并进一步
[0056]-将获自固液分离步骤的溶液的至少一部分再循环到压力浸出步骤，任选地通过一个或多个中间处理步骤。
[0057]
含金属浆料通常从工业流中选择。它可以从含金属矿石制备，也可以是获自另一个工业过程的工业流。或者，浆料可以包含一个或多个再循环流或由一个或多个再循环流组成。此外，可以使用从这些来源中的两个或更多个获得的浆料的混合物或制备的浆料的混合物。优选地，所述含金属浆料是任选地含有再循环材料的矿物浆料，其中至少一部分浆
料获自含金属矿石或岩石的加工。
[0058]
因此，含金属浆料的金属通常包括可使用普通工业回收程序从矿石中以有用产量回收的金属。根据一种替代方案，含金属浆料因此包含锂(li)或金(au)，优选至少包含锂。根据另一替代方案，所述含金属浆料包含镍(ni)、钴(co)和铜(cu)中的一种或多种。
[0059]
进料以浆料的原样形式供给至浸出步骤，或者在进料至浸出步骤之前，进料可能与再循环溶液先合并，因此，浸出单元2上的再循环溶液无需单独入口。由于进料可参与在所述中间处理步骤中的任意一个，进料与再循环溶液的合并甚至可在所述中间处理步骤之前进行。
[0060]
在本发明的一个实施方式中，制浆步骤作为中间处理步骤进行。在该实施方式中，将供给到浸出步骤的进料的至少一部分添加至制浆步骤，而可将一些再循环流直接添加至浸出步骤。通过使用该制浆步骤，并将至少一部分再循环溶液添加到制浆步骤中，所述溶液可用于由进料形成浆料。
[0061]
浸出步骤在搅拌下进行，通常使用一种或多种浸出试剂。优选地，使用加热和加压。浸出的合适温度为100至250℃、优选温度为150至230℃、更优选温度为200至220℃。合适的压力依次为2至60巴、优选10至30巴、更优选15至25巴。
[0062]
浸出的温度和压力通常根据进料的金属选择。例如，含镍浆料通常在100℃至200℃的温度范围内浸出，而锂或金通常在》150℃的温度下浸出。反过来，金和其他贵金属通常需要更高的压力，如30
–
60巴的压力，而锂通常在10
–
30巴或优选15
–
25巴的压力下浸出。
[0063]
还根据进料中的金属选择浸出试剂。因此，锂通常在碱金属碳酸盐(优选碳酸钠或碳酸钾，更优选至少部分由碳酸钠组成)存在下浸出。优选通过添加酸和含氧气体，通常依次在氧化条件下浸出镍、钴和铜。
[0064]
如果使用单独的制浆步骤，一些浸出试剂，例如用于浸出含锂浆料的碱金属碳酸盐，可以与制浆步骤中已经存在的进料混合，从而获得在浆料被引导到浸出步骤之前已经包含所需试剂的水性浆料。
[0065]
闪蒸步骤在常压且使浆料处于低于浆料沸点的温度下的条件下进行。该闪蒸步骤是用于使浆料从浸出步骤的加压加热条件朝向随后搅拌步骤的常压条件的程序。
[0066]
随后的搅拌在提供温度为70至100℃、优选85至95℃的经冷却浓缩的浆液的条件下进行。由于搅拌步骤的目的之一是提供更浓缩的浆料，从而促进随后的分离步骤，因此期望浆料中的水部分蒸发。现在已经发现，通过将空气分散到浆料中可以实现适量的蒸发。然后水分将与废气一起离开搅拌步骤。这种水分适合回收和再利用，例如作为该方法的另一个步骤，优选分离步骤中的洗涤水。
[0067]
为了提供有效的冷却，优选将温度低于搅拌步骤中的浆料温度、优选低于50℃、更优选低于25℃的温度的空气进料到搅拌步骤中。理论上，空气的温度范围没有下限。然而，由于通常使用室外常压空气，温度范围的下限通常受到室外温度的限制，例如≥-30℃的温度。
[0068]
空气进料中的气体量尤其取决于搅拌器或混合反应器32的气体分散特性。目标是向混合反应器32中分散一定的空气量，以确保水的最大蒸发量，从而使浆料中的冷却达到最佳水平。注入搅拌器并估计每小时提供所述最大经济气体流量的气体流量水平为每立方米搅拌器体积10至35立方米气体，优选为10至20立方米气体/小时/立方米反应器(32)。因
此，在该气体流量范围内，已经证实蒸发是最有效的，特别是使用上述设备。
[0069]
当使用目前市场上的典型搅拌器时，送入搅拌器的气体量很大程度上取决于搅拌器的尺寸，但如果使用更有效的搅拌器，这可能会改变。混合反应器32的尺寸因此可以从非常小到非常大之间变化，但是为了保持工艺整体的有效性和合理的搅拌器发动机尺寸，优选使用直径在2到12m之间，体积在7到1600m3之间的反应器32。任选地，多于一个这样的反应器32可以连续地或并联地彼此连接。
[0070]
如上所述，可以回收从混合步骤获得的包含湿空气和可能还有的废弃的反应气体的废气，并且水分可以再利用。然而，也可以从闪蒸步骤中回收废气，主要为蒸汽形式，但可能还包括废弃的反应气体，甚至从浸出步骤中回收，尽管后者中的量通常很小。这些废气优选在再利用之前进行处理，更优选通过在废气处理步骤中洗涤它们，最适合以湿法洗涤进行。可以合并来自多于一种来源的废气，但优选将它们分开处理，至少使得来自混合步骤的废气与其他废气分开处理。在一个特别优选的替代方案中，对于浸出步骤和闪蒸步骤的废气，废气处理在加压下进行；而对于混合步骤的废气，废气处理在常压下进行。
[0071]
在优选地以洗涤方式通过连续添加水来进行的废气处理之后，可以从每个废气处理步骤中回收水部分，该水部分还包含来自废气的水分。然后优选将回收的水部分再利用，作为分离步骤或优选与分离步骤连接的洗涤步骤中使用的水，或者可以将水部分添加到再循环溶液中，该溶液通过任选的中间处理步骤再循环到浸出步骤。
[0072]
进行固液分离步骤以提供分离的固体和溶液部分，由此可以从任意一个分离部分中回收所需的金属。优选地，固液分离步骤包括用水洗涤固体。如上所述，在任选的洗涤步骤中使用的水可以是从任选的废气处理步骤中回收的水。
[0073]
为了从任意一个分离部分中回收金属，存在两种备选方案。回收的固体在金属回收步骤中进一步处理，优选通过浸出，以回收例如来自所述固体的锂或金；或者将获自分离步骤的溶液通过金属回收步骤再循环到浸出步骤，优选用于从获自分离步骤的溶液中回收铜、镍和钴中的一种或多种，更优选通过溶剂萃取。这些金属回收中的每一个还可以包括在实际金属回收发生之前对物流进行纯化。
[0074]
在本发明的一个特别优选的实施方式中，上述方法在同样如上所述的装置中进行。
[0075]
应当理解，本发明的实施方式不限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将认识到的等效物。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在用于限制本发明。
[0076]
本说明书通篇对一个实施方式或实施方式的引用意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都指代相同的实施方式。在使用诸如“例如”、“大约”或“实际上”的术语提及数值的情况下，还公开了准确的数值。
[0077]
如本文所用，为方便起见，可将多个项目、结构要素、组成要素和/或材料呈现在共同列表中。然而，这些列表应被理解为列表中的每个成员都被单独标识为一个单独的、唯一的成员。此外，本发明的各种实施方式和实施例连同其各种组件的替代方案一起在本文中被提及。应理解，此类实施方式、实施例和替代方案不应被解释为彼此事实上的等效物，而应被视为本发明的单独和自主的表示。
[0078]
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式组合。在该描述中，提供了许多具体细节以提供对本发明实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下实施本发明。
[0079]
虽然前述实施例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是，在不使用创造力的情况下，并且在不背离本发明的原理和构思的情况下，可以对形式、用法和实施细节进行大量修改。因此，本发明不意在受到限制，除非由以下提出的权利要求书限定。
[0080]
以下非限制性实施例仅旨在说明通过本发明实施方式获得的优势。
[0081]
实施例
–
浆料的空气冷却效果
[0082]
进行了两批试验以证明对由碱性锂辉石压力浸出工艺浆料为代表的压力浸出浆料的空气冷却效果。浸出浆料制备和高压釜浸出按如下分批进行：将浸出试剂碳酸钠(4000g)溶解到水中并加入15000g6.5％li2o煅烧(β-)锂辉石浓缩物以制备水性浆料，总体积为60升。将浆料送入高压釜中并在》200℃下进行》1小时的浸出。
[0083]
冷却测试装置由20升搅拌反应器组成，该反应器填充有源自先前压力浸出工艺步骤的真实浸出浆料。不断搅拌测试浆料，测试时间从接近沸点(95℃)开始。测试设备由不锈钢制成，其既不是绝缘的，也不是完全封闭的系统：通风柜有一条自由通风管线/开口。进行了每分钟0升的测试，以经由通过壁的自然热损失和通过浆料表面的蒸发来监测浆料冷却。通过将恒定的每分钟4.25升空气输送到浆料中来重复该测试。通过搅拌来分散空气进料。在两个测试中搅拌速度是相同的。空气进料是来自加压空气网络的干燥空气，温度为21℃。
[0084]
图4显示了浆料从95℃到80℃的冷却时间，采用4.25l/min的空气进料和0l/min的空气进料，分别得到：37分钟和53分钟，并实现了冷却(度数)，分别为每分钟0.416℃/min和0.285℃/min。
[0085]
蒸发的水量为：在测试0中为0.6升；在4.25l/min的空气进料的测试中，为其两倍：1.2升。
[0086]
由此，使用这种空气诱导程序获得的优点包括使用简单的反应器和小的反应器体积来实现有效的蒸发。
[0087]
在锂回收的情况下，如本实施例所示，优点还包括更少的试剂消耗和更高的锂回收率。
[0088]
工业实用性
[0089]
本发明的装置可以用作任何工业装置的一部分；本发明的装置包括加压浸出单元，然后是保持在常压下的固液分离单元，并且通常用于对从浸出单元输送到常压分离单元的浆料进行温和减压。
[0090]
特别地，本发明的装置可用于使从浸出单元输送到常压分离单元的浆料同时进行冷却和减压，同时还使浆料的一部分水分蒸发，该水分可以再利用。
[0091]
参考符号列表
[0092]
如图1-3所示，根据本发明的一个或多个实施方式，以下单元可以包括在本发明的装置中：
[0093]
1任选的制浆单元
[0094]
2压力浸出单元,
[0095]
201,201’,201”用于废气的任选管线
[0096]
31闪蒸容器
[0097]
311,311’,311”用于废气的任选管线
[0098]
32常压混合反应器,其具有
[0099]
321,321’,321”用于废气的任选管线
[0100]
322混合装置,和
[0101]
323任选的气体加压器
[0102]
33任选的废气处理系统，其为以下形式
[0103]
33a高压废气处理系统,或
[0104]
33b常压废气处理系统
[0105]
4固液分离单元
[0106]
41任选的洗涤段
[0107]
401再循环管线
[0108]
45任选的金属回收单元,其具有
[0109]
452任选的固体回收管线
[0110]
5任选的金属回收单元