Способ селективной экстракции
ОП И
ИЗОБ
Соеоэ Советских
Социалистических
Республик
11) 5б1493 (6!) Дополнительн
51) М, Кл, В01 D 11/04
2 (22) Заявлено 23.02 (23) Приоритет (31) (43) Опубликовано (45) Дата опублик
Тасудврствеииый конитет
Юоввтв Мииистров СССР ае делан изооретеиий и открытий
3) УДК 66.061.5(оа8.8) Иностранец
Войне Коби Хазен (США) (72) Автор изобретения
Иностранная фирма
"Хазен Рисерч,Инк" (США) (71).Заявитель (S4} СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ЭКСТРАКЦИИ Настоящее изобретение относится к процессам селективной экстракции и может быть реализовано . в трубчатом экстракторе при ионном обмене.
Известен способ селективной экстракции между несмешивающимися жидкостями различного удельного веса, одна из которых является экстрагентом, путем прямоточного их контактирования в смесительной зоне трубчатого экстрактора с образованием эмульсии и последующего ее разделения на потоки легкой и тяжелой фаз.
Недостатками этого способа являются невозможность полноты извлечения экстрагируемого соединения и малая производительность процесса.
Цель изобретения — интенсификация процесса.
Эта цель достигается за счет проведения экстракции в присутствии ионообменного агента, содержащегося в экстрагенте, а также тем, что жидкостью, содержащей экстрагируемый ион, является водный раствор двух или более металлов с различной степенью извлечения ионообменным агентом, который в процессе контактирования жидкостей экстрагирует только один металл. С этой же целью процесс экстракции осуществляют при ламинарном движении жидкостей, обеспечивающим постоянный температурный режим процесса, потоки легкой и тяжелой фаэ в. конце процесса объединяются в один.
На фиг. 1 показан трубчатый экстракт для проведения селективной экстракции, продоль ныл
5 разрез; на фиг. 2 — двухступенчатый экстрактор в аксонометрии; на фиг. 3 — часть смесительной эоны, иллюстрирующая образование однородных пузырьков больших размеров, продольньй разрез.
Экстрактор состоит из корпуса 1, выполненl0 ного в виде горизонтальной трубы, являющейся жидкостным каналом, представляющим основную часть устройс ва для селективной экстракции.
Труба 1 может быть выполнена иэ пластмассы, металла, стекла, или другого материала.
15 Труба 1 имеет зону смешения (смеситель) 2 и зону отстоя (отстойник) 3, которые соединены между собой.
Отражательное устройство 4 крепится в смесителе 2, и выполняется съемным или стационарным.
20 Это устройство может быть винтового типа с нарезкой, в виде лопастей, соединяющих диски с отверстиями, выполненными в них, и может быть использовано любое устройство отражательного пша, наиболее эффективное для указанных систем, 26 для создания турбулентного потока в контакти561493
25 рующих жидкостях. В передней части перемешивающей секции, соответственно, выполнены входнь е трубы 5 и 6 дпя концентрированной водной фазы и чистого растворителя и аналогично им— выходные трубы 7 н 8 для удаления органической и водной фаз из отстойника. Поскольку органическая фаза является более легкой, выходная труба 7 для нее находится в верхней части отстойника. Штуцеры входа и выхода могут крепиться при помощи разъемных соединений.
В процессе работы при использовании одной экстракционной ступени (фиг. 1) в трубы 5 и 6, соответственно, в желаемом соотношении вводятся водная и органическая фазы под напором, создаваемым насосом, затем они пропускаются через экстра ктор. Фазы проходят прямотоком через отражательное устройство 4 в зоне смешения и далее в зону отстоя, установленную горизонтально.
Во время прохождения двух фаз через смеситель 2 жидкости проходят вместе через отражательное устройство в том же соотношении, что и при входе в смеситель.
На фиг. 2 показана компановка двух экстракционных ступеней, соединенных одна с другой полыми U - образными трубками 9 и 10, образующими между ними трубопроводы. При работе такого экстрактора "бедная" органическая жидкость вводится во входную трубу 6 и пропускается через экстракционную установку, включая смеситель 2 и отстойник 3 одной ступени, а затем по U - образной трубке 9 подается во вторую ступень, откуда обогащенная органическая жидкость отводится с верха смесителя по трубе 8. Одновременно с пропусканием органической жидкости через две экстракционные ступени по трубе 5 подается водная фаза, проходящая через эти ступени в контакте с органической жидкостью, которая затем выводится в качестве раффината по трубе 7.
Жидкости спокойно обтекают неподвижные отражательные устройства, в результате чего почти исключается вероятность столкновения или удара жидкостей по сравнению с обычными емкостями, снабженными мешалками, в которых жидкость подвергается ударному воздействию быстро вращающихся лопастей.
Во время всего процесса. смешения в смесителе между органической и водной фазами поддерживается одно и то же объемное соотношение и течение заданного времени. Последнее также относится и к отстойнику. учитывая эффективность смешения, которую можно достигнуть при помощи данного способа, время отстоя можно значительно снизить по сравнению с временем, необходимым при обычных способах селективной зкстракции с использованием обычных устройств.
По предлагаемому способу не обязательно останавливать поток жидкости из смесителя в отстойник для дополнительного отстоя, так как, когда жидкости достигнут края отстойника, эффективная сепарация между двумя фазами может быть уже обеспечена., Пример l. При экстракции урана из урановой руды непрерывным потоком жидкостей или зкстракции урана иэ осветленного щелока в качестве сырья для трубчатого экстрактора, выполненного из трубы с внутренним диаметром
25,4мм и длиной 183 ем, используют вместе с органическим растворителем щелок, содержащий
0,92 г/л 0з Оа и полученный путем кислотного выщелачивания урановой руды. В начале трубы на протяжении 60,8см имеются навитые по спирали, полосы, выполненные из металла толщиной 1,6 мм, шириной 25,4мм и длиной 50,8 мм. Двенадцать таких полос, размещенных одна на другой, обеспечивают вращательное движение проходящим жидкостям и достаточную их турбулентность, в результате чего несмешивающиеся жидкости дробятся и образуют капельки. Остальная часть трубы используется в качестве зоны отстоя и не имеет перегородок.
Органический растворитель состоит из керосина, содержащего 2,0 — 0,5 об,% третичного амина и
2 — 0,5 об.% изодеканола. Две указанные фазы вместе подают насосом в нужном соотношении через зоны смешения и отстоя, где турбулентность уменьшается и жидкости разделяются по мере своего движения по трубе. В конце отстойной секции органическая жидкость выводится через верхнее выходное отверстие, а водная фаза — через нижнее.
Таким образом по предлагаемому способу к примеру 1 расход водной фазы составляет 12, органической 7 л/мин; время пребывания в зоне смешения 1,1, в зоне отстоя 2,3 сек; выход продукта после экстракции 98%.
Обычное время пребывания в промышленной экстракционной урановой установке около одной минуты в емкости, снабженной мешалкой, и десять минут в отстойнике. Трубчатый же зкстрактор составляет менее одного процента по объему по сравнению с обычным смесителем-отстойником и поэтому характеризуется намного меньшим расходом энергии и меньшими капитальными затратами на оборудование.
П р и ме р 2, Зона смешения составляет 0,3 м в длину и в ней установлены перегородки, закрученные таким образом, чтобы обеспечить протекающим потокам турбулентное движение. Скорость меняется (см.табл. 1). Растворитель иэ третичного амина (Адоген 364) 2 — 0,5 об.% a керосине плюс
2-0,5% изодеканола подают в установку параллельно с урановым раствором, содержащим
0,22г/л. U Q . Длина отстойника 1,7 м, диаметр такой же, как у смесителя. В табл. 1 приведены результаты, полученные при работе, когда соотношение органической фазы к водной 3 — 1.. Хаким образом, с увеличением скорости потока, результаты экстракты улучшаются несмотря на сокращение времени пребывания в смесителе.
561493
11ротивополо>кный эффект получается в смеси еле- о гстой нике, в котором сокращенное время пребывания в большей степени приводит к короткой циркуляции, что приводит к пониженной экстракции.
В опытах с более низкой скоростью сепарация органической и водной фаз в отстойнике приемлема даже при малом времени пребывания в зоне отстоя.
При наибольшей скорости в смесителе и более высокой турбулентности капли не полностью слипаются за короткое время протекания в зоне отстоя, Для окончания разделения фаз требуется дополнительные 10 сек., так как имеется верхний предел скорости для эффективной работы смесителя заданных размеров.
В некоторых экстракционных системах скорость экстракции зависит как от химических реакций, так и от физических факторов, таких как поверхность контакта.
При экстракции меди с помощью экстракционного агента, такого как Ll-64N (продукт, выпускаемый фирмой "Дженерал Милле" ) в керосине используются емкости, снабженные мешалками, с номинальным временем пребывания (»2 мин) для достижения 80 — 90% возможной равновесной концентрации на основе непрерывного потока. Этот большой период интенсивного перемешивания приводит к образованию довольно стабильной дисперсии, которая медленно расслаивается на две светлые фазы.
Пример 3. В этом примере описывают действие системы трубчатого смесителя и обычного сосуда, снабженного мешалкой, сравнивают во времени экстракцию меди из сульфатного раствора, содержащего меди 2,0 и железа 2 г/л в качестве сульфата железа с рН 2,0. Сосуд, снабженный мешалкой, устанавливают так, что скорость потоков на входе и выходе дает номинальное время контактирования, равное 30 сек. В зоне смешения трубчатого экстрактора, в которой для создания турбулентного движения и скорости 0,8 м/сек для длины 6 м, используют короткие спиральные полосы, благодаря которым время контактирования
8,3 сек. Результаты этого опыта приведены в табл. 2.
Таким образом при заданной степени экстрации в трубчатом смесителе экстракция проходит за более короткое время и образуются дисперсии, которые поддаются более легкой сепарации.
ll р и м е р 4. В этом примере раствором является
9 об.% раствора в керосине промышленного медного агента экстракции Келекс 120, вырабатываемого фирмой "Эшленд Кемикал К " и являющегося оксихинолиновым соединением.
В сосуде, снабженном мешалкой, емкостью
3,8 л раствор с рН 2,0, содержащий 1,8 г/л меди в виде сульфата меди и 2 г/л железа в виде сульфата . железа, смешивают полуторным объемом органического растворителя с помощью мешалки тур. бинного типа, вращающейся со скоростью
5S
900 об/мин. Происходит достаточно интенсивное перемешивание для достижения полной дисперсии при однородном смешении двух фаз. Образцы отбираются через равные промежутки времени и обе фазы подвергают исследованию на содержание меди.
Результаты этого опыта приведены в табл. 3, В трубчатом смесителе-отстойнике тот же медный питательный щелок и растворитель пропускают через трубу диаметром 25,4 мм, длиной 1,8 м, содержащую два спиральных перемешивающих элемента длиной 48,26 см типа Кеникса, разделенных
80 — ти сантиметровым участком пустой трубы.
Жидкости пропускают через всю систему, улавливают в приемном резервуаре и возвращают для повторного пропускания через смеситель. Водную и органическую фазы после каждого пропускания подвергают анализу.
Расход колеблется»
22 — 31 л/мин. Время пребывания потока 2 — 3 сек. иа каждый проход в зависимости от расхода.
Результаты опьпа приведены в табл. 4.
В трубчатом смесителе-отстоинике в течение
15 сек происходит экстракция, требующая во много раз больше времени, чем при использовании сосуда, снабженного мешалкой, со смесителем обычного лопастного типа.
Эффект, зависящий от конструкции перегородок в секции смешения, исследуют в другой серии опьпов, относящихся к экстракции меди.
Один тип перегородок состоит из секций перемешивающего элемента Кенчкса. Друтой тип представляет собой непрерывный шнек, изготовленный из металлической полосы той же ширины, что и диаметр трубы. Третий тип смесителя состоит из колец, удаленных одно от другого на расстояние, соответствующее диаметру трубы, в которых имеется центральное отверстие, сечение которого равно половине сечения самой трубы. Четвертый тип смесителя представляет собой кольца, чередующиеся с дисками, закрывающими центр трубы, и обеспечивающие наличие между перегородкой и трубой кольцевого пространства, площадь которого равна половине сечения всей трубы, Пример 5. В этом примере описаны опыты по экстракции меди на кислом растворе с растворителем ("Келекс 100" — продукт фирмы "Эшленд
Кемикал К "), имеющим оксихинолиновую структуру, в виде 9% — ного раствора в керосине при использовании медного раствора с концентрацией
2,08 г/л и рН - 2,3 благодаря прокачке растворителя и водной фазы через 57 мл сантиметровые участки смесителей различного типа, эа которыми находится зона о стоя.
Результаты этого опыта отражены в табл. S.
Таким образом для каждого типа перемешивающего устройства существует определенное соотношение между скоростью и экстракцией, которая зависит от степени турбулентности, сообщаемой протекающим жидкостям.
Эффективность экстракции часто не завися- от > 6 14гл1
35 консгрукпии устройства, изменяющего направление потока. Д и конкретных систем можно создать
orI им чьные конструкции.
Экстракция пятивалентного ванадия из кислых растворов с помощью растворителей аминового типа, таких как "Аламин 336" (третичпый амин, вырабатываемый фирмой "Дженерал Миллс, Инк."), проводится медленно (требуется 5 мин сильного перемешивания щелока от выщела гивания и растворителя), а экстракция окисла урана из кислого раствора проходит очень быстро при том же растворителе.
Если окислы ванадия и урана содержатся вместе в одном щелоке при выщелачивании руды и используется обычная система селективной экстракции с применением на каждой стадии перемешивания, уран можно полностью извлечь за короткое время, а ванад и будет выделен только частично, поэтому нельзя добиться хорошей экстракции, так как относительные скорости экстракции у них различны, При смеси окислов и урана перемешивание можно вести в трубчатом смесителе-отстойнике
1 сек с высоким выходом урана до завершения экстракции ванадия. Ванадий может быть затем извлечен из раффпната при повторном пропускании, КО1да для селективной экстракции желательна сепарация между извлекаемыми элементами, может быть применен трубчатый экстрактор, обладающий преимуществом при разных скоростях. Эти различия скоростей можно использовать при сепарации никеля и кобальта путем экстракции тиоцианатного соединения с метил - изобутил . кетоном и меди и никеля из аммиачного раствора с растворителем оксимного типа.
Предлагаемое устройство может быть применено и в тех случаях, когда содержание примесей в растворе таково, что железо или алюминий можно экстрагировать лишь со скоростью, намного меньilleH, чеM иьпересу ощий элемент. В этом случае ценные элементы могут быть экстрагированы в трубчатом смесителе с контролируемым временем, оставляя после себя те примеси, которые можно
:>кс1рагирОвать с Высоким Выходом при достаточном времени контакта.
П р и M е р 6. Известно, что кобальт может быть
ce»eIcI IIII«o экстрагировап из раствора, содержащего кобальт и никель, благодаря использованию раствора тиодиановой кислоты HSCN в метил-изобутил - кетоне (МИ1>1С). Для сравнения стандарз ной селективной экстракции (комбинация смеси I c JIB с отстойником) со статической селективной экстракцией были проведены сравнительные
Опьпы. В одном случае раствор сульфатов кобальта и никеля перемепгивают 2 мин в обычном смесителе с раствором HSCN — МИЬК.
Результаты этого Опыта приведены в табл. 6, 5
Условия опыта: встряхивание проходит пр» комнатной температуре 2 мин, МЛБК содержит
245 г/л HSCN, водное сырье — 511 г/л Со, 10,0 г/л
Ni, 250 г/л H SQ .
Раффинат после первого перемешивания подвергают вторичному встряхиванию со свежим раствором Н БСй — МИЬК.
Используя подобные растворы, была проведена экстракция в трубчатом смесителе- отстойнике, содержащем 24 элемента в 12 — ти миллиметровой трубе. Элементы занимают по длине 67 см. За статической камерой смешения находится участок пустой трубы длиной 29 ем, выступающий в качестве отстойника. Две указанные фазы проходят через смеситель с линейной скоростью 0,3 м/сек. за
2 сек. Раффинат после первого контактирования направляют снова в статический смеситель вместе со свежим растворителем. Во время этих операций обе фазы полностью разделяются у края отстои: ник B.
Полученные результаты приведены в табл. 7.
Условия опыта те же, что описаны в табл. 6, но процесс экстракипи кобальта с помощью
HSCN — МИБК проводится в трубчатом смесителе, примерно, за 2 сек.
Таким образом эквивалентная экстракция кобальта прошла в трубчатом смесителе за 2 сек, в
ro время как в ышеобразпой мешалке периодичесткого действия та >Хе экстракцпя требует 2 мин.
Предлагаемый способ применяется к специальным системам селективной экстракции, включая специальные металлы, такие как медь, уран и др.
Однако Он не ограничен этим применением. Описанный способ применяется к составной фазе и в случае противотока, может быть использован для селективной или избирательной экстракции двух или более ионов, находящихся вместе в одном растворе, когда скорости экстракции ионов разин шы. Селективная экстракция, в которой может быть использовано настоящее изобретение, включает в ссбл операции отгонки, в которых ионы металла Отгопяются от растворителя при помощи десорбируюгцего агента. Способ применяется не только В кол1бинации смесителя с отстойником в одном устройстве, но и дпя одного перемешивающего устройства независимо От операции отстоя, IBI< как главной особешп>стью настоящего изобретения является операция перемешивания, в ходе которой подпер>юшается практически постоянное соо1ношеп ге между Оргыпяеской и водной фазами
1 каждый единичный Об ьем жидкости обрабатывается в течение эадаяюго времени пребывания в зоне смегпивания. Эта операция смешивания сокрагцает Время отстоя, необходимое для дисперсии.
При этом способе дисперсия осуществляется независимо от хипа использованной операции расслаивания.
561493
0,21
7,7
1,4
0,40
0,36
0,8
О,!О
4,4
0,51
0,6
0,01
210
30,0
0,00
1,80
0,40
1,10
0,52
095
0,80
0,63
0,72
0,71
0,84
0,49
120
Смесители
Мешалка
Трубчатый смеситель
Время контакта, сек.
Равновесная экстракция,%
Таблица 1
Таблица 2
Время расслаивания, сек.
Таблица 3
561493
Начало
0,00
1,80
0,41
1,20
0,56
1,00
0,76
0,75
0,84
0,59
091
0,47
Кольцо
1,36
Кольцо
1,12
1,38
1,10
1,53
Кеникс
1,46
Кеникс
I,16
Шнек
1,54
Шнек
1,20
Таблица 6
2,8
9,93
0,14
1,7
9,85
0,12
2,6
Первая
Вторая
Кольцо- диск
Кольцо-диск
Кеникс
Таблица 5
Таблица 4
561493
}3
Таблица 7
Раффинат
Кобальт, г/л
Экстракция
Кобальт, г/л
Никель, г/л
Экстракция кобальта,%
Никель г/л
4,0
Первая
Вторая
0,12
3,1
9,94
9,88
2,6
0,12
1,8
Формула изобретения
1. Способ селективной экстракции между несмешивающимися жидкостями различного удельного веса, одна из которых является экстрагентом, путем прямоточного их контактирования в смесительной зоне трубчатого экстрактора с образованием эмульсии и последующего ее разделения на потоки легкой и тяжелой фаз, отличающийся, тем, что, с целью интенсификации процесса, экстракцию проводят в присутствии ионообменного агента, содержащегося в зкстрагенте.
2. Способ поп.1,отличающийся тем,что яащкостью, содержащей экстрагируемый ион, является водный раствор двух или более металлов с
15 различно и степенью извлечения иаиообме иным агентом, который в процессе контак тиров ания жидкостей экстрагирует только один металл.
3. Способ по пп. 1 и 2, о тли ч аю щий2О с я тем, что процесс экстракции осуществляют при ламинарном движении жидкостей, обеспечивающим постояинъ и температурный режим процесса.
4. Способ по пп. 1 — 3, отличающийс я тем, что потоки легкой и тяжелой фаз в конце процесса обьединяются в один.
Составитель А. Сондор
Техред О. Луговав . Корректор А. Власенко;
Редактор Л, Курасова
Заказ 1б82/259
Филиал ППП ™Патент", r. Ужгород, ул. Проектнаи, 4
Тираж 947 Подиисное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
123035, Москва, Ж-35, Раушская наб.д.4/5
