СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1995 года по МПК B01J47/00 

Изобретение относится к области массообменных процессов в системах твердое-жидкое, например сорбции, десорбции, выщелачивания.

Наиболее близким к предлагаемому способу по своей технической сущности и достигаемому эффекту является статический метод, заключающийся в многоступенчатом контактировании взаимодействующих фаз при их перемешивании. По этому методу сорбционные процессы осуществляют в несколько ступеней при интенсивном перемешивании ионита с раствором или пульпой (механической мешалкой, воздухом или другим способом) и разделение фаз после каждой ступени с помощью фильтровальной перегородки. Количество ступеней (N), необходимых для заданной степени извлечения ценных компонентов (ЦК), необходимых для заданной степени извлечения ЦК, в известном способе определяют по изотерме сорбции или десорбции, а продолжительность каждой из них (τ_ст) по кинетической кривой. Величина τ_ст в среднем составляет 30-70% от времени достижения равновесия. τ_ст колеблется от 0,5 до 5 ч; N от 3 до 10 ступеней, а продолжительность процесса от 5 до 40 ч.

Недостаток известного способа значительная продолжительность массообмена, обусловленная проведением гетерогенных процессов в условиях, близких к равновесию, что снижает их движущую силу и скорость. Следствием этого является существенное удорожание технологии гидрометаллургических переделов из-за необходимости увеличения объема оборудования, единовременной загрузки ионита, расхода химикатов и энергии, а также неоптимальные в экономическом плане технологические режимы процессов сорбции, десорбции и выщелачивания, включая такие параметры, как извлечение ЦК, степень измельчения руды, концентрация ЦК в насыщенном ионите и товарном регенерате, температура и др.

Цель изобретения повышение скорости гетерогенных процессов и их технико-экономических показателей.

Она достигается путем осуществления сорбции, десорбции и выщелачивания в условиях предельного увеличения степени неравновесности системы за счет сокращения продолжительности взаимодействия реагирующих веществ на каждой ступени этих процессов до 0,1-1% от времени установления равновесия.

На чертеже показана кинетическая кривая сорбции суммы РЗЭ.

П р и м е р 1. Сорбция суммы РЗЭ с использованием катионита КМД кл. А. Опыт проводится в 3 этапа:
1. Определение ступени. Ставят кинетический эксперимент по извлечению РЗЭ из раствора в таком же рабочем режиме сорбции, как в известном способе: исходная концентрация РЗЭ в растворе (С_в) 5-6 г/л; конечная 5 мг/л, рН 3-3,5; V_в:V_н 5:1, температура (t) 25^оС; емкость КМД (Е) 25-30 г/л.

По кинетической кривой C f(τ) находят время установления равновесия (τ_равн. ), равное 6 ч. Исходя из того, что τ_ст 0,1-1% от τ_равн. рассчитывают его во временном выражении 0,36-3,6 мин. Опыты проводят при τ_ст 1 мин (0,28% от tравн.);
2. Необходимое и достаточное число ступеней для извлечения РЗЭ по данной С_в 5 мг/л определяют по схеме с перспективным током, используя для контактирования фаз фильтр Шотта. Как видно из табл. 1, сокращение τ_ст до 0,28 -0,048% от τ_равн. компенсируется непропорциональным увеличением N до 14-42 ступеней. Вследствие этого продолжительность процесса снижается в 25-50 раз.

Этот эффект наблюдается и при повышении емкости КМД до 50-60 г/л (V_в:V_n 10:1). Как видно из табл. 2, величина N при этом увеличилась всего на 2 ступени.

3. Продолжительность сорбции при одновременном получении требуемых С_в и Е находят по результатам осуществления процесса в противотоке. Согласно табл. 2, несмотря на повышение емкости КМД в 2 раза, время сорбции РЗЭ составило 20 мин вместо 6 ч при равновесии, что свидетельствует о резком увеличении скорости процесса.

П р и м е р 2. Выщелачивание молибдена из рудных кеков смесью серной (15,4% ) и азотной (6,6%) кислот. Кинетический эксперимент проводят при следующих условиях: исходное содержание Мо в песках (С_тв) 0,15% конечное 0,007% расход кислоты 22% Ж:Т 1:1, t 60^оС; крупность частиц 100% 0:25 мм (вместо 100% 0,1 мм в известном способе). Из кинетической кривой находят τ_равн 5 ч, а затем τ_ст 1 мин (0,33% от τ_равн.). Из результатов выщелачивания Мо в перекрестном токе и противотоке (табл. 3) следует, что предлагаемый способ позволяет ускорить этот процесс, сократив его продолжительность до 40 мин (N 40 ступеней) вместо 5 ч при равновесии, а увеличение времени до 60 мин (N 60 ступеней) снизить содержание Мо в отвалах до 0,0045%
П р и м е р 3. Десорбция молибдена из анионита АМ-2Б аммиачно-сульфатным раствором 140 г/л NH₄OH + 80 г/л (NH₄)₂SO₄ при следующих условиях: Е_сих 160-180 г/л; Е_ост 15-20 г/л. Выход товарного регенерата 2-2,5 V_в/V_n С_рег 76-90 г/л; t 40^оС. Кинетика десорбции Мо в рабочих условиях процесса характеризуется данными табл. 4, из которой следует, что с наибольшей скоростью Мо извлекается только в первые 5 мин (38,4%), тогда как в последующие 4 ч десорбируется всего 10% Достигнуть заданной Е_ост не удалось даже в течение 5 сут.

В связи с этим в тех же условиях были проведены опыты по схеме с перекрестным током с различным τ_ст. Уменьшение τ_ст от 4 до 1 ч и 1 мин продолжительность процесса сокращается с 24 до 8 ч и 40 мин. Осуществление десорбции Мо в противотоке при указанных выше условиях приводит к увеличению N до 70 ступеней с общим временем процесса 70 мин. Помимо этого, исследовалась возможность улучшения показателей десорбции Мо. На основании результатов, полученных в противотоке, снижение Е_ост до 5 г/л достигается при увеличении N до 120 ступеней, а времени до 2 ч. Такое же время необходимо для повышения С_рег до 110-130 г/л за счет уменьшения V_в:V_n до 1,2 1,5:1. Е_ост при этом составляет 7-10 г/л. Таким образом, средняя скорость десорбции Мо при улучшении показателей процесса снижается в 1,7 раза, однако его продолжительность и в этом случае в 10-12 раз меньше, чем в известном способе (6 ступеней по 4 ч).

Преимущество предлагаемого способа осуществление гетерогенных процессов заключается в значительном повышении скорости сорбции, десорбции и выщелачиванеия. Продолжительность этих процессов, найденная при их проведении в режиме известного способа, уменьшается в 20-50 раз. Эффект ускорения наблюдается и в случае ужесточения режима известного способа. Время гетерогенных процессов, определенное при повышении извлечения ценных компонентов, их концентрации в насыщенном ионите и товарном регенерате, уменьшении температуры и степени измельчения руды, в 10-15 раз меньше, чем в известном способе.

Использование: в технике очистки сорбентами. Сущность изобретения: при многоступенчатом контактировании взаимодействующих фаз при их перемешивании продолжительность контактирования каждой ступени составляет 0,1 1,0% от времени достижения равновесия. 1 ил. 4 табл.

СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ в системе жидкость-твердое с заданной степенью извлечения ценных компонентов путем многоступенчатого контактирования взаимодействующих фаз при их перемешивании, отличающийся тем, что продолжительность контактирования каждой его ступени составляет 0,1 1,0% от времени достижения равновесия.