Способ селективной экстракции Советский патент 1977 года по МПК B01D11/04 

(54) 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 несмешиваюшимися 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 зтой же целью процесс зкстракдаи осуществляют при ламинарном движении яощкостей, обеспечивающим постоянный температурный режим процесса,

потоки легксй и тяжелой фаз в- конце Ефоцесса объединяются в одни.

На фиг. I показан трубчатый экстракт для проведения селективной экстракции, продольный разрез; на фиг. 2 - двухступенчатый экстрактор в аксонометрии; на фиг. 3 - часть смесительной зоны, иллюстрирующая образование однородных пуЗьфьков больших размеров, продольный разрез.

Экстрактор состоит из корпуса 1, выполненного в виде горизонтальной трубы, являющейся жидкостным каналом, представляющим основную часть устройства для селективной экстракции. Труба 1 может быть вьшолиена из пластмассы, металла, стекла, или другого материала.

Труба 1 имеет зону смешения (смеситель) 2 и зону отстоя (отстойник) 3, которме соединены между собой.

Отражательное устройства 4 крепится в смесителе 2, и вьшолняется съемным или стационарным. Это устройство может быть винтового типа с нарезкой, в виде лсжастей, соединяющих диски с отве1$стиями, выполненными в них, и может быть использовано любое устройство отражательного типа, наиболее эффективное для указанных систем, для создания турбулентного потока в контактиующих жидкостях. В передней части перемеивающей секции, соответственно, выполнены ходнье трубы 5 и 6 для концентрированной водой фазы и чистого растворителя и аналогично нм - ыходные трубы 7 и 8 для удаления органической к одной фаз из отстойника. Поскольку органическая аза является более легкой, выходная труба 7 для ее находится в верхней части отстойника. Штуцеры входа и выхода могут крепшъся при помощи разъемных соединений.

В процессе работы при иснользовании одной экстракционной ступени (фиг. 1) в трубы 5 и 6, соответственно, в желаемом соотношении вводятся водная и органическая фазы нод напором, создаваемым насосом, затем они пропускаются через зкстрактор. 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 поль1ми и - 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 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 в 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 экстракции с использованием обычных устрюйств.

По предлагаемому способу не обязательно

останавливать ноток жидкости из смесителя в

отстойник для дополнительного отстоя, так как,

когда жиНкостн достигнут края отстойника, эффективная сепараьия мезеду двумя фазами может быть уже обеспечена. .

Пример 1. При экстракции урана из урановой руды непрерывным потоком жидкостей

или экстракции урана из осветленного щелока в качестве сырья для трубчатого экстрактора, выполненного из трубы с внутренним диаметром 25,4 мм и длиной 183 см, используют вместе с органичес1а1м растворителем щелок, содержащий

0,92 г/л Ua Og и полученный путем кислотного выщелачивания урановой руды. В начале трубы на протяжении 60,8 см имеются навитые по спирали . полосы, вьшолненные из металла толщиной 1,6 мм, шириной 25,4 мм 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 секщи органическая жидкость выводится через

верхнее выходное отверстие, а водная фаза - через нижнее.

Таким образом по предлагаемому способу к примеру 1 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 экстрактор 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 м е р 2. Зона смешения составляет 0,3 м в длину ив ней установлены перегородки, закрученные таким образом, чтобы обеспечить протекающим потокам турбулентное движение. Скорость

меняется (см.табл. 1). Растворитель из третичного амина (Адоген 364) 2-0,5 об.% в керосине плюс 2-0,5% изодеканода подают в установку параллельно с ypaHOBbiM раствором, содержащим 0,22 г/л. UaOe. 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.

Таким офазом, с увеличением скоро; потока , результаты экстракции улучшаются несмотря на

сокращение времени пребывания в смесителе. Противоположный эффект получается в смесителе-огстойнике, 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 пребьгеания 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 экстракционньЕХ системах скорость экстракции зависит как от химических реакций, так и от физических факторов, таких как поверхность контакта. При экстракции меди с помощью зкстракционного агента, такого как L1-64N (продзтст, выпускаемый фирмой Дженерал Мшше) в керосине используются емкости, снабженные мешалками, с номинальным временем пребывания (1-2 мин) для достижения 80-90% возможной равновесной концентрации на основе непрерывного потока. Этот больщой период интенсивного .перемешивания приводит к образованию довольно стабильной дисперсии, которая медленно расслаивается на две светлые фазы. Пример 3. В зтом 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. Пример 4. В этом примере раствором является 9об.% раствора в керосине промышленного медного агента экстракции Келекс 120, вырабатываемого фирмой Эцшенд Кемикал К° и являющегося оксихинолиновым соединением. В сосуде, снабженном мешалкой, емкостью .v3,8 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 турбшшого типа, вращающейся со скоростью 900 об/мин. Происходит достаточно т1теисивное 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 опьгга приведены в табл. 3. В трубчатом смесителе-отстойнике тот же медный питательный щелок и растворитель пропускают через трубу диаметром 25,4мм, 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/м1Ш. Время пребывания потока 2-3 сек. накаждый проход в зависимости от расхода. Результаты опьгга приведены в табл. 4. В трубчатом смесителе-отстоян11ке 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 опьггов, относящихся к экстракции меди. Один тип перегородок состоит из секций перемешивающего элемента Кенчкса. Другой тип представляет собой непрерьшный щнек, 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, черсд тощиеся 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, за которыми находится ЗОНЕ отстоя. Результаты этого опыта отражены в табл. 5. 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 зависит от

конс{рук1ши устройства, изменяющего направле1ше потока. Для конкретных систем можно создать оп1ими.;1ьные конструкгдии.

Экстракция пятивалентного ванадия из кислых растворов с помощью растворителей аминового. тш1а, таких как Аламин 336 (третичный амин, вырабатываемый фирмой Дженерал Миллс, Инк.), проводатся медленно (требуется 5 мш1 сильного иеремещивашш щелока от выщелашва1шя 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 по.1шостью извлечь за короткое время, а ванадш будет выделен только частично, поэтому нельзя добитъся хорошей экстракции, так как относительные скорости экстракции у них различны.

При смеси окислов и урана перемец1ива1ше можно вести в трубчатом смесителе-отстойнике М сек с высоким выходом урана до завершения экстракции ванадия. Ванадий может быть затем извлечен из раффината при повторном пропускании.

Когда ДГ1Я селективной экстракция желательна сепарация между извлекаемыми элементами, может быть применен трубчатый экстрактор, обладающий преимуществом при разных скоростях. Эти различия скоростей можно использовать при сепарации и кобальта путем экстракции тиоцианатного соединения с метил - изобутил - кетоном и меди и шке;и1 из аммиачного раствора с растворителем оксимного шна.

Предлагаемое устройство может бьггь применено и в тех случаях, когда содержание при.месей в растворе таково, что железо или алюминий можно экстрагировать лишь со скоростью, намного меньшей, че.м интересуюищй элемент. В этом случае ценные элементы могут быть экстрагированы в трубчатом смесителе с контролируемым временем, оставляя после себя те примеси, которые можно экстрагировать с высоким выходом при достаточном времени контакта.

И р л м е р 6. Известно, что кобальт может быть селективно экстрагирован из раствора, содержащего кобальт и шкель, благодаря использованию раствора тиогщановой кислоты HSCN в метил -изобутил - кетоне (МИБК), Для сравнения стан;;артной селективной экстракции (комбинащьч смеси-1еля с отстойником) со статической селективной экстракцией были проведены сравнительные опыты. В одном С1гучае раствор сульфатов кобальта и никеля перемеишвают 2 ляш в обычном смесителе с раствором HSCN-МИБКе .

Результаты этого опыта приведены в табл. 6.

Условия опыта: встряхивание проходит opi коьшатной температуре 2 мин, МИБК содержит 245 г/л HSCN, водное сырье - 511 г/л Со, 10,0 г/л Ы,250т1пН 50.

Раффинат после первого перемешивания подвергают вторичному встряхиванию со свеяшм раствором HSCN-МИКК.

Используя подобные растворь, быт проведена экстракция в трубчатом смесителе-отстойзшке, содержащем 24 элемента в 12-ти миллиметровой трубе. Элементы занимают по длине 67 см. За статической камерой смещения находится участок пустой трубы дщшой 29 см, выступающий в качестве отстойника. Две указанные фазы проходят через смеситель с линейной скоростью 0,3 м/сек. за

5 2 сек. Раффинат после первого контактирования направляют снова в статический смеситель вместе со свелжм растворителем. Во время этих операдий обе фазы полностью разделяются у края отстой-,

0 шжа.

Полученные результаты приведены в табл. 7.

Условия опыта те же, что 01тисаны в табл. 6, ко процесс экстракции кобальта с помощью HSCN-МИБК проводится в трубчатом смесителе,

5 примерно, за 2 сек.

Таким образом эквивалентная экстракция кобальта пронша в трубчатом смесителе за 2 сек, в то вре.мя как в щшеобраз1юй мешалке периодичесткого действия та же экстракция требует 2 мин.

0

Предлагаемый способ применяется к специальлым системам се; ективной экстракции, включая спецнальн(ле мета;и1ы, такие как медь, уран и др. Однако он не этим применением. Описанный способ применяется к составной фазе и в

5 случае противотока, может быть использован для селективной или избирательной экстракщш двух шш более ионов, находящихся вместе в одном растворе, когда скорости экстракции ионов раз;в1чны. Селективная экстракид я, в которой может быть использовано настоящее изобретегше, включает в себя операции отгонки, в которых ионы металла отгоняются от растворителя при помощи десорбирующего aj-епта. Способ применяется не

5 только в комСинации смесителя с отстойником в одном устройстве, но и дпя одного перемеишвающего устройства независимо от операции отстоя, так как главной особе1шостью настоящего изобретения является операция перемешивания, в ходе которой поддер ишается практически постоянное соотношешге оргашетеской и водной фазами и каждый ед1шичнь й объем жидкости обрабатьтается в течение заданного времени пребыватшя в зоне смешиваиил. Эта операция смешивания сокращает время отстоя, необходимое для дисперсии. При этом способе дисперсия осуществляется независимо от Т1ша использованной операции расслаивания.

0,00 0,40 0,52 0,63 0,71 0,84

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

1,80 1,10 0,95 0,80 0,72 0,49

Кольцо

Кольцо

Кольцо- диск

Кольцо-диск

Кеникс

Кеникс

Кеникс

Шнек

Шнек

Таблица 4

Таблица 5

1,36 1,12 1,38 1,10 1,53 1,46 1,16 1,54 1,20

Таблица 6

Формула изобретения

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.

/,.v,// /r : ; ; , /V I

. / i6i493

г.