Способ селективной экстракции

ОП И ИЗОБ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11) 5 б 1493оритет судврствеииый канетеСовета Мииистров СССРае делан изооретеиийи открытий 3) Опубликовано 5) Дата опублик ДК 66,061,5 (088.8) 72) Автор изобретения ИностранецВайне Коби Хазен (США) Иностранная фирма(54) СПОСОБ С ЗНОЙ ЭКСТ И сится к процессам быть реализовано ом обмене, экстракции межями различного по об смешивающимися жидНастоящее изобретение отно селективной экстракции и может , в трубчатом экстракторе при ионнИзвестен способ селективнои 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,токи легкой и тяжелой фаэ в конце процесса ъединяются в один. На фиг. 1 показан трубчатый экстракт для про. ведения селективной экстракции, продольный 5 разрез; на фиг, 2 - двухступенчатый экстрактор в аксонометрии; на фиг, 3 - часть смесительной эоны, иллюстрирующая образование однородных пузырьков больших размеров, продольный разрез. Экстрактор состоит из корпуса 1, выполнен. 0 ного в виде горизонтальной трубы, являющейся жидкостным каналом, представляющим основную часть устройства для селективной экстракции. Труба 1 может быть выполнена иэ пластмассы,металла, стекла, или другого материала. 5 Труба 1 имеет зону смешения (смеситель) 2 и зону отстоя (отстойник) 3, которые соединены между собой,Отражательное устройство 4 крепится в смеси. теле 2, и выполняется съемным или стационарным. 0 Это устройство может быть винтового типа с на. резкой, в виде лопастей, соединяющих диски с отверстиями, выполненными в них, и может быть использовано любое устройство отражательного пша, наиболее эффективное для указанных систем,25 для создания турбулентного потока в контакти5 10 15 20 25 35 рующих жидкостях. В передней части переме. шивающей 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 иэ 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 экстрактор, 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 0 - 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 О . 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 обтекаютнеподвижные 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 поддержи. вается 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 экстракции 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, зффек. тивная сепарация между двумя фазами может бытьуже обеспечена.,П р и м е р 1. При зкстракции урана изурановой руды непрерывным потоком жидкостейили экстракции урана иэ осветленного щелока вкачестве сырья для трубчатого экстрактора, выполненного из трубы с внутренним диаметром25,4 мм и длиной 183 см, используют вместе сорганическим растворителем щелок, содержащий0,92 г/л ОзОз и полученный путем кислотноговыщелачивания урановой руды. В начале трубы напротяжении 60,8 см имеются навитые по спирали.полосы, выполненные из металла толщиной 1,6 мм,шириной 25,4 мм и длиной 50,8 мм. Двенадцатьтаких полос, размещенных одна на другой, обеспечивают вращательное движение проходящимжидкостям и достаточную их турбулентность, врезультате чего несмешивающиеся жидкости дробятся и образуют капельки, Остальная часть трубыиспользуется в качестве зоны отстоя и не имеетперегородок.Органический растворитель состоит из керосина, содержащего 2,0 - 0,5 об,% третичного амина и2 - 0,5 об.% изодеканола. Две указанные фазывместе подают насосом в нужном соотношениичерез зоны смешения и отстоя, где турбулентностьуменьшается и жидкости разделяются по мересвоего движения по трубе. В конце отстойнойсекции органическая жидкость выводится черезверхнее выходное отверстие, а водная фаза - черезнижнее.Таким образом по предлагаемому способу кпримеру 1 расход водной фазы составляет 12, органической 7 л/мин; время пребывания в зоне смешения 1,1, в зоне отстоя 2,3 сек; выход продуктапосле экстракции 98%.Обычное время пребывания в промышленнойэкстракционной урановой установке около однойминуты в емкости, снабженной мешалкой, и десятьминут в отстойнике. Трубчатый же экстракторсоставляет менее одного процента по объему посравнению с обычным смесителем. отстойником ипоэтому характеризуется намного меньшим расходом энергии и меньшими капитальными затратамина оборудование.П р и ме р 2, Зонасмешения составляет 0,3 м вдлину и в ней установлены перегородки, закрученные таким образом, чтобы обеспечить протекающим потокам турбулентное движение, Скоростьменяется (см,табл. 1), Растворитель иэ третичногоамина (Адоген 364) 2 - 0,5 об.% в керосине плюс2-0,5% иэодеканола подают в установку параллельно с урановым раствором, содержащим0,22 г/л, ОзОа Длина отстойника 1,7 м, диаметртакой же, как у смесителя, В табл. 1 приведенырезультаты, полученные при работе, когда соотношение органической фазы к водной 3 - 1Хаким образом, с увеличением скорости потока, результаты экстрактцщ улучшаются несмотря насокращение времени пребывания в смесителе.11 ротивололокный эффект получается в смесиеле-отстойнике, 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 сли. паются 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 экстракцион. ного агента, такого как 1.164 К (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.П р и м е р 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 ме. шалкой, устанавливают так, что скорость потоков на входе и выходе дает номинальное время кон. тактирования, 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 по. лосы, благодаря которым время контактирования 8,3 сек. Результаты этого опыта приведеныв 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.П 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 с 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Я 60 900 об/мин. Происходит достаточно интенсивноеперемешивание для достижения полной дисперсиипри однородном смешении двух фаз. Образцы отбираются через равные промежутки времени и обефазы подвергают исследованию на содержаниемеди.Результаты этого опыта приведены в табл. 3,В трубчатом смесителе-отстойнике тот же медный питательный щелок и растворитель пропускаютчерез трубу диаметром 25,4 мм, длиной 1,8 м, содержащую два спиральных перемешивающих элемента длиной 48,26 см типа Кеникса, разделенных80 - ти сантиметровым участком пустой трубы.Жидкости пропускают через всю систему, улавливают в приемном резервуаре и возвращают дляповторного пропускания через смеситель. Водную иорганическую фазы после каждого пропусканияподвергают анализу.Расход колеблется22 - 31 л/мин, Время пребывания потока 2 - 3 сек. иакаждый проход в зависимости от расхода,Результаты опьпа приведены в табл. 4,В трубчатом смесителе.отстоинике в течение15 сек происходит экстракция, требующая вомного раз больше времени, чем при использованиисосуда, снабженного мешалкой, со смесителемобычного лопастного типа.Эффект, зависящий от конструкции перего.родок в секции смешения, исследуют в другойсерии опьпов, относящихся к экстракции меди.Один тип перегородок состоит из секций перемешивающего элемента Кенчкса. Друтой тип представляет собой непрерывный шнек, изготовленныйиз металлической полосы той же ширины, что идиаметр трубы, Третий тип смесителя состоит изколец, удаленных одно от другого на расстояние,соответствующее диаметру трубы, в которыхимеется центральное отверстие, сечение которогоравно половине сечения самой трубы. Четвертыйтип смесителя представляет собой кольца, чередую.щиеся с дисками, закрывающими центр трубы, иобеспечивающие наличие между перегородкой итрубой кольцевого пространства, площадь которогоравна половине сечения всей трубы,П р и м е р 5. В этом примере описаны опыты поэкстракции меды на кислом растворе с растворителем ("Келекс 100" - продукт фирмы "ЭшлендКемикал К "), имеющим оксихинолиновую структуру, в виде 9%-ного раствора в керосине прииспользовании медного раствора с концентрацией2,08 г/л и рН . 2,3 благодаря прокачке растворителяи водной фазы через 57 мл сантиметровые участкисмесителей различного типа, за которыми находится зона остоя.Результаты этого опыта отражены в табл, 5.Таким образом для каждого типа переме.шивающего устройства существует определенноесоотношение между скоростью и экстракцией,которая зависит от степени турбулентности, сообщаемой протекающим жидкостям.Эффективность экстракции часто не зависит отЗО 35 конл рук пни устройства, изменяющего направление потока. Для конкретных систем можно создать одим ьные конструкции.Экстракция пятивапентного ванадия из кислых растворов с помощью растворителей аминового типа, таких как "Аламин 336" 1 третичный амин, вырабатываемый фирмой "Дженерал Миллс, Инк."), проводится медленно (требуется 5 мин сильного перемешивания щелока от выщелаптвания и растворителя), а экстракция окисла урана из киспого раствора проходит очень быстро прн том же растворитепе.Если окислы ванадия и урана содержатся вместе в одном щелоке при выщелачивании руды и исподьзуется обычная система селективной экстракции с применением на каждой стадии перемешивания, уран можно полностью извлечь за короткое время, а ванадий будет выделен только частично, поэтому нельзя добиться хорошей экстракцни, так как относительные скорости экстракцин у них различны,При смеси окиспов н урана перемешивание можно вести в трубчатом смесителе-отстойнике 1 сек с высоким выходом урана до завершения экстракцни ванадия. Ванадий может быль затем извлечен из раффнната при повторном пропускании,Ко 1 да дяя селективной экстракцнн желательна сепарация между извлекаемыми элементами, может быть применен трубчатьш экстрактор, обладающий преимуществом при разных скоростях. Эти различия ско 1 остей можно использовать при сепарации никеля и кобальта путем экстракции тиоцианатного соединения с метил - изобутил кетоном и меди и ннкевя из аммиачного раствора с растворителем оксимного типа.11 редчагаемое устройство может быть приме. нсно и в тех случаях, когда содержание примесей в растворе таково, что железо нли алюминий можно экстрагнровать вишь со скоростью, намного мень. шей, чем интересующий элемент. В этом случае ценные эпементы могут быть экстрагированы в трубчатом смесителе с коптропируемым временем, оставняя после себя те примеси, которые можно экс 1 рагировать с высоким выходом при достаточном времени контакта.П р и м е р 6. Известно, что кобапьт может быть селектнвно экстрагирован из раствора, содержа.щего кобальт и никель, благодаря использованию раствора и одиановой кислоты НЫСЫ в метил .-изобутип кетоне 1 МИЫС), Для сравнения стандарзной селективной экстракцнн (комбинация смеси сия с отстойником) со статической селектив. ной экстракцней были проведены сравнительные опьпы. В одном снучае раствор сульфатов кобальта н никеля перемепгивают 2 мин в обычном смесителе с раствором Н ВСЯ - МИЬК.Результаты этого опьпа приведены в табл. 6,5 10 15 20 25 Условия опыта: встряхивание проходит пр комнатной температуре 2 мин, МЛБК содержит 245 г/л ИБС 1 ч, водное сырье - 511 г/л Со, 10,0 г/л М,250 г/и НзБО.Раффинат после первого перемешивания под. вергают 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 см, выступающий в качестве отстойника. Две указанные фазы проходят через смеситепь с пннейной скоростью 0,3 м/сек. за 2 сек. Раффинат после первого контактирования направляют снова в статический смеситепь вместе со свежим растворителем. Во время этих операций обе фазы полностью разделяются у края отстои: няк а.Получе 1 щые резупьтаты приведены в табл. 7.Усповия опыта те же, что описаны в табл. 6, но процесс экстракипи кобальта с помощью НЫСЫ - МИБК проводится в трубчатом смесителе, примерно, за 2 сек.Таким образом эквивалентная экстракция кобальта прошла в трубчатом смесителе за 2 сек, в то время как в щшеобразной мешалке периодичесткого действия та ке 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. Описан. ный способ применяется к составной фазе и в случае протнвотока, может быль использован для селективной или избирательной экстракцни двух ипи бопее ионов, находящихся вместе в одном растворе, когда скорости экстракции ионов раз. ппшы. Селективная экстракния, в которой может быть использовано настоящее изобретение, включает в ссбл операции отгонкн, в которых ионы металла отгопяются от растворителя при помощи десорбнрующего агента. Способ применяется не только в кол 1 бннации смесителя с отстойником в одном устройстве, но и дпя одного перемешиваю- щего устройства независимо от операции отстоя, так как главной особещгостью настоящего изобре. тения явняегся операция перемешивания, в ходе которой подпердгвается практически постоянное соотношение между ор авяеской и водной фазами н каждый единичный об ьем жидкости обрабатывается в течение эадазпюго времени пребывания в зоне смегпивання. Эта операция смешивания сокра. гцает время отстоя, необходимое дпя дисперсии, Прн этом способе дисперсия осуществляется независимо от типа использованной операции рассдаивания.561493 0,21 7,7 1,4 0,40 62 0,36 0,8 91 О,О 4,4 0,51 0,6 0,01 99 210 30,0 60 0,00 0 1,80 1 О 1,10 0,52 0,95 20 0,80 0,63 0,72 0,71 60 0,84 0,49 120 Смесители Мешалка Трубчатый смеситель Время контакта, сек. л0,40 Равновеснаяэкстракция,% Таблица 1 Таблица 2 Время расслаи.валия, сек. Таблица 3561493 14 13 Таблица 7 РаффинатКобальт, г/л Экстрак ция Кобальт,г/л Никель,г/л Экстракция кобальта,% Никельг/л 4,0 Первая Вторая 0,12 9,94 9,88 2,6 0,12 1,8 42 Формула изобретения 1. Способ селективной экстракции между не. смсшивающимися жидкостями различного удельного веса, одна из которых является экстрагентом, путем прямоточного их контактирования в смеси. тельной 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, явля.ется водный раствор двух или более металлов с 15различно и степенью извлечения иоиообме иным агентом, который в процессе контактировання жидкостей экстрагирует только один металл. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающий;д 1 с я тем, что процесс экстракции осуществляют приламинарном движении жидкостей, обеспечивающимпостоянный температурный режим процесса. 4, Способ по пп, 1 - 3, отличающий. с я тем, что потоки легкой и тяжелой фаз в конце процесса обьединяются в один.ктор Л, Курасова Тираж 947 Подин Государственного комитета Совета Мини по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.д.4аз 1 б 8 Ц 159 оеСССР ИИП лиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектнав, 4 Составитель А. СондорТехред О Луговав Корректор А. Власенко;