устройство для ионообменного концентрирования металлов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОНООБМЕННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ, содержащее сорбер с патрубками ввода исходного раствора и вывода маточника, соединенный с пульсатором, десорбер с устройством для ввода регенерирующего раствора, наклонную трубу с регулятором потока ионита, соединяющую сорбер и десорбер вверху, полутор, соединяющий сорбер и десорбер внизу, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода реагентов и повышения производительности процесса, оно снабжено колонной-гидроклассификатором ионита с патрубками ввода и вывода ионита и маточника, бункером свежего ионита с задвижкой на выходе и клапанами, установленными на подводящих и отводящих патрубках, сорбер выполнен в верхней части с бункером-накопителем ионита, десорбер выполнен в верхней части с разгрузочным бункером, полутор выполнен в нижней части патрубком и дренажом для вывода концентрата, причем патрубок ввода ионита в колонну-гидроклассификатор соединен с наклонной трубой между десорбером и регулятором потока ионита и с бункером свежего ионита трубопроводом, патрубок вывода ионита из колонны-гидроклассификатора соединен с наклонной трубой между сорбером и регулятором потока ионита, патрубок вывода маточника сорбера соединен с патрубками ввода и вывода маточника колонны-гидроклассификатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, оно снабжено насосом, соединенным с патрубком подачи маточника, транспортным устройством, преимущественно эрлифтом, соединенным с патрубком ввода ионита в колонну-гидроклассификатор, причем бункер-накопитель и колонна-гидроклассификатор совмещены.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для сорбционного концентрирования ценных компонентов из растворов после выщелачивания руд.

Известен способ непрерывной противоточной десорбции металлов и устройство для его осуществления св. СССР N 1039062, кл. С 22 В 34/34, 1980), который заключается в том, что, с целью повышения концентрации металла в товарном растворе, и соответственно уменьшения выхода раствора, насыщенный ионит, поступающий на десорбцию, донасыщают предварительно металлом из части получаемого десорбата. Остальную часть выводят в качестве товарного раствора. Способ осуществляется в аппарате U-образного типа, состоящего из двух вертикальных колонн, соединенных в нижней части переходным элементом, из нижней точки которого осуществляется отбор товарного раствора.

Недостатком данного способа является то, что требуется организация предварительных, независимых от десорбции операций насыщения ионита металлом из исходного раствора, его отмывку и конверсию, т.е. требуется дополнительное оборудование, перекачка ионита из одного аппарата в другой и т.д.

Таким образом, в известном способе все эти процессы разобщены в пространстве и во времени. Перекачка ионита из аппарата в аппарат снижает эффективность ионообменных процессов, коэффициент полезного использования оборудования, так как происходит интенсивное перемешивание ионита и при подключении такого слоя в работу происходит резкое изменение ионообменного равновесия между раствором и ионитом, восстановление которого требует определенного времени.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является устройство для ионообменного концентрирования металлов по авт.св. СССР N 1311264 С 22 В 3/02, взятый в качестве прототипа.

Отличительной особенностью данного устройства является то, что оно выполнено в виде замкнутого контура, по которому перемещается ионит, за счет создаваемых пневмоимпульсов, попадая при этом в зоны проведений процессов: сорбции с донасыщением, регенерации и отмывки ионита от регенерирующего раствора.

Однако данное устройство обладает недостатком: в процессе переработки растворов при их подаче в реакционные зоны вводится некоторое количество твердых взвесей, которые задерживаются лобовыми поверхностями слоев ионита, увеличивая при этом гидравлическое сопротивление слоя ионита. Частично эти взвеси выводятся из зоны предварительной отмывки ионита в загрузочном бункере. Однако в процессе эксплуатации ионита происходит его частичное разрушение. Размеры разрушенных зерен крупнее размеров твердых частиц, вносимых жидкостями, и следовательно, не могут быть выведены из зоны предварительной отмывки ионита, поскольку их гидравлическая крупность лежит в интервале гидравлических зерен твердых взвесей и зерен целого ионита.

Цель изобретения - снижение расхода реагентов и повышения производительности процесса.

Цель устройства для ионообменного концентрирования металлов достигается тем, что известное устройство, включающее сорбер с бункером-накопителем, пульсационной камерой, патрубком с клапаном для вывода маточника и патрубками для ввода продуктивного раствора, десорбер с разгрузочным бункером, смесителем для ввода регенерирующего раствора, наклонную трубу, соединяющую сорбер и десорбер вверху, полутор, соединяющий сорбер и десорбер внизу, с патрубком и дренажем для вывода концентрата, согласно изобретению, дополнительно снабжено колонной-гидроклассификатором ионита с патрубками ввода и вывода ионита и маточника сорбции, бункером свежего ионита с патрубком и задвижкой, регулятором потока ионита, установленном на наклонной трубе, и дополнительную трубу с отсекателем потока, причем патрубок ввода ионита в колонну-гидроклассификатор соединен с наклонной трубой между деесорбером и регулятором потока трубопроводом, снабженным патрубком и трубой, соединенной с патрубком бункера свежего ионита, патрубок вывода ионита из колонны-гидроклассификатора соединен с наклонной трубой между сорбером и регулятором потока, а дополнительная труба с отсекателем потока соединяет патрубок вывода маточника сорбции после его клапана с патрубком ввода маточника в колонну-гидроклассификатор и патрубок вывода маточника и отмытых частиц ионита из колонны-гидроклассификатора соединен с патрубком вывода маточников сорбции после его клапана, кроме того колонна-гидроклассификатор совмещается с бункером-накопителем, а трубопровод, соединяющий наклонную трубу выше регулятора потока и патрубок ввода ионита в колонну-гидроклассификатор снабжен транспоpтным устройством, предпочтительно аэрлифтом, а патрубок подачи маточника снабжен насосом.

Такое техническое решение узла гидроклассификации ионита позволяет вымыть частицы твердых взвесей и мелкий и разрушенный класс ионита. Можно создать такую скорость подачи маточников сорбции на классификацию ионита, что будет выводиться вполне определенный класс ионита. Например, вывод класса ионита -0,4 мм позволит увеличить пропускную способность в 2 раза, что с лихвой окупит стоимость выведенного ионита. Отбор маточника сорбции после клапана и вывод маточников гидроклассификации через тот же трубопровод позволит избежать пневмоудара при осуществлении процесса передвижения ионита по замкнутому контуру аппарата, что позволит уменьшить расход ионита.

На основании вышеизложенного доказано, что каждый из отличительных признаков необходим, а все вместе достаточны для достижения цели изобретения.

Следовательно, отличительные признаки являются существенными, а заявляемое устройство удовлетворяет критерию "новизна". Среди известных устройств не найдено технических решений с признаками, сходными с отличительными признаками заявляемого способа и устройства.

Из вышеизложенного следует, что заявляемое техническое решение соответствует понятию "изобретение", так как доказано его соответствие критериям "новизна", "существенные отличия" и показана возможность достижения положительного эффекта при указанной совокупности отличительных признаков.

На фиг. 1 дан общий вид аппарата в разрезе, на фиг. 2 - вариант конструкции.

Устройство представляет собой аппарат с замкнутым слоем ионита, состоящий из трех вертикальных колонн - сорбера 1, десорбера 2 и гидроклассификатора 3. Сорбер соединен с десорбером в нижней части концентратом 4 в виде полутора, а в верхней части - переливной наклонной трубой 5 с клапаном 6 и компенсатором 7. Сорбер снабжен дренажем 8, пульсационной камерой 9 с патрубком 10 вывода маточного раствора, клапаном 11, патрубком 12 подачи сжатого воздуха в пульсационную камеру с клапаном 13, бункером-накопителем 14 с дренажем 15, патрубком 16 вывода маточника из бункера накопителя, загрузочной трубой 17 с клапаном 18. В нижней части сорбер снабжен двумя перфорированными сужающимися перегородками 19, расположенными на расстоянии друг от друга. Под верхней перегородкой сорбер снабжен патрубком 20 с дренажем 21, который через двухходовой затвор 22, трубопровод 23 подсоединен к трубопроводу 24 подачи исходного продуктивного раствора, к патрубку 25 под нижней перегородкой и к трубопроводу 26 вывода исходного продуктивного раствора. Трубопроводы 26 и 24 подсоединены к емкости исходного продуктивного раствора.

Десорбер снабжен смесителем 28 с трубопроводом 27 подачи регенерирующего раствор электролита в воде и патрубком 29, трубопроводом 30 с патрубком 31 и затвором 32 для ввода воды, трубой 33, соединяющей смеситель с трубопроводами подачи электролита и воды и разгрузочным бункером 34 с затвором 35.

Концентратор снабжен патрубком 36 с дренажем 37 и клапаном 38 для вывода концентрата.

Линия подачи сжатого воздуха 39 имеет общий клапан 13 и соединена трубой 40 с пульсационной камерой и бункером накопителем через клапан 41 сдувки сжатого воздуха и с дренажем 37. Гидроклассификатор 3 выполнен с цилиндрическим корпусом 42, коническим днищем 43 с патрубком 44 для вывода отклассифицированного ионита и расширителем 45 с переливным карманом 46 и патрубком 47 для вывода отмывочной жидкости (маточника сорбции) вместе с мелким классом ионита и твердых взвешенных частиц. В средней части цилиндрический корпус снабжен патрубком 48 для ввода ионита в зону гидроклассификации, который соединен с переливной наклонной трубой 5 на участке между десорбером и регулятором потока трубопроводом 49. Трубопровод 49 через трубу 50 соединен с патрубком 51 и через затвор 52 с бункером свежего ионита 53. В нижней части гидроклассификатор снабжен патрубком 54, расположенным между патрубками для ввода и вывода ионита из гидроклассификатора. Патрубок 54 через трубопровод 55, отсекатель потока 56 и патрубок 57 соединен с патрубком вывода маточника сорбции 10 после клапана 11 и патрубок 47 вывода мелкого класса ионита и твердых взвешенных частиц соединен с патрубком вывода маточников сорбции после клапана. Патрубок 44 соединен с переливной наклонной трубой ниже ее регулятора потока аэрлифтом 58. Другой вариант конструкции достигается совмещением гидроклассификатора 3 и бункера-накопителя поз 14 (фиг. 2). В этом случае патрубок подачи ионита в гидроклассификатор 48 и наклонная труба 5 выше регулятора 6 соединяются трубопроводом 49 и эрлифтом 60, а патрубок подачи маточного раствора в гидроклассификатор 54 соединен с патрубком вывода маточного раствора 10 через клапан 11 и насос 61.

Устройство работает следующим образом (Оно заполнено ионитом полностью).

В рабочем режиме (сорбция, донасыщение, регенерация, отмывка от регенерата и гидроклассификация ионита) закрыты клапаны: 13 подачи сжатого воздуха 41 сдувки 18 загрузки ионита, 35 разгрузки ионита. Двухходовой затвор 22 открыт на подачу исходного продуктивного раствора (ИР). Отсекатель потока 56 открыт, а регулятор потока 6 установлен на определенное проходное сечение в интервале от 0-100 % (устанавливается в период эксплуатации), клапан 11 вывода маточника сорбции открыт. ИР из трубопровода 24 подается в сорбер двумя путями: непосредственно через патрубок 25 под нижнюю сужающуюся перегородку 19 и через трубопровод 23, двухходовой затвор 22, дренаж 21 и патрубок 20 под верхнюю сужающуюся перегородку 19. Таким образом, в сорбере заполненном ионитом происходит сорбция ценного компонента на ионит и его донасыщение.

Регенерация ионита и его отмывка от регенерирующего раствора осуществляется в десорбере 2 путем подачи регенириpующего раствора электролита по линии-патрубок 27 - смеситель-28 - патрубок-29 и воды по линиям-трубопровод-30-двухходовой кран-32 и далее через патрубок 31 непосредственно в десорбер выше смесителя и через трубу 33 и смеситель 28 через патрубок 29. Такая подача воды и крепкого раствора электролита позволяет использовать тепло, выделяющееся при реакции гидротации для инициирования процесса регенерации, уменьшая при этом расход реагентов. Вода, подаваемая через патрубок 31, выполняет в этом случае две функции: при нисходящем движении отмывает отрегенерированный ионит от регенерирующего реагента и участвует в приготовлении регенерирующего раствора нужной концентрации, а при восходящем движении ионита при его перегрузке из десорбера в разгрузочный бункер вытесняет остатки регенерирующего электролита исключая проскок электролита выше зоны регенерации.

Часть регенерата, получаемого при нисходящем движении регенерирующего раствора в противоток к восходящему потоку ионита и поступающего в концентратор 4, отбирается через патрубок 36, дренаж 37 и клапан 38.

Оставшаяся часть регенерата поступает в сорбер, где смешиваясь с ИР, подаваемом через патрубок 25 под нижнюю сужающуюся перегородку 19, и донасыщает ионит до больших значений.

Оставшийся бедный раствор регенерата и ИР еще разбавляется ИР, подаваемым через патрубок 20 под верхнюю сужающуюся перегородку и направляется в зону сорбции.

Маточный раствор выводится через дренаж 8, патрубок 10 и клапан 11, при этом часть маточного раствора через дополнительную трубу 57, отсекатель потока 56 и патрубок 54 поступает в гидроклассификатор ионита 3, куда через патрубок 48, расположенный выше патрубка 54, подается на гидроклассификацию ионит. Ионит поступает в гидроклассификатор во время процесса перегрузки ионита из разгрузочного бункера в бункер-накопитель через переливную наклонную трубу 5. Регулятор потока 6 в рассматриваемом режиме перекрыт полностью. В этом случае весь перегружаемый ионит направляется через трубопровод 49 и патрубок 48 на гидроклассификацию. По мере необходимости на гидроклассификацию направляют часть свежего ионита из бункера 53 через патрубок 51, клапан 52 и трубу 50, которая соединена с трубопроводом 49.

Для орошения ионита в бункере свежего ионита предусмотрена система циркуляции жидкой фазы, включающая в себя эрлифт орошения 59 и линия слива 60 с дренажным устройством 61 и патрубком 62. Ионит, попадая в зону гидроклассификации, делится на два потока: восходящий поток, включающий в себя мелкий и разрушенный класс ионита, а также твердые взвеси и нисходящий поток, состоящий из ионита крупного класса, готового для дальнейшей работы. Восходящий поток ионита выводится через патрубок 47 переливного кармана 46 и соединяется с потоком маточника, выводимого из сорбера. Нисходящий поток крупного ионита аэрлифтом 58 направляется в бункер-накопитель через наклонную трубу.

Выведенный из процесса ионит мелкого класса может быть отрегенерирован либо в отдельном аппарате, либо вначале сожжен в крепкой кислоте с последующим направлением раствора в бак исходного продуктивного раствора. Решение зависит от экономических показателей.

Движение ионита осуществляется в поршневом режиме подачей сжатого воздуха в пульсационную камеру 9 через клапан 13 и патрубок 12, при этом клапаны 11, 38, отсекатель потока 56 закрыты. Клапан 18 закрыт, а затвор 35 открыт. После выгрузки заданной порции ионита (или по команде реле времени) закрывается клапан 13, клапан сдувки 41 открывается, закрывается клапан 35 и открывается клапан 18 для загрузки порции ионита. Двухходовой кран (затвор) 23 переводится в положение слива жидкости из сорбера для улучшения условий загрузки ионита, открываются отсекатель потока 56, клапан 11 и клапан 38. После загрузки порции ионита клапан 18 закрывается, двухходовой кран 23 переводится в положение подачи ИР, клапан-41 закрывается. Цикл повторяется.

Работа у варианта устройства (фиг. 2) осуществляется аналогичным образом за исключением того, что ионит на гидроклассификацию подается посредством трубопровода 49 и эрлифта (или другого устройства) 60, а маточный раствор насосом 61.

Данное изобретение было опробовано на примере извлечения молибдена из дамбовых (оборотных) вод.

1. Выбор режима очистки ионита в гидроклассификаторе.

Для проведения опытов использовался ионит АМ-2Б класса А, паспортной крупностью - 1,60-0,63 мм из производственного процесса. Ионит подвергали отмывке при разных скоростях раствора в гидроклассификаторе. Далее через плотный слой отмытого ионита фильтровали исходный раствор, меня расход, который фиксировался при достижении определенного давления на входе в слой ионита. Результаты приведены в таблице.

В дальнейших опытах использовался ионит, отмытый в гидроклассификаторе при скорости раствора 50 м/ч.

2. Извлечение молибдена из дамбовых вод.

Расход дамбовой воды при извлечении молибдена в устройстве по изобретению составляет 6,76 м³/ч при давлении на входе 0,36 МПа. При этом же давлении расход без отмывки ионита в гидроклассификаторе составляет 4,0 м³/ч. Соответственно расход реагентов на десорбцию уменьшается с 4,2 кг до 2,5 на кг Мо по NH₄OH и с 1,7 кг до 1,0 кг на кг Мо по NaCl.

3. Извлечение и концентрирование рения из промывных вод сернокислотного производства.

Отмывка ионита позволяет увеличить производительность по исходному раствору с 0,25 м³/ч до 0,42 м³/ч, что позволяет уменьшить удельный расход аммиака на десорбцию анионита АН-21 с 0,6 кг до 0,35 кг.

4. Сорбционная очистка сточных вод электролизного производства от никеля катионитом КУ-2х8.

Отмывка катионита в гидроклассификаторе позволяет увеличить производительность по исходному раствору с 4,0 м³/ч до 6,77 м³/ч тем самым уменьшить удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита с 9,3 до 5,5 кг/кг никеля.

Таким образом, применение изобретения позволит существенно повысить производительность ионообменных процессов и снизить расход реагентов.