用于分离不可混溶的液体的组合物和方法技术

本发明专利技术提供用于分离不可混溶的有机组合物和含水组合物的方法和相关组合物。所述方法包括将离散的不溶性填料分散在所述有机组合物中，将所述有机组合物分散到所述含水组合物中，在重力下将所述有机组合物和所述含水组合物分离成相应的上层和下层。有利地，所述不溶性填料保留在所述有机组合物中并且促进所述有机组合物的液滴在所述含水组合物中的离析和聚结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离不可混溶的液体的组合物和方法
本专利技术提供用于从不可混溶的液体的混合物萃取分散相的方法，以及相关组合物和设备。这些方法涉及例如用于湿法冶金工艺中的溶剂萃取方法。
技术介绍
不可混溶的液体的分离与宽范围的工业工艺有关，并且尤其是与液-液萃取体系有关。在液-液萃取中，期望的溶质从第一液体转移到与第一液体不可混溶的第二液体。不同的溶质在给定溶剂中可具有不同的相对溶解度，所以这种转移可用于将共溶解的溶质彼此分离。液-液萃取通常用于合成有机化合物、精炼植物油和石油产品、矿石再处理、核再处理以及许多其它工业工艺中。多级混合澄清槽用于许多大型操作中。在每个阶段，混合器将不可混溶相(通常为有机溶剂溶液和含水溶液)充分共分散。这些相流入沉降器单元，在沉降器单元中在重力下发生相分离并且将上层撇去。该循环可通过将两个或更多个混合澄清槽单元串联放置来重复。其它萃取技术包括分批单级萃取和离心萃取。混合澄清槽主要用于元素铜的工业规模的湿法冶金生产中。铜的生产过程一般可分成三个主要步骤：(1)堆浸、(2)有机溶剂萃取、和(3)电解沉积。堆浸是用于处理高品位和低品位铜矿石的已知采矿工艺。在这个过程中，从露天矿获得大量含矿物质的矿石，诸如碎矿石，并且在不可渗透浸出垫上堆积成堆。铜矿用弱硫酸溶液冲洗以使矿石中的金属暴露于浸出液，从而在30至90天的浸出循环中萃取各种矿物质。硫酸是非特异性的，并且因此趋于还从矿石中浸出不希望的矿物质，诸如铁和锰。溶液容易溶解矿石中的铜以产生含水“富浸出液(PLS)”(即，具有溶解的有价值的金属的溶液)，该富浸出液(PLS)向下穿过矿石堆并且从浸出垫收集。有机溶剂萃取步骤提供铜离子与从上述堆浸工艺回收的含金属PLS的分离，并且包括纯化和提取阶段。纯化阶段一般在混合澄清槽中进行，在混合澄清槽中PLS与溶剂萃取有机物混合并且允许两相分离。铜离子通过形成铜络合物从PLS转移到溶剂萃取有机物，该铜络合物在有机相中是可溶且稳定的。现在的负载铜的有机物然后与贫铜水相(或“提余液”)分离，从而留下不希望的金属离子。提余液然后可循环回到浸出回路中。在提取阶段，富铜有机溶液进入另一混合澄清槽以将铜提取回到被称为电解质的含水溶液中。提取涉及将强酸性溶液与负载的有机铜络合物混合，这导致络合物在两相之间的界面处释放其铜。络合物吸收酸，使得随着铜转移出有机相并且被酸取代，电解质中的铜的水平增加并且酸水平减少。最终，在电解沉积步骤中，通过从电解质还原铜离子将元素铜电镀到阴极坯料上。在足够的铜已经镀覆到坯料上之后，可使用经镀覆电极的机械提取来获得高纯度铜金属。
技术实现思路
在上述有机萃取步骤中，有机相和水相彼此分离所需的时间被称为相分离时间(“PDT”)。PDT是连续溶剂萃取工艺中的一个重要标准，因为沉降器尺寸被工程化以提供两个相足够的停留时间从而进行分离。如果没有足够的时间来进行(即PDT超过停留时间)，则过量的有机组合物包含水组合物或含水组合物包有机组合物可能会转移到下一个处理阶段，从而导致效率损失。较慢的相分离还可能要求操作者降低通过沉降器的流量，这降低了工厂的生产率。即使当PDT在标称范围内时，萃取有机物也可以许多方式损失，诸如通过蒸发、降解和夹带。夹带在处理非常细小的液滴分散时尤其是有问题的，这些液滴趋于缓慢地聚结。电解质中的任何夹带的有机物均暴露于电解沉积槽中的氧化条件下，这最终将使其降解。有机夹带物可通过使用较低的O/A(“有机组合物对含水组合物”)比率来减轻，但是这也降低了可形成的铜络合物的量并且因此降低了总收率。含水夹带物也存在问题，因为此类夹带物可影响电解沉积操作的电流效率和成品阴极铜的产品质量。在常规操作中，调节有机组合物和含水组合物的流量和相对量以平衡效率、总产量和产品质量。然而，基于5m3/m2/h至6m3/m2/h的沉降通量计，含水夹带物水平通常落入约20ppm至100ppm的范围内，其中有机夹带物水平在相似的范围内。已经在溶剂萃取回路、混合澄清槽构型、萃取试剂和稀释剂方面进行了逐步改善，但萃取有机物损失仍然是采矿作业最重要的运营成本源中的一个。即使夹带物水平大约为20份每百万份至40份每百万份，一年运营过程中的财务影响也可超过数百万美元。本专利技术提供的方法和组合物代表了上述萃取有机物夹带问题的解决方案，该解决方案涉及将少量离散的填料诸如短切聚合物纤维加入萃取有机相中。发现这基本上促进分散相从连续相聚结和除去，并且甚至使得由于夹带问题先前不可行的O/A比率可用。在一个方面，本专利技术提供分离不可混溶的有机组合物和含水组合物的方法。该方法包括：将离散的不溶性填料分散在有机组合物中；将有机组合物分散到含水组合物中；以及在重力下将有机组合物和含水组合物分离成相应的上层和下层，其中不溶性填料保留在有机组合物中并且促进有机组合物的液滴在含水组合物中的离析和聚结。在另一方面，提供了一种湿法冶金方法，该方法包括：使酸或碱与含矿物质的矿石接触以获得富浸出液；将溶剂萃取有机物与富浸出液混合以分别提供分散在含水组合物中的有机组合物；使用前述方法分离有机组合物和含水组合物以提供负载的有机组合物；以及使负载的有机组合物与提取溶液接触以从负载的有机组合物除去金属离子。在另一方面，提供了一种萃取组合物，该萃取组合物包含：有机组合物，该有机组合物包含萃取剂；以及离散的填料，该离散的填料分散在有机组合物中。在另一方面，提供了一种溶剂萃取设备，该设备包括：混合槽，该混合槽具有其中接收的前述萃取组合物，该混合槽设置有叶轮以搅拌萃取组合物；以及沉降池，该沉降池与混合槽连通并且包括接收来自混合槽的萃取组合物的入口和出口。附图说明图1为示出示例性铜湿法合金工艺的示意图；图2为示出在铜湿法合金工艺中通过示例性溶剂萃取有机物来形成铜络合物的示意图；图3A和3B为示出在含水连续混合物和有机连续混合物的聚结时夹带的示意图；图4为示出多孔结构在有助于液滴聚结中的作用的示意图；图5为示出用于分散在溶剂萃取有机物中的短切短纤维的扫描电子显微图。定义如本文所用：“环境条件”意指在25℃的温度和101.3千帕的压力下。具体实施方式以下部分使用解释说明和示例描述涉及不可混溶的液体的相分离的各种方法、组合物和设备。这些方法、组合物和设备的主要应用是在铜金属的工业规模的湿法合金生产中。应当理解，其它应用可例如存在于通过含水方式生产或纯化锌、铀、银或金中。甚至更广泛地说，本公开可适用于其它不同工业技术，包括生物燃料和化学品的生产、从废水除去有机物、乙酸萃取、精油萃取、己内酰胺萃取、以及中和/洗涤来自有机物流的酸或碱。在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。铜湿法合金工艺示例性铜堆浸工艺在图1中示出并且在本文中由数字100表示。在该图中，开采的氧化物矿石作为一系列层102(也称为堆)加载在不可渗透垫103上。使用喷雾器104将稀硫酸引入到新鲜的矿石，该喷雾器将酸均匀分布在矿石上。任选地，附加的开采的矿石可堆叠在现有堆的顶部上。在酸在矿石上方流过或通过矿石时，酸溶解铜以提供富浸出液，该富浸出液沿垫103本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离不可混溶的有机组合物和含水组合物的方法，所述方法包括：将离散的不溶性填料分散在所述有机组合物中；将所述有机组合物分散到所述含水组合物中；以及在重力下将所述有机组合物和所述含水组合物分离成相应的上层和下层，其中所述不溶性填料保留在所述有机组合物中并且促进所述有机组合物的液滴在所述含水组合物中的离析和聚结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.20 US 62/243,7971.一种分离不可混溶的有机组合物和含水组合物的方法，所述方法包括：将离散的不溶性填料分散在所述有机组合物中；将所述有机组合物分散到所述含水组合物中；以及在重力下将所述有机组合物和所述含水组合物分离成相应的上层和下层，其中所述不溶性填料保留在所述有机组合物中并且促进所述有机组合物的液滴在所述含水组合物中的离析和聚结。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离散的填料包括聚合物纤维。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述聚合物纤维以基于所述有机组合物的重量计，0.05重量％至2重量％的量存在于所述有机组合物中。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述聚合物纤维的中值直径是1微米至100微米。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述聚合物纤维的中值纵横比是200至1000。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述有机组合物为用于湿法冶金工艺的溶剂萃取有机物。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述溶剂萃取有机物包含溶于载体溶剂中的基于肟的萃取剂。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述含水组合物为硫酸溶液。9.一种聚合物纤维，所述聚合物纤维用作根据权利要求1至8中任一项所述的方法中的离散的填料。10.一种萃取组合物，所述萃取组合物包含：有机组合物，所述有机组合物包含萃取剂；以及离散的不溶性填料，所述离散的不溶性填料分散在所述有机组合物中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·J·西尔阿科斯基，安德鲁·威林内·拉宾斯，卡尔·迪特尔·韦兰德特，小克林顿·P·沃勒，米哈伊尔·A·贝尔金，苏珊娜·坎布里亚·克利尔，天·宜·特丽萨·苏·怀廷，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US