萃取方法和设备技术

一种将溶质从水性料液中萃取入水性反萃液中的方法和设备，该方法包括：使料液（４２）和反萃液（４６）两者各自的至少一股液流通过非极性载体液（２８）的连续相；载体液（２８）含有对所述料液溶质中至少一种离子具有亲和力的化学试剂；所述至少一股料液（４２）和反萃液（４６）中的每一股在通过载体液（２８）的至少部分时间分别受到第一和第二静电场的作用，使所述液流分散成各种溶液的无数液滴（６０，６２）；在料液和反萃液两者的至少一股液流之间形成挡板装置（２６），将料液向反萃液流和反萃液向料液流的迁移减至最小；挡板装置（２６）也位于向料液流和反萃液流施加作用的第一和第二静电场之间；提供相互独立的接受装置（２２，２４）以便在料液流和反萃液流通过所述静电场后收集之；其特征在于在挡板区（２６）施加第三电场。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对从水溶液中分离金属离子的所谓“静电准液膜(ESPLIM)”方法的改进。中国专利申请86101730A描述了一种分离技术，它能纯化水溶液并能浓缩水溶液中的溶质。所述技术包括如下步骤使例如待纯化和/或需从中萃取金属离子的水性料液液滴在重力的影响下通过非极性载体液的第一区，所述载体液中溶解有对所述金属离子或要除去的离子具有高亲和力的化学试剂，同时对液滴施加高压静电场，以便将所述液滴分散成无数微滴，从而增加其比表面积。所述金属离子被溶解的化学试剂络合而进入所述载体液，并主要在如此形成的浓度梯度的驱动下进入非极性载体液的第二区，在该非极性载体液区域中有反萃水溶液的液滴流在重力作用下通过，所述反萃水溶液溶解有对金属离子的亲和力大于载体液中络合剂对这些金属离子的亲和力的化学试剂。同时也对反萃液液滴施加高压静电场，以便将其分散成无数微滴，从而增加其比表面积。金属离子如此富集在反萃液中，使水性料液被纯化大量去除了金属离子。经纯化的料液微滴和反萃液微滴(前者具有较低的金属离子浓度，后者具有高浓度的所需金属离子)离开高压静电场，聚集并在重力下分别落入相互隔开的第一和第二收集容器中，并从这些容器中收集之。载体液的第一和第二区用隔膜或挡板隔开，所述隔膜或挡板允许载体液在第一区和第二区之间基本不受干扰地流动通过，但也阻止或防止水性料液从第一区流入第二区，并阻止或防止反萃液由第二区流入第一区。尽管ESPLIM技术取得了很好的结果，反应后料液和反萃液之间的浓缩因子可高达300，但是，这种方法还能通过减少原料水性料液通过隔膜向第二区的泄漏或渗透(swelling)以及带有萃取的金属离子的反萃液通过隔膜向第一区的泄漏或渗透得到改进。术语“泄漏”和“渗透”是同义的，指原料液滴向反萃侧不合需要的迁移以及反萃液液滴向原料侧的不合需要的迁移。我们发现这种泄漏是由微滴被夹杂在载体液流中并被携带穿过挡板区造成的。原料料液泄漏至第二区不仅造成稀释了反萃液中高浓金属离子的问题，而且如果需要在例如从料液的两种或多种金属离子中仅选择性地萃取一种金属离子的情况下它还会污染反萃液。同样，富集的反萃液从第二区向第一区泄漏并进入“纯化的”水性料液或萃余液中也会对其造成污染并降低方法的效率。本专利技术的目的是减少载体液中两个区之间的泄漏，以及改进该分离方法的效率。本专利技术的第一方面是提供一种将溶质从水性料液中萃取入水性反萃液中的方法，它包括如下步骤使所述料液和所述反萃液中的每一种的至少一股液流通过非极性载体液的连续相；所述载体液含有对所述料液的溶质中的至少一种离子具有亲和力的化学试剂；所述至少一股料液和反萃液中的每一股在其通过载体液时的至少部分时间分别受到第一和第二静电场的作用，以便将所述液流分散成无数所述两种溶液的液滴；在料液和反萃液两者的至少一股液流之间形成挡板装置，以将料液向所述反萃液流的迁移以及所述反萃液向所述料液流的迁移减至最小；所述挡板装置还置于向料液流和反萃液流施加作用的第一和第二静电场之间；提供相互独立的接受装置以便在所述料液流和所述反萃液流通过所述静电场后收集之；所述方法的特征在于在所述挡板区施加第三静电场。第三静电场的强度可促进漏出(straying outside)所述第一和第二高压静电场而进入所述挡板装置的所述液滴的聚集。第三静电场的强度可低于第一或第二静电场的强度。业已发现在静电场的作用下，料液和反萃液会分散成微小的液滴，其中有少量会“泄漏”出静电场区。这种泄漏的原因是由于如此形成的液滴尺寸太小，以致于被夹杂在载体液中，并被在料液和反萃液的两个区之间流动的液流从一个区带至另一个区。在高于以kV/cm为单位的临界电场强度下，料液和反萃液流(其本身可以是液滴流)被分散成微滴。但是，电场强度低于该临界强度时，该静电场的作用可能实际上是促进夹杂的液滴聚集。从而促进其从载体液中解脱出来，使之在由于被夹杂在载体液流中而被携带穿过挡板装置前，更容易在重力的影响下落入各自的接受装置中。本方法可施用于常规结构的设备中，除了使用合适的控制装置控制用于施加第一和第二静电场的电极之间的相对静电电位以外。例如，可将隔膜或挡板装置的任意一侧的内电极电位安排得使其相对电位差形成的电场强度，例如低于造成料液和反萃液分散的临界电场强度，并且可促进微滴的聚集。料液和/或反萃液流可以由连续的液流组成，或由在所施加的高强度静电场的作用下本身分散成微滴的液滴流组成。如我们待审查的国际专利申请PCT/GB96/03109指出的那样，我们发现ESPLIM方法的效率可通过使料液槽和反萃液槽在不同的电场强度下工作而得到改进。物质输送较慢的那侧在较高的电场强度下运行，因为由较高电场强度产生的更小的液滴尺寸能形成更大的比表面积，以便更有效地萃取所需的物料。由于提高了在可能是限制本方法速度的步骤中的反应速率，因此这可以改进ESPLIM方法的总效率。作为一个例子，我们发现当从料液中萃取钴离子时，使反萃侧在较高电场强度下运行可改进方法的效率。与其相反，我们发现当从料液中萃取铀时，使料液侧在高电场强度下运行可改进总的方法效率。在本专利技术中我们发现，当第三电场强度在特定的范围内并低于第一和第二电场强度时，尽管向挡板区施加受控的第三静电场确实减少了液滴的渗漏，考虑到具体装置中的其它工作变量，向挡板区施加电场产生的完全意想不到的效果在于配合的配位体通过隔膜区的混合或扩散速度有了很大的提高，而泄漏或渗透无明显增加。因此，在再一个可能是限制本方法速度的步骤中，即配合的配位体从料液槽向反萃槽的混合或扩散速率有了很大的提高，从而进一步提高了ESPLIM方法的总效率。我们还发现如果施加在挡板区的电场强度太小，泄漏事实上增加了，但如上所述配合的配合物的混合或扩散速率显著改进。但是在高于一个较低的电场强度水平，而起初仍显著低于使液滴发生进一步分散的电场强度时，泄漏再次下降至这样一种速率即至少与没有第三电场时一样低并甚至更低，但是伴随着泄漏速率的持续下降配合的配合物的扩散速率显著上升。在实验条件下，我们发现第三电场的强度为0-约2kV/cm时泄漏实际上增大了，但是混合速率也上升了；而约2-5kV/cm的电场强度可使泄漏速率持续下降，同时使配合的配位体通过挡板区的混合或扩散速率有很大的提高。应强调这些数据是在所用的实验设备和实验操作条件下获得的，不同的设备和操作条件可能会导致不同的数据。另外，上面数据是在料液槽的第一电场强度约为6kV/cm，反萃槽的第二电场强度约为8kV/cm的条件下获得的。因此，尽管在挡板区施加约5kV/cm的第三电场强度可能会被认为是高得足以导致液滴产生一些分散而不是聚集，但事实上施加在挡板上的第三电场强度低于第一和第二电场强度，泄漏下降并且扩散速率有了很大的提高，从而改进了ESPLIM方法的总效率。较好的是，在实验条件下施加在挡板上的第三电场强度为3-5kV/cm，这种电场强度适合于较大范围的实验条件，所述实验条件范围可在不偏离本专利技术范围的情况下由本领域的普通技术人员经进一步实验确定。本专利技术的第二方面是提供一种从水性料液中将溶质萃取至水性反萃液中的设备，所述设备包括用于容纳连续的非极性载体液的容器装置，所述载体液中溶解有对所述料液的所述溶质的至少一种离子具有亲和力的化学试剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将溶质从水性料液中萃取入水性反萃液中的方法，它包括如下步骤：使所述料液和所述反萃液中的每一种的至少一股液流通过非极性载体液的连续相；所述载体液含有对所述料液溶质中的至少一种离子具有亲和力的化学试剂；所述至少一股料液和反萃液中的每一股在其通过载体液的至少部分时间分别受到第一和第二静电场的作用，以便将所述液流分散成所述各种溶液的无数液滴；在料液和反萃液两者的至少一股液流之间形成挡板装置，以将料液向所述反萃液流的迁移以及所述反萃液向所述料液流的迁移减至最小；所述挡板装置也处于向料液流和反萃液流施加作用的第一和第二静电场之间；提供相互独立的接受装置以便在所述料液流和所述反萃液流通过所述静电场后收集之；所述方法的特征在于在所述挡板区施加第三电场。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CJ布罗恩，TJ威廉斯，AG贝利，
申请(专利权)人：英国核燃料公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]