(57) Реферат / Формула:
В данном документе раскрыт способ регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла. Способ содержит обеспечение контакта сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл, с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата, а также обеспечение контакта ультрафильтрационного пермеата с нанофильтрационной мембраной. Полученный нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а полученный нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока. Также в данном документе раскрыто регенерирующее устройство для регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла.
Евразийское (21) 201600628 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. B01D 61/14 (2006.01)
2017.02.28 B01D 43/00 (2006.01)
B01D 69/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки C10G 73/23 (2006.0l)
2014.04.22
(54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КИСЛОТЫ ИЛИ ОСНОВАНИЯ
(31) (32) (33)
(86) (87) (71)
(72)
(74)
2014901418
2014.04.17
PCT/AU2014/000459
WO 2015/157789 2015.10.22
Заявитель:
ПАЛАДИН ИНТЕЛЛЕКТУАЛ ПРОПЕТИ ПТИ ЛТД. (AU)
Изобретатель:
Бошофф Паул, Форд Меррилл, Макдугалл Шана, Пикок Марк (AU)
Представитель:
Забегаева У.Г., Маковец С.М., Линник Л.Н. (RU) (57) В данном документе раскрыт способ регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла. Способ содержит обеспечение контакта сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл, с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата, а также обеспечение контакта ультрафильтрационного пермеата с нанофильтрационной мембраной. Полученный нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а полученный нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока. Также в данном документе раскрыто регенерирующее устройство для регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла.
/я 1
у с
^ [_
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КИСЛОТЫ ИЛИ ОСНОВАНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
[1] Настоящее изобретение относится к способу регенерации кислоты или основания во время процесса извлечения металла. Более конкретно, настоящее изобретение относится к регенерации кислоты или основания в ходе процесса извлечения урана.
Предпосылки создания изобретения
[2] Экономически извлечение ценных металлов из руды, содержащей металл, представляет собой постоянную проблему для горнодобывающей промышленности. Например, в уранодобывающей промышленности извлечение урана (в основном в виде U308) из ураносодержащей руды представляет собой довольно сложный процесс. Вкратце, единый процесс включает в себя сначала дробление руды до подходящего размера, и затем выщелачивание с использованием серной кислоты в условиях окисления. После выщелачивания твердые вещества и жидкости могут быть разделены, при этом обогащенную жидкость пропускают через ионообменную цепь, где уран адсорбируется (или иным образом осаждается) на ионообменной смоле. В качестве альтернативного варианта может быть использован процесс в пульпе для осаждения урана на смолу или органический растворитель, используемый для извлечения урана. Полученную таким образом загруженную смолу или растворитель, таким образом, можно элюировать с помощью сильной серной кислоты с образованием концентрированного элюата, который обрабатывают сначала для нейтрализации кислоты, затем для выделения урана. Такие процессы, тем не менее, требуют относительно больших количеств серной кислоты (или другого элюента), а также относительно больших количеств вещества или веществ для нейтрализации серной кислоты.
[3] Повышение эффективности процессов извлечения металла (даже совсем незначительное) может сделать такие процессы менее ресурсоемкими и/или увеличить количество ценного восстановленного металла и/или снизить
стоимость добычи металла. Это может обеспечить потенциально значительные экономические преимущества, особенно когда в день перерабатываются много тысяч тонн руды.
[4] Было сделано множество попыток повысить эффективность процессов извлечения металлов, при этом некоторые имели больший успех, чем другие. Например, были предприняты попытки использовать нанофильтрационные технологии для восстановления и концентрации больших ионов (например, иона сульфата уранила) из элюата в ходе процессов экстракции урана. В этом отношении Гуд и Браун (J.R. Goode and J.A. Brown "The Michelin Uranium Project, Labrador, Canada Metallurgical Testwork, Economic Studies and Process Design", стр. 393-413 Материалов Зеи Международной конференции по урану) описывают пилотные натурные испытания с использованием нанофильтрации для обогащения ураносодержащего элюата. В то время как эти пилотные натурные испытания проявили себя как многообещающие в лаборатории (где переменные, такие как количество взвешенных твердых частиц, загрязнители и т.д. поддавались управлению), специалистам в данной области техники хорошо понятно, что лабораторные эксперименты, которые являются успешными пробными конкретными технологиями, ни в коем случае не показывают, что такие технологии будут работать в полномасштабной шахте. В действительности, на эффективность конкретной технологии могут влиять многие факторы, и единственным способом определить, является ли технология применимой, будет ее проверка в реальных условиях, которые будут воспроизведены в шахте. Авторы изобретения в соответствии с предметом настоящей заявки обнаружили, что нанофильтрационные технологии, предложенные Гудом и Брауном, просто не работают в реальной среде шахты, в том числе по тем причинам, что взвешенные частицы в насыщенном ураном элюате быстро засоряют нанофильтрационную мембрану.
[5] Технический результат заключается в обеспечении процесса извлечения металла, в котором кислота или основание могут быть
регенерированы из насыщенной металлом кислоты или насыщенного металлом основания.
Сущность изобретения
[6] Согласно первому объекту, настоящее изобретение обеспечивает способ регенерации кислоты или основания во время процесса извлечения металла. Способ включает обеспечение контакта сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл, с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрациогшого ретентата и ультрафильтрационного пермеата, а также обеспечение контакта ультрафильтрационного пермеата с нанофильтрационной мембраной для получения нанофильтрационного ретентата и нанофильтрационного пермеата. Нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
[7] Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что сочетание ультрафильтрации и нанофильтрации может быть использовано для регенерации кислоты или основания во время полномасштабного процесса извлечения металла даже при наличии взвешенных твердых частиц. После обширных испытаний, проведенных авторами изобретения, они поняли, что нанофильтрационные технологии действительно могут быть использованы во время процессов извлечения металла в реальной шахте, но только если сырьевой поток для нанофильтрационной мембраны является достаточно чистым и, в частности, без взвешенных твердых частиц. Авторы изобретения обнаружили, что предварительная обработка сырьевого потока с использованием ультрафильтрационной мембраны обеспечила эффективную работу нанофильтрационной мембраны.
[8] Авторы изобретения обнаружили, что включение способа по
данному изобретению в процесс извлечения металла может обеспечить ряд
преимуществ по сравнению с существующими процессами. Например,
требуется меньше нейтрализующего агента для нейтрализации
металлосо держащего нанофильтрационного ретентата, и в
нанофильтрационном ретентате металл является более концентрированным, чем в концентрированном элюате, произведенном с помощью существующих процессов. Кроме того, полезность нанофильтрационной мембраны определяется ее практической значимостью не выходить преждевременно из строя или отсутствием засорения. Как будет понятно, включение способа по данному изобретению в процесс извлечения металла может повысить общую эффективность процесса извлечения металла из-за возможности регенерации кислоты или основания.
[9] При осуществлении изобретения по меньшей мере часть кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата может быть повторно использована на входном этапе процесса извлечения металла, что может обеспечить эффективную' повторную переработку кислоты или основания, что уменьшает общую потребность в кислоте или основании в процессе извлечения металлов. Это дает преимущество ограничения любых потерь металла, который может присутствовать в нанофильтрационном пермеате, поскольку он возвращается в процесс.
[10] При осуществлении изобретения сырьевой поток представляет собой элюат. Элюат может, например, представлять собой элюат, образованный путем пропускания кислоты или основания через контактный фильтр, например, колонну, содержащую смолу, насыщенную металлом. Кислота или основание удаляют металл из смолы, тем самым образуя элюат. При осуществлении изобретения, где повторно перерабатывается кислота или основание, кислота или основание, прошедшее через контактный фильтр, может содержать (или состоять из) кислоту или основание из нанофильтрационного пермеата, что снижает потребность в новом реагенте.
[11] При осуществлении изобретения сырьевой поток может быть направлен на ультрафильтрационную мембрану, при этом любой материал, накапливающийся на ультрафильтрационной мембране, постоянно счищается с ультрафильтрационной мембраны сырьевым потоком. Сырьевой поток может, например, быть направлен на ультрафильтрационную мембрану под тупым
углом или в направлении, по существу, параллельном мембране (т.е. в поперечно-поточной конфигурации).
[12] При осуществлении изобретения ультрафильтрационный пермеат может быть направлен на нанофильтрационную мембрану, при этом любой материал, накапливающийся на нанофильтрационной мембране, счищается с нанофильтрационной мембраны ультрафильтрационным пермеатом. Ультрафильтрационный пермеат может, например, быть направлен на нанофильтрационную мембрану под тупым углом, или в направлении, по существу, параллельном мембране (т.е. в поперечно-поточной конфигурации).
[13] При осуществлении изобретения ультрафильтрационная мембрана и/или нанофильтрационная мембрана может периодически промываться. Ультрафильтрационная мембрана и нанофильтрационная мембрана могут, например, промываться с использованием текучей среды для очистки мембраны. В качестве альтернативы, ультрафильтрационная мембрана и нанофильтрационная мембрана могут промываться с использованием иной текучей среды, например, ультрафильтрационного пермеата, однако только с входной стороны нанофильтрационной мембраны.
[14] При осуществлении изобретения сырьевой поток, контактирующий с ультрафильтрационной мембраной, может содержать сырьевой поток, разделяющийся для обеспечения контакта с множеством ультрафильтрационных мембран (например, 2,3,4 или более ультрафильтрационных мембран в параллельной и/или последовательной конфигурации).
[15] При осуществлении изобретения ультрафильтрационный пермеат, контактирующий с нанофильтрационной мембраной, содержит ультрафильтрационный пермеат, разделяющийся для обеспечения контакта с множеством нанофильтрационных мембран (например, 2, 3, 4 или более нанофильтрационных мембран в параллельной и/или последовательной конфигурации).
[16] При осуществлении изобретения, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного ретентата могут удерживать для использования на
входном этапе процесса извлечения металла (например, будучи направленной назад в устройство удаления твердых частиц, расположенное со стороны входа ультрафильтрационной мембраны). При осуществлении изобретения, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата удерживается для использования на входном этапе процесса извлечения металла (например, будучи направленной обратно на ультрафильтрационную мембрану). Таким образом, любой из металлов, который может присутствовать в ультрафильтрационном ретентате, подается обратно в процесс, что дополнительно увеличивает его эффективность.
[17] При осуществлении изобретения сырьевой поток могут обрабатывать с помощью устройства удаления твердых частиц до прохождения сырьевого потока через ультрафильтрационную мембрану. В примере осуществления изобретения устройство удаления твердых частиц удаляет твердые частицы, которые в противном случае оказали бы разрушающее воздействие на ультрафильтрационную мембрану. В примере осуществления изобретения разрушительные твердые частицы, удаленные устройством удаления твердых частиц, представляют собой крупнозернистые твердые частицы относительно любых твердых частиц, втянутых в сырьевой поток, контактирующий с ультрафильтрационной мембраной. Устройство удаления твердых частиц может, например, представлять собой очистительную установку, отстойник, фильтр или центрифугу. При осуществлении изобретения ультрафильтрационный ретентат может повторно быть возвращен в сырьевой поток в устройстве удаления твердых частиц, в результате чего любой из металлов, содержащихся в ультрафильтрационном ретентате, эффективно возвращается обратно в сырьевой поток. Вторым последствием включения устройства удаления твердых частиц является отвод разрушающих твердых частиц (и некоторой части неизбежного металл осо держащего раствора) из сырьевого потока, направленного на ультрафильтрационную мембрану. Этот шлам может регенерироваться на входном этапе процесса извлечения металла для регенерации металла в растворе, содержащемся в сливном потоке.
[18] Согласно второму объекту, настоящее изобретение обеспечивает
создание регенерирующего устройства для регенерации кислоты или
основания во время процесса извлечения металла. Устройство содержит
ультрафильтрационную мембрану, на которую поступает сырьевой поток,
содержащий кислоту или основание и металл, для получения
ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата, а также
нанофильтрационную мембрану, на которую поступает
ультрафильтрационный пермеат, для получения нанофильтрационного ретентата, и нанофильтрационный пермеат. Нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
[19] При осуществлении изобретения регенерирующее устройство дополнительно может содержать трубопровод обратной связи для кислоты или основания, через который, по меньшей мере, часть кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата рециркулирует на входном этапе процесса извлечения металла.
[20] При осуществлении изобретения регенерирующее устройство дополнительно может содержать трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного ретентата, через который, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного ретентата рециркулирует на входном этапе процесса извлечения металла.
[21] При осуществлении изобретения регенерирующее устройство дополнительно может содержать трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного пермеата, через который, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата рециркулирует на входном этапе процесса извлечения металла. Трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного пермеата может, например, направлять, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата обратно на ультрафильтрационную мембрану (например, в поперечно-поточном направлении для дополнительного содействия очищению поверхности мембраны).
[22] При осуществлении изобретения сырьевой поток может быть направлен на ультрафильтрационную мембрану, при этом любой накапливающийся материал на ультрафильтрационной мембране постоянно счищается с ультрафильтрационной мембраны сырьевым потоком. При осуществлении изобретения ультрафильтрационный пермеат направлен на нанофильтрационную мембрану, при этом любой накапливающийся материал на нанофильтрационной мембране счищается с нанофильтрационной мембраны ультрафильтра.ционным пермеатом.
[23] При осуществлении изобретения регенерирующее устройство дополнительно может содержать очиститель для промывки ультрафильтрационной мембраны и нанофильтрационной мембраны (например, с периодическими интервалами или когда данные из системы указывают, что одна или обе мембраны нужно очистить).
[24] В некоторых примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может содержать множество ультрафильтрационных мембран, выполненных с возможностью приема сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл. В некоторых примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может содержать множество нанофильтрационных мембран, на которые поступает ультрафильтрационный пермеат. Множество ультрафильтрационных мембран может, например, содержать две, три, четыре или более ультрафильтрационные мембраны в параллельной и/или последовательной конфигурации. Множество нанофильтрационных мембран может, например, содержать две, три, четыре или более нанофильтрационные мембраны в параллельной и/или последовательной конфигурации.
[25] При осуществлении изобретения регенерирующее устройство дополнительно может содержать устройство удаления твердых частиц для удаления крупнозернистых твердых частиц из сырьевого потока до того, как сырьевой поток поступит на ультрафильтрационную мембрану. Устройство удаления твердых частиц может, например, представлять собой очистительную установку, отстойник, фильтр или центрифугу. Регенерирующее устройство в
таких примерах осуществления изобретения может содержать трубопровод для подачи, по меньшей мере, части ультрафильтрационного ретентата на устройство удаления твердых частиц.
[26] При осуществлении изобретения ультрафильтрационная мембрана или ультрафильтрационные мембраны может быть выполнена/выполнены в виде дискретного элемента, содержащего входной трубопровод для сырьевого потока, выходной трубопровод для ультрафильтрационного ретентата и выходной трубопровод для ультрафильтрационного пермеата.
[27] При осуществлении изобретения нанофильтрационная мембрана или нанофильтрационные мембраны может быть выполнена/выполнены в виде дискретного элемента, содержащего входной трубопровод для ультрафильтрационного пермеата, выходной трубопровод для нанофильтрационного ретентата и выходной трубопровод для нанофильтрационного пермеата.
Краткое описание чертежей
[28] Конкретное осуществление настоящего изобретения будет описано только в качестве примера со ссылкой на последующие чертежи, на которых:
[29] на фиг. 1 представлена технологическая схема, показывающая способ регенерации кислоты или основания в соответствии с настоящим изобретением при реализации процесса извлечения урана.
Описание осуществления изобретения
[30] В первом объекте настоящее изобретение обеспечивает способ регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла. Способ содержит обеспечение контакта сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металла, с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрационного ретентата (т.е. части сырьевого потока, которая не проходит через ультрафильтрационную мембрану) и ультрафильтрационного пермеата (т.е. части сырьевого потока, которая проходит через ультрафильтрационную мембрану). Ультрафильтрационный пермеат затем
контактирует с нанофильтрационной мембраной для получения нанофильтрационного ретентата и нанофильтрационного пермеата. Нанофильтрационный ретентат (т.е. часть ультрафильтрационного пермеата, которая не проходит через нанофильтрационную мембрану) содержит большую часть металла из сырьевого потока, а нанофильтрационный пермеат (т.е. часть ультрафильтрационного пермеата, которая проходит через нанофильтрационную мембрану) содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
[31] Во втором объекту настоящее изобретение обеспечивает регенерирующее устройство для регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла. Устройство содержит ультрафильтрационную мембрану, на которую поступает сырьевой поток, содержащий кислоту или основание и металл, для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата, и нанофильтрационную мембрану, на которую поступает ультрафильтрационный пермеат для получения нанофильтрационного ретентата и нанофильтрационного пермеата. Нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
[32] Настоящее изобретение может быть использовано в любом процессе, где металлосодержащую руду перерабатывают с использованием кислоты или основания для восстановления металла в форме, пригодной для использования в последующих применениях. Как будет понятно, регенерируемая кислота или регенерируемое основание будет зависеть от извлекаемого металла (или металлов), а также процесса, который используется для извлечения металла (металлов). Например, как обсуждалось выше, уран может быть извлечен из ураносодержащей руды с использованием серной кислоты. Тем не менее, с использованием различных способов уран можно извлекать из ураносодержащей руды при основных условиях, которые достигаются с помощью способов, использующих основания, такие как карбонат натрия или бикарбонат натрия (или их смеси).
[33] Таким образом, настоящее изобретение можно использовать, например, для восстановления неорганических кислот. Неорганические кислоты могут быть выбраны из группы, состоящей из серной кислоты, азотной кислоты, фосфорной кислоты и соляной кислоты. Настоящее изобретение может быть использовано, например, для восстановления оснований, выбранных из группы, состоящей из карбоната натрия, бикарбоната натрия и гидроксида натрия (или их смесей).
[34] Настоящее изобретение может быть использовано для регенерации кислоты или основания в процессе, в котором извлекается растворимое соединение металла. Например, настоящее изобретение может быть использовано для регенерации кислоты или основания во время процесса, в котором извлекают металл, выбранный из следующей группы: уран, никель, медь, цинк, золото, серебро, металлы платиновой группы, редкоземельные элементы, ванадий, тантат, ниобий и вольфрам. Именно специалисты в данной области техники способны определить, на каких этапах процесса извлечения металла способ согласно настоящему изобретению должен быть выполнен.
Сырьевой поток
[35] Сырьевой поток включает в себя кислоту или основание и металл и находится в форме, пригодной для приема ультрафильтрационной мембраной. Ожидается, что кислота или основание и металл растворены в сырьевом потоке. При осуществлении изобретения может оказаться необходимым включить предварительный этап, на котором удаляют крупнозернистые частицы до того, как сырьевой поток достигнет ультрафильтрационной мембраны, например, путем использования устройства удаления твердых частиБ, (SRD), как описано ниже. В некоторых случаях предварительные этапы в процессе производства сырьевого потока будут включать в себя форму удаления твердых частиц или очистки, так чтобы сырьевой поток был соответствующего качества. Например, предварительный этап может включать в себя очистку до этапа экстракции растворителя, при этом рафинат этапа экстракции растворителя становится сырьевым потоком, который затем контактирует с ультрафильтрационной мембраной. Между
этапом удаления твердых частиц и этапом ультрафильтрации сырьевого потока могут существовать другие альтернативные или дополнительные предварительные этапы, в зависимости от извлекаемого металла и процесса, используемого для такого извлечения металла. Тем не менее, в некоторых случаях сырьевой поток может быть качественным, когда такая предварительная обработка не требуется.
[36] При осуществлении изобретения сырьевой поток может содержать или может представлять собой элюат из более раннего этапа процесса извлечения металла. Например, многие процессы используют ионообменные смолы (или тому подобное), чтобы извлечь металл из раствора или суспензии (и т.д.), содержащей металл. Насыщенную смолу затем элюируют с помощью подходящего элюента для получения элюата, содержащего металл. В некоторых примерах осуществления изобретения элюент может представлять собой кислоту или основание, которое затем регенерируют согласно настоящему изобретению (например, элюат образован путем пропускания кислоты или основания через контактный фильтр или колонну, содержащую смолу, которая насыщена металлом). В других примерах осуществления изобретения, тем не менее, элюент может быть другой субстанцией, с помощью кислоты или основания, регенерируемой согласно настоящему изобретению в сырьевом потоке на входном этапе процесса извлечения металла (или выходном этапе, но таком, который находится прежде прохождения ультрафильтрационной мембраны).
[37] В некоторых примерах осуществления изобретения (дополнительно обсуждаемых ниже), элюент содержит кислоту или основание из нанофильтрационного пермеата. В некоторых примерах осуществления изобретения (также дополнительно обсуждаемых ниже), элюент состоит в основном из кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата. В таких примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство в соответствии с настоящим изобретением может также иметь трубопровод обратной связи для кислоты или основания, через который, по меньшей мере,
часть (предпочтительно, вся) кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата перерабатывают на входном этапе процесса извлечения металла.
Ультрафильтрация
[38] Согласно настоящему изобретению, сырьевой поток содержащий кислоту или основание и металл, контактирует с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата.
[39] Ультрафильтрационные мембраны представляют собой мембраны, где силы, такие, как градиенты давления или концентрации, приводят к разделению компонентов в сырьевом потоке, проходящем через полупроницаемую мембрану. Взвешенные вещества и растворенные вещества с высоким молекулярным весом остаются в ретентате (т.е. они не проходят через мембрану), в то время как вода и растворенные вещества с низким молекулярным весом проходят через мембрану в пермеат. Некоторые свойства ультрафильтрационной мембраны определяются ее границей отсечки по молекулярному весу задерживаемых компонентов (MWCO). Выбор ультрафильтрационной мембраны будет зависеть от ее предполагаемого применения, и на него будут воздействовать такие факторы, как вид пропускаемого металла, рН сырьевого потока и физические характеристики сырьевого потока, такие как количество растворенных твердых веществ, температура сырьевого потока, вязкость сырьевого потока и т.д. Именно специалисту в данной области техники выбирает подходящую ультрафильтрационную мембрану для конкретных применений.
[40] Примеры ультрафильтрационных мембран, которые подошли бы для использования в настоящем изобретении, включают в себя следующие коммерчески доступные модули ультрафильтрации: IMT 10060 UF/MB/G, IMT 10060 UF/SB/1.5, Hydranautics HYDRAcap 60 или INGE dizzer(r) XL 1.5 MB 40.
[41] Ультрафильтрационные мембраны требуют соответствующих компонентов, например, надлежащего корпуса, и трубопроводов для направления сырьевого потока на мембрану, а также для приема и соответствующего направления ультрафильтрационного ретентата и пермеата.
Такие соответствующие компоненты хорошо известны специалистам в данной области техники, и примеры приведены ниже в контексте конкретного варианта осуществления.
[42] Количество ультрафильтрационных мембран в настоящем изобретении будет зависеть от таких факторов, как расход сырьевого потока, пропускная способность мембран и возможность возникновения засорений. Как правило, из-за относительно большого размера горных работ, настоящее изобретение предусматривает применение более чем одной ультрафильтрационной мембраны. В таких примерах осуществления изобретения сырьевой поток, контактирующий с ультрафильтрационной мембраной, может быть разделен на сырьевые потоки для обеспечения контакта с множеством ультрафильтрационных мембран (например, 2, 3, 4 или более), расположенных параллельно. В некоторых примерах осуществления изобретения, тем не менее, может оказаться необходимым или предпочтительным установить две или более ультрафильтрационных мембраны в последовательной и/или параллельной конфигурации.
[43] В некоторых примерах осуществления изобретения ультрафильтрационная мембрана или мембраны выполнена/выполнены в виде дискретного элемента, содержащего входной трубопровод для сырьевого потока, выходной трубопровод для ультрафильтрационного ретентата и выходной трубопровод для ультрафильтрационного пермеата. Такой дискретный элемент значительно упрощает конструкцию регенерирующего устройства согласно настоящему изобретению.
[44] В некоторых примерах осуществления изобретения может возникнуть проблема засоряемости ультрафильтрационной мембраны (мембран). Например, если сырьевой поток содержит относительно высокое количество частиц или взвешенных твердых частиц, твердые частицы, как ожидается, достаточно быстро засорят мембрану. В таких примерах осуществления изобретения могут быть предусмотрены действия по предотвращению, или, по меньшей мере, задержке загрязнения мембраны. Например, в некоторых примерах осуществления изобретения сырьевой поток
может быть направлен на ультрафильтрационную мембрану, при этом любой материал, накапливающийся на ультрафильтрационной мембране, постоянно счищается с ультрафильтрационной мембраны сырьевым потоком. Например, сырьевой поток мог бы быть направлен на ультрафильтрационную мембрану под тупым углом или в направлении, по существу, параллельном мембране (т.е. в поперечно-поточной конфигурации). В качестве альтернативного варианта (или в дополнение), жидкость можно было быть направить для протекания по поверхности мембраны либо непрерывно, либо периодически. В качестве альтернативного варианта (или в дополнение), можно было бы выполнять периодическую обратную промывку мембраны. Используемые для выполнения этих операций по зачистке текучие среды могут (как в дополнение подробно описано ниже) представлять собой жидкость, которую получают в ходе выполнения настоящего изобретения (например, ультрафильтрациопная мембрана может быть очищена с помощью части ультрафильтрационного пермеата). В примере осуществления изобретения может быть два режима ультрафильтрационной очистки мембран. Первый режим применяется относительно часто, где ультрафильтрационный пермеат обратной промывкой пропускают через мембрану. Второй режим выполняется, когда первый режим не в состоянии улучшить производительность ультрафильтрационной мембраны на удовлетворительном уровне. Во втором режиме, который выполняют относительно нечасто, специальной чистящей текучей средой, которая является едкой текучей средой, подвергают обработке с обеих сторон мембрану, осуществляя химическую чистку (а не физическую чистку).
[45] Предпочтительные или оптимальные рабочие условия ультрафильтрационной мембраны будут зависеть от ряда факторов, таких как температура, давление, расход поперечного потока, циклы очистки и т.д.) мембраны. В пределах компетенции специалиста в данной области техники установить оптимальные; рабочие условия для конкретной мембраны в соответствии с настоящим изобретением. В качестве примера, тем не менее, согласно способу регенерации серной кислоты в ходе процесса извлечения урана ультрафильтрационные мембраны могут эксплуатироваться при одном
или нескольких следующих условиях: температура 10°С - 60°С (предпочтительно 30°С - 50°С), максимальное давление 750 кПа (предпочтительно 50 кПа - 700 кПа), трансмембранный перепад давления до
2 2
250 кПа (предпочтительно 50 кПа - 200 кПа), поток 10 л/м /ч - 80 л/м /ч (предпочтительно 20 л/м /ч - 40 л/м 1ч), расход сырьевого потока 0,1 кл/ч -2 кл/ч на мембрану (предпочтительно 0.5 кл/ч -1.5 кл/ч) и расход потока пермеата 0,1 кл/ч - 2 кл/ч (предпочтительно 0,5 кл/ч - 1,5 кл/ч).
[46] Эти условия могут варьироваться в соответствии с используемой ультрафильтрационной мембраной и другими факторами в процессе извлечения металла.
[47] После того как сырьевой поток, содержащий кислоту или основание и металл, вступает в контакт с ультрафильтрационной мембраной, он разделяется на ультрафильтрационный ретентат и ультрафильтрационный пермеат. Трубопроводы, имеющиеся в регенерирующем устройстве согласно настоящему изобретению, приспособлены для приема ультрафильтрационных ретентата и пермеата с противоположных сторон мембраны и для надлежащего направления соответствующих потоков.
[48] Ультрафильтрационный ретентат может быть утилизирован, однако чаще его предпочтительно используют в процессе извлечения металлов. В таких примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может иметь трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного ретентата, через который, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного ретентата возвращают на входной этап процесса извлечения металла. В некоторых примерах осуществления изобретения, например, ультрафильтрационный ретентат может возвращаться во входной поток, поступающий на устройство удаления твердых частиц. Особым преимуществом при переработке ультрафильтрационного ретентата в устройстве удаления твердых частиц является то, что любой металл, находящийся в ультрафильтрационном ретентате, поступает обратно и, следовательно, удерживается в процессе экстракции. Кроме того, расход входного потока в устройстве удаления твердых частиц может быть в
значительной степени сбалансирована по отношению к нанофильтрационным ретентату и пермеату, вместе с твердыми отходами на устройстве удаления твердых частиц, в качестве выходных параметров процесса. Это может обеспечить циркуляцию в процессе настоящего изобретения, например для целей противодействия засорению, и обеспечить возможность для отходов, которые не были извлечены в одном цикла отстоя на устройстве удаления твердых частиц, все-таки быть извлеченными как часть твердых отходов на устройстве удаления твердых частиц в последующих циклах.
[49] Ультрафильтрационный пермеат содержит кислоту или основание и металл, и направлен к нанофильтрационной мембране. В некоторых примерах осуществления изобретения весь ультрафильтрационный пермеат подается на нанофильтрационную мембрану. В альтернативных примерах осуществления изобретения, тем не менее, поток на ультрафильтрационной мембране может быть спроектирован таким образом, что он был больше, чем таковой на нанофильтрационной мембране, при этом часть ультрафильтрационного пермеата по этой причине пригодна для использования на входном этапе процесса извлечения металла (например, для обратной промывке при ультрафильтрации или нанофильтрационных мембран). В таких примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство согласно настоящему изобретению может также иметь трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного пермеата.
Напофильтрация
[50] В настоящем изобретении ультрафильтрационный пермеат (содержащий кислоту или основание и металл из сырьевого потока) приводят в контакт с нанофильтрационной мембраной, при этом нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла из сырьевого потока, а нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
[51] Нанофильтрационные мембраны представляют собой мембраны, которые при приложении давления могут быть использованы для выделения растворимых ионов из воды (или других растворителей). Напофильтрация
находится между обратным осмосом и ультрафильтрацией (с точки зрения размера выделяемых частиц) и, как правило, охватывает значения границы отсечки по молекулярному весу задерживаемых компонентов (MWCO) в диапазоне от 100 до 1000 Дальтон (а.е.м.).
[52] Выбор нанофильтрационной мембраны будет зависеть от ее предполагаемого применения и будет зависеть от таких факторов, как вид пропускаемого металла, рН сырьевого потока, концентрация всех других элементов в сырьевом потоке, рабочей температуры и давления. Именно в компетенции специалиста в данной области техники выбрать подходящую нанофильтрационную мембрану для конкретных приложений.
[53] Примеры множества нанофильтрационных мембран, которые были бы вполне подходящими для использования в настоящем изобретении, включают в себя следующие коммерчески доступные нанофильтрационные элементы в соответствующем корпусе: GE DK, AMS Nano-Pro А-3012-8040, BMS мембраны ARU-28 или BMS мембраны ARU-24.
[54] Ультрафилы рационные мембраны требуют соответствующих компонентов, например, надлежащего корпуса, и трубопроводов для направления сырьевого потока на мембрану, а также для приема и соответствующего направления ультрафильтрационного ретентата и пермеата. Такие соответствующие компоненты хорошо известны специалистам в данной области техники, и примеры приведены ниже в контексте предпочтительного примера осуществления изобретения.
[55] Количество ультрафильтрационных мембран в настоящем изобретении будет зависеть от таких факторов, как расход потока ультрафильтрационного пермеата, пропускная способность мембран и возможность возникновения засорений. Как правило, из-за относительно большого размера горных работ, настоящее изобретение предусматривает применение более чем одной ультрафильтрационной мембраны. В таких примерах осуществления изобретения ультрафильтрационный пермеат может быть разделен и направлен на множество нанофильтрационных мембран. Настоящее изобретение может, например, включать в себя разделение
ультрафильтрационного пермеата таким образом, что, по существу, равные потоки вступают в контакт с множеством (например, 2, 3, 4 или более) нанофильтрационных мембран, расположенных параллельно. В некоторых примерах осуществления изобретения, тем не менее, может оказаться необходимым или предпочтительным установить две или более нанофильтрационных мембраны в последовательной конфигурации.
[56] Нанофильтрационная мембрана или нанофильтрационные мембраны в некоторых примерах осуществления изобретения могут быть выполнены в виде дискретного элемента, содержащего входной трубопровод для ультрафильтрационного пермеата, выходной трубопровод для нанофильтрационного ретентата и выходной трубопровод для нанофильтрационного пермеата. Как отмечено выше, такой дискретный элемент значительно упрощает конструкцию регенерирующего устройства в соответствии с настоящим изобретением.
[57] Ультрафильтрационный пермеат направлен таким образом, что он входит в контакт с нанофильтрационной мембраной, в силу чего пермеат может проходить через мембрану. Нанофильтрационная мембрана работает в поперечно-поточной конфигурации. В некоторых примерах осуществления изобретения, тем не менее, может возникнуть проблема засорения нанофильтрационной мембраны. В таких примерах осуществления изобретения могут быть предусмотрены действия по предотвращению, или, по меньшей мере, задержке загрязнения мембраны. Например, производят управление поперечно-поточной вязкостью для уменьшения засорения.
[58] Для очистки мембраны могут быть использованы другие способы очистки мембраны. Например, особая очищающая текучая среда может быть направлена на поверхность мембраны (например, во время остановки процесса извлечения металла), чтобы очистить поверхность, например, в ходе операции быстрой прямой промывки. В качестве альтернативного варианта (или в дополнение), входная сторона нанофильтрационной мембраны может быть очищена с использованием части ультрафильтрационного пермеата.
[59] Предпочтительные или оптимальные рабочие условия ультрафильтрационной мембраны будут зависеть от ряда факторов, таких как температура, давление, скорость поперечного потока, рН, растворенные твердые вещества в ультрафильтранионном пермеате, электрокинетический потенциал, циклы очистки и т.д. мембраны. В пределах компетенции специалиста в данной области техники установить оптимальные рабочие условия для конкретной мембраны в соответствии с настоящим изобретением.
[60] Может быть более одной нанофильтрационной мембраны, сконфигурированной для приема ультрафильтрациониого пермеата так, чтобы он проходил через мембраны параллельно. В качестве альтернативного варианта или в дополнение может быть более одной нанофильтрационной мембраны в последовательной конфигурации. В последовательной конфигурации, каждая мембрана (или набор параллельных мембран) в последовательности именуется ступенью. Каждая ступень имеет пермеат этой ступени и ретентат этой ступени. Ретентат каждой ступени последовательно переходит к следующей ступени. Пермеат каждой ступени передается по трубопроводу к общему коллектору для образования сборного пермеата. Нанофильтрационный ретентат является ретентатом, производимым на конечной ступени из последовательности ступеней.
[61] В качестве примера, тем не менее, согласно способу регенерации серной кислоты в процессе извлечения урана, нанофильтрационные мембраны могут эксплуатироваться при одном или нескольких из следующих условий: температура 10°С - 60°С (предпочтительно 35°С - 50°С), максимальное давление 7000 кПа (предпочтительно давление 2000 кПа - 4000 кПа), перепад давления на мембране до 50 кПа (предпочтительно 10 кПа - 30 кПа), и поток
2 2 2 2
2 л/м /ч - 34 л/м /ч (предпочтительно 5 л/м /ч - 20 л/м 1ч).
[62] Эти условия могут меняться в соответствии с используемой нанофильтрационной мембраной и/или другими факторами в процессе извлечения металла.
[63] Нанофильтрационный ретентат содержит большую часть металла сырьевого потока и значительно меньшее количество кислоты или основания.
Таким образом, гораздо меньше нейтрализующего агента требуется для нейтрализации ретентата, чем потребовалось бы, скажем, в процессе, в котором металл присутствовал бы в концентрированном элюате. Металл в нанофильтрационном ретентате обычно более концентрированный, чем в сырьевом потоке, что облегчает осаждение и восстановление металла.
[64] Нанофильтрационный пермеат содержит большую часть кислоты или основания из сырьевого потока, однако очень мало металла. Пермеат может быть утилизирован, однако чаще его предпочтительно используют в процессе извлечения металлов. При осуществлении изобретения, по меньшей мере, часть кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата (или все количество нанофильтрационного пермеата) может быть предпочтительно повторно использована на входном этапе процесса извлечения металла. Например, кислота или основание из нанофильтрационного пермеата (или все количество нанофильтрационного пермеата) может быть использована в качестве элюента для восстановления металла, адсорбированного на ионообменной смоле на более раннем этапе процесса извлечения металла. Таким образом, любой из металлов, который может присутствовать в нанофильтрационном пермеате, может быть восстановлен, поскольку он снова проходит через процесс восстановления.
Другие компоненты
[65] В некоторых случаях регенерирующее устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением могут иметь дополнительные компоненты или включать в себя дополнительные этапы, помимо тех, что обсуждались выше. Некоторые из этих компонентов (например, трубы для направления соответствующих потоков, устройство создания давления и накачки, корпуса для компонентов и т.д.), как понятно специалистам в данной области техники, являются составными частями устройства и процессов с использованием ультрафильтрационных и нанофильтрационных мембран в процессах извлечения металла, и не обязательно должны обсуждаться в целом.
[66] В некоторых примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может также иметь очиститель для периодической
промывки ультрафильграционной мембраны и нанофильтрационной мембраны. Очиститель может быть приспособлен для промывки мембраны чистящей текучей средой, или одним из струйных потоков, полученных в ходе настоящего изобретения. Очиститель может быть приспособлен для чистки входной и/или выходной стороны мембран. Очиститель может приводиться в действие с периодическими интервалами или когда данные, измеряемые в процессе (например, падение давление на мембранах) указывают, что чистка может оказаться необходимой.
[67] Ультрафильтрационная мембрана и нанофильтрационная мембрана могут очищаться путем промывки мембраны с помощью чистящей текучей среды. В некоторых примерах осуществления изобретения может оказаться необходимым изолировать мембраны от процесса извлечения металла во время проведения операций по очистке, но это может не потребоваться во всех случаях.
[68] В некоторых примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может также содержать устройство удаления твердых частиц для удаления крупнозернистых твердых частиц из сырьевого потока до того, как сырьевой поток поступит на ультрафильтрационную мембрану, и способ включает в себя этап удаления крупнозернистых твердых частиц из сырьевого потока до прохождения сырьевого потока через ультрафильтрационную мембрану. В некоторых примерах осуществления изобретения, устройство удаления твердых частиц представляет собой очистительную установку, отстойник, фильтр или центрифугу, однако любой способ или аппарат, который может быть использован для очистки раствора, чтобы сделать его приемлемым для ультрафильтрации, может быть применен в настоящем изобретении.
[69] Как отмечено выше, в некоторых примерах осуществления изобретения регенерирующее устройство может иметь трубопровод устройства удаления твердых частиц для подачи, по меньшей мере, части ультрафильтрационного ретентата на устройство удаления твердых частиц. Возвращение ультрафильтрационного ретентата на устройство удаления
твердых частиц дополнительно позволяет твердым частицам отделяться и возвращает металл в ультрафильтрационном ретентате в процесс. Пример осуществления изобретения
[70] Теперь будет рассмотрен конкретный пример осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1, которая представляет собой технологическую схем)' установки 10 регенерации кислоты, имеющей отстойник 12, ультрафильтрационные мембраны в УФ (ультрафильтрационной) установке 14, нанофильтрационные мембраны в НФ (нанофильтрационной) установке 16 и очиститель в CIP (очистка на месте) модуле 18. Установка 10 используется для регенерации серной кислоты 20 из потока 22 концентрированного элюата (СЕ), образованного в процессе извлечения урана (более ранние этапы этого процесса не включены в технологическую схему на фиг. 1), когда серная кислота используется для извлечения видов урана, адсорбированных на ионообменной смоле. Чистую кислоту 20 регенерируют прежде нейтрализации раствора 24, содержащего уран, и она пригодна для повторного использования.
[71] Установки 14, 16 и модуль 18 могут быть выполнены как дискретные элементы, с тем, чтобы установка 10 была, по существу, модульной, что обеспечило бы им относительно легкое перемещение и адаптацию для конкретных требований того или иного процесса извлечения металл. Установки 14, 16 и модуль 18 находятся на месте обработки урановой руды.
[72] Установка 10 управляется программируемым логическим контроллером (PLC). Установка 10 также имеет вспомогательные компоненты (описано ниже), в том числе промежуточные резервуары, насосы и инструменты (не показаны).
[73] Концентрированный сырьевой поток 22 из элюата проходит через установку 10, в результате чего возникает чистый поток кислоты 20 и поток 24 концентрированного урана. Возникают два незначительных потока: нижний поток 26 отстойника, который содержит крупнозернистые твердые частицы, удаленные из сырьевого потока, и поток 28 отходов CIP.
[74] Каждый из компонентов установки 10 описан по очереди ниже в контексте пилотной установки, которая была собрана для регенерации серной кислоты в процессе извлечения урана.
Отстойник
[75] Отстойник 12 представляет собой устройство для удаления твердых частиц и имеет Е!нутренний желоб для перетока в УФ сырьевой бак 30. Сырьевая линия 22 концентрированного элюата (СЕ) и линия 32 возврата в УФ бак ведут в распределительную камеру отстойника, при этом воздушный промежуток гарантирует отсутствие возвратного потока. Перелив из отстойника 12 в УФ сырьевой бак 30 осуществляется за счет силы тяжести.
[76] Отстойник 12 периодически сливает шлам под действием силы тяжести, чтобы поддерживать постоянный уровень шлама в отстойнике. Нижний поток 26 отстойника контролируется плотномером и анемометром с выполнением слива в резервуар повторной пульпы (не показан). Нижний поток отстойника 12 перекачивается к начальной позиции процесса извлечения. Это обеспечивает рециркуляцию металлосодержащего раствора в нижнем потоке.
УФ установка
[77] УФ установка 14 удаляет взвешенные твердые частицы из подаваемого концентрированного элюата (СЕ), пропуская текучую среду через УФ мембраны, производя жидкий пермеат 34 СЕ, пригодный для НФ обработки. Поток СЕ из УФ сырьевого бака 30 перекачивается через УФ установку 14, с отфильтрованным потоком СЕ (УФ пермеатом) 34, текущим в НФ сырьевой бак 36. Большая часть потока пермеата 34 рециркулирует в УФ установку 14 для поддержания адекватной скорости поперечного потока через УФ мембраны, в то время как небольшой поток ретентата направляется в УФ возвратный бак 38 (и, следовательно, обратно в отстойник 12 через линию 32 возврата в УФ бак).
[78] Установка УФ 14 выполняет периодическую обратную промывку с целью очистки мембраны. Обратный поток подается из НФ сырьевого бака 36, при этом вся текучая среда возвращается в УФ возвратный бак 38. Весь
раствор, находящийся в УФ возвратном баке 38, закачивается с постоянной скоростью обратно в отстойник 12.
[79] УФ установка 14 использует 32 УФ мембраны в параллельной конфигурации. НФ установка
[80] НФ установка 16 состоит из двух насосов и четырех ступеней мембранной фильтрации с использованием 10 корпусов НФ мембран в конфигурации сужающегося массива 4-3-2-1 для регенерации чистой кислоты 20 с низким содержанием урана из УФ пермеата 34. Каждый корпус НФ мембраны содержит шесть нанофильтрационных элементов, хотя возможно другое количество элементов в каждом корпусе. УФ пермеат из НФ сырьевого бака 36 перекачивается через НФ установку 16 для получения потоков пермеата и ретентата. Пермеат из НФ установки 16 течет в бак восстановленной кислоты 20, в то же время ретентат 24 (содержащий большую часть урана) течет в трубопровод нейтрализации кислоты (не показан) для восстановления урана из ретентата 24. CIP установка
[81] Мембраны УФ и НП установок очищаются на месте (CIP) с помощью последовательности промывок и очисток путем циркуляции текучих сред через мембраны. С IP модуль 18 имеет баки и отдельные насосы для промывки и очистки с помощью циркуляции текучих сред на УФ установку 14 и НФ установку 16.
[82] Химический раствор из бака CIP модуля 18 циркулирует через мембранную установку и возвращается в химический бак CIP. Бак CIP для воды и бак CIP для кислоты обеспечивают промывку УФ и НФ установок. Все промывающие и очищающие текучие среды восстанавливаются в баках для повторного использования и/или утилизации.
[83] Теперь будут описаны производительность установки и рабочие параметры установки 10. Ниже перечислены параметры, которые являются ключевыми и были использованы для конструирования установки 10.
Единица измерения
Проект, минимум
Проект, рабочее значение
Проект, максимум
Отстойник 12
Сырье
концентрированного элюата (СЕ)
кл/ч
25.5
УФ обратный поток
кл/ч
УФ установка 14
Сырье
кл/ч
Коэффициент регенерации
Поток
л/м2/ч
Нет данных
Нет данных
НФ установка 16
Сырье
концентрированного элюата (СЕ)
кл/ч
25,5
Объемный
коэффициент
регенерации
Поток
л/м2/ч
[84] Рабочий диапазон мембранной установки механически ограничен потоком и давлением, производными от ограничений мембраны. Установка дополнительно защищена гарантиями работы в механических пределах, установленными блокировками диспетчерского наблюдения и сбора данных (SCADA), если используются ненадлежащие комбинации параметров управления или параметры процесса превышает безопасные пределы.
[85] Модуль мембранной установки сконструирован для работы со своими целевыми конструкционными параметрами, однако эти величины могут быть управляемыми. По мере отхода от проектных параметров управляемость отдельных значений уменьшается (т.е. если можно иметь один параметр на краю его диапазона, просто невозможно достичь всех остальных
параметров без ущерба производительности установки). Кроме того, физические и химические характеристики потока сырья концентрированного элюата (СЕ) в сырьевом потоке 22 имеют существенное влияние на общую производительность установки.
[86] В целом, установка 10 имеет поток сырья концентрированного элюата (СЕ) в сырьевом потоке 22 с расходом от 20 кл/ч до 40 кл/ч, и объемный коэффициент регенерации находится в диапазоне от 55% до 85%. В то время как установка 10 обладает управляемостью в пределах этих диапазонов, существуют ограничения на то, что достижимо гидравлически, с потоком сырья концентрированного элюата (СЕ), оказывающим влияние на рабочий диапазон. Отстойник
Расход подачи сырья на отстойник
[87] Проектный расход потока: 54 кл/ч
[88] Отстойник 12 представляет собой переливной бак и не имеет механических ограничений на выходные и входные потоки, кроме производительности питательного насоса. Сырьевой поток отстойника в сырьевом потоке 22 состоит из имеющего расход 30 кл/ч потока "свежего" сырья концентрированного элюата (СЕ) и имеющего расход обратного потока 24 кл/ч из УФ возвратного бака 38, что в сумме составляет 54 кл/ч. Проектный расход потока 54 кл/ч обеспечивает номинальное время пребывания в отстойнике 12, равное 1 час. Уменьшение потоков увеличивает время пребывания, что улучшает чистоту перетока.
[89] Наличие высоких скоростей подачи или широко варьирующихся скоростей подачи приводит к плохой очистке перелива, в результате повышается нагрузка твердых веществ на УФ установку 14. УФ установка
Общий сырьевой поток УФ установки
[90] Проектный расход потока: 54 кл/ч
[91] Диапазон: 20 кл/ч - 110 кл/ч (ограничен УФ питающим насосом)
[92] УФ установка 14 принимает сырье из отстойника 12. В этом примере осуществления изобретения имеются 32 мембраны, расположенные в параллельной конфигурации. Тип используемой УФ мембраны представляет собой капиллярные PES, такие как INGE dizzer(r) XL 1.5 MB 40, которые соединены трубопроводами с поперечным потоком в обратной конфигурации. При том, что эта проектная величина составляет 54 кл/ч, ее максимальное значение ограничено допустимым перепадом давления на мембране и трансмембранным давлением и/или гидравлической способностью УФ питающего насоса. На основании инструкции по эксплуатации УФ мембраны (максимальный расход потока пермеата 3,2 кл/ч на мембрану) и с 32 уставленными мембранами при коэффициенте регенерации 75%, УФ установка 14 может поддерживать расход сырьевого потока 136 кл/ч. Тем не менее, УФ питающий насос имеет максимальный расход потока ПО кл/ч, и, таким образом, невозможно превысить максимальный расход подачи на мембрану. УФ обратный поток
[93] Проектный расход потока: 24 кл/ч
[94] Диапазон: 15 кл/ч - 55 кл/ч (ограничен УФ обратным насосом) [95] В то время как проектный расход потока в отстойник 12 из УФ обратного насоса составляет 24 кл/ч, этот поток необходимо увеличить, если поток в УФ возвратный бак 38 увеличивается. Увеличение потока в УФ возвратный бак 38 происходит из-за увеличения продолжительности обратного потока, увеличения частоты применения обратного потока, уменьшения коэффициента регенерации УФ установки или увеличения скорости подачи УФ сырья.
УФ рециркуляционный поток
[96] Проектный расход: 250 кл/ч
[97] Диапазон: 0 кл/ч - 500 кл/ч (ограничен УФ рециркуляционным насосом)
[98] Проектный расход рециркуляционного потока согласно вычислениям составляет 250 кл/ч, однако ограничен максимальным перепадом давления (DP) в 150 кПа на мембране. Желательны большие
рециркуляционные потоки, однако чем больше поток, тем выше перепад давления.
[99] Большой перепад давления может привести к тому, что обратное конечное давление УФ мембраны будет ниже, чем давление пермеата, что заставит пермеат менять направление потока на противоположное на той стороне мембраны, которая контактирует с сырьем. Конечный эффект этого состоит в том, что передний конец УФ мембраны работает в режиме перелива, в то время как задний конец УФ мембраны имеет обратный поток (подобно непрерывной обратной промывке). Это приводит к очень низкой производительности мембраны, поскольку передний конец делает всю работу и быстро засоряется.
[100] Таким образом, в то время как высокий циркуляционный поток желателен, чтобы обмывать поверхность УФ мембраны, слишком большой рециркуляционный поток очень вреден. Оптимальный рециркуляционный поток имеет минимальный расход, при котором мембраны эффективно обмываются. Этот параметр требует оптимизации во время ввода в эксплуатацию.
Объемный коэффициент регенерации УФ
[101] Проектное значение: 75% (вариации 70% - 85%) [102] Диапазон: 0% - 100%
[103] Объемный коэффициент регенерации УФ представляет собой соотношение между УФ сырьевым потоком и потоком УФ пермеата, выраженное в процентах. УФ установка 14 рассчитана на работу с коэффициентом регенерации 75%. Работа на более высоких значениях коэффициента регенерации приведет к увеличению потребности очистки мембраны (повышенная частота применения обратного потока, повышенная продолжительность применения обратного потока и более частое обращение CIP). Хотя имеется оптимальная рабочая точка, механически установка не ограничена ниже проектного коэффициента регенерации.
[104] При коэффициенте регенерации 100% установка 14 достигает максимального потока пермеата из имеющегося сырьевого потока, и это
желательно в идеале. Тем не менее, это практически недостижимо, так как нет дренажного потока для взвешенных твердых веществ, которые удаляются. При этом промежуток времени применения обратного потока становится единственным временем, когда захваченные твердые вещества удаляются из мембраны и, таким образом, частота применения обратного потока и продолжительность, как правило, значительно увеличиваются, при этом общая производительность фактически уменьшается.
[105] В то время как коэффициент регенерации 100% теоретически возможен, если доля взвешенных твердых частиц является очень низкой, то маловероятно, что эта ра.бочая точка будет являться практичной с сырьевым потоком для большинства^ процессов извлечения металла.
УФ поток (поток пермеата)
[106] Проектная производительность: 33 л/м2/ч [107] Диапазон: 10 л/м2/ч - 40 л/м2/ч
[108] Проектный поток УФ установки 14 была основан на экспериментальных исследованиях, и было использовано консервативное значение в л/м /ч. Поток чистой воды 80 л/м /ч определяется производителем мембраны. Содержание твердых частиц в сырьевом потоке из УФ сырьевого бака 30, а также возраст и состояние УФ мембраны определяет, какой поток можно получить. Поток, не превышающий 40 л/м2/ч, считается максимально практичным с минимальным увеличением требований очистки. Работа при более высоких значениях коэффициента регенерации приведет к увеличению потребностей очистки мембраны (повышенной частоты применения обратного потока, повышенной продолжительности применения обратного потока и более частой обработки CIP). Максимальный поток УФ установки 14 намного превышает максимальный расход подачи НФ установки 16. На практике необходимый УФ поток определяется тем, какой расход подачи сырья требуется для работы НФ установки 16. Давление и поток УФ обратной промывки
[109] Проектные значения: 150 кл/ч, 150 кПа
[110] Максимум: 350 кл/ч, 300 кПа
[111] Проектный расход обратного потока составляет 150 кл/ч для очистки УФ мембраны, однако фактически ограничен максимальным трансмембранным давлением (ТМР) 300 кПа. Это является "жестким" лимитом и превышение этого параметра TMPL, скорее всего, приведет к повреждению УФ мембрана из-за чрезмерного давления в результате распада капилляров мембраны.
НФ установка
[112] Конструкция НФ установки 16 была основана на экспериментальных испытаниях с одним существенным конструктивным параметром, который заключается в 99% извлечении урана в регенерированной кислоте 20 при температуре около 35 0 С. В то время как выбранные НФ мембраны достигли этого критерия извлечения, они имеют относительно небольшой срок службы мембраны. Мембраны с увеличенным сроком службы имеют более низкое извлечение урана, соответственно, они не были выбраны изначально.
[113] В этом примере осуществления изобретения НФ установка сконфигурирована в виде сужающегося массива с четырьмя последовательными ступенями. Каждая из ступеней 1, 2 и 3 имеет соответственно по 4, 3 и 2 корпуса НФ мембран, размещенных параллельно, а четвертая ступень имеет один корпус НФ мембраны. Каждая из ступеней находится в поперечно-поточной конфигурации с ретентатом ступени 4, который является ретентатом НФ установки. Ретентат каждой из предыдущих ступеней подается на последующую ступень. Пермеаты каждой ступени собирают в общем коллекторе в качестве пермеата НФ установки. Как следствие последовательной конфигурации ступеней, концентрация кислоты в пермеате на каждой ступени изменяется. В этом случае концентрация кислоты в пермеате увеличивается за счет соразмерности с молекулами воды, и молекулы кислоты протачиваются через НФ мембрану. Это обеспечивает выбор различных видов нанофильтрационных мембран для каждой отдельной
ступени. В частности, мембраны, которые являются более устойчивыми к кислотам, могут быть выбраны для ступеней с более высокой кислотностью, даже если было бы обнаружено, что извлечение урана ими не так хорошо, как у менее кислотостойких мембран. Тип мембраны, используемой на каждой ступени в этой конфигурации - мембраны BMS ARU-24. Сырьевой поток НФ установки
[114] Проектный расход потока: 30 кл/ч (25,5 кл/ч - 35 кл/ч) [115] Диапазон: 20 кл/ч - 40 кл/ч
[116] Конструкция НФ установки 16 имеет номинальный расход подачи сырья 30 кл/ч и проектный максимум 35 кл/ч. Максимальный 10 кл/ч и минимальный 4 кл/ч сырьевой поток подается на единый корпус НФ мембраны, чтобы максимальный перепад давления не был превышен, и минимальный поперечный поток поддерживался. Сырьевой поток из НФ сырьевого бака 36 не должен изменяться независимо от какого-либо потока или коэффициента регенерации. Максимальный расход сырьевого потока 40 кл/ч требует объемного коэффициента регенерации 83%, чтобы перепад давления на мембране не превысил предела. Если максимальный сырьевой поток осуществляется со слишком низким объемным коэффициентом регенерации, сужающаяся конструкция массива мембраны приведет к тому, что перепад давления на ступени 4 мембраны будет превышен (слишком большой входной поток и недостаточный выходной поток пермеата). Поскольку ущерб мембране может быть нанесен при больших перепадах давления, перепад давления контролируется, и произойдет включение НФ насосов, если величина рабочего давления будет превышена. Поток НФ установки
[117] Проектное значение: 100% поток НФ пермеата (13/10/8/4 л/м2/ч для ступеней 1-4 соответственно).
[118] Диапазон: 65% - 150% поток НФ пермеата (8/7/5/3 л/м2/ч -20/15/12/6 л/м2/ч для ступеней 1-4 соответственно).
[119] НФ установка 16 была разработана для номинального потока 13, 10, 8 и 4 л/м2/ч для ступеней 1, 2, 3 и 4 соответственно. Тем не менее, эти
параметры могут быть скорректированы при изменении условий текучей среды и изменении требований к установке. Поток из НФ установки 16 регулируется в целом без изменения соотношения потоков между ступенями.
[120] Поток зависит от приложенного давления, расхода сырьевого потока, состава сырья и объемного коэффициента регенерации. Слишком большой поток может привести к загрязнению мембраны и вызвать уменьшение потока. Баланс между потоком, сырьевым потоком и объемным коэффициентом регенерации требуется такой, чтобы максимальный перепад давления не был превышен, а минимальный расход сырьевого потока поддерживался на уровне 4 кл/ч для каждой мембраны.
[121] На поток влияет состав сырьевого потока из НФ сырьевого бака 36. Чем больше концентрация, чем выше осмотическое давление, что потребует более высокого давления подачи, чтобы поддерживать поток. Большой поток достигается при высоких расходах подачи (и рабочем давлении), в то время как небольшой поток достигается при низких расходах подачи (и низком рабочей давлении). Невозможно иметь большой поток с низким расходом подачи и наоборот. Объемный коэффициент регенерации на НФ установке
[122] Проектное значение: 70% (65% - 85%) [123] Диапазон: 55% - 85%
[124] Объемный коэффициент регенерации НФ представляет собой соотношение между НФ сырьевым потоком и НФ пермеатом, выраженное в процентах. Объемный коэффициент регенерации НФ установки 16 представляет собой конструктивный параметр, который привязан к сужению массива НФ мембраны. Конструкция НФ установки имеет один сырьевой поток (из НФ сырьевого бака 36) и два выпускных поток (поток чистой кислоты 20 и концентрированный поток урана 24). Объемный коэффициент регенерации будет ограничен как из-за механических ограничений, так и из-за сырьевого потока.
[125] Работа за пределами диапазона объемного коэффициента регенерации приводит к превышению минимального и максимального
диапазонов потока для корпусов мембран, что негативно влияет на целостность
и производительность мембран.
Коэффициент регенерации кислоты на НФ установке
[126] Проектное значение: 63% (57% - 80%) [127] Диапазон: 48% - 80%
[128] Коэффициент регенерации кислоты на НФ установке представляет собой процент кислоты в НФ сырьевом потоке по отношению к НФ пермеату. Коэффициент регенерации кислоты на НФ установке 16 представляет собой функцию объемного коэффициента регенерации и производительности мембраны.
[129] Производительность мембраны зависит от типа мембраны, который может быть оптимизирован путем использования различных типов мембран.
НФ давление подачи сырья
[130] Проектное значение: 2,700 кПа [131] Диапазон: 1,500-7,000 кПа
[132] Давление подачи в конструкции НФ установки 16 основывается на осмотическом давлении питающей НФ текучей среды (количественно установленном в ходе пилотных испытаний), ограничений НФ мембраны и объемном коэффициента регенерации на НФ установке. Осмотическое давление зависит от состава питающей НФ текучей среды. Требования к давлению подачи является относительно независимым от расхода подачи сырья, хотя потери давления из-за потока действительно должны быть приняты во внимание.
[133] Понятно, что эти разнообразные примеры осуществления способа регенерации кислоты или основания и примеры регенерирующего устройства для кислоты или основания согласно настоящему изобретению, могут иметь множество преимуществ. Эти преимущества могут включать в себя одно или более из нижеследующего:
• Меньшие требования к веществам для нейтрализации кислоты или
основания
• Меньшие требования к реагентам кислоты или основания
• Снижение потерь ценного урана
• Создание более концентрированного уранового потока
• Уменьшение требуемого размера расположенного ниже по потоку технологического оборудования.
[134] Понятно, что специалистами в данной области техники изобретения могут быть сделаны многие модификации в пределах объема и концепции изобретения.
[135] Следует понимать, что любая из упоминаемых здесь публикаций предшествующего уровня техники не является признанием того, что публикация образует часть общеизвестных знаний в данной области.
[136] В формуле изобретения и в предшествующем описании изобретения, за исключением случаев, когда контекст требует иного для языковой выразительности или необходимого смысла, слово "содержат" или вариации, такие как "содержит" или "содержащий", используется в инклюзивном смысле, т.е. для определения наличия указанных элементов, по не исключает наличия или добавления признаков в различные примеры осуществленияв изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ (для рассмотрения на регионально фазе)
1. Способ регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла, при этом способ включает в себя:
обеспечение контакта сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл, с ультрафильтрационной мембраной для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата; и
обеспечение контакта потока ультрафильтрационного пермеата с нанофильтрационной мембраной для получения нанофильтрационного ретентата, содержащего большую часть металла из сырьевого потока, и нанофильтрационного пермеата, содержащего большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
2. Способ по п. 1, включающий в себя повторное использование, по меньшей мере, части кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата на входном этапе процесса извлечения металла.
3. Способ по п. 1 или п. 2, в котором сырьевой поток представляет собой
элюат.
4. Способ по п. 3, в котором элюат образуют путем пропускания кислоты или основания через контактный фильтр, содержащий металл.
5. Способ по п. 4, в котором кислота или основание, проходящая/ее через контактный фильтр, насыщенный металлом, содержит кислоту или основание из нанофильтрационного пермеата.
6. Способ по п. 1, в котором кислоту или основание выбирают из группы, состоящей из серной кислоты, азотной кислоты, хлористоводородной кислоты, фосфорной кислоты, карбоната натрия, бикарбоната натрия и гидроксида натрия.
4.
7. Способ по п. 1, в котором металл выбирают из группы, состоящей из
урана, никеля, меди, цинка, золота, серебра, металлов платиновой группы,
редкоземельных элементов, ванадия, тантала, ниобия и вольфрама.
8. Способ по п, 1, в котором сырьевой поток направляют на
ультрафильтрационную мембрану, при этом любой накапливающийся на
ультрафильтрационной мембране материал постоянно счищают с
ультрафильтрационной мембраны сырьевым потоком.
9. Способ по п. 8, в котором сырьевой поток направляют на ультрафильтрационную мембрану под тупым углом.
10. Способ по п. 1, в котором ультрафильтрационный пермеат направляют на нанофильтрационную мембрану, при этом любой накапливающийся на нанофильтрационной мембране материал постоянно счищают с нанофильтрационной мембраны ультрафильтрационным пермеатом.
11. Способ по п. 10, в котором ультрафильтрационный пермеат направляют на нанофильтрационную мембрану под тупым углом или в направлении, по существ)', параллельном мембране.
12. Способ по п. 1, дополнительно содержащий периодическую промывку ультрафильтрационной мембраны и нанофильтрационной мембраны.
13. Способ по п. 12, в котором ультрафильтрационную мембрану и нанофильтрационную мембрану промывают с использованием текучей среды для очистки мембраны.
14. Способ по п. 1, в котором ультрафильтрационная мембрана является одной из множества параллельных ультрафильтрационных мембран, при этом каждая мембрана принимает сырьевой поток под давлением в диапазоне 50 кПа - 700 кПа, при расходе потока в диапазоне 0.5 кл/ч - 1.5 кл/ч при температуре в диапазоне 30°С - 50°С, и каждая мембрана сконфигурирована
8.
для получения потока в диапазоне 20 л/м2/ч - 40 л/м2/ч и расходе потока пермеата в диапазоне 0.5 кл/ч - 1.5 кл/ч.
15. Способ по п. 14, в котором множество ультрафильтрационных мембран расположено в параллельной конфигурации.
16. Способ по п. ], в котором нанофильтрационная мембрана является одной из множества нанофильтрационных мембран, при этом каждая мембрана принимает сырьевой поток при расходе потока в диапазоне 5 кл/ч - 10 кл/ч при температуре в диапазоне 30°С - 50°С, и каждая мембрана выполнена с возможностью получения потока в диапазоне 5 м2/ч - 20 л/м2/ч, перепаде давления на мембране 10 кПа - 30 кПа.
17. Способ по п. 16, в котором нанофильтрационные мембраны выполнены в конфигурации сужающегося массива.
18. Способ по п. 1, в котором при контакте сырьевого потока с ультрафильтрационной мембраной выполняют разделение сырьевого потока для обеспечения контакта с множеством ультрафильтрационных мембран.
19. Способ по п. 1, в котором при контакте ультрафильтрациоппого пермеата с нанофильтрационной мембраной выполняют разделение ультрафильтрационного пермеата для обеспечения контакта с множеством нанофильтрационных мембран.
20. Способ по п. 1, в котором, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного ретентата оставляют для использования на входном этапе процесса извлечения металла.
21. Способ по п. 1, в котором, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата оставляют для использования на входном этапе процесса извлечения металла.
22. Способ по п. 21, в котором, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата направляют обратно на ультрафильтрационную мембрану.
20.
23. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя удаление крупнозернистых твердых частиц из сырьевого потока до прохождения сырьевого потока через ультрафильтрационную мембрану.
24. Способ по п. 23, в котором крупнозернистые твердые частицы удаляют в устройстве уда ления твердых частиц.
25. Способ по и. 23, в котором ультрафильтрационный ретентат повторно перерабатывают в сырьевой поток в устройстве удаления твердых частиц.
26. Регенерирующее устройство для регенерации кислоты или основания в процессе извлечения металла, при этом устройство содержит:
ультрафильтрационную мембрану, выполненную для приема сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл, для получения ультрафильтрационного ретентата и ультрафильтрационного пермеата; и
нанофильтрационную мембрану, выполненную для приема ультрафильтрационного пермеата, для получения нанофильтрационного ретентата, содержащего большую часть металла из сырьевого потока, и нанофильтрационного пермеата, содержащего большую часть кислоты или основания из сырьевого потока.
27. Регенерирующее устройство по п. 26, дополнительно содержащее трубопровод обратной связи для кислоты или основания, через который, по меньшей мере, часть кислоты или основания из нанофильтрационного пермеата перенаправляют на входной этап процесса извлечения металла.
28. Регенерирующее устройство по п. 26, дополнительно содержащее трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного ретентата, через который, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного ретентата перенаправляют на входной этап процесса извлечения металла.
29. Регенерирующее устройство по п. 26, дополнительно содержащее трубопровод обратной связи для ультрафильтрационного пермеата, через
27.
который, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата перенаправляют на входной этап процесса извлечения металла.
30. Регенерирующее устройство по п. 29, в котором по трубопроводу обратной связи для ультрафильтрационного пермеата направляют, по меньшей мере, часть ультрафильтрационного пермеата обратно на ультрафильтрационную мембрану.
31. Регенерирующее устройство по п. 26, в котором сырьевой поток направляют на ультрафильтрационную мембрану, при этом любой накапливающийся на ультрафильтрационной мембране материал постоянно счищают с ультрафильтрационной мембраны сырьевым потоком.
32. Регенерирующее устройство по п. 26, в котором
ультрафильтрационный пермеат направляют на нанофильтрационную
мембрану, при этом любой накапливающийся на нанофильтрационной
мембране материал постоянно счищают с нанофильтрационной мембраны
ультрафильтрационным пермеатом.
33. Регенерирующее устройство по п. 26, дополнительно содержащее очиститель для промывки ультрафильтрационной мембраны и нанофильтрационной мембраны.
34. Регенерирующее устройство по п. 26, содержащее множество ультрафильтрационных мембран, выполненных для приема сырьевого потока, содержащего кислоту или основание и металл.
35. Регенерирующее устройство по п. 26, содержащий множество нанофильтрационных мембран, выполненных для приема ультрафильтрационного пермеата.
36. Регенерирующее устройство по п. 35, в котором множество нанофильтрационных мембран сконфигурировано в виде сужающегося массива.
33.
37. Регенерирующее устройство по п. 26, дополнительно содержащее устройство удаления твердых частиц для удаления крупнозернистых твердых частиц из сырьевого потока до того, как сырьевой поток поступит на ультрафильтрационную мембрану.
38. Регенерирующее устройство по п. 37, в котором устройство удаления твердых частиц представляет собой очистительную установку, отстойник, фильтр или центрифугу.
39. Регенерирующее устройство по п. 37, содержащее трубопровод для подачи, по меньшей мере, части ультрафильтрационного ретентата на устройство удаления твердых частиц.
40. Регенерирующее устройство по п. 26, в котором
ультрафильтрационная мембрана или ультрафильтрационные мембраны
выполнена/выполнены в виде дискретного элемента, содержащего входной
трубопровод для сырьевого потока, выходной трубопровод для
ультрафильтрационного ретентата и выходной трубопровод для
ультрафильтрационного пермеата.
41. Регенерирующее устройство по п. 26, в котором нанофильтрационная
мембрана или нанофильтрационные мембраны выполнена/выполнены в виде
дискретного элемента, содержащего входной трубопровод для
ультрафильтрационного пермеата, выходной трубопровод для
нанофильтрационного ретентата и выходной трубопровод для
нанофильтрационного пермеата.
(19)
