2.3 Аппараты периодического действия – сорбционные фильтры
В аппаратах периодического действия раствор движется (фильтруется) через неподвижный слой или взвешенный слой сорбента до проскока или до насыщения сорбента. После насыщения сорбента обычно в одном аппарате проводят последовательно операции промывки, десорбции, регенерации чередуются. Смола при этом находится в одном и том же аппарате.
Сорбционные фильтры (рис.1) – одни из самых распространенных аппаратов в ионообменной сорбционной технологии. В гидрометаллургии данные аппараты применяются для извлечения незначительных количеств целевых металлов из осветленных растворов (например, извлечение урана из бедных, чистых растворов может проводиться как периодически, так и непрерывно). Сорбционные фильтры не применяют для переработки растворов, содержащих взвеси.
Конструкция:
Сорбционные фильтры – аппараты колонного типа с неподвижным слоем сорбента диаметром от 0,3 – 5м, имеющие отношение высоты к диаметру 1:1 для водоочистки и 20:1 – в технологии РЗЭ.
Фильтры имеют одно, два и более дренажных устройств для подачи и слива реагентов. Дренажные устройства должны обеспечить равномерную подачу и вывод реагентов без уноса сорбента. Между сорбентом и нижним дренажным устройством иногда укладывают поддерживающий слой для смолы, например, слой гравия и затем песка. Высота поддерживающего слоя обычно составляет 300 – 400 мм.
Рис 1. Ионообменная колонна периодического действия
В качестве дренажного устройства используют пористые плиты из двух перфорированных дисков, между которыми зажимается фильтроткань, а также систему труб с отверстиями.
Под основной системой дренажа часто размещают трубчатые системы для вывода раствора из аппарата, для подачи промывного раствора и воздуха, используемого для взрыхления сорбента.
Обычно сорбционные фильтры заполняют смолой на 50 – 80 % объема колонны с учетом расширения слоя при набухании, при взрыхлении смолы во время промывки (регенерации) и размещения верхнего распределительного устройства.
Колонна оборудуется коллекторами для подачи и вывода элюирующей и промывной жидкостей, трубопроводами и сборниками для всех растворов.
Наиболее распространена подача раствора напором сверху вниз для увеличения производительности колонн, что обеспечивает скорость движения раствора до 150 м/ч.
Принцип действия:
В нижней части колонны в гравийной насыпке находится кольцо из перфорированной трубы, через которую отводится обедненный раствор к следующей колонне или на сброс, товарный регенерат, а также подводится вода для промывки смолы от исходного раствора перед регенерацией ее. На гравий насыпается слой ионита. В верхней части колонны имеется распределительное устройство для подачи исходного раствора, регенерирующего раствора, а также для отвода воды обратной промывки. Несколько таких колонн объединяются в цикл с кольцевой обвязкой трубопроводов (на нашем рисунке цикл состоит из 4 колонн). Когда раствор пропускается последовательно через 1,2 и 3 колонны, 4-я колонна находится на регенерации смолы. Перед наступлением проскока урана из 3-й колонны исходный раствор перемещается на 2-ю колонну, за 3-й колонной подключается 4-я со свежерегенерированной смолой, а 1-я колонна ставится на регенерацию.
Преимущества:
- просты по конструкции,
- обладают сравнительно высокой эффективностью и производительностью.
Недостатки:
- большой объём аппаратов и загрузки сорбента, задерживание в аппарате насыщенных слоев смолы, а значит, как следствие – значительный расход реагентов,
- необходимость подвода к каждому аппарату большого числа коммуникаций с запорной арматурой,
- высокие требования к надёжности арматуры,
- сложность автоматизации,
- колонна может работать только на растворах и не годится для переработки пульп,
- периодичность процесса, необходимость проведения соответствующих переключений потоков, которые производятся тем чаще, чем выше солесодержание перерабатываемых растворов.