ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ СПОСОБ С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ НАНОФИЛЬТРАЦИИ
HYDROMETALLURGICAL METHOD USING MULTI-STAGE NANOFILTRATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к гидрометаллургическим способам, в которых применяют выщелачивание с применением выщелачивающего средства для извлечения ценных металлов из руды и отходов. В частности, оно относится к улучшению таких способов посредством надлежащего применения нанофильтрации.
Предпосылки изобретения
Гидрометаллургические способы широко применяются для получения ценных недрагоценных металлов, а также других металлов из руд и отходов, содержащих такие металлы. Как правило, в таких способах включены несколько основных операций. Сначала проводят выщелачивание дробленой руды или отходов с применением выщелачивающего средства (например, с применением водного кислого раствора, такого как раствор серной кислоты) с растворением содержимого на основе металла из дробленой руды или отходов и получением щелока от выщелачивания, содержащего желаемый металл или металлы. Разумеется, щелок от выщелачивания, как правило, также содержит нежелательную жидкость и твердые примеси, которые при необходимости удаляют. Кроме того, щелок от выщелачивания, как правило, является достаточно разбавленным. Таким образом, операции концентрирования и очистки раствора проводят с получением более концентрированного очищенного раствора, известного в данной области техники как поток богатого раствора. После чего в конце проводят операции для выделения желаемых металлов из потока богатого раствора.
Для такой гидрометаллургической обработки могут рассматриваться различные выщелачивающее средства, при этом выбор зависит от металла, подлежащего извлечению, а также типа руды или включенных отходов. Водные растворы кислот являются, пожалуй, наиболее часто используемыми в качестве выщелачивающих средств и включают растворы таких кислот, как серная кислота, хлористоводородная кислота и азотная кислота. Кроме того, обычно рассматривают различные конфигурации с целью осуществления процесса выщелачивания, включая конфигурации кучного выщелачивания, выщелачивания из отвалов, выщелачивания в чанах и подземного выщелачивания.
Химизмы и оборудование, включенные в операции концентрирования и очистки раствора, также могут быть весьма разнообразными и зависят от металлов и руды или включенных отходов. Однако часто используют стадию извлечения растворителем, на которой органический растворитель применяют для избирательного извлечения содержимого на основе желаемого металла из щелока от выщелачивания с примесями в органическую фазу. За ней следует отделение содержимого на основе желаемого металла от органической фазы с применением сильной кислоты с получением потока богатого раствора, который представляет собой сильный электролит или концентрированный раствор металла. Также в результате стадии извлечения растворителем получают поток рафината или поток отходов, который представляет собой водный раствор с низким содержанием металла, со значительной величиной остаточной кислотности и следовыми количествами органических веществ. Обычно поток рафината делят на две части, из которых одну часть рециркулируют в контуре выщелачивания, а остальную часть отправляют на нейтрализацию, при которой ее обрабатывают известью для нейтрализации кислотности и для осаждения содержимого на основе металла перед отводом в виде стока с целью соответствия нормативным требованиям по охране окружающей среды.
С помощью операций выделения металла отделяют желаемые металлы от концентрированного потока богатого раствора. Типовые способы выделения металла включают электролитическую обработку (например, “электровыделение” или “электролитическую очистку”), химическое осаждение и косвенное восстановление. В операциях, включающих электролитическую обработку, поток богатого раствора служит в качестве электролита при электролизе с применением ассоциированного электролита. Однако, как правило, существует необходимость непрерывного слива части остатка в цеху электролиза в виде “отработанного электролита” с целью предупреждения избыточного электролитического осаждения загрязняющих примесей, переносимых из первичного щелока от выщелачивания, и поддержания чистоты продукта на основе регенерированного металла. Данный сливной поток обычно “утилизируют” несколькими способами: (i) добавляют в исходное сырье контура извлечения растворителем, в котором выделяют желаемый металл, и снова отправляют обратно на операцию электролиза; (ii) непосредственно возвращают в контур выщелачивания и циклически возвращают через еще более длинный путь и/или (iii) отправляют в качестве промывочного потока для выделения металла и нейтрализации кислоты перед утилизацией в качестве стока.
Таким образом, имеют место два основных потока стоков, которые, как правило, образуются в гидрометаллургических способах, которые подлежат контролю надлежащим образом. Таковые представляют собой отработанный поток электролита в способах, включающих электролитическую обработку, и поток рафината в способах, включающих извлечение растворителем. Несмотря на то, что обычная химическая обработка (известью) потока рафината соответствует нормам по охране окружающей среды, она, к сожалению, включает ряд сложных стадий осаждения и разделения, которые являются не только дорогостоящими для установки и эксплуатации, но также в ходе их осуществления образуется большое количество гипсовых твердых веществ, которые часто классифицируют как опасные материалы вследствие содержания в них тяжелых металлов и которые, таким образом, должны быть надлежащим образом утилизированы. Кроме того, несмотря на то, что содержание кислоты в рафинате теряется, вместо этого ее выделяют. Что касается отработанных потоков электролита, их рециркуляция по всему или по большей части контура выщелачивания, вероятно, может перегружать контур и отрицательно влиять на общую эффективность выщелачивания вследствие высокой концентрации в них кислоты и металла. Кроме того, отправление их на полную или большую часть операции отделения в контуре извлечения растворителем может также влиять на эффективность отделения, а также увеличивать требуемую производительность всего контура извлечения растворителем. При этом очистка бокового потока отработанного электролита для выделения металлов и способов нейтрализации будет повышать потери кислоты, а также расход извести. Следовательно, существует необходимость в улучшенной переработке таких потоков стоков в гидрометаллургических способах. Настоящее изобретение удовлетворяет данному требованию и предусматривает другие преимущества, описанные ниже.
Нанофильтрация представляет собой пример мембранного процесса разделения под давлением, при котором органические молекулы или неорганические ионные растворенные вещества в водных растворах концентрируют или разделяют в различной степени посредством приложения положительного осмотического давления к одной стороне фильтрующей мембраны. В таком мембранном процессе разделения под давлением используют режим поперечного потока операции, при котором только часть раствора сырьевого потока собирают в виде раствора пермеата, а остальную часть собирают в виде раствора ретентата. Таким образом, в узле нанофильтрации выходящий технологический поток, который не пропускали через мембрану для нанофильтрации, называют потоком "ретентата", а выходящий технологический поток, который пропускали через мембрану, называют потоком "пермеата".
4
2-
-
2+
+
Мембраны для NF отбрасывают ионные частицы согласно плотности заряда ионов и поверхностным зарядам мембраны. Соответственно, двухвалентные анионы, такие как SO, отбрасываются сильнее, чем одновалентные анионы, такие как Cl, а двухвалентные катионы, такие как Cu, отбрасываются сильнее, чем одновалентные катионы, такие как Na. И поэтому, нанофильтрация может быть особенно подходящей для способов, в которых необходимо отделение многовалентных анионов от одновалентных анионов.
Коммерческие мембраны для NF являются доступными от известных поставщиков обратноосмотических и других мембран для разделения под давлением. Мембраны для NF, как правило, упаковывают в виде мембранных модулей. Так называемый модуль "со спиральной навивкой" является наиболее популярным, но также известны другие конструкции мембранного модуля, такие как трубчатые мембраны, заключенные в оболочку, или пластинчатого и рамного типа.
2
4
В ходе процесса NF должно прикладываться минимальное давление, равное разности осмотического давления между щелочным раствором сырья/ретентата с одной стороны, и щелочным раствором пермеата с другой стороны мембраны, поскольку осмотическое давление представляет собой функцию ионной силы из двух потоков. В случае отделения многовалентного растворенного вещества, например, NaSO, от одновалентного вещества, например, NaCl, разность осмотического давления уменьшается посредством низкого отбрасывания NaCl. Обычно давление в избытке разности осмотического давления используют для достижения практичного расхода пермеата.
Краткое описание
Применение множества подсистем нанофильтрации, которые были выполнены в соответствии с настоящим изобретением, может обеспечить более высокую степень выделения выщелачивающего средства из концентрированного потока отходов в гидрометаллургическом способе. Это достигается разбавлением концентрированного потока, подаваемого в одну подсистему нанофильтрации в способе, с применением разбавленного пермеата из другой подсистемы нанофильтрации. Настоящее изобретение может применяться для выделения большего количества кислоты в гидрометаллургических способах, включающих кислотное выщелачивание, или, например, для выделения большего количества карбоната натрия в некоторых способах, включающих щелочное выщелачивание. Дополнительные преимущества включают возможные снижения количества требуемых сырьевых материалов, полученного стока, уменьшение размера установки и снижение общей стоимости.
В гидрометаллургическом способе требуется по меньшей мере две подсистемы нанофильтрации, при этом рафинат из процесса извлечения растворителем обрабатывают в первой подсистеме нанофильтрации, после чего пермеат из нее объединяют с потоком богатого раствора и обрабатывают во второй подсистеме нанофильтрации. Конкретно, способ предназначен для извлечения ценного металла из материала, например, руды или отходов, и включает обычные стадии выщелачивания материала с помощью выщелачивающего средства с получением щелока от выщелачивания на основе металла и примесных твердых веществ, концентрирования и очистки щелока от выщелачивания с получением потока богатого раствора, при котором стадия концентрирования и очистки щелока от выщелачивания включает извлечение растворителем щелока от выщелачивания с получением богатого металлом органического раствора и бедного металлом рафината, а затем выделение металла из потока богатого раствора. Однако, кроме того, гидрометаллургический способ включает направление по меньшей мере части рафината после извлечения растворителем во входное отверстие первой подсистемы нанофильтрации с получением первого потока ретентата и первого потока пермеата, затем объединение первого потока пермеата из первой подсистемы нанофильтрации с потоком богатого раствора, полученным перед или после выделения металла из него, направление по меньшей мере части объединенного первого потока пермеата и потока богатого раствора во входное отверстие второй подсистемы нанофильтрации с получением второго потока ретентата и второго потока пермеата, а также применение второго потока пермеата либо на стадиях выщелачивания, либо концентрирования и очистки щелока от выщелачивания.
Способ по настоящему изобретению подходит для операций, при которых выщелачивающее средство представляет собой водный раствор кислоты. Он также подходит для извлечения металлов, включая без ограничения какой-либо недрагоценный металл или комбинацию недрагоценных металлов, таких как медь, никель, кобальт, цинк, железо, свинец, уран и радий.
Несмотря на то что первый поток пермеата применяют для разбавления потока богатого раствора, первый поток ретентата может быть нейтрализован (например, если он кислотный, известью), а содержимое на основе металла осаждено для выделения, после чего поток может быть выгружен в качестве стока.
Один предпочтительный вариант осуществления относится к способу извлечения урана из руды с применением серной кислоты, при котором операция выделения металла включает химическое осаждение. В данном случае гидрометаллургический способ включает противоточную декантацию щелока от выщелачивания и примесных твердых веществ с помощью смеси для противоточной декантации, содержащей серную кислоту и воду, для удаления твердых веществ. Первый поток пермеата из первой подсистемы нанофильтрации затем объединяют с потоком богатого раствора, полученного перед операцией выделения металла. Второй поток пермеата используют в смеси для противоточной декантации. А также из потока ретентата из второй подсистемы нанофильтрации химически осаждают уран, таким образом, уран выделяют и очищают.
Второй предпочтительный вариант осуществления относится к общему способу, при котором операция выделения металла включает электролитическую обработку (например, электровыделение или электролитическую очистку). В данном случае гидрометаллургический способ включает объединение первого потока пермеата из первой подсистемы нанофильтрации с потоком богатого раствора, полученным после операции выделения металла. Второй поток ретентата объединяют с щелоком от выщелачивания перед стадией концентрирования и очистки щелока от выщелачивания. А также объединяют второй поток пермеата с водным раствором кислоты на стадии выщелачивания.
Настоящее изобретение включает оба вышеуказанных гидрометаллургических способа наряду с системами, выполненными соответствующим образом для осуществления таких способов.
Краткое описание графических материалов
На фигуре 1 показана упрощенная схема типового гидрометаллургического способа извлечения урана из руды из предшествующего уровня техники.
На фигуре 2 показана упрощенная схема гидрометаллургического способа по настоящему изобретению для извлечения урана из руды.
На фигуре 2a показана упрощенная схема второй подсистемы нанофильтрации, содержащей множество узлов нанофильтрации для применения на стадии второй нанофильтрации гидрометаллургического способа из фигуры 2.
На фигуре 2b показана упрощенная схема сложной подсистемы нанофильтрации, содержащей множество узлов нанофильтрации для применения во второй подсистеме нанофильтрации из фигуры 2a.
На фигуре 2c показана упрощенная схема части гидрометаллургического способа из фигуры 2, включающего необязательную дополнительную стадию концентрирования пермеата из второй подсистемы нанофильтрации.
На фигуре 3 показана упрощенная схема типового гидрометаллургического способа из предшествующего уровня техники, который включает выделение металла посредством электровыделения.
На фигуре 4a показана упрощенная схема гидрометаллургического способа по настоящему изобретению, который включает выделение металла посредством электровыделения.
На фигуре 4b показана упрощенная схема альтернативного гидрометаллургического способа по настоящему изобретению, который включает выделение металла посредством электровыделения.
Подробное описание изобретения
Если контекст не предусматривает иного, по всему данному описанию и формуле изобретения слова "содержать", “содержащий” и т. п. следует толковать в открытом, включающем смысле. Формы слов в единственном числе следует рассматривать как означающие по меньшей мере один и не ограничивающиеся только одним. В частности, при применении в ссылках на различные потоки или рафинаты в данном документе формы слова в единственном числе и т. п. следует рассматривать как означающие по меньшей мере одну часть такого потока или рафината и не ограничивающиеся только одной такой частью. Таким образом, конкретно, фразы “рафинат”, “первый поток пермеата” и “поток богатого раствора”, например, следует толковать как “по меньшей мере одна часть рафината”, “по меньшей мере одна часть первого потока пермеата” и “по меньшей мере одна часть потока богатого раствора”, соответственно.
В данном документе “поток богатого раствора” относится к технологическому потоку в гидрометаллургическом способе после операций концентрирования раствора и очистки.
“Электролитическая обработка” предназначена для включения каких-либо способов выделения металлов, включающих электролиз, в том числе, например, электровыделение и электролитическую очистку.
Дополнительно, “поток богатого раствора после выделения металла из него” относится к также широко известному отработанному электролиту после электролитической обработки.
В отношении нанофильтрации, как правило, “сырьевой поток” относится к раствору, который будет подвергаться нанофильтрации и который подают в узел нанофильтрации. “Поток ретентата” относится к технологическому потоку, выходящему из узла нанофильтрации, который не прошел через мембрану для нанофильтрации. При этом “поток пермеата” относится к технологическому потоку, выходящему из узла нанофильтрации, который прошел через мембрану для нанофильтрации. “Узел нанофильтрации” представляет собой независимый компонент, содержащий одну или несколько мембран для нанофильтрации и патрубки для таких потоков сырья, пермеата и ретентата.
Кроме того, в наборах нанофильтрации, содержащих несколько узлов нанофильтрации, считается, что несколько узлов относятся к одной “ступени”, если в них параллельно подают общий сырьевой поток. Набор считается “многоступенчатым”, если поток ретентата из узла выше по потоку подают в качестве сырьевого потока для другого узла ниже по потоку. Число ступеней в таком наборе задают числом узлов, соединенных в ряд таким образом (то есть соединенных так, что поток ретентата из узла выше по потоку в ряду подают в качестве сырьевого потока в узел ниже по потоку в ряду). Набор считается “многопроходным”, если поток пермеата из узла выше по потоку подают в качестве сырьевого потока для другого узла. Число проходов в таком наборе задают числом узлов, соединенных в ряд таким образом (то есть поток пермеата из узла выше по потоку в ряду подают в качестве сырьевого потока в узел ниже по потоку в ряду). Однако можно создавать более сложные наборы, в которых встроены элементы обеих таких конфигураций.
Следующее описание иллюстрирует несколько альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения. Первый включает выделение выщелачивающего средства (в данном случае кислоты) и воды из потока отходов на основе рафината, вытекающего со стадии извлечения растворителем, и затем применение данного разбавленного водного раствора кислоты в качестве разбавителя для выделения дополнительного содержимого на основе кислоты из потока богатого раствора. Другой вариант осуществления также включает выделение выщелачивающего средства на основе кислоты и воды из потока отходов на основе рафината, вытекающего со стадии извлечения растворителем, и затем применение данного разбавленного водного раствора кислоты в качестве разбавителя для выделения дополнительного содержимого на основе кислоты из потока отработанного электролита после электролитической обработки.
Типовой гидрометаллургический способ извлечения урана из руды предшествующего уровня техники показан на упрощенной схеме фигуры 1. В данном способе серную кислоту добавляют в несколько стадий в технологический поток щелочного раствора для обеспечения выщелачивания и очистки ценных металлов с помощью части данного потока кислоты, непрерывно направляемого на стадию нейтрализации, на которой его обрабатывают известью перед конечной утилизацией в качестве стока. Выделение серной кислоты осуществляют только посредством возврата части потока рафината, полученного в результате извлечения растворителем, на стадию противоточной декантации. Конкретно, способ 1 включает подвергание соответствующей руды дроблению 2, а затем кислотному выщелачиванию 3 с применением серной кислоты в присутствии окислителя хлорноватокислого натрия с получением щелока от выщелачивания, содержащего растворенный уран и другую жидкость, а также твердые примеси. Щелок от выщелачивания затем очищают и концентрируют в несколько стадий. Сначала противоточную декантацию 4 проводят с применением подач серной кислоты, воды и рафината из последней стадии 6 извлечения растворителем.  Декантированный щелок от выщелачивания фильтруют на стадии 5 осветления фильтрованием через песок, на которой подают флокулянт с целью обеспечения агрегирования очень мелких частиц для повышения разделения некоторых примесных твердых веществ с целью удаления. Фильтрованный щелок от выщелачивания затем направляют на стадию 6 извлечения растворителем. Органическую фазу щелока от выщелачивания после извлечения 6 растворителем затем подвергают стадии 7 отделения, которая в свою очередь включает добавление серной кислоты и на которой образуется поток богатого раствора, содержащий концентрированный уран в растворе.
На стадии 6 извлечения растворителем щелок от выщелачивания приводят в непосредственный контакт с несмешиваемой органической фазой, содержащей экстрагирующее средство, избирательное по отношению к металлу урану, такое как третичный амин в керосине (не показано на фигуре 1). После механического перемешивания и отстаивания происходит разделение фаз между органической фазой, загруженной металлом ураном (также называемой “обогащенный экстракт”), и водной фазой с низким содержанием металла (также называемой “отбросный раствор”). Очищенный обогащенный экстракт затем вводят на стадию отделения на стадии 7, на которой его приводят в контакт с другим водным раствором с выбранным химическим составом, таким как серная кислота, для обеспечения переноса металла урана в водную фазу и получения посредством этого потока, называемого “поток богатого раствора”. На стадии 6 извлечения растворителем и стадии 7 отделения, таким образом, получают поток богатого раствора и поток рафината.
Поток рафината затем либо обрабатывают для выделения других ценных побочных продуктов, в случае наличия (не показан на фигуре 1), либо рециркулируют в точке выше по потоку или ниже по потоку относительно процесса извлечения растворителя (рециркуляция выше по потоку относительно процесса извлечения растворителя показана на фигуре 1), либо выгружают в качестве отходов после подходящей обработки стока на стадии 8 нейтрализации (на которой рафинат нейтрализуют посредством добавления соответствующего количества извести).
Что касается потока богатого раствора, его подвергают обработке с выделением металла с целью выделения ценного урана в нем. Проводят стадию 9 первого осаждения примесей, которая включает добавление извести, сульфата железа и воздуха в богатый технологический поток. После этого проводят стадию 10 второго осаждения примесей, после которой уран собственно отделяют осаждением на стадии 11 осаждения урана. Металл уран высушивают и пакуют на стадии 12, при этом он готов к отправке в цех доводки или другой.
На фигуре 2 показан улучшенный вариант 20 способа из фигуры 1 для целей извлечения урана из руды. В упрощенной схеме из фигуры 2 используют две стадии 21, 22 нанофильтрации. (Стадии способа, общие с фигурой 1, обозначены теми же цифрами.) В данном случае весь рафинат со стадии 6 извлечения растворителем подают в качестве сырьевого потока 21f и подвергают нанофильтрации на стадии 21. Поток 21r ретентата затем утилизируют после нейтрализации на стадии 8. Поток 21p пермеата со стадии 21 нанофильтрации объединяют и смешивают с потоком богатого раствора на стадии 23 объединения/смешивания, а также посредством этого, по сути, разбавляют поток богатого раствора с получением смеси с более низким содержанием кислоты и металла. Затем разбавленный поток богатого раствора подают в качестве сырьевого потока 22f и подвергают нанофильтрации на стадии 22. Поток 22r ретентата со стадии 22 нанофильтрации направляют на операции выделения металла, при этом поток 22p пермеата выделяют и применяют в качестве жидкости на стадии 4 противоточной декантации и/или в качестве подачи серной кислоты для стадии 7 отделения.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможны различные варианты в отношении упрощенной схемы способа 20, показанной на фигуре 2. Одна из двух стадий 21, 22 нанофильтрации может включать один или несколько проходов и/или одну или несколько ступеней нанофильтрации с целью выделения кислоты необходимого желаемого качества и отбрасывания металлов, таких как уран, радий, и других многовалентных катионов. Например, на фигурах 2a и 2b изображены некоторые из множества вероятных подсистем, которые могут применяться для осуществления стадии 22 нанофильтрации. Например, на фигуре 2a показана упрощенная схема необязательной второй подсистемы нанофильтрации, содержащей несколько узлов нанофильтрации, для применения на стадии 22 нанофильтрации. (На фигуре 2a подобные числа были применены для обозначения элементов, общих с фигурой 2.) В данном случае стадию 22 нанофильтрации (пунктирный прямоугольник на фигуре 2a) осуществляют посредством достаточно сложного набора узлов 67, 68 и 69 нанофильтрации, каждый из которых характеризуется своими собственными соответствующими сырьевыми потоками
,
и
, своими собственными соответствующими потоками 67p, 68p и 69p пермеата и своими собственными соответствующими потоками 67r, 68r и 69r ретентата. Как показано, узлы 67 и 69 нанофильтрации выполнены в виде конструкции с двойным проходом, а узлы 67 и 68 нанофильтрации выполнены в виде двухступенчатой конструкции (поскольку поток 67r ретентата подают в качестве сырьевого потока
). Как проиллюстрировано на фигуре 2a, поток 68p пермеата, часть потока 69p пермеата и поток 69r ретентата необязательно могут быть рециркулированы в поток 21p пермеата.
67f68f69f68f
Более того, вышеуказанные узлы нанофильтрации сами по себе могут представлять собой достаточно сложные подсистемы, включающие один или несколько проходов и/или одну или несколько ступеней нанофильтрации. Например, на фигуре 2b показана упрощенная схема необязательной сложной подсистемы нанофильтрации, содержащей несколько узлов нанофильтрации, которые выполняют функцию узла 67 нанофильтрации на фигуре 2a. (В свою очередь на фигуре 2b подобные числа были применены для обозначения элементов, общих с фигурами 2 и 2a.) В данном случае узел 67 нанофильтрации (пунктирный прямоугольник на фигуре 2b) представляет собой достаточно сложный набор узлов 71, 72 и 73 нанофильтрации, каждый из которых характеризуется своими собственными соответствующими сырьевыми потоками 71f, 72f и 73f, своими собственными соответствующими потоками 71p, 72p и 73p пермеата и своими собственными соответствующими потоками 71r, 72r и 73r ретентата. В данном случае узлы нанофильтрации 71, 72 и 73 могут рассматриваться как выполненные в виде трехступенчатой конструкции, поскольку поток 71r ретентата подают в качестве части сырьевого потока 72f, а поток 72r ретентата подают в качестве части сырьевого потока 73f. Однако все три сырьевых потока 71f (эквивалентный 22f), 72f и 73f также содержат часть богатого раствора и часть 21p, таким образом, узлы нанофильтрации 71, 72, и 73, представленные в данном случае, являются частью сложной системы, которая может быть рассмотрена либо как многоступенчатая конструкция, либо как конструкция с несколькими проходами. На фигуре 2b поток 73r ретентата является эквивалентным потоку 67r ретентата из узла 67 нанофильтрации на фигуре 2a. Однако потоки 71p, 72p и 73p пермеата объединяют с получением потока пермеата 67p на фигуре 2a.
Специалисту в данной области техники также будет понятно, что в упрощенной схеме способа 20, показанного на фигуре 2, при необходимости или при желании могут использоваться дополнительные стадии и связанные устройства. Например, в варианте осуществления на фигуре 2 пермеат 22p может иметь более низкую концентрацию кислоты, нежели желаемая, и, таким образом, может быть использована стадия концентрирования для повышения концентрации кислоты потока перед рециркуляцией обратно на противоточную декантацию 4 или стадию 7 отделения. На фигуре 2c показана упрощенная схема части гидрометаллургического способа из фигуры 2, включающего такую необязательную дополнительную стадию. В данном случае нежелательно разбавленный пермеат 22p подают в концентратор 82, из которого выходит поток 82c с более высокой концентрацией серной кислоты, подлежащий направлению на противоточную декантацию 4 или стадию 7 отделения, и очень разбавленный поток 82d (главным образом вода), который может быть возвращен в основной способ в качестве добавки воды (например, для противоточной декантации 4) или может быть рециркулирован на стадию 23 объединения/смешивания в качестве потока разбавителя, смешиваемого с богатым раствором. Концентратор 82, например, может представлять собой традиционный блок концентратора серной кислоты или, в качестве альтернативы, подсистему удаления воды, такую как блок осмотической мембранной дистилляции или мембранной дистилляции.
Возвращаясь к улучшенному способу на фигуре 2, что касается эксплуатационных параметров, как правило, ожидается, что для стадии 21 нанофильтрации высокие значения давления могут не требоваться, несмотря на то, что с применением повышенных давления и/или температур можно ожидать повышения производительности. Однако для повышения выделения на стадии 22 нанофильтрации узлы нанофильтрации или блоки могут эксплуатироваться при более высоких значениях давления, чем при традиционном рабочем диапазоне 600 фунтов на кв. дюйм. Для данной стадии могут применяться некоторые химически устойчивые типы мембран для нанофильтрации, которые могут эксплуатироваться при значениях давления вплоть до 1070 фунтов на кв. дюйм и температурах вплоть до 80°C. Кроме того, можно рассмотреть добавление контролируемого количества разбавленной серной кислоты или воды в поток богатого раствора на различных ступенях многоступенчатой системы нанофильтрации с целью получения профиля концентрации кислоты в полученном потоке пермеата, при этом могут быть получены более концентрированная кислота на начальных ступенях и более низкая концентрация кислоты на последних ступенях системы NF.
Вместо того, чтобы просто утилизировать поток 21r ретентата после нанофильтрации 21, могут применяться стадии для выделения ценных компонентов (например, металлов) в нем, если их концентрация достаточно высока, такие как обработка твердых веществ, осажденных во время нейтрализации, для выделения ценного содержимого на основе твердых веществ перед отводом остатка в качестве полужидких отбросов. В качестве альтернативы, его также можно направить обратно на противоточную декантацию на стадии 4 для улучшения эффективности установки.  Однако если поток 21r ретентата после нанофильтрации 21 утилизируют как показано, в поток рафината выше по потоку относительно стадии 21 нанофильтрации может быть добавлен ингибитор отложений с целью повышения выделения и снижения засорения мембран для нанофильтрации. Кроме того, вместо применения потока 22p пермеата со стадии 22 нанофильтрации для противоточной декантации, как показано, данный поток пермеата может также применяться в другом месте по всему способу 20 по желанию.
Конфигурация на фигуре 2, таким образом, не только предусматривает выделение серной кислоты и воды из потока рафината, но также выделение серной кислоты из потока богатого раствора. Вследствие высокой концентрации урана и серной кислоты в потоке богатого раствора после отделения 7 и, таким образом, высокого осмотического давления потока богатого раствора применение нанофильтрации по отношению к потоку богатого раствора до настоящего времени не считалось практически применимым. Однако в данном случае поток 21p пермеата со стадии 21 нанофильтрации рафината преимущественно используют для разбавления потока богатого раствора, посредством чего снижают осмотическое давление и, таким образом, обеспечивают практическую применимость нанофильтрации потока богатого раствора.
Дополнительные преимущества такой конфигурации включают вероятность значительного снижения применения извести на стадии 8 нейтрализации и/или стадии 9 осаждения примесей при получении гипсовых отходов, а также количества стока, выгружаемого в окружающую среду.  Более того, системы нанофильтрации, как правило, являются более компактными, нежели традиционное устройство для нейтрализации и осаждения. Таким образом, другие преимущества настоящего изобретения включают потенциальное снижение размера устройства для нейтрализации и/или осаждения и, следовательно, всей установки наряду со снижением связанных затрат.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы в следующем. Для сравнения на фигуре 3 показана упрощенная схема типового гидрометаллургического способа 30, который включает выделение металла посредством электровыделения. Конкретно, способ 30 включает подвергание соответствующей дробленой руды или отходов кислотному выщелачиванию 31 с применением подаваемой разбавленной серной кислоты с получением щелока от выщелачивания, содержащего растворенные ценные металлы и другую жидкость, а также твердые примеси. Щелок от выщелачивания затем подвергают стадии 32 извлечения растворителем. Щелок от выщелачивания после извлечения растворителем, известный как “обогащенный экстракт”, затем подвергают стадии 33 отделения, которая, в свою очередь, включает добавление серной кислоты и на которой получают поток богатого раствора, содержащего концентрированные ценные металлы в растворе.
Как и в способе предшествующего уровня техники на фигуре 1 часть рафината со стадии 32 извлечения растворителем могут возвращать на стадию выщелачивания, а часть на стадию 34 нейтрализации для последующей обработки стока и утилизации. Сперва нейтрализуют рафинат посредством добавления соответствующего количества извести на стадии 34 нейтрализации и получают в результате осажденные твердые вещества и поток жидкости стока.
После отделения 33 металлы в потоке богатого раствора выделяют посредством электровыделения 35. Продукты электровыделения 35 представляют собой желаемый конечный металл и отработанный поток богатого раствора, также обычно называемый отработанным электролитом. Часть отработанного потока богатого раствора может быть рециркулирована для применения на стадии 33 отделения. А также отработанный поток богатого раствора может применяться для промывки или может обрабатываться дополнительно с целью выделения других металлов из него.
На фигурах 4a и 4b показаны альтернативные варианты 40, 50 способа с фигуры 3, в которых используют две стадии 41, 42 нанофильтрации. (Стадии способа, общие с фигурой 3, обозначены теми же цифрами.) В свою очередь в данном случае часть рафината со стадии 32 извлечения растворителем подают в качестве сырьевого потока 41f и подвергают нанофильтрации на стадии 41, при этом остальную часть рециркулируют на стадию 31 выщелачивания. Отношение частей потока рафината, отправленных на эти две стадии, может варьироваться в зависимости от технологического расчета и оборудования. На фигурах 4a и 4b потоки 41r ретентата со стадии 41 нанофильтрации утилизируют после первой их нейтрализации известью на стадии 34.
На фигуре 4a часть потока пермеата 41p со стадии 41 нанофильтрации объединяют и смешивают с отработанным потоком богатого раствора после электровыделения на стадии 45 объединения/смешивания, и посредством этого существенно разбавляют отработанный поток богатого раствора. Разбавленный отработанный поток богатого раствора затем подают в качестве сырьевого потока 42f и подвергают нанофильтрации на стадии 42. Другую часть потока 41p пермеата со стадии 41 нанофильтрации объединяют с кислотой, подаваемой на стадию 31 выщелачивания, и, таким образом, применяют на стадии 31 выщелачивания.
Поток 42r ретентата со стадии 42 нанофильтрации направляют обратно в способ 40 и объединяют с щелоком от выщелачивания выше по потоку относительно стадии 32 извлечения растворителем. Поток 42p пермеата со стадии 42 нанофильтрации объединяют с частью потока 41p пермеата после нанофильтрации 41, который направляют обратно и применяют на стадии 31 выщелачивания.
На фигуре 4b показан вариант осуществления, альтернативный таковому, показанному на фигуре 4a, и в котором качестве альтернативы используют многоступенчатую нанофильтрацию для обработки разбавленного отработанного потока богатого раствора. Вариант осуществления с фигуры 4b отличается от такового с фигуры 4a тем, что поток 42r ретентата со стадии 42 нанофильтрации подвергают последующей нанофильтрации на стадии 43. В данном случае поток 43r ретентата со стадии 43 нанофильтрации направляют обратно в способ 50 и объединяют с щелоком от выщелачивания выше по потоку относительно стадии 32 извлечения растворителем. А поток 43p пермеата со стадии 43 нанофильтрации объединяют с частью потока 41p пермеата после нанофильтрации 41, который направляют обратно и применяют на стадии 31 выщелачивания. Также в данном случае поток пермеата 42p со стадии 42 нанофильтрации далее объединяют с подачей кислоты, применяемой на стадии 33 отделения. И последнее отличие заключается в том, что часть потока 41p пермеата со стадии 41 нанофильтрации объединяют с потоком 42r ретентата со стадии 42 нанофильтрации выше по потоку относительно дополнительной стадии 43 нанофильтрации.  Преимущество данного варианта осуществления заключается в том, что посредством добавления пермеата со стадии 41 нанофильтрации в отработанный поток богатого раствора на стадиях, как показано, в полученных пермеатах может быть получен профиль концентрации кислоты. Например, более высокая концентрация кислоты может быть получена на начальной стадии, а более низкие концентрации могут быть получены на последней стадии в способе многоступенчатой нанофильтрации.
В свою очередь возможны другие вариации в отношении способов 40, 50, проиллюстрированных на фигурах 4a и 4b, упрощенной схеме способа 20, показанной на фигуре 2. Например, поток 41p пермеата со стадии 41 нанофильтрации вместо этого может рассматриваться для применения на стадии 31 выщелачивания. А также дополнительные стадии нанофильтрации ниже по потоку относительно стадии 41 могут рассматриваться для обработки потока 41r ретентата со стадии 41 нанофильтрации для выделения дополнительной кислоты и содержания воды из него.
В вариантах осуществления на фигурах 4a и 4b, таким образом, предусматривают выделение серной кислоты и воды из потока рафината и из отработанного потока богатого раствора после электролитической обработки и, таким образом, снижают потребность в кислоте для всего способа. Дополнительные преимущества, в свою очередь, включают возможность значительного снижения применения извести при получении гипсовых отходов, а также количества стока и вредных отходов, выгружаемых в окружающую среду. Также они предполагают потенциальные преимущества в отношении размера устройства для нейтрализации и других, а также связанных затрат.
Все вышеуказанные патенты США, заявки на патенты США, иностранные патенты, иностранные патентные заявки и непатентные публикации, на которые ссылаются в данном описании, включены в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте.
Несмотря на то, что были представлены и описаны определенные элементы, варианты осуществления и применения настоящего изобретения, следует понимать, разумеется, что настоящее изобретение не ограничено ими поскольку специалистом в данной области техники могут быть внесены изменения без отступления от сущности и объема настоящего раскрытия, в частности, в свете вышеизложенных идей. Например, также может рассматриваться применение настоящего изобретения для обработки промышленных стоков и других технологических потоков. Считается, что такие изменения находятся в пределах содержания и объема формулы изобретения, приложенной к данному документу.