專利名稱：用于脫鹽的礦物回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從濃縮鹽水(brine)中回收礦物以及進(jìn)一步從該濃縮鹽水中去 除冰/水的方法和系統(tǒng)，該濃縮鹽水從水脫鹽系統(tǒng)中排出。
背景技術(shù)：
在海水中發(fā)現(xiàn)各種類型的礦物。海水的典型氯化鈉成分包括相當(dāng)量的氯化鈉、以 及氯化鉀、氯化鈣、硫酸鎂、氯化鎂、碳酸氫鈉等。氯化鈉具有很多已知的用途；在海水中發(fā) 現(xiàn)的其它礦物也具有很多用途。硫酸鎂及其水合物例如能用作肥料。硝酸鉀不僅能用于生 產(chǎn)肥料，而且能用于生產(chǎn)玻璃、瓷釉和陶瓷工業(yè)中的產(chǎn)品，以及用于制造炸藥和煙火等。在 水泥、糖和鋁業(yè)中也發(fā)現(xiàn)少量應(yīng)用。在世界的很多區(qū)域中，諸如在不容易得到淡飲用水的地方，使用脫鹽方法和系統(tǒng) 來產(chǎn)生淡飲用水。具有很多類型的可利用的脫鹽方法和系統(tǒng)，諸如在申請(qǐng)人的2007年3 J3i 30 Hil^W^BJ^^^j" Desalination Method and System Using Compressed Air Energy Systems"的US申請(qǐng)No. 11/731717中描述的脫鹽方法和系統(tǒng)。上述系統(tǒng)的目的中 的一個(gè)是通過使用改進(jìn)的共晶凝固結(jié)晶(EFC)的脫鹽方法除去水中的礦物、雜質(zhì)和污染物 來生產(chǎn)淡飲用水。盡管此系統(tǒng)先前設(shè)計(jì)為除去礦物、雜質(zhì)和污染物，但它并非特別設(shè)計(jì)用于 以成本有效的方式收集和回收有價(jià)值的礦物。迄今為止，設(shè)計(jì)用以去除礦物并收集和利用 這些礦物用于商業(yè)目的和工業(yè)的系統(tǒng)仍未得以發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體包括礦物回收系統(tǒng)連同脫鹽系統(tǒng)一起的結(jié)合，該脫鹽系統(tǒng)諸如是 在 2007 年 3 月 30 日提交的發(fā)明名稱為〃 Desalination Methodand System Using Compressed Air Energy Systems"的 US 申請(qǐng) No. 11/731717 中和 / 或在 2006 年 10 月 23 日提交的發(fā)明名禾爾為"ThermalEnergy Storage System Using Compressed Air Energy And/Or Chilledffater From Desalination Processes，，的 US 申請(qǐng) No. 11/585023 中顯示 和描述的脫鹽系統(tǒng)，所述申請(qǐng)通過參引完全合并于此。本方法和系統(tǒng)還能與其它產(chǎn)生作為 副產(chǎn)品的濃縮鹽水的脫鹽系統(tǒng)結(jié)合使用，能夠從該濃縮鹽水中去除并回收礦物和另外的冰 /水。本發(fā)明優(yōu)選適合與包括壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)的脫鹽系統(tǒng)結(jié)合使用，當(dāng)釋放壓縮空 氣時(shí)，該壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)生冷卻空氣。脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選通過將微滴在壓力之下噴入結(jié) 晶室中來除去海水或其它含鹽水(下文統(tǒng)稱為“海水”)的鹽分，其中將來自壓縮空氣存儲(chǔ) 系統(tǒng)的超冷(super chilled)空氣引入該室中以促使微滴閃凍(flash freeze)，然后落在室的底部，從而在室中形成冰/雪塊。當(dāng)微滴凍結(jié)時(shí)，每個(gè)微滴包含冰粒以及環(huán)繞這些冰 粒的濃縮鹽水，在發(fā)生鹽析作用時(shí)，這允許冰粒與包含在微滴中的礦物以及其它雜質(zhì)和污 染物分離。低密度的冰/雪塊開始漂浮到剩余的高密度鹽水混合物的頂部并積聚在室的底 部。密度較低的冰粒移動(dòng)到頂部，并且能與剩余的鹽水混合物分離并被去除，該鹽水混合物 密度較高，因此往往保持在室的底部。當(dāng)冰形成時(shí)，所剩余的濃縮鹽水含有從海水中留下的 礦物、雜質(zhì)和污染物。將此積聚的濃縮鹽水作為副產(chǎn)品從結(jié)晶室中排出，本發(fā)明使用和處理 該濃縮鹽水。本發(fā)明優(yōu)選包括一種礦物回收系統(tǒng)，該礦物回收系統(tǒng)進(jìn)一步對(duì)由脫鹽系統(tǒng)留下的 濃縮鹽水進(jìn)行處理以進(jìn)一步取出水，并進(jìn)一步分離和隔離其中發(fā)現(xiàn)的各種礦物、雜質(zhì)和污 染物。這樣，目標(biāo)是能夠在工業(yè)和商業(yè)中更有效地使用從該系統(tǒng)獲得的礦物。本發(fā)明優(yōu)選包括結(jié)晶室，來自脫鹽系統(tǒng)的濃縮鹽水混合物能夠通過位于頂部處或 頂部附近的噴嘴引入該結(jié)晶室中，其中將超冷空氣優(yōu)選從噴嘴下方引入該室中。這樣，當(dāng) 將濃縮鹽水以噴霧或薄霧的形式引入室中時(shí)，微滴將下落并與注入室中的超冷空氣的向上 氣流相遇，其中當(dāng)微滴下落和減速時(shí)，由于與降低溫度的冷卻空氣的熱交換，它們將開始凍 結(jié)。優(yōu)選，具有至少一個(gè)設(shè)置在結(jié)晶室的頂部處或頂部附近的通氣孔，該通氣孔允許超冷空 氣通過室向上循環(huán)，其中濃縮鹽水混合物能夠向下噴射到向上循環(huán)的冷卻空氣上。優(yōu)選，超 冷空氣能夠作為脫鹽系統(tǒng)的副產(chǎn)品而得到，但它也能通過任意其它的源，諸如專用壓縮機(jī) 和膨脹器提供。當(dāng)微滴下落到室的底部時(shí)，形成超冷的泥漿混合物，其中用于混合混合物的攪拌 器優(yōu)選設(shè)置在結(jié)晶室的底部處或底部附近。該攪拌器優(yōu)選有助于抑制冰粒凍結(jié)和粘在一起 并形成冰塊，如在脫鹽系統(tǒng)的情形中那樣，其中鹽水的濃度也有助于防止冰快速凍結(jié)成塊。 一旦泥漿混合物形成和聚集，并且被攪拌，則優(yōu)選將它分配到至少一個(gè)與結(jié)晶室相連并連 通的蒸餾室。每個(gè)蒸餾室優(yōu)選具有閥，該閥控制泥漿混合物流入蒸餾室中的速度。當(dāng)設(shè)置有多 個(gè)蒸餾室時(shí)，優(yōu)選每個(gè)蒸餾室具有一個(gè)閥，從而能諸如通過編程控制器獨(dú)立地對(duì)允許填充 泥漿的量和程度進(jìn)行控制。優(yōu)選，當(dāng)具有多個(gè)蒸餾室時(shí)，它們圍繞結(jié)晶室的周界定位，即諸 如距室等距，從而每個(gè)蒸餾室能一個(gè)接一個(gè)地順序填充。也就是說，在填充第一個(gè)蒸餾室 之后，能將用于此蒸餾室的閥關(guān)閉，然后能將用于下一蒸餾室的閥打開，以開始填充此蒸餾 室，并且這能圍繞結(jié)晶室反復(fù)進(jìn)行，從而以這種方式一個(gè)接一個(gè)地填充每個(gè)蒸餾室，其中到 循環(huán)結(jié)束，即第一蒸餾室已完成對(duì)其泥漿的處理并已排空了其泥漿時(shí)，能夠?qū)⒂糜诖苏麴s 室的閥再次打開，并且更多的來自結(jié)晶室的泥漿能開始填充此蒸餾室。在此情形中，該順序 將一直繞循環(huán)進(jìn)行，然后該循環(huán)能以這種方式反復(fù)。每個(gè)蒸餾室優(yōu)選具有用于從結(jié)晶室諸如在頂部附近引入泥漿的入口、至少一個(gè)用 于在室的中間附近排出剩余鹽水的出口以及至少一個(gè)用于在蒸餾室底部處排出任何剩余 淤泥的出口。在底部處，但在淤泥出口之上，優(yōu)選具有用于混合蒸餾室內(nèi)的泥漿的攪拌器， 其中優(yōu)選設(shè)置靠近蒸餾室的壁和/或底板延伸的攪拌槳。因此，當(dāng)泥漿被混合和攪拌時(shí)， 泥漿內(nèi)最濃的“淤泥”將趨于下沉到底部，其中然后能通過該底部出口將淤泥從室的底部排 出O然后能從那里將淤泥混合物通過管分配到淤泥儲(chǔ)罐，該淤泥儲(chǔ)罐能定期排空以收集容納在其中的礦物、雜質(zhì)和污染物。同時(shí)，留在蒸餾室中的鹽水也能經(jīng)由中間出口排出，并能從那里將該混合物通過另一管分配到鹽水儲(chǔ)罐中，該鹽水儲(chǔ)罐也能定期排空或如果希 望的話，則該鹽水儲(chǔ)罐能繞行到結(jié)晶室中。在每個(gè)蒸餾室中，優(yōu)選具有至少一個(gè)位于室的頂部處的過濾器，用于將冰粒從蒸 餾室取出，該過濾器能在容納于蒸餾室中的泥漿內(nèi)下降和提升。過濾器優(yōu)選包括多個(gè)V形 的欄桿，所述欄桿能下降到泥漿中以使泥漿混合物內(nèi)的冰粒能朝著蒸餾室的頂部豎直向上 漂浮并在欄桿之間穿過過濾器。然后，隨著冰粒開始在頂部處凝聚在一起，它們趨于形成漂 浮在泥漿頂上的相對(duì)大的塊。并且，由于所形成的塊比冰粒更大，所以通過提升過濾器能夠 將冰塊從泥漿中提出來。在此情形中，欄桿能將冰塊從泥漿和蒸餾室中提出來，并且從那 里，優(yōu)選允許冰塊下滑到欄桿并滑到鄰近蒸餾室定位的關(guān)聯(lián)槽上。該槽優(yōu)選是另一 V形縱向延伸的容器，通過過濾器從蒸餾室去除的冰粒和冰塊能 放置在該槽上。槽的形狀使冰能保持在其上并融化，其中融化的水能朝著連接到槽的關(guān)聯(lián) 的儲(chǔ)水罐移動(dòng)，用于儲(chǔ)存由此產(chǎn)生的淡水。槽優(yōu)選繞蒸餾室的外周界延伸，從而當(dāng)每個(gè)蒸餾 室循環(huán)通過和處理泥漿并倒出更多的冰時(shí)，冰能通過槽輸送，其中冰能融化并被分配到儲(chǔ)水罐。從泥漿中去除水的這個(gè)過程促進(jìn)了濃縮鹽水中發(fā)現(xiàn)的礦物、雜質(zhì)和污染物的進(jìn)一 步去除。特別地，借助于將討論的相圖，淤泥含有各種固態(tài)晶體形式的礦物，使用任意的傳 統(tǒng)過濾器能容易地將這些礦物從液體中取出。此外存在必須去除的雜質(zhì)和污染物，包括有 機(jī)物、硼、金屬和微污染物等，以產(chǎn)生純凈水。


圖1顯示了本發(fā)明的礦物回收系統(tǒng)的總體等距視圖，顯示了處于中心的結(jié)晶室、 以圓的形式繞該結(jié)晶室延伸的多個(gè)蒸餾室以及用于鹽水的儲(chǔ)罐，一個(gè)用于淤泥的儲(chǔ)罐，而 另一用于淡水的儲(chǔ)罐；圖2顯示了本發(fā)明的礦物回收系統(tǒng)的等距視圖，顯示了包括位于頂部處的噴嘴和 通氣孔以及位于底部附近的入口和攪拌器的結(jié)晶室的內(nèi)部，顯示了下落并與通過入口進(jìn)入 室中的超冷空氣混合的下落海水微滴；圖3顯示了本發(fā)明的礦物回收系統(tǒng)的一個(gè)蒸餾室的等距視圖，該蒸餾室處于其關(guān) 閉位置；圖4顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中閥打開，允許泥漿引入蒸餾室中， 而攪拌器旋轉(zhuǎn)并且過濾器提升處于其打開位置；圖5顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中泥漿已允許填充蒸餾室，并且冰粒 開始上升，而過濾器提升處于其打開位置；圖6顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中過濾器已下降至泥漿中，并且冰粒 能夠通過過濾器的欄桿并朝著泥漿的頂部上升；圖7顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中過濾器保持在泥漿內(nèi)，并且冰粒已 在泥漿頂上形成冰塊；圖8顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中過濾器正被從泥漿中提出來，并且 已形成的冰塊正被從泥漿中以及從蒸餾室中提出來；
圖9顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中過濾器正朝著槽傾斜以使冰塊能 夠從欄桿滑落并倒在槽上；圖10顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中剩余的濃縮鹽水顯示正通過鹽水 排出口排出，而蒸餾室內(nèi)鹽水的液面正在下降；圖11顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中攪拌器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)以混合聚集在蒸 餾室的底部處的淤泥，其中該淤泥通過淤泥排出口排出；圖12顯示了圖3的蒸餾室的等距切割視圖，其中聚集在蒸餾室的底部處的淤泥混 合物正通過淤泥排出口排出以排空該蒸餾室，從而它將準(zhǔn)備從結(jié)晶室接收更多的泥漿；圖13顯示了標(biāo)準(zhǔn)海水成分圖；圖14顯示了相圖，顯示了針對(duì)鹽水溶液的冰凍線和鹽的溶解度線以及共晶點(diǎn)；圖15顯示了針對(duì)不同礦物成分和混合物的共晶溫度和共晶成分或濃度等級(jí)；以 及圖16顯示了針對(duì)鹽水的另一相圖。
具體實(shí)施例方式本方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)為與諸如在2007年3月30日提交的發(fā)明名稱為 "Desalination Method And System Using Compressed Air EnergySystems，，的 US 申請(qǐng) No. 11/731717 以及2006年 10月 23 日提交的發(fā)明名稱為‘‘Thermal Energy Storage System Using Compressed Air EnergyAnd/Or Chilled Water From Desalination Processes,，， 的US申請(qǐng)No. 11/585023中描述的脫鹽系統(tǒng)結(jié)合使用，所述申請(qǐng)通過參引完全合并于此。本 方法和系統(tǒng)還能與其它產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的濃縮鹽水的脫鹽系統(tǒng)結(jié)合使用，能從該濃縮鹽水 中去除并回收礦物和另外的冰/水。本發(fā)明優(yōu)選適合與包括壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)的脫鹽系統(tǒng)結(jié)合使用，當(dāng)釋放壓縮空 氣時(shí)，該壓縮空氣能存儲(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)生冷卻空氣。脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選通過將微滴在壓力之下噴入結(jié) 晶室中來除去海水的鹽分，其中將來自壓縮空氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的超冷空氣引入該室中以促使微 滴閃凍，然后落在室的底部，從而在室中形成冰/雪塊。當(dāng)微滴凍結(jié)時(shí)，每個(gè)微滴包含冰粒 以及環(huán)繞這些冰粒的濃縮鹽水，在發(fā)生鹽析作用時(shí)，這允許冰粒與包含在微滴中的礦物以 及其它雜質(zhì)和污染物分離。冰/雪塊開始漂浮到剩余鹽水混合物的頂部并積聚在室的底 部。密度較低的冰粒移動(dòng)到頂部以形成冰塊，并且能與剩余的鹽水混合物分離并被取出，該 鹽水混合物密度較高，因此往往保持在室的底部。當(dāng)脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生冰/雪形式的淡飲用水時(shí)，海水變得愈加濃縮。例如，當(dāng)海水以 3%濃度的(氯化鈉)NaCl開始時(shí)，脫鹽之后的剩余鹽水可含有多達(dá)23%的NaCl，即通常重 量百分比在20 %到23 %之間。當(dāng)將冰/雪去除，并且淡水鹽水的百分比降低時(shí)，鹽水中的 礦物、雜質(zhì)和污染物的百分比增加。將此積聚的濃縮鹽水作為副產(chǎn)品從結(jié)晶室中排出，本發(fā) 明使用和處理該濃縮鹽水。在海水中能具有各種類型的礦物以及雜質(zhì)和污染物。圖13顯示了標(biāo)準(zhǔn)海水的典 型成分，該標(biāo)準(zhǔn)海水含有大量氯化鈉，而且含有氯化鉀、氯化鈣、硫酸鎂、氯化鎂和碳酸氫 鈉。氯化鈉具有其已知的用途，但海水中發(fā)現(xiàn)的其它礦物也能被使用。硫酸鎂及其水合物 例如能用作肥料。此外，對(duì)海水的進(jìn)一步冷卻和加工能產(chǎn)生硝酸鉀，硝酸鉀不僅能用于生產(chǎn)肥料，而且能生產(chǎn)玻璃、瓷釉和陶瓷工業(yè)中的產(chǎn)品，以及用于制造炸藥和煙火等。在水泥、糖 和鋁業(yè)中也發(fā)現(xiàn)少量應(yīng)用。此外存在必須去除的雜質(zhì)和污染物，包括有機(jī)物、硼、金屬和微 污染物等，以產(chǎn)生純凈水。如在申請(qǐng)人的上述參考專利申請(qǐng)中所公開的，已發(fā)現(xiàn)共晶凝固結(jié)晶(EFC)的脫鹽 方法是一種從海水中去除礦物、雜質(zhì)和污染物的有效方式。在此方面，當(dāng)海水冷卻并開始 凍結(jié)時(shí)，海水的純水部分開始形成結(jié)晶固體結(jié)構(gòu)，即冰，其對(duì)于海水中含有的溶質(zhì)幾乎沒有 溶解性。在此情形中，將水認(rèn)為是溶劑，而將溶解物，即礦物認(rèn)為是溶質(zhì)。當(dāng)固態(tài)冰形成并 與液態(tài)海水分離時(shí)，溶 質(zhì)被局限于海水的液體部分，隨著更多的冰形成，海水逐漸變得更濃 縮。然后增加溶質(zhì)的濃度降低液體的凝固點(diǎn)，因此，需要額外的冷卻來繼續(xù)形成冰。然后， 隨著冷卻繼續(xù)，將最終達(dá)到溶液的溶解極限，導(dǎo)致溶質(zhì)的沉淀。這些事件通過圖14中所示 的相圖簡(jiǎn)明地描述。如圖14中所示，純水在0°C時(shí)凍結(jié)，但通過使諸如鹽的溶質(zhì)溶解在水中能夠降低 凝固點(diǎn)。如果此后將溶液冷卻到該凝固點(diǎn)之下，則水晶(即，冰)將開始形成。由此，剩余的 鹽溶液變得進(jìn)一步濃縮，直至到達(dá)飽和點(diǎn)。將凝固點(diǎn)線和飽和點(diǎn)線的交點(diǎn)稱為共晶點(diǎn)。在 該共晶點(diǎn)之下，除了水晶之外還將形成鹽晶。當(dāng)溶液凍結(jié)時(shí)，如果沒有雜質(zhì)粒子的存在，水分子趨于形成最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng) 鹽/水溶液冷卻到凝固點(diǎn)時(shí)，純水分子開始形成冰晶，所述冰晶往往不包括不像冰晶的顆 粒。例如，當(dāng)鹽水凍結(jié)時(shí)，鹽被排除，即被稱為鹽析作用。這是因?yàn)辂}具有不同的晶體結(jié)構(gòu) 鹽形成(具有四個(gè)邊的)立方晶體，而冰是六角形或六邊的。在大量冷鹽水中的所有分子 中，必定具有這樣的情形若干水分子遠(yuǎn)離任意的Na+或Cl_離子以彼此鄰近地定位，其中水 分子開始粘結(jié)到一起，而具有Na+或Cl—離子的分子不太可能粘結(jié)或被粘結(jié)。這允許淡水冰 晶和一些稍微較咸的液態(tài)水形成。取決于在形成冰中所涉及的冷卻溫度的范圍，具有13種不同的凍結(jié)水的晶體形 成物。這些晶體形成物中的一些是有很多孔的并且將允許液體流過開口通道，這允許密度 大的濃縮鹽水液體分離并向下且遠(yuǎn)離冰流動(dòng)。此外在所形成的冰、水與固態(tài)鹽粒子之間具 有明顯的密度差。水的此特殊性質(zhì)在EFC過程中具有良好的應(yīng)用，即當(dāng)鹽晶在共晶點(diǎn)附近 形成時(shí)，它們往往下沉到液體溶液的底部，而冰晶往往上升到表面。由此通過物理裝置進(jìn)行 分離，能夠容易地將溶液的兩種成分分開。根據(jù)圖14中所示的相圖，具有兩條能用于實(shí)現(xiàn)共晶凝固結(jié)晶的路線，這兩條路線 通過A和B指示。在方法A的情形中，將海水或水溶液冷卻，直至到達(dá)冰凍線并且冰晶開始 形成。隨著冷卻繼續(xù)，且更多的冰形成，冰餾分增加并且溶液變得更濃縮，直至達(dá)到溶質(zhì)的 最大溶解度。在此濃度和溫度下，將溶液稱為共晶體，并且進(jìn)一步的冷卻導(dǎo)致冰和鹽作為分 離固態(tài)晶體不合需要地同時(shí)形成。在方法B的情形中，在開始點(diǎn)時(shí)，初始溶質(zhì)濃度高于共晶濃度，對(duì)于鹽，共晶濃度 大約為23.3%。然后，隨著溶液被冷卻，達(dá)到鹽的溶解度線，從而形成鹽晶。繼續(xù)冷卻導(dǎo)致 更多鹽晶的產(chǎn)生和溫度的降低，直至達(dá)到共晶溫度。自此時(shí)刻起，冰晶和鹽晶都形成。圖15顯示對(duì)于不同的礦物混合物，共晶溫度和共晶成分或共晶濃度等級(jí)是不同 的。例如，能夠看到對(duì)于水-NaCl混合物，共晶溫度是負(fù)21. 2攝氏度，而按重量計(jì)算，共晶 濃度是23. 3%。這意味著在23. 3%的共晶濃度時(shí)，如果溶液在負(fù)21. 2攝氏度以上，它將保持液態(tài)，而如果溶液被冷卻到負(fù)21. 2攝氏度以下，它將開始形成冰晶和鹽晶。另一方面，如圖14的相圖所示，如果溶液的濃度低于共晶濃度，即小于23.3%，則 取決于鹽水的濃度等級(jí)，冰將在相對(duì)較高的溫度，即只要該溫度在冰凍線之下開始形成。同 時(shí)，如果溶液的濃度高于共晶濃度，即大于23. 3%，則鹽晶將在高于共晶溫度的溫度，即只 要該溫度在鹽的溶解度線之下開始形成。如將討論的，另外的隨另外相界的變化也將發(fā)生。此外能看到對(duì)于其它礦物，諸如海水中發(fā)現(xiàn)的另一通常礦物MgS04，共晶溫度和濃 度等級(jí)是不同的，即共晶溫度是負(fù)3.9攝氏度，而共晶濃度是19%。這意味著如果溶液在 19%的共晶濃度，并且在負(fù)3. 9攝氏度以上，則它將保持液態(tài)，而如果它被冷卻到負(fù)3. 9攝 氏度以下，則它將開始形成冰和礦物的固體。另一方面，如果溶液的濃度低于共晶濃度，即 小于19%，則取決于混合物的濃度等級(jí)，冰將在高于共晶溫度的溫度，即負(fù)3. 9攝氏度以上 開始形成，只要該溫度在冰凍線之下。同時(shí)，如果濃度高于共晶濃度，即大于19%，則固態(tài)礦 物顆粒將在較高的溫度，即只要該溫度在鹽的溶解度線之下形成。試驗(yàn)已表明通過共晶凝固結(jié)晶能實(shí)現(xiàn)非常高的結(jié)晶純度。實(shí)際上，針對(duì)工業(yè)應(yīng)用 的案例研究表明EFC過程是對(duì)使用蒸發(fā)作用的傳統(tǒng)結(jié)晶技術(shù)的一種能量有效的替代方案。 較低能量消耗的主要原因在于如下事實(shí)用于水的結(jié)晶的潛熱比蒸發(fā)作用的潛熱低6.8 倍。用于EFC過程的能量效率的一個(gè)重要方面是水溶液的共晶溫度。此溫度主要確定制冷 循環(huán)的蒸發(fā)溫度，而低的蒸發(fā)溫度導(dǎo)致低的循環(huán)效率。根據(jù)一些專家意見，在負(fù)1. 5攝氏度 的共晶溫度下運(yùn)行的EFC過程比三級(jí)蒸發(fā)過程大約少需要70%的原始能量。對(duì)于共晶溫度 為負(fù)18. 1攝氏度的系統(tǒng)，此減少較小，但仍有30%。應(yīng)用高壓以形成代替冰的包合物能進(jìn) 一步提高共晶凝固結(jié)晶的能量效率。當(dāng)水溶液中具有幾種溶質(zhì)時(shí)，人們需要實(shí)施一系列的獨(dú)立蒸餾過程來去除每種不 同的溶質(zhì)?，F(xiàn)在將對(duì)用于處理濃縮鹽水的設(shè)備的細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。如圖1中所示，礦物回收系 統(tǒng)1優(yōu)選包括主室3以及管7，多個(gè)蒸餾室5連接到該主室3，而管7從該主室3延伸到蒸 餾室5。如圖2中所示，主室3優(yōu)選包括絕緣結(jié)晶室，該絕緣結(jié)晶室與上述的在先專利申請(qǐng) 中描述的相似。進(jìn)口管31優(yōu)選在主室3之上，該進(jìn)口管31將由諸如在申請(qǐng)人先前提交的 專利申請(qǐng)中描述的脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮鹽水傳輸?shù)街魇?中。優(yōu)選設(shè)置壓力源，該壓力源 將流過管31的濃縮鹽水置于壓力之下，從而濃縮鹽水能通過位于主室3的頂部附近的噴嘴 33釋放，以形成能引入室3中的濃縮鹽水的微滴，如所示的。如能看到的，主室3形成有內(nèi)部空間，濃縮鹽水的微滴能從上方作為噴霧引入該 內(nèi)部空間中，如由箭頭32所示。同時(shí)，主室3優(yōu)選具有用于引入由箭頭30所示的超冷空氣 的入口或其它裝置，以使微滴暴露于極度寒冷的溫度。優(yōu)選，濃縮鹽水滴從上方進(jìn)入，而冷 卻空氣從下方進(jìn)入并逆著下落微滴的方向向上吹以給予微滴在室中的最大停留時(shí)間，盡管 不必如此。如在先申請(qǐng)中所討論的，主室3能適應(yīng)于冷卻空氣逆著下落微滴的方向向上流動(dòng) 的逆向流動(dòng)或冷卻空氣沿與下落微滴相同的方向流動(dòng)的同向流動(dòng)。在先申請(qǐng)中結(jié)合脫鹽室 討論的因素能用于確定哪種布置最適合于結(jié)合本系統(tǒng)1的任意具體應(yīng)用。冷卻空氣優(yōu)選從脫鹽作用獲得，即作為來自壓縮空氣系統(tǒng)的副產(chǎn)品，該壓縮空氣系統(tǒng)經(jīng)由透平膨脹機(jī)在壓力下釋放空氣以產(chǎn)生極度寒冷的空氣。冷卻空氣能作為生產(chǎn)脫鹽 海水的副產(chǎn)品而從最初的結(jié)晶室中得到，或者它能首先通過與脫鹽系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的透平膨脹機(jī) 生成。當(dāng)需要或期望極度寒冷的溫度時(shí)，該第二選擇是特別適合的。用于冷卻空氣的任意 其它源也是可預(yù)期的。冷卻空氣優(yōu)選通過進(jìn)口管37并通過主室3內(nèi)的一系列進(jìn)口 38引入主室3中，所 述進(jìn)口 38位于主室3的底部附近，但在室3底部的預(yù)期漿面之上。通氣孔或開口 40優(yōu)選 設(shè)置在主室3的頂部處或附近，從而在冷卻空氣進(jìn)入室3之后，它能向上循環(huán)，然后通過開 口 40并通過出口 39排出。如脫鹽系統(tǒng)的情形那樣，在結(jié)晶室即主室3內(nèi)，微滴暴露于極度寒冷的溫度并優(yōu) 選基本閃凍，同時(shí)它們從頂部浮動(dòng)到底部。通過微滴下落和冷卻空氣上吹的相對(duì)速度能影 響和控制在空氣中的停留時(shí)間。但如將在下文討論的，因?yàn)榇讼到y(tǒng)中使用的鹽水具有非常 高的鹽的濃度等級(jí)，并且基于適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，微滴?yōu)選將不完全凍結(jié)，而是將趨于在微滴 的表面周圍保留更多的濃縮鹽水液體。因此，當(dāng)微滴最終落到主室3的底部時(shí)，它們形成雪 泥或泥漿的混合物，而不是如在脫鹽系統(tǒng)的情形中那樣積聚以形成冰/雪塊。如圖2中所示，要確保雪泥或泥漿混合物不快速凍結(jié)并形成冰/雪塊，攪拌器35 優(yōu)選設(shè)置在主室3的底部處，以持續(xù)地混合泥漿，這有助于抑制泥漿凍結(jié)，并保持泥漿處于 基本液態(tài)，盡管是雪泥的形式。攪拌器35優(yōu)選是能通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的槳狀構(gòu)件，并且具有幾 乎延伸到主室3的內(nèi)表面的槳葉，以確保在室3的底部?jī)?nèi)沒有死區(qū)狀況。主室3的壁優(yōu)選 襯有涂層以實(shí)現(xiàn)壁面與泥漿混合物之間的容易的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)泥漿聚集在主室3的底部處并通過攪拌器35攪拌時(shí)，優(yōu)選對(duì)泥漿的深度進(jìn)行監(jiān) 控。當(dāng)混合物在主室3內(nèi)達(dá)到預(yù)定高度時(shí)，優(yōu)選將一個(gè)或多個(gè)閥打開，如將在下文更詳細(xì)描 述的，這允許預(yù)定量的泥漿混合物離開主室3，以保持主室3中的泥漿的漿面處在相對(duì)恒定 的高度，即在預(yù)定最大值之下。這通過允許預(yù)定量的泥漿從主室3經(jīng)由管7移開并循環(huán)到 蒸餾室5中來進(jìn)行。閥(未示出)優(yōu)選設(shè)置在每個(gè)管7的入口處，該閥適于每次一個(gè)地打開和關(guān)閉，以 允許預(yù)定量的泥漿混合物排出并從主室3移動(dòng)到一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的蒸餾室5中。系統(tǒng)1優(yōu) 選適于使得在任意指定的時(shí)間能打開單個(gè)閥，以允許預(yù)定量的泥漿以預(yù)定的速度移動(dòng)到一 個(gè)關(guān)聯(lián)的蒸餾室5中。主室3優(yōu)選在蒸餾室5之間居中，從而主室3與每個(gè)蒸餾室5之間的距離，并因此 管7的距離對(duì)于每個(gè)蒸餾室5是相同的。在此實(shí)施例中，優(yōu)選具有十個(gè)以圓輪狀式樣在主 室3周圍延伸的蒸餾室5，其中管7形成從主室3延伸到每個(gè)蒸餾室5的輻條狀構(gòu)件。盡管 在圖1的此實(shí)施例中顯示十個(gè)蒸餾室5，但是應(yīng)該理解，取決于所討論的因素，能使用任意 數(shù)量的蒸餾室。系統(tǒng)1優(yōu)選適于使得通過一個(gè)接一個(gè)地打開適當(dāng)?shù)拈y，能將適當(dāng)量的泥漿移動(dòng)并 傳輸?shù)疥P(guān)聯(lián)的蒸餾室5中，以保持主室3中的泥漿量基本恒定。在此方面，一旦一個(gè)蒸餾室 5充滿，就優(yōu)選關(guān)閉管7上用于此蒸餾室5的閥，然后優(yōu)選打開用于向下一相鄰蒸餾室5中 輸送的下一相鄰管7的另一閥，以允許泥漿開始填充此下一相鄰蒸餾室5。這優(yōu)選從一個(gè)閥 到下一閥以及從一個(gè)蒸餾室5到下一蒸餾室5地繼續(xù)，一個(gè)接一個(gè)地充滿環(huán)繞周界的每個(gè) 蒸餾室5，以幫助保持主室3中的泥漿的漿面相對(duì)恒定。
同時(shí)，在填充蒸餾室的同時(shí)，優(yōu)選對(duì)每個(gè)蒸餾室5中的泥漿混合物進(jìn)行處理以除 去另外的冰/雪塊并回收其中的礦物，如將討論的，并且此過程優(yōu)選在每個(gè)蒸餾室5內(nèi)在預(yù) 定量的時(shí)間期間并以預(yù)定的速度完成。這允許每個(gè)蒸餾室5完成循環(huán)并如將討論地處理它 所容納的泥漿，從而到循環(huán)結(jié)束時(shí)，每個(gè)蒸餾室能被排空并準(zhǔn)備從主室3接收更多的泥漿。 也就是說，當(dāng)每個(gè)閥打開和關(guān)閉時(shí)，以及當(dāng)每個(gè)蒸餾室5充滿并處理其泥漿時(shí)，繞周界的順 序?qū)⒆罱K進(jìn)行一個(gè)循環(huán)，其中到一個(gè)完整的循環(huán)結(jié)束時(shí)，待填充的第一蒸餾室5將再次排 空并準(zhǔn)備接收更多的泥漿。因此，應(yīng)該理解的是，打開和關(guān)閉閥、填充和排空蒸餾室5以及處理泥漿的正時(shí)和 順序以及確定蒸餾室5的數(shù)量、尺寸和處理速度優(yōu)選基于主室3的尺寸以及能由該系統(tǒng)處 理和加工的鹽水的吞吐量預(yù)先確定。針對(duì)每個(gè)蒸餾室5的處理時(shí)間優(yōu)選是相等的或者稍低 于當(dāng)主室3中泥漿的漿面保持基本恒定時(shí)，對(duì)于所有的蒸餾室5繞周界一個(gè)接一個(gè)地充滿 泥漿所花費(fèi)的時(shí)間。這樣，當(dāng)打開和關(guān)閉閥的順序繞主室3進(jìn)行了一個(gè)完整的循環(huán)時(shí)，該順 序從其開始的蒸餾室5將是空的并準(zhǔn)備接收更多的泥漿。此循環(huán)優(yōu)選通過從一個(gè)蒸餾室5 到下一蒸餾室連續(xù)不停地處理泥漿而繼續(xù)，并自身重復(fù)?，F(xiàn)在將結(jié)合圖3-12對(duì)運(yùn)行蒸餾室5以從鹽水中除去冰/雪并回收礦物的過程進(jìn) 行討論。如圖3中所見，每個(gè)蒸餾室5具有連接到管7的入口點(diǎn)41，來自主室3的泥漿混合 物通過該入口點(diǎn)引入。此外優(yōu)選具有鹽水出口 43，該出口 43將留在蒸餾室5中的剩余鹽 水分配到通向中心管21的第二管19中，然后到鹽水儲(chǔ)罐15。同樣地，優(yōu)選在每個(gè)蒸餾室5 的底部處具有淤泥出口 25，該淤泥出口 25將每個(gè)蒸餾室5的底部處的剩余淤泥分配到第二 中心管系統(tǒng)27中，然后到淤泥儲(chǔ)罐17。圖3還顯示了具有兩個(gè)吊鉤47的蓋45、位于底部 處的用于圖4中所示的攪拌器55的混合馬達(dá)49以及與其靠近的槽9。圖4顯示了蒸餾室5的內(nèi)部，泥漿混合物6通過入口點(diǎn)41注入室5中。它還顯示 了從蓋45向下延伸的過濾器51，該過濾器51具有多個(gè)隔開的V形欄桿53。如果希望的話， 過濾器51實(shí)際上還能利用任何類型的多孔表面制成以允許流體流下。過濾器51顯示處于 其提升位置，在泥漿的漿面之上并且在入口點(diǎn)41之上，這是當(dāng)室5填充時(shí)過濾器51所停留 的位置。在每個(gè)蒸餾室5的底部處，優(yōu)選具有另一通過馬達(dá)49運(yùn)行的攪拌器或攪拌槳55，該 攪拌槳55優(yōu)選在蒸餾室5填充時(shí)混合泥漿6。攪拌槳55優(yōu)選幾乎延伸到室5的內(nèi)表面，以 避免其中的任何死區(qū)狀況，并且攪拌槳55上具有涂層，以允許泥漿與壁之間的自由移動(dòng)。圖5顯示了蒸餾室5的內(nèi)部，其中的泥漿混合物填充到接近室5的頂部，這是在閥 關(guān)閉時(shí)以及在下一蒸餾室開始填充時(shí)。它還顯示攪拌槳55已停止旋轉(zhuǎn)，這使泥漿混合物開 始沉淀。此時(shí)，過濾器51和蓋45保持在它們的提升位置，在泥漿的漿面之上。如將討論的， 允許泥漿沉淀產(chǎn)生適當(dāng)梯度所必須的足夠時(shí)間量。此時(shí)，泥漿混合物的優(yōu)選溫度能為大約 負(fù)10攝氏度，這允許形成合適的分層梯度，盡管如果希望的話，泥漿能更冷以允許更多的 冰形成。這取決于引入的泥漿中的礦物的濃度等級(jí)。圖6顯示了蒸餾室5的內(nèi)部，過濾器51降低且蓋45關(guān)閉。在此位置中，過濾器51 延伸到泥漿的上表面之下預(yù)定量。然后，當(dāng)泥漿內(nèi)的冰/雪顆粒開始向上移動(dòng)時(shí)，即因?yàn)楸?比鹽水的密度低，所以它們趨于在過濾器51中的間隔欄桿53之間上升，并浮到頂部，在欄 桿53之上。欄桿53優(yōu)選以這樣的方式確定尺寸并隔開，即允許冰粒上升并上浮到欄桿53 之間，而且使得冰/雪塊一旦形成，就能保持在欄桿53之上。優(yōu)選在過濾器51之上和蓋45
12之下具有充足的空間，以能在其中形成足夠大尺寸的冰/雪塊62，如圖7中所見。每個(gè)欄 桿53優(yōu)選為V形的形狀，這允許冰粒在它們之間向上通過，而且這還使冰/雪塊能更容易 升起，然后被從室5中去除，如將討論的。如圖7中所示，當(dāng)冰粒浮到頂部時(shí)，并且在攪拌器55停止的情況下，冰粒開始結(jié)塊 并在過濾器51之上形成冰/雪塊62。同時(shí)，基于剩余鹽水中所含有的材料的相對(duì)密度，該 剩余鹽水開始在下面分成梯度。最輕或密度最小的材料，即冰粒趨于上浮到頂部，而在室5 的底部處，最重的材料，諸如可能開始形成的固態(tài)礦物晶體往往移向底部，因?yàn)樗鼈兺?鹽水的密度更大。在冰/雪塊與固態(tài)礦物中間優(yōu)選是濃縮的鹽水混合物。此時(shí)，如圖8中所示，提升過濾器51和蓋45，使得過濾器51將冰/雪塊62從剩余 鹽水中提出來。這能通過使用吊鉤47并直接提起蓋45來機(jī)械地進(jìn)行。因?yàn)檫^濾器51具 有隔開的欄桿53，所以剩余鹽水趨于向下排到側(cè)面，而冰/雪塊62被提出來。這使冰/雪 塊62能被從室5中的剩余鹽水中去除并與剩余鹽水分離。要從室5中去除冰/雪塊62，蓋45和過濾器51優(yōu)選朝著槽9傾斜，如圖9中所 示。吊鉤47能用于此目的，并且優(yōu)選相對(duì)于欄桿53橫向定向，從而欄桿53的V形構(gòu)造垂 直于槽9地縱向延伸，以使冰/雪塊62能更容易地沿欄桿53滑動(dòng)，并下滑到槽9上。當(dāng)將 冰/雪塊62傾倒到槽9上時(shí)，冰/雪塊暴露于環(huán)境空氣的環(huán)境室溫，并且開始融化，以形成 純水，該純水沿槽9朝著儲(chǔ)水罐13流動(dòng)。如圖10中所示，在將冰/雪塊62傾倒到槽9上之后，蓋45和過濾器51優(yōu)選返回 到其在室5之上的原始位置。同時(shí)，優(yōu)選通過打開相關(guān)閥，允許室5中的剩余鹽水通過出口 點(diǎn)43排出，從而鹽水能傳輸?shù)焦?9中，然后到達(dá)鹽水儲(chǔ)罐15。鹽水還能再循環(huán)，如先前討 論的，并且諸如當(dāng)好像能提取更多的水和溶質(zhì)時(shí)，能對(duì)鹽水再次進(jìn)行處理。出口點(diǎn)43優(yōu)選 稍稍位于室5的底部之上，盡管不必如此，以使其中含有礦物固體的最重淤泥保持在室5的 底部處，而不是與剩余鹽水一起被沖走。篩子或格柵能設(shè)置在出口點(diǎn)43處以防止任何固體 與鹽水一起排出。如圖11中所示，在將室5中的剩余鹽水排出之后，攪拌槳55優(yōu)選繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，以攪 動(dòng)位于室5的底部處的剩余鹽水和含有礦物固體的淤泥。這有助于降低淤泥的粘度，以使 淤泥能夠流動(dòng)，并且能夠輸送淤泥并能將淤泥從室5中去除。一旦已對(duì)淤泥進(jìn)行充分地?cái)噭?dòng)以降低其粘度，則優(yōu)選打開與排泄管25關(guān)聯(lián)的閥， 以允許淤泥從室5中排出，如圖12中所示。排泄管25優(yōu)選位于室5的底部處，以使含有礦 物固體的最重淤泥能容易地排出，并經(jīng)由中心管27輸送到淤泥儲(chǔ)罐17中。旋轉(zhuǎn)淤泥刷或 管清潔器61能設(shè)置在排泄管25和任何關(guān)聯(lián)的管，諸如中心管27內(nèi)，以確保淤泥進(jìn)入罐17 中。并且由于用于產(chǎn)生礦物固體的相圖，并通過保持泥漿和淤泥的溫度處在預(yù)定量處，包括 鹽晶的固態(tài)礦物將保持在泥漿和淤泥中，使用任意的傳統(tǒng)過濾器都能容易地將所述固態(tài)礦 物從液體中提取出。收集槽9優(yōu)選繞系統(tǒng)1的外周界延伸，優(yōu)選距每個(gè)蒸餾室5等距。收集槽9的橫剖 面優(yōu)選是V形的，如圖3-12中所示，并且收集槽9優(yōu)選以這樣的方式鄰近每個(gè)蒸餾室5定 位，即如圖9中所示，使積聚在每個(gè)蒸餾室5中的冰/雪混合物能夠傾倒到收集槽9上并在 收集槽9上輸送。槽9優(yōu)選打開并暴露于容納系統(tǒng)1的房間，其中該房間能保持在合適的 溫度處以當(dāng)冰/雪混合物沿槽9傳送時(shí)，它能融化。槽9能是水平的，或者如果希望的話，則相對(duì)于飲用水儲(chǔ)罐13稍傾斜地布置，從而融化的冰/雪能僅通過重力沿槽9流動(dòng)或往低處流動(dòng)。槽9優(yōu)選允許純凈水輸送到第一輔助管11中，該第一輔助管11連接到儲(chǔ)水罐13 并用于將來自槽9的純凈水傳輸?shù)焦?3中，純凈水能存儲(chǔ)在該罐13中。優(yōu)選第二管19連接在每個(gè)蒸餾室5的一側(cè)，如圖3-12中更好地顯示，該第二管19 允許每個(gè)蒸餾室5中的剩余鹽水分配并輸送離開蒸餾室5。如圖1中所示，連接到第二管 19的中央輪狀管系21優(yōu)選繞主室3延伸，以收集來自第二管19的剩余鹽水，并將該鹽水輸 送到鹽水儲(chǔ)罐15。第二輔助管23優(yōu)選從中央管系21延伸到鹽水儲(chǔ)罐15，以將鹽水供給到 罐15中。向回通向主室3的額外排放管16能設(shè)置用以使任何剩余的額外鹽水循環(huán)和再循 環(huán)，從而能再次對(duì)它進(jìn)行處理。如圖3-12中更好地顯示，排泄管25優(yōu)選連接在每個(gè)蒸餾室5之下，該排泄管25 允許聚集在每個(gè)蒸餾室5的底部處的淤泥分配并輸送離開每個(gè)蒸餾室5。第二中央輪狀管 27優(yōu)選繞主室3延伸，以收集來自每個(gè)排泄管25的淤泥。第二輔助管29優(yōu)選從第二中央 管27延伸到淤泥儲(chǔ)罐17，淤泥能存儲(chǔ)在該淤泥儲(chǔ)罐17中。圖16的相圖顯示了這樣的過程，即通過該過程，冰和固態(tài)礦物顆粒與溫度和濃度 等級(jí)相關(guān)地形成在泥漿和鹽水中。在循環(huán)的開始，使用本礦物回收系統(tǒng)，按重量計(jì)算，所處 理的濃縮鹽水通常在大約20%到23%的精礦，大部分為NaCl，這稍低于共晶點(diǎn)。根據(jù)該相 圖，這意味著與此刻的過程相關(guān)的冰凍線的區(qū)域恰好在共晶點(diǎn)的左邊，對(duì)于NaCl，共晶點(diǎn)大 約為負(fù)21. 1攝氏度和23. 3%的濃度。此時(shí)，為了形成冰，應(yīng)該理解引入主室3中的冷卻空 氣的溫度必須足夠冷以將微滴的溫度降低到負(fù)21. 1攝氏度的共晶溫度附近。也就是說，因 為鹽水是如此高濃縮的，所以鹽水的溫度必須降低到共晶溫度附近，或者至少下降到冰凍 線以下，從而能在鹽水內(nèi)形成更多的冰晶。當(dāng)鹽水滴落到主室3的底部時(shí)，優(yōu)選鹽水滴的溫 度是共晶溫度，以形成泥漿混合物，其中借助攪拌器35，防止該混合物凍成塊。主室3內(nèi)的冷卻空氣的優(yōu)選溫度是任意的實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)睦鋮s性以在每個(gè)微滴內(nèi)產(chǎn) 生冰粒的溫度。這能取決于濃縮鹽水的初始溫度、冷卻空氣的溫度、微滴在空氣中的停留時(shí) 間、主室3的高度、微滴的尺寸以及所引入的冷卻空氣的容積率等，濃縮鹽水的初始溫度能 為負(fù)10攝氏度。在此過程期間，隨著更多的冰形成，以及鹽水變得更濃縮，相圖的恰好在共晶點(diǎn)處 和/或在共晶點(diǎn)右邊的區(qū)域變得相關(guān)。如在圖16中能看到的，隨著更多的冰形成，以及鹽水 變得更濃縮并達(dá)到NaCl的23. 3%的共晶濃度，為了形成冰，鹽水的溫度必須保持在共晶溫 度處或以下。并且在此情形中，當(dāng)冰形成時(shí)，固態(tài)NaCl顆粒也將形成，即將形成NaCl 2H20， 其中所產(chǎn)生的混合物將含有1)冰晶，2)濃縮鹽水和3)固態(tài)鹽晶的組合。但此時(shí)，即使當(dāng)鹽水的溫度升回到共晶溫度以上，鹽水和固態(tài)NaCl的組合也將繼 續(xù)形成。注意這對(duì)應(yīng)于相圖中恰好在共晶點(diǎn)右邊但在共晶溫度以上的區(qū)域，這里表示鹽水 和固態(tài)NaCl*2H20形成。如果必要，則能將附加的鹽添加到混合物以提高泥漿的濃度，并確 保到達(dá)相圖的右側(cè)。隨著泥漿在蒸餾室5內(nèi)混合，此刻泥漿混合物將繼續(xù)存在，其中泥漿將含有1)冰 晶，2)濃縮鹽水和3)固態(tài)礦物晶體的組合。即使當(dāng)溫度上升到稍稍在共晶溫度以上時(shí)，混 合物中的冰晶也將繼續(xù)存在，并且，當(dāng)攪拌該混合物時(shí)，更多的固態(tài)礦物或鹽晶也將繼續(xù)形 成，即只要鹽的濃度等級(jí)超過共晶濃度量_在溶解度線之下。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)泥漿沉淀在蒸餾室5中時(shí)，混合物的優(yōu)選溫度將大約為負(fù)10攝氏度，其中冰粒將上升到頂部，而鹽粒將下落到底部，然后鹽水將開始在底部處的較高濃 縮的鹽水與頂部附近的較低濃縮的鹽水之間層分成梯度。注意，當(dāng)鹽固化時(shí)，由于鹽固化并將它們從鹽水的液體部分中去除，所以液態(tài)鹽水 中的NaCl濃度很可能再次降低。也就是說，當(dāng)鹽粒形成時(shí)，將它們有效地從鹽水的液體部 分中取出，因此，與先前相比，剩余的鹽水將是較低濃縮的。這是泥漿將趨于保持處于上述 的平衡，而不是變得超濃縮的另一原因。因?yàn)槌?NaCl之外，海水還含有各種礦物，這些礦物具有不同的共晶溫度和濃度 等級(jí)，如上文所討論的，應(yīng)給予如下不同的考慮基于這些差別，能看到不同的礦物將在不 同的溫度和濃度等級(jí)開始固化，而混合物的含水部分將取決于哪種礦物溶解在其中而在不 同的溫度開始凍結(jié)。因此，基于所用的溫度和濃度等級(jí)，能形成多種不同的成分，其中在某 種程度上，即通過達(dá)到了哪個(gè)溫度以及獲得了哪個(gè)濃度等級(jí)能在一定程度上對(duì)任何具體礦 物被固化并因此被提取進(jìn)行控制和判定。例如，如果水溶液僅含有兩種礦物，諸如上文討論的，即NaCl和MgSO4,在海水的情 形中，NaCl比MgSO4大約多20倍，則可能出現(xiàn)如下情形當(dāng)溶液的溫度降低到稍稍在0攝 氏度以下時(shí)，冰?？砷_始形成，但當(dāng)冰形成，并且溶液變得更加濃縮時(shí)，為了繼續(xù)形成冰，溫 度必須進(jìn)一步即沿著冰凍線降低。盡管在溫度下降到NaCl的共晶溫度負(fù)21. 1攝氏度之前 將沒有固態(tài)NaCl形成，但是當(dāng)溫度下降到負(fù)3. 9攝氏度以下時(shí)，基于MgSO4W共晶點(diǎn)，固態(tài) MgSO4可開始形成。此外，由于NaCl是溶液中的主要溶質(zhì)，所以可能的是溶液的冰形成特性 將更密切地遵從NaCl而不是MgSO4的冰凍線。因此，隨著冰的形成，并且溶液的NaCl濃度 的增加，冰將很可能在溶液的溫度和濃度等級(jí)更接近NaCl的冰凍線以下時(shí)形成，而例如在 此線以上時(shí)則不能形成，即使溶液的溫度和濃度等級(jí)在MgSO4的冰凍線以下。盡管如此，當(dāng) 溫度在MgSO4的共晶溫度以下時(shí)，固態(tài)MgSO4顆粒很可能形成，然后當(dāng)溫度下降到負(fù)21. 1攝 氏度時(shí)，固態(tài)NaCl將形成，即NaCl和水合NaCl (或NaCl*2H20)。由于這些原因，本發(fā)明預(yù)期的是各個(gè)蒸餾室5能設(shè)有使泥漿能達(dá)到不同溫度的冷 卻元件。同樣地，系統(tǒng)1能適于使得能使用不同的冷卻空氣溫度，其中通過控制泥漿所達(dá)到 的溫度，人們能控制被固化并因此提取的礦物的類型。在一個(gè)實(shí)施例中，不同的蒸餾室能在 不同的溫度下使用以產(chǎn)生彼此分離的不同礦物固體。此外似乎合適的是使第一蒸餾室處于 最高的溫度，然后使每個(gè)蒸餾室5逐漸變得更冷，從而首先固化的是那些能在相對(duì)較高的 溫度下提取的礦物，而留下在較冷溫度下固化的礦物，以后固化。這樣，能在逐漸更冷的溫 度下對(duì)鹽水進(jìn)行處理，以基于礦物的共晶溫度進(jìn)一步對(duì)這些礦物進(jìn)行提取和分離。在此情 形中，可能適當(dāng)?shù)氖菫椴煌麴s室的每一個(gè)設(shè)置不同的收集罐，從而對(duì)于每個(gè)處理泥漿的 蒸餾室5，能對(duì)不同類型的礦物進(jìn)行單獨(dú)去除、提取和收集，而不是合并到一個(gè)淤泥罐中。剩余的討論將聚焦于相圖的具體特征。圖16顯示了在38%的NaCl濃度處固相之 間具有進(jìn)一步分離的相圖，其中在鹽的濃度低于38%處，具有液態(tài)鹽水和固態(tài)NaCl*2H20 ； 而在濃度高于38%處，具有固態(tài)NaCl*2H20和固態(tài)NaCl。圖16顯示在38%處具有另一相 界，其中具有位于38% NaCl處的飽和液態(tài)(L)鹽水以及固態(tài)水合鹽，NaCl*2H20。在38% 以上，具有兩種固態(tài)鹽NaCl*2H20和NaCl。上述討論假定在結(jié)晶的整個(gè)過程中保持平衡。這意味著隨著溫度下降和持續(xù)結(jié)晶，先形成的晶體繼續(xù)與液體起反應(yīng)以產(chǎn)生均勻的晶體，所述晶體將繼續(xù)變得更富含鹽分。 此平衡過程在“相圖”中限定。如果不能保持此平衡，那么將發(fā)生分級(jí)結(jié)晶并且必須不同地 使用相圖。
通過從溶液中上升來從液態(tài)鹽水中持續(xù)地取出淡水晶體。從鹽水中取出的淡水的 反應(yīng)得以阻止，因此液態(tài)鹽水的成分將繼續(xù)沿著液相線、穿過共晶成分然后穿過固相線改 變。對(duì)餾分變得越來越小的液態(tài)鹽水的成分的這種變化的唯一限制是純鹽(NaCl)的成分。 此分級(jí)結(jié)晶掃過相圖并產(chǎn)生逐漸漂浮的冰層、未飽和鹽的液態(tài)鹽水層、飽和鹽的液態(tài)鹽水 層以及NaCl*2H20晶體(固態(tài))和NaCl晶體(固態(tài))層。
權(quán)利要求
一種礦物回收系統(tǒng)，包括脫鹽系統(tǒng)，所述脫鹽系統(tǒng)使用壓縮空氣來產(chǎn)生超冷空氣，所述超冷空氣能夠被釋放以使容器中的海水微滴閃凍，由此能夠產(chǎn)生淡飲用水和濃縮鹽水混合物；結(jié)晶室，所述結(jié)晶室用于從所述脫鹽系統(tǒng)引入所述濃縮鹽水混合物并將所述濃縮鹽水混合物與來自所述脫鹽系統(tǒng)的超冷空氣混合以形成超冷泥漿混合物，其中用于混合所述超冷泥漿混合物的攪拌器設(shè)置在所述結(jié)晶室的底部處或底部附近；至少一個(gè)蒸餾室，所述至少一個(gè)蒸餾室與所述結(jié)晶室連通，所述超冷泥漿混合物能夠分配到所述蒸餾室中，其中每個(gè)蒸餾室包括1)至少一個(gè)閥，用于將預(yù)定量的所述超冷泥漿混合物釋放到所述蒸餾室中；2)至少一個(gè)過濾器，用于從所述蒸餾室中去除冰粒；3)至少一個(gè)攪拌器，用于混合所述蒸餾室內(nèi)的所述泥漿；4)至少一個(gè)鹽水出口，用于從所述蒸餾室中排出剩余鹽水混合物；以及5)至少一個(gè)淤泥出口，用于從所述蒸餾室中排出剩余淤泥混合物；槽或容器，通過所述過濾器去除的所述冰粒能夠放置在所述槽上，所述槽允許所述冰粒融化以產(chǎn)生相對(duì)清潔的水；以及關(guān)聯(lián)的儲(chǔ)水罐，用于儲(chǔ)存所述清潔的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)晶室具有位于所述室的頂部處或頂部附 近的至少一個(gè)進(jìn)口噴嘴，用于以噴霧的形式將所述濃縮鹽水混合物引入所述室中；以及至 少一個(gè)在中間定位的進(jìn)口，用于將所述超冷空氣引入所述室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)通氣孔設(shè)置在所述室的頂部處或頂部 附近，所述通氣孔允許所述超冷空氣通過所述室向上循環(huán)，其中所述濃縮鹽水混合物能夠 從所述進(jìn)口噴嘴向下噴射到向上循環(huán)的所述超冷空氣上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，圍繞所述室的周界設(shè)置多個(gè)蒸餾室，并且其中設(shè) 置有閥控制系統(tǒng)，所述閥控制系統(tǒng)允許預(yù)定量的泥漿混合物分配到每個(gè)蒸餾室中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述閥控制系統(tǒng)允許所述泥漿混合物以預(yù)定速 度接連地分配到圍繞所述室的周界的每個(gè)蒸餾室中，從而到第一蒸餾室已完成其循環(huán)并且 冰粒、鹽水混合物和淤泥混合物已從所述第一蒸餾室中去除時(shí)，來自所述室的更多的所述 泥漿混合物準(zhǔn)備好分配到所述第一蒸餾室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述過濾器包括多個(gè)V形欄桿，所述欄桿使冰粒 能夠豎直向上漂浮并在所述欄桿之間穿過所述過濾器，但隨著冰粒開始結(jié)塊并在所述過濾 器之上形成冰塊，所述欄桿能夠用于從所述蒸餾室中提升所述冰塊并使所述冰塊能夠容易 地下滑到所述槽上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括與所述鹽水出口連通的管，用于 將所述剩余鹽水混合物從所述至少一個(gè)蒸餾室分配到用于儲(chǔ)存所述鹽水混合物的關(guān)聯(lián)鹽 水儲(chǔ)罐；以及與所述淤泥出口連通的管，用于將所述剩余淤泥混合物從所述蒸餾室分配到 用于存儲(chǔ)所述淤泥混合物的關(guān)聯(lián)淤泥儲(chǔ)罐。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)蒸餾室適于將容納在所述蒸餾室中的所述 泥漿混合物保持在預(yù)定溫度，從而能夠考慮到海水中含有的不同礦物的共晶溫度和成分， 這使不同的礦物能夠在不同的溫度下固化，這又允許從所述蒸餾室中去除和提取不同的礦 物。
9.一種從海水中去除和回收礦物的方法，包括使用具有壓縮機(jī)和膨脹器的脫鹽系統(tǒng)來產(chǎn)生超冷空氣，所述超冷空氣能夠用于使容器 中的海水微滴閃凍，由此能夠產(chǎn)生淡飲用水和濃縮鹽水混合物；使用結(jié)晶室，以用于從所述脫鹽系統(tǒng)引入所述濃縮鹽水混合物并將所述濃縮鹽水混合 物與來自所述脫鹽系統(tǒng)和/或其它超冷空氣源的超冷空氣混合以形成超冷泥漿混合物，其 中用于混合所述超冷泥漿混合物的攪拌器設(shè)置在所述結(jié)晶室的底部處或底部附近；使用與所述結(jié)晶室連通的至少一個(gè)蒸餾室，所述超冷泥漿混合物能夠分配到所述蒸餾 室中，其中，所述至少一個(gè)蒸餾室包括1)至少一個(gè)閥，用于將預(yù)定量的所述超冷泥漿混合物釋放到所述蒸餾室中；2)至少一個(gè)過濾器，用于從所述蒸餾室中去除冰粒；3)至少一個(gè)攪拌器，用于混合所述蒸餾室內(nèi)的所述泥漿；4)至少一個(gè)鹽水出口，用于從所述蒸餾室中排出剩余鹽水混合物和/或剩余淤泥混合物；使用槽或容器，通過所述過濾器從所述蒸餾室去除的所述冰粒能夠放置在所述槽上， 所述槽允許所述冰粒融化以產(chǎn)生相對(duì)清潔的水，所述相對(duì)清潔的水能夠被輸送到關(guān)聯(lián)儲(chǔ)水 罐；從所述蒸餾室去除剩余鹽水；以及從所述蒸餾室去除剩余淤泥混合物并收集所述剩余淤泥混合物中的礦物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括使用位于所述結(jié)晶室的頂部處或頂部附 近的至少一個(gè)進(jìn)口噴嘴，以噴霧的形式將所述濃縮鹽水混合物引入所述結(jié)晶室中；以及使 用至少一個(gè)進(jìn)口，用于將所述超冷空氣引入所述結(jié)晶室中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使所述超冷空氣在所述室的頂部處或頂 部附近排出，以允許所述超冷空氣通過所述室向上循環(huán)，其中所述濃縮鹽水混合物能夠從 所述進(jìn)口噴嘴向下噴射到向上循環(huán)的所述超冷空氣上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括圍繞所述室的周界設(shè)置的多個(gè)蒸餾室，其 中閥控制系統(tǒng)用于允許預(yù)定量的泥漿混合物分配到每個(gè)蒸餾室中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述閥控制系統(tǒng)以允許所述泥漿混 合物以預(yù)定速度接連地分配到圍繞所述結(jié)晶室的周界的每個(gè)蒸餾室中，從而到第一蒸餾室 已完成其循環(huán)并且泥漿混合物已被處理并從所述第一蒸餾室中去除時(shí)，來自所述室的更多 的所述泥漿混合物被分配到所述第一蒸餾室中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置具有多個(gè)V形欄桿的過濾器并且允許 所述泥漿混合物內(nèi)的冰粒豎直向上漂浮并在所述欄桿之間穿過所述過濾器，然后允許所述 冰粒結(jié)塊并在所述過濾器之上形成冰塊，其中所述欄桿能夠用于從所述蒸餾室中提升所述 冰塊并能夠?qū)⑺霰鶋K從所述蒸餾室去除。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括允許所述冰塊從所述過濾器滑落到所述 槽上并且允許所述冰塊融化以形成清潔水，所述清潔水能夠被儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)水罐中。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括用于從所述蒸餾室去除所述剩余鹽水的 另外的出口以及用于儲(chǔ)存所述剩余鹽水的另外的鹽水儲(chǔ)罐。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括用于從所述蒸餾室中去除所述剩余淤泥混合物的另外的出口以及用于儲(chǔ)存所述剩余淤泥的另外的淤泥儲(chǔ)罐，其中能夠從所述另外 的淤泥儲(chǔ)罐去除包含在所述剩余淤泥中的固態(tài)礦物晶體。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括將每個(gè)蒸餾室內(nèi)的溫度保持在預(yù)定溫 度，從而能夠考慮到海水內(nèi)含有的不同礦物的共晶溫度和成分，其中所述方法使所述泥漿 內(nèi)的不同礦物能夠在不同的溫度下固化，這又允許從所述蒸餾室中去除和提取不同的礦 物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述蒸餾室的每一個(gè)的所述淤泥 混合物儲(chǔ)存在不同的儲(chǔ)罐中，從而能夠從所述蒸餾室中的每一個(gè)去除和提取不同的礦物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理來自脫鹽系統(tǒng)的剩余濃縮鹽水的礦物回收系統(tǒng)，其中將該鹽水以噴霧的形式引入結(jié)晶室中，并且其中通過將該鹽水與來自脫鹽系統(tǒng)的超冷空氣混合，微滴將閃凍并形成超冷泥漿混合物，其中用于混合該超冷泥漿的攪拌器設(shè)置在結(jié)晶室的底部處或底部附近。優(yōu)選設(shè)置有多個(gè)蒸餾室，用于進(jìn)一步地將水從濃縮鹽水中分離，以產(chǎn)生含有礦物固體的超濃縮淤泥，從鹽水中能將所述礦物固體去除并回收，用于商業(yè)目的。
文檔編號(hào)B01D9/02GK101820965SQ200880103185
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者保羅·利伯曼, 本·M·埃尼斯 申請(qǐng)人:本·M·埃尼斯;保羅·利伯曼