JP6790473B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌装置に関する。

希土類元素（レアアース）を抽出するための溶媒抽出方法では、希土類イオンを含有している水溶液（水相）と、金属イオンを溶解する有機溶媒（有機相）とを攪拌装置によって攪拌して混合している。このようにすると、有機相には、抽出され易い希土類元素が抽出され、水相には、抽出され難い希土類元素が残る。そして、水相と有機相とを混合した混合液（エマルション）を攪拌装置から静置槽（セトラ）に導入し、静置槽内で水相と有機相とに分離することで、水相から有機相に特定の希土類元素を抽出している。

前記した溶媒抽出方法に用いられる攪拌装置としては、水相および有機相が導入される攪拌槽と、攪拌槽内に挿入された回転軸と、回転軸の下端部に取り付けられた攪拌翼と、を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。この攪拌装置では、攪拌槽内の下部で攪拌翼を回転させることで、水相と有機相とを攪拌して混合している。

特開２０１５−００９２１８号公報

前記した従来の攪拌装置では、攪拌時に水相および有機相の上下方向への流動が少ないため、混合液の濃度（比率）が平衡状態（均一状態）に成り難いという問題がある。
また、攪拌装置の攪拌を停止すると、比重が大きい水相が攪拌槽内の下部に溜まることになる。従来の攪拌装置では、攪拌を再開したときに、攪拌槽内の下部の水相が巻き上がり難いため、混合液の濃度が平衡状態に成るまでの時間が長くなるという問題がある。

本発明は、前記した問題を解決し、比重が異なる液体を攪拌して混合したときに、混合液の濃度を確実に平衡状態にすることができるとともに、攪拌を停止した状態から攪拌を再開したときに、混合液の濃度を速やかに平衡状態にすることができる攪拌装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、攪拌装置であって、比重が異なる複数の液体が導入される攪拌槽と、前記攪拌槽の内部空間を上側攪拌室と下側攪拌室とに区画する仕切り板と、前記仕切り板に形成された連通孔に挿通された回転軸と、前記回転軸に取り付けられた入口導翼と、を備えている。前記連通孔の内周縁部と前記回転軸の外周面との間に隙間が形成されている。前記回転軸には、前記下側攪拌室内の前記液体を攪拌するための攪拌翼が取り付けられている。前記入口導翼は、前記下側攪拌室内において前記仕切り板と前記攪拌翼との間に配置されている。前記入口導翼の最大回転径は、前記連通孔の内径よりも大きく形成されている。前記下側攪拌室内における最下部の前記攪拌翼と前記下側攪拌室の底面との間隔よりも、前記入口導翼と前記仕切り板の下面との間隔が小さく設定されている。前記入口導翼の回転により、前記隙間を通じて、前記上側攪拌室と前記下側攪拌室との間で前記液体の流通が生じて、前記下側攪拌室の下部の前記液体が巻き上げられるように構成されている。

なお、本発明の攪拌装置では、攪拌槽内に少なくとも上下二つの攪拌室が区画されていればよく、攪拌槽内に三つ以上の攪拌室を上下方向に区画してもよい。この場合には、少なくとも最下部の攪拌室内に入口導翼を配置する。

本発明の攪拌装置では、攪拌槽内に液体を導入した状態で、入口導翼を回転させると、回転軸の周囲の隙間を通じて、上側攪拌室と下側攪拌室との間で液体が流通し、攪拌槽内の液体が上下方向に大きく流動する。このようにして、比重が異なる各液体を向流させることができ、各液体を十分に攪拌して混合することができるため、混合液の濃度を確実に平衡状態にすることができる。

本発明の攪拌装置では、各液体の導入量が異なり、攪拌槽内における各液体の比率が大きく異なる場合でも、混合液の濃度を平衡状態にすることができる。
比重が大きい液体の比率が少ない場合には、攪拌を停止すると、比重が大きい液体が攪拌槽内の下部に溜まることになる。このような場合でも、本発明の攪拌装置では、攪拌を再開したときに、攪拌槽の下部の液体を上方に向けて巻き上げることができるため、混合液の濃度を速やかに平衡状態にすることができる。

本発明の攪拌装置の攪拌槽内に導入される液体は限定されるものではない。例えば、希土類元素を抽出するための溶媒抽出方法に本発明の攪拌装置を用いることができる。この場合には、希土類イオンを含有している水溶液（水相）と、金属イオンを溶解する有機溶媒（有機相）とを攪拌槽に導入し、水相と有機相とを攪拌して混合する。これにより、有機相には、抽出され易い希土類元素が抽出され、水相には、抽出され難い希土類元素が残る。そして、混合液を静置槽内で水相と有機相とに分離することで、水相から有機相に特定の希土類元素を抽出することができる。

前記した攪拌装置において、前記回転軸には、前記下側攪拌室内の前記液体を攪拌するための攪拌翼を取り付け、前記入口導翼を前記仕切り板と前記攪拌翼との間に配置されているため、下側攪拌室内の液体をより確実に攪拌することができる。

前記した攪拌装置において、前記回転軸には、前記上側攪拌室内の前記液体を攪拌するための他の攪拌翼が取り付けられており、前記入口導翼と前記仕切り板の下面との間隔よりも、前記上側攪拌室内における最下部の前記他の攪拌翼と前記仕切り板の上面との間隔が大きいため、上側攪拌室内の液体をより確実に攪拌することができる。

前記した攪拌装置において、前記上側攪拌室内または前記下側攪拌室内に挿入された導入管を備え、前記導入管を通じて、前記上側攪拌室内または前記下側攪拌室内に前記液体を導入可能であることが好ましい。

この構成では、液体の比重差や比率に応じて、第一攪拌室内または上側攪拌室内に導入管から液体を導入しつつ、攪拌槽内の液体を攪拌することができるため、攪拌槽内の液体を連続して攪拌することができる。
また、液体ごとに導入管を設け、液体の比重差や比率に応じて、液体の混合に適した位置に、各液体を導入することが好ましい。

前記した攪拌装置において、入口導翼が前記回転軸の軸方向に移設可能であるように構成した場合には、液体の比重差や比率に応じて、入口導翼の位置を変更することで、回転軸の周囲の隙間における液体の吸引力を調整することができ、液体を効果的に攪拌することができる。

前記した攪拌装置において、前記仕切り板が前記攪拌槽に着脱自在であるとともに、前記仕切り板を第一板部材と第二板部材とに分割し、前記第一板部材と前記第二板部材との間に前記回転軸を挟み込むように構成することが好ましい。この構成では、攪拌する液体の比重差や比率に応じて、仕切り板の枚数を簡単に変更し、攪拌室の数を変更することができる。

本発明の攪拌装置では、比重が異なる液体を攪拌して混合したときに、液体が大きく流動するため、混合液の濃度を確実に平衡状態にすることができる。さらに、本発明の攪拌装置では、攪拌を停止した状態から攪拌を再開したときに、混合液の濃度を速やかに平衡状態にすることができる。

本発明の実施形態に係る攪拌装置を示した正面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置を示した図で、（ａ）は図１のＩ−Ｉ断面図、（ｂ）は図１のII−II断面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置を示した図で、図２のIII−III断面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置を示した図で、図１のIV−IV断面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置において、仕切り部材を回転軸に組み付ける様子を示した側断面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置において、駆動装置、回転軸および仕切り部材を攪拌槽に組み付ける様子を示した側断面図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置における液体の流れを示した図で、（ａ）は攪拌を停止した状態の説明図、（ｂ）は攪拌時の説明図である。 本発明の実施形態に係る攪拌装置の入口導翼を示した側面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、希土類元素（レアアース）を抽出するための溶媒抽出方法に用いられる攪拌装置１について説明する。

本実施形態の攪拌装置１は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、希土類イオンを含有している水溶液（水相Ｌ１）と、金属イオンを溶解する有機溶媒（有機相Ｌ２）とを攪拌して混合するための装置である。
なお、以下の説明において、前後左右方向とは、攪拌装置１を説明する上で便宜上設定したものであり、攪拌装置１の構造を特定するものではない。

攪拌装置１は、図１に示すように、水相および有機相が導入される攪拌槽１０と、攪拌槽１０の内部空間を下側攪拌室Ｒ１、中間攪拌室Ｒ２および上側攪拌室Ｒ３に区画する仕切り部材２０と、仕切り部材２０の上面に設けられた駆動装置８０と、を備えている。
また、攪拌装置１は、攪拌槽１０内に挿入された回転軸３０と、回転軸３０に取り付けられた入口導翼４０および攪拌翼５０と、を備えている。
さらに、攪拌装置１は、攪拌槽１０内に挿入された溶媒導入管７１、水溶液導入管７２および吸水管７３（図４参照）を備えている。

攪拌槽１０は、図７に示すように、有底角筒状の容器であり、底板１１と、底板１１の前後左右の縁部に立ち上げられた四枚の側壁１２（図３（ａ）参照）と、を備えている。攪拌槽１０の上面は開口している。攪拌槽１０の上縁部には、フランジ部１８が外方に向けて突出している。

右側の側壁１２の内方には、図４に示すように、内壁１４が設けられている。内壁１４は、右側の側壁１２に対して左右方向に間隔を空けて平行に配置されている。内壁１４の上縁部の高さは、各側壁１２の上縁部の高さよりも低く形成されている。

攪拌槽１０の内部には、図７に示すように、前後左の側壁１２および内壁１４に囲まれた直方体の攪拌空間１５が形成されている。攪拌空間１５は、水相および有機相を貯留して攪拌するための空間である。

右側の側壁１２と内壁１４との間には、攪拌空間１５から溢流した混合液が流入する排出流路１６が形成されている（図８（ｂ）参照）。
排出流路１６の底面１６ａは、図２に示すように、Ｖ形状に窪んでいる（図７参照）。すなわち、底面１６ａの中央部に液体が溜まるように構成されている。
本実施形態では、排出流路１６の左右方向の幅は、攪拌空間１５の左右方向の幅の約１／７の大きさに形成されている。

前後左の側壁１２および内壁１４の内面には、図３（ａ）に示すように、バッフルプレート１２ａが突設されている（図７参照）。各バッフルプレート１２ａは、側壁１２および内壁１４の横方向の中央部に配置されている。各バッフルプレート１２ａは、側壁１２および内壁１４の内面に対して垂直に配置されている。
各バッフルプレート１２ａの下端部は、図４に示すように、底板１１の上面に接している。また、各バッフルプレート１２ａの上縁部の高さは、内壁１４の上縁部と同じ高さに形成されている。

右側の側壁１２の下部には、円形の第一排出孔１７ａが貫通している。第一排出孔１７ａは排出流路１６内に通じている（図４参照）。排出流路１６内の下部に溜まった混合液は、第一排出孔１７ａを通じて攪拌槽１０の外部に排出される（図８（ｂ）参照）。第一排出孔１７ａには、静置槽（図示せず）に通じる配管（図示せず）が接続されている。

前側の側壁１２の下部には、図１に示すように、円形の第二排出孔１７ｂが貫通している。攪拌槽１０内の下部に溜まった混合液は、第二排出孔１７ｂを通じて攪拌槽１０の外部に排出される。第二排出孔１７ｂには、静置槽（図示せず）に通じる配管（図示せず）が接続されている。

仕切り部材２０は、図４に示すように、攪拌空間１５内に収納されている。仕切り部材２０は、図７に示すように、攪拌槽１０の上面開口部を通じて、攪拌空間１５に出入自在である。すなわち、仕切り部材２０は、攪拌槽１０に対して着脱自在である。

仕切り部材２０は、下板２４と、第一仕切り板２１と、第二仕切り板２２と、第三仕切り板２３と、上板２６と、前後左右四本の支柱２５と、を備えている。
下板２４、第一仕切り板２１、第二仕切り板２２、第三仕切り板２３および上板２６は、正方形の平板であり、上下方向に間隔を空けて平行に配置されている。

下板２４は、図４に示すように、攪拌槽１０の底板１１の上面に重ねられる部位である。下板２４の前後左右の縁部には、図６に示すように、凹溝２８が形成されている。凹溝２８には、図４に示すように、バッフルプレート１２ａが嵌め合わされている。

支柱２５は、図６に示すように、軸断面が矩形状の柱である。四本の支柱２５は、下板２４の前後左右の隅部に立設されている。各支柱２５の下端面は、下板２４に対してボルト（図示せず）によって着脱自在に取り付けられている。各支柱２５は、下板２４の上面に対して垂直に延びている。各支柱２５は、図３（ａ）に示すように、攪拌空間１５の前後左右の隅部にそれぞれ配置されている。

第一仕切り板２１は、図３（ｂ）に示すように、前後左右の角部が各支柱２５に取り付けられている（図６参照）。
第一仕切り板２１の前後左右の縁部には、凹溝２８が形成されている。凹溝２８には、バッフルプレート１２ａが嵌め合わされている。

第一仕切り板２１は、図４に示すように、支柱２５の高さの略１／３の高さに配置されている。
第一仕切り板２１によって攪拌空間１５は上下の空間に区画されている。下板２４と第一仕切り板２１との間には、下側攪拌室Ｒ１が形成されている。

第一仕切り板２１は、図３（ｂ）に示すように、前後方向の中央部において、前後の板部材２１ａ，２１ａに分割されている。前側の板部材２１ａの後縁部と、後側の板部材２１ａの前縁部とが着脱自在に連結されている。

第一仕切り板２１の中央部には、円形の連通孔２７ａが貫通している（図４参照）。前側の板部材２１ａの後縁部に連通孔２７ａの前半分が形成され、後側の板部材２１ａの前縁部に連通孔２７ａの後半分が形成されている。

第一仕切り板２１の右後の領域には、後記する溶媒導入管７１が挿通される円形の第一挿通孔２７ｂが形成されている。
第一仕切り板２１の左後の領域には、後記する吸水管７３が挿通される円形の第三挿通孔２７ｄが形成されている。

第二仕切り板２２は、図７に示すように、第一仕切り板２１と同じ形状である。第二仕切り板２２は、第一仕切り板２１と同様に、前後の板部材２２ａ，２２ａに分割されており、前後左右の角部が各支柱２５に取り付けられている。
第二仕切り板２２には、連通孔２７ａ（図４参照）、第一挿通孔２７ｂ（図３（ｂ）参照）および第三挿通孔２７ｄ（図３（ｂ）参照）が形成されている。

第二仕切り板２２は、図４に示すように、支柱２５の高さの略２／３の高さに配置されており、第二仕切り板２２は、第一仕切り板２１の上方に配置されている。第一仕切り板２１と第二仕切り板２２との間には、中間攪拌室Ｒ２が形成されている。

第三仕切り板２３は、図３（ａ）に示すように、第一仕切り板２１（図３（ｂ）参照）と略同様な形状であり、第三仕切り板２３の左前の領域には、後記する水溶液導入管７２が挿通される円形の第二挿通孔２７ｃが形成されている点が異なっている。
第三仕切り板２３は、第一仕切り板２１（図３（ｂ）参照）と同様に、前後の板部材２３ａ，２３ａに分割されており（図７参照）、前後左右の角部が各支柱２５に取り付けられている。
第三仕切り板２３には、第一仕切り板２１（図３（ｂ）参照）と同様に、連通孔２７ａ、第一挿通孔２７ｂおよび第三挿通孔２７ｄが形成されている。

第三仕切り板２３の上面は、図４に示すように、内壁１４の上縁部と同じ高さに配置されており、第三仕切り板２３は、第二仕切り板２２の上方に配置されている。第二仕切り板２２と第三仕切り板２３との間には、上側攪拌室Ｒ３が形成されている。

上板２６は、図７に示すように、攪拌槽１０のフランジ部１８の外形と同じ形状に形成されている。
上板２６の下面には、各支柱２５の上端面がボルト（図示せず）によって着脱自在に取り付けられている。

図４に示すように、上板２６をフランジ部１８の上面に重ねることで、攪拌槽１０の上面開口部が塞がれている。上板２６は、フランジ部１８に対してボルト（図示せず）によって着脱自在に取り付けられている。
第三仕切り板２３と上板２６との間には、上部空間Ｒ４が形成されている。上部空間Ｒ４の右端部は、排出流路１６の上部に連通している。

本実施形態の攪拌装置１では、図７に示すように、仕切り部材２０を攪拌空間１５内に挿入することで、図４に示すように、攪拌槽１０内に下側攪拌室Ｒ１、中間攪拌室Ｒ２、上側攪拌室Ｒ３および上部空間Ｒ４を区画することができる。
本実施形態の攪拌装置１では、下側攪拌室Ｒ１、中間攪拌室Ｒ２および上側攪拌室Ｒ３の容積が略同じ大きさに形成されている。

駆動装置８０は、上板２６の上面に取り付けられている公知のモータである。駆動装置８０の下面から下方に向けて出力軸８１が突出している。出力軸８１は、上板２６の中央部に形成された貫通孔２６ａに挿入されている。

回転軸３０は、軸断面が円形に形成されている軸部材であり（図６参照）、上下方向に延びている。回転軸３０の上端部は駆動装置８０の出力軸８１に連結されており、回転軸３０は、出力軸８１に連動して軸回りに回転する。
回転軸３０には、複数の入口導翼４０および攪拌翼５０が上下方向に間隔を空けて取り付けられている。

回転軸３０は、各仕切り板２１〜２３の各連通孔２７ａに挿通されている。回転軸３０の軸中心と、各連通孔２７ａの中心とは一致している。
回転軸３０の外径は、連通孔２７ａの内径よりも小さく形成されている。したがって、連通孔２７ａの内周縁部（内周面）と、回転軸３０の外周面との間には、環状の隙間Ｔが形成されている（図３（ａ）および（ｂ）参照）。

本実施形態の攪拌装置１では、下側攪拌室Ｒ１内に入口導翼４０および攪拌翼５０が配置され、中間攪拌室Ｒ２内に入口導翼４０および攪拌翼５０が配置され、上側攪拌室Ｒ３内に攪拌翼５０が配置されている。

入口導翼４０は、下側攪拌室Ｒ１内および中間攪拌室Ｒ２内に配置されている羽根車である。
入口導翼４０は、図３（ｂ）に示すように、円筒状の取付部４１と、取付部４１の外周面に取り付けられた六枚のブレード４２と、を備えている（図６参照）。

取付部４１は、回転軸３０に外嵌されている。取付部４１の周壁部を貫通しているねじ穴に螺合させたボルト（図示せず）の先端部を、回転軸３０の外周面に形成された窪み部に係合させることで、取付部４１が回転軸３０に固定されている。
この構成では、ボルトを緩めることで、取付部４１が回転軸３０に対して軸方向に移動可能となる。このように、入口導翼４０は、回転軸３０の軸方向（上下方向）に移設自在である。

ブレード４２は、パドル型の羽根であり、長方形の平板によって構成されている（図６参照）。ブレード４２の両平面は取付部４１の周方向に向けられている。
ブレード４２の内端部は、取付部４１の外周面に取り付けられている。ブレード４２の内端部は、取付部４１の外周面に形成されたフランジ部に接合されている。なお、本実施形態では、取付部４１のフランジ部とブレード４２とは、エンジニアリングプラスチックの切削加工により一体成形されているが、取付部４１およびブレード４２が金属製である場合には、取付部４１のフランジ部にブレード４２を溶接してもよい。
六枚のブレード４２は、取付部４１の外周面に６０度の間隔で取り付けられている。

下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０は、第一仕切り板２１の下面に近接して配置されている。図８（ｂ）に示すように、入口導翼４０を回転させると、回転軸３０の周囲の隙間Ｔに下方に向けて吸引力が生じることになる。これにより、中間攪拌室Ｒ２内の液体が下側攪拌室Ｒ１内に吸い出される。
また、下側攪拌室Ｒ１から回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、中間攪拌室Ｒ２内に液体が流入する。

そして、図９に示すように、入口導翼４０の最大径（Ｄ₂）、回転軸３０の周囲の隙間Ｔ（（Ｄ₁−ｄ）／２）の大きさ、ブレード４２と第一仕切り板２１との間隔（Ｅ）、回転軸３０の回転数Ｒなどを変更することで、回転軸３０の周囲の隙間Ｔに生じる吸引力を変更することができる。このように、本実施形態では、水相と有機相の比重差や比率に応じて、回転軸３０の周囲の隙間Ｔに生じる吸引力を変更することができる。

中間攪拌室Ｒ２内の入口導翼４０は、図４に示すように、下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０と同様に、第二仕切り板２２の下面に近接して配置されている。そして、入口導翼４０を回転させると、図８（ｂ）に示すように、上側攪拌室Ｒ３内の液体が中間攪拌室Ｒ２内に吸い出されるとともに、中間攪拌室Ｒ２内の液体が上側攪拌室Ｒ３内に流入する。
また、中間攪拌室Ｒ２内の入口導翼４０も、下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０と同様に、最大幅、隙間Ｔの大きさ、ブレード４２と第二仕切り板２２との間隔、回転軸３０の回転数などを変更することで、隙間Ｔに生じる吸引力を変更することができる。

攪拌翼５０は、各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３内に配置されている羽根車である。攪拌翼５０は、入口導翼４０と同じ形状の羽根車である（図６参照）。
攪拌翼５０は、図３（ａ）に示すように、取付部５１が回転軸３０に外嵌されており、取付部５１が回転軸３０の軸方向（上下方向）に移設自在である。また、取付部５１には六枚のブレード５２が取り付けられている。

下側攪拌室Ｒ１内の攪拌翼５０は、図４に示すように、下側攪拌室Ｒ１内の高さ方向の略中央部に配置されている。また、中間攪拌室Ｒ２内の攪拌翼５０は、中間攪拌室Ｒ２内の高さ方向の略中央部に配置されている。また、上側攪拌室Ｒ３内の攪拌翼５０は、上側攪拌室Ｒ３内の高さ方向の略中央部に配置されている。

下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０は、第一仕切り板２１と攪拌翼５０との間に配置されている。また、中間攪拌室Ｒ２内の入口導翼４０は、第二仕切り板２２と攪拌翼５０との間に配置されている。

本実施形態の回転軸３０に対して仕切り部材２０を組み付けるときには、図６に示すように、仕切り部材２０を前後に分割し、各仕切り板２１〜２３の前後の板部材２１ａ，２２ａ，２３ａによって、回転軸３０を前後方向から挟み込む。
これにより、図４に示すように、各仕切り板２１〜２３の各連通孔２７ａに回転軸３０が挿通した状態となり、各仕切り板２１〜２３の間に入口導翼４０および攪拌翼５０が配置される。

溶媒導入管７１は、図４に示すように、上板２６に形成された貫通孔２６ｂを通じて、攪拌槽１０内に挿入されている。
溶媒導入管７１は、各仕切り板２１〜２３の第一挿通孔２７ｂ（図３（ａ）および（ｂ）参照）に挿通されている。溶媒導入管７１の下端部は、下側攪拌室Ｒ１の下部に配置されている。
溶媒導入管７１は、仕切り部材２０に対して上下方向に移動自在であり、溶媒導入管７１の下端部の高さを変更することができる。

溶媒導入管７１は、攪拌槽１０の外部に設けられたポンプ（図示せず）の吐出口に接続されている。そして、ポンプから溶媒導入管７１を通じて、下側攪拌室Ｒ１内の下部に比重が小さい有機溶媒（有機相）が導入される。

水溶液導入管７２は、図５に示すように、上板２６に形成された貫通孔２６ｃを通じて、攪拌槽１０内に挿入されている。
水溶液導入管７２は、第三仕切り板２３の第二挿通孔２７ｃ（図３（ａ）参照）に挿通されている。水溶液導入管７２の下端部は、上側攪拌室Ｒ３の上部に配置されている。
水溶液導入管７２は、仕切り部材２０に対して上下方向に移動自在であり、水溶液導入管７２の下端部の高さを変更することができる。

水溶液導入管７２は、攪拌槽１０の外部に設けられたポンプ（図示せず）の吐出口に接続されている。そして、ポンプから水溶液導入管７２を通じて、上側攪拌室Ｒ３内の上部に比重が大きい水溶液（水相）が導入される。

吸水管７３は、図４に示すように、上板２６に形成された貫通孔２６ｄを通じて、攪拌槽１０内に挿入されている。
吸水管７３は、各仕切り板２１〜２３の第三挿通孔２７ｄ（図３（ａ）および（ｂ）参照）に挿通されている。吸水管７３の下端部は、下側攪拌室Ｒ１の下部に配置されている。
吸水管７３は、仕切り部材２０に対して上下方向に移動自在であり、吸水管７３の下端部の高さを変更可能することができる。

吸水管７３は、攪拌槽１０の外部に設けられたポンプ（図示せず）の吸入口に接続されている。そして、ポンプの吸引作用によって、吸水管７３を通じて、下側攪拌室Ｒ１内の混合液を吸い出すように構成されている。吸水管７３に吸い出された混合液は、静置槽（図示せず）に導入される。

次に、本実施形態の攪拌装置１を用いて、水相から有機相に特定の希土類元素を抽出する溶媒抽出方法について説明する。
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、希土類イオンを含有している水溶液（希硫酸、５０％Ｈ₂ＳＯ₄）である水相Ｌ１と、金属イオンを溶解する有機溶媒である有機相Ｌ２と、を１対１０の比率で攪拌槽１０内に導入している。

入口導翼４０および攪拌翼５０が回転しておらず、攪拌を停止した状態（図８（ａ）の状態）では、比重が大きい水相Ｌ１が下側攪拌室Ｒ１の下部に溜まる。
この状態で、駆動装置８０によって回転軸３０を回転させ、各入口導翼４０および各攪拌翼５０を回転させると、図８（ｂ）に示すように、攪拌槽１０内の水相Ｌ１および有機相Ｌ２が流動する。

下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０が回転すると、中間攪拌室Ｒ２内の有機相Ｌ２が、回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、下側攪拌室Ｒ１内に吸い出され、下側攪拌室Ｒ１内に下向きの水流が生じる。この水流によって下側攪拌室Ｒ１の下部に滞留している水相Ｌ１（図８（ａ）参照）が巻き上げられる。そして、下側攪拌室Ｒ１内の水相Ｌ１および有機相Ｌ２は、入口導翼４０および攪拌翼５０によって攪拌され、水相Ｌ１および有機相Ｌ２が混合される。
また、下側攪拌室Ｒ１内の入口導翼４０が回転すると、下側攪拌室Ｒ１内の混合液が回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、中間攪拌室Ｒ２内に流入する。

中間攪拌室Ｒ２内の入口導翼４０が回転すると、下側攪拌室Ｒ１と同様に、上側攪拌室Ｒ３内の有機相Ｌ２が、回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、中間攪拌室Ｒ２内に吸い出される。また、中間攪拌室Ｒ２内の混合液が回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、上側攪拌室Ｒ３内に流入する。
これにより、中間攪拌室Ｒ２の下部に滞留している水相Ｌ１が巻き上げられる。そして、中間攪拌室Ｒ２内の水相Ｌ１および有機相Ｌ２は、入口導翼４０および攪拌翼５０によって攪拌され、水相Ｌ１および有機相Ｌ２が混合される。

各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３内において水相Ｌ１と有機相Ｌ２とが攪拌されると、水相Ｌ１と有機相Ｌ２とが混合して混合液（エマルション）となる。このとき、有機相Ｌ２には、抽出され易い希土類元素が抽出され、水相Ｌ１には、抽出され難い希土類元素が残る。

攪拌時に攪拌槽１０内では、水相Ｌ１および有機相Ｌ２を導入し続けているため、上側攪拌室Ｒ３内の混合液は、第三仕切り板２３の隙間Ｔを通じて、上部空間Ｒ４内に流入する。
上部空間Ｒ４に流入した混合液は、第三仕切り板２３の上面から排出流路１６内に溢流し、排出流路１６の下部から第一排出孔１７ａを通じて、静置槽（図示せず）に導入される。
なお、上側攪拌室Ｒ３から第一排出孔１７ａを通じて排出された混合液は、比重が小さい有機相Ｌ２の比率が多くなっている。

図４に示すように、吸水管７３によって、下側攪拌室Ｒ１内から吸い出された混合液を静置槽（図示せず）に導入している。
また、図１に示すように、下側攪拌室Ｒ１の下部に通じる第二排出孔１７ｂから流出した混合液を静置槽に導入している。
なお、下側攪拌室Ｒ１の下部から第二排出孔１７ｂを通じて排出された混合液は、比重が大きい水相Ｌ１の比率が多くなっている。

攪拌装置１から静置槽（図示せず）に導入された混合液は、静置槽内で水相と有機相とに再び分離される。このとき、有機相は、水相が有していた特定の希土類元素を有していることになる。このようにして、水相から有機相に特定の希土類元素が抽出される。

以上のような攪拌装置１では、図８（ｂ）に示すように、攪拌槽１０内に水相Ｌ１および有機相Ｌ２を導入した状態で、各入口導翼４０および各攪拌翼５０を回転させると、回転軸３０の周囲の隙間Ｔを通じて、各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３の間で水相Ｌ１および有機相Ｌ２が流通する。
これにより、攪拌槽１０内において水相Ｌ１および有機相Ｌ２が大きく上下方向に流動するため、比重が異なる水相Ｌ１および有機相Ｌ２を確実に向流させることができる。
そして、水相Ｌ１および有機相Ｌ２を十分に攪拌して混合することができるため、混合液の濃度を確実に平衡状態にすることができる。

本実施形態のように、水相Ｌ１の比率が少ない場合には、攪拌を停止すると、図８（ａ）に示すように、比重が大きい水相Ｌ１が攪拌槽１０内の下部に溜まることになる。
このような場合でも、本実施形態の攪拌装置１では、攪拌を再開したときに、図８（ｂ）に示すように、攪拌槽１０の下部に溜まっている水相Ｌ１を上方に向けて確実に巻き上げることができる。したがって、攪拌を再開したときに、混合液の濃度を速やかに平衡状態にすることができる。

そして、本実施形態の攪拌装置１では、図５に示すように、比重が大きい水相を水溶液導入管７２から攪拌槽１０の上部に導入し、比重が小さい有機相を溶媒導入管７１から攪拌槽１０の下部に導入している。
これにより、攪拌槽１０の上部に導入された水相は下方に向けて流動し、攪拌槽１０の下部に導入された有機相は上方に向けて流動するため、水相と有機相とを攪拌槽１０内で効果的に流動させることができる。
このように、本実施形態の攪拌装置１では、水相と有機相との比重差や比率に応じて、水相と有機相との混合に適した位置に、水相および有機相を導入することができる。

本実施形態の攪拌装置１では、図７に示すように、仕切り部材２０が攪拌槽１０に着脱自在であるとともに、図６に示すように、仕切り部材２０が前後に分割可能である。
したがって、水相と有機相の比重差や比率に応じて、仕切り板の枚数を簡単に変更し、攪拌室の数を変更することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態の攪拌装置１では、図４に示すように、下側攪拌室Ｒ１および中間攪拌室Ｒ２に入口導翼４０が配置されているが、下側攪拌室Ｒ１または中間攪拌室Ｒ２の一方のみに入口導翼４０を配置してもよい。本発明では、上下に配置された攪拌室のうち、少なくとも下側の攪拌室に入口導翼４０が配置されていればよい。

本実施形態の攪拌装置１では、下側攪拌室Ｒ１および中間攪拌室Ｒ２にそれぞれ入口導翼４０が配置されているが、上側攪拌室Ｒ３にも入口導翼４０を配置してもよい。
なお、上側攪拌室Ｒ３に入口導翼４０を配置した場合には、上部空間Ｒ４に水相を導入し、入口導翼４０の回転によって、上部空間Ｒ４の水相を上側攪拌室Ｒ３内に吸い出させることができる。

本実施形態の攪拌装置１では、図４に示すように、各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３内にそれぞれ一つの攪拌翼５０が配置されているが、各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３内に二つ以上の攪拌翼５０を配置してもよい。また、本発明の参考例としては、各攪拌室Ｒ１〜Ｒ３内に攪拌翼５０を配置しなくてもよい。

本実施形態の攪拌装置１では、三枚の仕切り板２１〜２３によって、攪拌槽１０内に三つの攪拌室Ｒ１〜Ｒ３が区画されているが、攪拌槽１０内には、少なくとも上下二つの攪拌室が区画されていればよく、四つ以上の攪拌室を区画してもよい。

本実施形態の攪拌装置１では、各仕切り板２１〜２３に円形の連通孔２７ａが形成されているが、その形状は限定されるものではない。さらに、連通孔２７ａの内周縁部を囲むように環状のスペーサを取り付け、そのスペーサの内径を変更することで、回転軸３０の周囲の隙間Ｔの大きさを変更することもできる。

本実施形態の攪拌装置１では、図６に示すように、仕切り部材２０が二つに分割されているが、分割する数は限定されるものではない。さらに、仕切り部材２０を分割することなく、一体に形成してもよい。

本実施形態の入口導翼４０および攪拌翼５０は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、六枚のパドル型のブレード４２を有しているが、ブレードの形状や枚数などは限定されるものではない。
例えば、回転軸３０の軸方向に対して傾斜したブレードやスクリュー型のブレードなど、攪拌に適した形状の入口導翼４０および攪拌翼５０を適宜に用いることが好ましい。

本実施形態の攪拌装置１では、図１に示すように、攪拌槽１０内に水相および有機相を導入しながら、水相および有機相を攪拌しているが、攪拌槽１０に水相および有機相を導入することなく、攪拌槽１０内の水相および有機相を攪拌してもよい。

本実施形態の攪拌装置１は、図１から図８に示すように、角型の攪拌槽１０を用いているが、攪拌槽の形状は円筒形の丸型でもよい。

本実施形態では、希土類元素の溶媒抽出方法に用いられる攪拌装置１について説明しているが、本発明の攪拌装置の攪拌対象となる液体は限定されるものではなく、比重が異なる各種の液体を攪拌して混合することができる。

１ 攪拌装置
１０ 攪拌槽
１１ 底板
１２ 側壁
１２ａ バッフルプレート
１４ 内壁
１５ 攪拌空間
１６ 排出流路
１７ａ 第一排出孔
１７ｂ 第二排出孔
１８ フランジ部
２０ 仕切り部材
２１ 第一仕切り板
２１ａ 板部材
２２ 第二仕切り板
２２ａ 板部材
２３ 第三仕切り板
２３ａ 板部材
２４ 下板
２５ 支柱
２６ 上板
２７ａ 連通孔
３０ 回転軸
４０ 入口導翼
４１ 取付部
４２ ブレード
５０ 攪拌翼
５１ 取付部
５２ ブレード
７１ 溶媒導入管
７２ 水溶液導入管
７３ 吸水管
８０ 駆動装置
８１ 出力軸
Ｌ１ 水相
Ｌ２ 有機相
Ｒ１ 下側攪拌室
Ｒ２ 中間攪拌室
Ｒ３ 上側攪拌室
Ｒ４ 上部空間
Ｔ 隙間

Claims (5)

1. 比重が異なる複数の液体が導入される攪拌槽と、
   前記攪拌槽の内部空間を上側攪拌室と下側攪拌室とに区画する仕切り板と、
   前記仕切り板に形成された連通孔に挿通された回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられた入口導翼と、を備え、
   前記連通孔の内周縁部と前記回転軸の外周面との間に隙間が形成され、
   前記回転軸には、前記下側攪拌室内の前記液体を攪拌するための攪拌翼が取り付けられており、
   前記入口導翼は、前記下側攪拌室内において前記仕切り板と前記攪拌翼との間に配置され、
   前記入口導翼の最大回転径は、前記連通孔の内径よりも大きく形成され、
   前記下側攪拌室内における最下部の前記攪拌翼と前記下側攪拌室の底面との間隔よりも、前記入口導翼と前記仕切り板の下面との間隔が小さく設定されており、
   前記入口導翼の回転により、前記隙間を通じて、前記上側攪拌室と前記下側攪拌室との間で前記液体の流通が生じて、前記下側攪拌室の下部の前記液体が巻き上げられることを特徴とする攪拌装置。
2. 請求項１に記載の攪拌装置であって、
   前記回転軸には、前記上側攪拌室内の前記液体を攪拌するための他の攪拌翼が取り付けられており、
   前記入口導翼と前記仕切り板の下面との間隔よりも、前記上側攪拌室内における最下部の前記他の攪拌翼と前記仕切り板の上面との間隔が大きいことを特徴とする攪拌装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の攪拌装置であって、
   前記上側攪拌室内または前記下側攪拌室内に挿入された導入管を備え、
   前記導入管を通じて、前記上側攪拌室内または前記下側攪拌室内に前記液体を導入可能であることを特徴とする攪拌装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、
   前記入口導翼は、前記回転軸の軸方向に移設可能であることを特徴とする攪拌装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、
   前記仕切り板は、前記攪拌槽に着脱自在であるとともに、複数の板部材に分割されており、前記各板部材の間に前記回転軸が挟み込まれていることを特徴とする攪拌装置。

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