提高目标元素转浸率的湿法冶金反应器和湿法冶金方法

摘要

本发明公开了一种提高目标元素转浸率的湿法冶金反应器和湿法冶金方法，其包括反应器主体和搅拌装置，所述反应器主体的顶部分布有伸入到反应器主体内部下端的顶部进气管，在反应器主体的底部分布有底部进气口，在反应器主体的侧面分布有侧面进气口。在湿法冶金实验研究和工业化生产过程中，由于反应介质粘度大、密度小，金属矿物密度大，导致固体极容易沉底，气液固三相接触不充分，金属矿物转化率降低。本方法采用增强气液固三相混合传质效果的反应器设计，可以实现目标元素更高转浸率，浸出率较传统工艺提高10%～50%。

说明书

技术领域

本发明属于湿法冶金技术领域，尤其是一种提高湿法冶金过程目标元素转浸率的反应器和方法。

背景技术

湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。现代的湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属提炼，有的金属其全部冶炼工艺属于湿法冶金，但大多数是矿物分解、提取和除杂采用湿法工艺。

湿法冶金包括下列步骤：①将原料中有用成分转入溶液，即浸取；②浸取溶液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子洗涤回收；③浸取溶液的净化和富集，常采用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法；④从净化液提取金属或化合物。其中湿法冶金中主要的控制步骤为转浸阶段，转浸率的高低直接决定工艺的可行性和经济性，而搅拌与混合的效果对浸出率影响极其重大。

搅拌与混合在湿法冶金行业中有着广泛的应用，其操作目的基本上可分为下列四个方面：①制备均匀混合物：如调和、乳化、固体悬浮、捏合以及团粒混合等。②促进传质：如萃取、浸取、溶解、结晶、气体吸收等。③促进传热：搅拌槽内加热或冷却。④上述三种目的之间的组合，特别是一些快速反应对混合、传质有较高的要求，搅拌与混合的好坏往往成为过程的控制因素。

虽然搅拌与混合在湿法冶金过程中是一种很常规的单元操作，但由于其流动过稳的复杂性，理论方面的研究还很不够，对搅拌装置的设计和操作至今仍带有很大的经验性。致使在湿法冶金实验研究和工业化生产过程中，由于反应介质粘度大，金属矿物密度大，导致固体极容易沉底，气液固三相接触不充分，金属矿物转化率降低。所以增强气液固三相混合传质，固体颗粒充分分散，是实现高转浸率的前提。

搅拌与混合装置主要由搅拌器组成，搅拌器按流动形态分为轴向流搅拌器、径向流搅拌器及混合流搅拌器。浆式搅拌器主要用于流体的循环，不能用于气液分散操作；推进式搅拌器为轴向流搅拌器，其结构简单、制造方便，循环量大，搅拌功率小，常用于低粘流体的搅拌；涡轮式搅拌器适用物料粘度范围广，剪切力较大，分散流体的效果好，直叶和弯叶涡轮搅拌器主要产生径向流，折叶涡轮搅拌器主要产生轴向流；锚式和框式搅拌器结构简单，制造方便，适用于粘度大、处理量大的物料，易得到大的表面传热系数可减少“挂壁”的产生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增强气液固三相混合传质效果的提高湿法冶金过程目标元素转浸率的反应器；本发明还提供了一种增强气液固三相混合传质效果的提高湿法冶金过程目标元素转浸率的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括反应器主体、以及搅拌装置，所述反应器主体的顶部分布有伸入反应器主体内部下端的顶部进气管，在反应器主体的底部分布有底部进气口，在反应器主体的侧面分布有侧面进气口。

本发明所述反应器主体内底部分布设置有底部塔板。所述底部塔板的高度为反应器主体内腔高度的1/15～1/9。

本发明所述在反应器主体内侧壁上分布设置有径向塔板。所述径向塔板上开有均匀的通孔，径向塔板的宽度为反应釜内径的1/15～1/10。

本发明所述在反应器主体内设有隔断反应器主体的横向塔板；所述横向塔板的高度低于静液面高度，且横向塔板上开有均匀的通孔。

本发明所述搅拌装置的搅拌桨为双层结构，底部桨叶为轴流式；上部桨叶为径流式或混流式，且低于动液面高度。

本发明所述顶部进气管、底部进气口、侧面通气口、底部塔板、径向塔板的数量均为1～6个。所述横向塔板最好设置有两层，分别位于反应器主体内的中上部和中下部；所述侧面进气口和径向塔板最好均两层设计，其中上层位于两横向塔板之间，下层位于横向塔板的下部；所述搅拌装置的上部桨叶位于两横向塔板之间，底部桨叶横向塔板的下部。

本发明方法采用上述的湿法冶金反应器，所述湿法冶金的搅拌过程中，按照100kg金属矿物计算，所述每个顶部进气管、底部进气口和侧面进气口的进气流量均为0.1～10m³/h；所用矿物重量变化，则进气量按相应比例改变。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用本反应器和方法可以增强气液固三相混合传质，固体颗粒充分分散，实现了反应气体与金属矿物的最大接触面积与反应效果，目标元素转浸率相比传统提取工艺可以提高10%～50%。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图。

图中：1、搅拌装置；2、进料口；3、反应器主体；4、上层径向塔板；5、上层侧面进气口；6、下层径向塔板；7、下层侧面进气口；8、底部进气口；9、底部塔板；10、出料口；11、底部桨叶；12、下层取样口；13、下层横向塔板；14、上层取样口；15、上部桨叶；16、上层横向塔板；17、顶部进气管；18、排气口；19、测温口。

具体实施方式

图1所示，本提高目标元素转浸率的湿法冶金反应器包括有反应器主体3、以及搅拌装置1；所述搅拌装置1固定在反应器主体3的顶部，并向下穿过并伸入反应器主体3内部。在反应器主体3的上部设有进料口2，下部设有出料口10，用于料液的进出。为促进反应气体、介质与金属矿物的充分分散与接触，在反应器主体3的顶部设有顶部进气管17，所述顶部进气管17可根据需要设置有1～6个并均匀分布在反应器主体3顶部边侧；所述顶部进气管17穿过反应器主体3的顶部，伸入到反应器主体3内腔的下端。在反应器主体3的底部均匀分布有1～6个底部进气口8；这样，利用顶部进气管17和底部进气口8，即可将反应气体均匀的分散到介质与金属矿物的下端和底端，增加反应气体与介质和金属矿物的接触面积同时起到辅助搅拌的目的；顶部进气管17和底部进气口8的数量可根据需要设置。为促进液体的径向与轴向流动，在反应器主体3侧面均匀分布有1～6个侧面进气口5、7；侧面进气口的数量可根据需要设置，最好多个、上下两层设计，即上层侧面进气口5和下层侧面进气口7，以增加侧面进气的均匀性；侧面进气口5、7进一步将反应气体均匀的分散到介质与金属矿物的中部，同时气流可推动介质与金属矿物的流动。在反应器主体3的顶部设有排气口18，用于排出反应器主体3内的气体。顶部进气管17、底部进气口8和侧面进气口5、7以及排气口18的设置，可增加反应气体与金属矿物的接触面积，通过在反应器顶部、底部与侧面进行通气，实现气固良好的接触，同时推动固液的流动；且其数量可根据需要设置。在反应器主体3的侧部设有取样口12、14，包括上层取样口14和下层取样口12。在反应器主体3的顶部设有测温口19，用于测量反应器主体内部的温度。

图1所示，本反应器为促进固体悬浮，在反应器主体3内腔底部均匀分布设置1～6块底部塔板9，其高度为反应器主体3内腔高度的1/15～1/9；底部塔板9的数量可根据需要设置。为消除反应器内液体的打旋现象，使被搅拌的液体上下翻腾，在反应器主体3内壁上均匀地安装1～6块径向塔板4、6，其宽度为槽直径的1/15～1/10；径向塔板的数量可根据需要设置，最好为多个、上下两层设计，即上层径向塔板4和下层径向塔板6，以更有效地起到扰流的作用。为促进固液的混合流动，搅拌装置1的搅拌桨设为双层，底部桨叶11为轴流式，上部桨叶15为径流式或混流式，且低于动液面高度。为促进反应气体、介质与金属矿物的充分分散与接触，在反应器主体3内设有两层隔断反应器主体的横向塔板16、13，上层横向塔板16位于反应器主体内的中上部，下层横向塔板13位于反应器主体内的中下部，横向塔板16、13上开有均匀的通孔；这样即可改进反应器内气液固三相的混合传质方向，实现三相的充分混合。

图1所示，本反应器的横向塔板16、13、侧面进气口5、7、径向塔板4、6以及桨叶15、11均为两层设置时，横向塔板16、13将反应器主体3的内腔分割成上中下三个空间；上层侧面进气口5、上层径向塔板4、上部桨叶15和上层取样口14位于上层横向塔板16和下层横向塔板13之间的中部空间；下层侧面进气口7、下层径向塔板6、下层取样口12和下部桨叶11位于下层横向塔板13与反应器主体底部形成的下部空间。因介质与金属矿物主要在中部和下部空间内搅动、反应，这样中部和下部空间分别设置侧面进气口、径向塔板和桨叶，能更有效的提升搅拌与混合的效果，提高浸出率；两个空间分别设置取样口可分别对中部和下部空间取样，以更准确的了解反应情况。

实施例1：以铬铁矿为研究对象，本提高目标元素转浸率的湿法冶金方法步骤如下所述。

（1）KOH溶液溶液反应介质密度提高0.2，通过增加K₂C0₃、KOH浓度等来实现；

（2）反应器顶部通气流量为3m³/h；反应器侧面中间偏下位置通气流量为1m³/h；

（3）反应器底上设置2块底部挡板，其高度为反应器高度的1/15；反应器壁上均匀地设置4块挡板，其宽度为槽直径的1/15；搅拌桨设为双层，底部桨叶为推进式，上部桨叶为三页后掠式，且低于动液面高度；反应器内安装径向放置的塔板3块。

经检测、计算，本实施例中铬的转浸率为99.1%，比现有湿法冶金工艺提高10%。

实施例2：以钒渣为研究对象，本提高目标元素转浸率的湿法冶金方法步骤如下所述。

（1）反应器底部通气流量为１m³/h；

（2）反应器底上设置2块底部挡板，其高度为反应器高度的1/12；搅拌桨设为双层，底部桨叶为推进式，上部桨叶为三页后掠式，且低于动液面高度；反应器内安装径向放置的塔板3块。

经检测、计算，本实施例中钒的转浸率为99.5%，比现有湿法冶金工艺提高15%。

实施例3：以红土镍矿为研究对象，本提高目标元素转浸率的湿法冶金方法步骤如下所述。

（1）反应器中间位置通气流量为2m³/h；

（2）反应器壁上均匀地设置3块挡板，其宽度为槽直径的1/15；搅拌桨为双层桨，底部桨叶为A-315式，上部桨叶为三页后掠式。

经检测、计算，本实施例中镍的转浸率为98.5%，比现有湿法冶金工艺提高10%。

实施例4：以提钒尾渣为研究对象，本提高目标元素转浸率的湿法冶金方法步骤如下所述。

（1）反应器侧面中间位置气流量为1m³/h，底部气流量为0.5m³/h；

（2）反应器底上安装3块底部挡板，其高度为反应器高度的1/15；搅拌桨为双层，底部桨叶为推进式，上部桨叶为平直叶桨式，且低于动液面高度；反应器内安装径向放置的塔板3块。

经检测、计算，本实施例中钒的转浸率为99.1%，比现有湿法冶金工艺提高50%。

实施例5：以钛铁矿为研究对象，本提高目标元素转浸率的湿法冶金方法步骤如下所述。

（1）反应器顶部位置气流量为1m³/h，底部气流量为0.5m³/h；

（2）反应器底上均匀设置3块底部挡板，其高度为反应器高度的1/9；反应器壁上均匀地设置4块挡板，其宽度为槽直径的1/10；搅拌桨设为双层，底部桨叶为推进式，上部桨叶为三页后掠式，且低于动液面高度。

经检测、计算，本实施例中钛的转浸率为98.1%，比现有湿法冶金工艺提高10%。