二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器的製作方法

2023-09-23 14:54:40 1

專利名稱：二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及軟錳礦浸出反應技術，更具體地說，是涉及一種適用於二氧 化硫氣體浸出軟錳礦的反應設備。
背景技術：
硫酸錳是一種重要的化工基礎產品，用途廣泛，除了可用作化工、冶金原料， 還可用於醫藥、造紙、陶瓷、催化劑、礦石浮選、飼料添加劑、電解錳的生產以 及其它錳鹽的生產等。傳統的硫酸錳生產方法都是先製得硫酸錳母液，再對硫酸 錳母液進行過濾、淨化除雜、蒸髮結晶、乾燥而得硫酸錳產品。目前，製取硫酸 錳母液的主要方法有(l)菱錳礦法 一般需用錳質量含量大於20%的菱錳礦粉， 在80 9(TC條件下與稀硫酸作用，生成硫酸錳溶液，然後經過淨化除雜而得硫酸 錳母液。(2)軟錳礦法它將含MnCh在65%以上的軟錳礦粉與白煤粉以100 : 20 的質量配比混合，在還原焙燒爐中於700'C-85(TC進行還原焙燒以生產MnO,然 後將MnO在隔絕空氣的條件下冷卻至室溫，冷卻後的MnO用15%左右的稀硫 酸進行溶解，然後經過淨化除雜而製得硫酸錳母液。(3)硫酸亞鐵法，由軟錳礦 和硫酸亞鐵反應生成硫酸錳和硫酸鐵的混合溶液，然後經過淨化除鐵製得硫酸錳 母液。(4)兩礦加酸法，釆用軟錳礦和硫鐵礦在硫酸存在的條件下進行反應生成 硫酸錳和硫酸鐵的混合溶液，混合溶液經過淨化除鐵製得硫酸錳母液。以菱錳礦 法和軟錳礦法生產硫酸錳都要消耗大量的硫酸，致使硫酸錳的生產成本較高；而 以硫酸亞鐵法和兩礦加酸法生產硫酸錳，由於硫酸鐵、硫鐵礦混合溶液帶入的鐵 雜質含量較高，致使除雜工藝複雜，成本高，且硫酸錳產品品質也受到影響。
二氧化硫在液相中可直接與軟錳礦中的二氧化錳發生氧化還原反應，主要 生成硫酸錳，該工藝不需耗用硫酸、不需對礦漿加熱、不需對軟錳礦進行預焙燒 還原，因此用二氧化硫氣體作為還原劑浸出軟錳礦，可大大縮短上述傳統軟錳礦 製取硫酸錳的工藝流程，徹底革新了傳統的軟錳礦製取硫酸錳的工藝。現有技術用二氧化硫浸取軟錳礦的反應設備， 一般多為塔類設備，在吸收設 備選型方面，中國專利89107720.0明確其工藝吸收過程所用的設備是低阻力降 的臥式機械噴灑吸收器；中國專利89104140.0明確其工藝吸收過程所用的設備 是含二氧化硫煙氣與礦漿逆流接觸式的設備，即板式吸收塔或湍球塔；中國專利 03135926.4.0明確其工藝吸收過程所用的設備是填料吸收塔。塔式設備用於二氧 化硫浸取軟錳礦，在工業上是很難實現的，因為這些吸收塔是屬液膜表面吸收器， 氣體為連續相，液體為分散相，其作用機制是靠液體的流動性、潤溼性在填料表 面形成液膜，氣體在液膜表面被吸收，增大氣速，可強化氣液吸收，但對強化液 固界面傳質影響較小，同時，由於液體中礦粒密度大，很容易在吸收塔的填料、 板間沉積，特別是在開停車、事故停車時，沉積的軟錳礦將與填料結成一塊，造 成嚴重的堵塞，使操作難以進行，無法工業化；而機械噴灑吸收器是屬於液滴表 面吸收設備，雖然省去了礦漿系統的外部循環，但對於以氣膜控制的氣體吸收而 言，吸收速率低，氣流速度小，工業化後佔地面積過大而無法實現。中國專利 97102703.X公開了一種用二氧化硫浸出軟錳礦的專用攪拌機一曝氣式攪拌機或 安裝有吸氣管的泵類，這種設備存在問題有(1)曝氣式攪拌機或安裝有吸氣 管的泵類， 一般用於汙水生化處理領域的充氧曝氣，其氣體分散的基本原理為靠 液體的剪切衝擊使氣體分散到液體中，因此該類設備操作對氣水體積比一般要求 達到5 10 (L/L)，氣水比過高將導致氣體無法分散，影響二氧化硫的吸收率； (2)工業化生產需要抽吸的二氧化硫氣體單位時間體積流量很大，常高達數千 數萬m3/h，而曝氣式攪拌W^或安裝有吸氣管的泵類主要用於單位時間體積流量 較少的工業場合， 一般為數百m3/h,因此很難應用於二氧化硫浸出軟錳礦這樣 大規模工業生產，限制了該方法的實際工業化應用推廣。本實用新型的發明人作 為發明者之一於2004年獲得授權的實用新型專利200420033268.7公開了一種煙 氣脫硫資源化設備，明確該設備用於煙氣脫硫，而非二氧化硫氣體浸出軟錳礦， 採用單級吸收反應，礦漿在一個吸收浸出反應室內循環吸收含二氧化硫煙氣。而 根據化學反應速度方程，反應物的濃度會顯著影響化學反應速度，因此，採用純 二氧化硫氣體與軟錳礦漿反應對吸收工藝的操作要求顯然與軟錳礦漿吸收煙氣 中的少量二氧化硫不同在單級吸收反應的情況下，由於二氧化硫過量，會導致吸收後的二氧化硫氣體無法滿足環保達標排放的要求，既浪費硫資源，也汙染了 環境，該專利也未明確抑制副產物連二硫酸錳生成的技術措施。
發明內容
本實用新型現有技術的二氧化硫氣體浸出軟錳礦用反應設備存在的不足，目 的旨在於提供一種全新結構的適用於二氧化硫氣體浸出軟錳礦的專用反應器，以 解決以下技術問題
1、 實現二氧化硫氣體與軟錳礦漿於一個反應設備中連續浸出吸收，以適應 於工業化連續生產；
2、 提高錳的浸出率和二氧化硫吸收利用率，實現二氧化硫氣體達標排放；
3、 抑制二氧化硫與軟錳礦反應過程中副產物連二硫酸錳的生成；
4、 降低設備的佔地面積。
本實用新型所要解決的技術問題，可通過具有以下的技術方案的二氧化硫氣 體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器實現。
本實用新型提供的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器，
其筒體內設置有i、 n兩級吸收浸出反應室，II級吸收浸出反應室位於I級吸收
浸出反應室下方，每個反應室均配備有攪拌器，上方均設置有反應氣進氣配氣室 和排氣聚氣室，進氣配氣室下方設置有若干噴射口位於反應料漿內的噴射管，噴 射管上端與進氣配氣室連通，位於進氣配氣室上方的排氣聚氣室通過管道與吸收
浸出反應室上部空間連通，I級吸收浸出反應室和n級吸收浸出反應室通過礦漿 下降接管連通，n級吸收浸出反應室的排氣聚氣室與i級吸收浸出反應室的進氣 配氣室通過反應氣上升接管連通，其中，II級吸收浸出反應室設計有氧氣通入接 管和反應後的料漿排出口，反應氣進氣配氣室設計有二氧化硫氣體進口， I級吸 收浸出反應室設計有軟錳礦漿加料接管，反應器筒體上端設計有尾氣排出口。 為了取得更好的發明效果，本實用新型提供的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取
硫酸錳溶液的專用反應器，在上述方案的基礎上還可進一步採取以下技術措施 為了提高從浸取反應器排出的尾氣清潔度，更好地保護環境，在I級吸收浸
出反應室排氣聚氣室上方還設置與聚氣室相通的尾氣除沫器。
兩級吸收浸出反應室所配備的攪拌器，採用由同一個電動機通過同一個轉軸
6驅動。驅動兩級攪拌器運轉的電動機優先考慮設置在I級吸收浸出反應室排氣聚 氣室上方，最好是將驅動電動機設置在與上升尾氣隔離地方，以保護電動機免受 上升尾氣的侵害。
排氣聚氣室可採用穿過進氣配氣室的管道與吸收浸出反應室的上部空間連 通；最好是採用從進氣配氣室中央穿過且包含著攪拌器轉軸的管道與吸收浸出反 應室的上部空間連通。
氧氣通入接管的出氣噴口和新鮮軟錳礦漿加料接管的出料口均位於礦槳液 層內。
進氣配氣室下方的反應氣通入噴射管，其噴射口設計在噴射管下端管壁上。 I級吸收浸出反應室的礦漿下降排出口，即礦漿下降接管的進口設置在不高 於噴射管下端的位置，II級吸收浸出反應室的礦漿進入口，即礦漿下降接管的出 口設置在低於噴射管下端的位置。
本實用新型還採取了其他一些技術措施。
本實用新型提供的二氧化硫氣體浸出軟錳礦的專用反應器，根據反應物的 濃度與化學反應速度的關係，設計了二氧化硫氣體與軟錳礦漿在設備內的浸取反 應線路，從設備結構上保證了二氧化硫氣體與軟錳礦漿可於一個反應設備內進行 連續浸出吸收，再配以申請人在另一份發明專利申請中提出的二氧化硫氣體浸出 軟錳礦的工藝方法，具有很高的錳浸出率和二氧化硫吸收利用率，錳硫資源能得 到充分回收利用，二氧化硫氣體經吸收後可完全實現達標排放，同時也能有效地 抑制二氧化硫與軟錳礦反應過程中的副產物連二硫酸錳生成。在反應器運行過程 中，反應器內上下串聯設置的兩級吸收浸出反應室不需進行切換，可實現礦漿的 連續浸出與排出，運行管理簡便，易於實現工業化。本實用新型提供的二氧化硫 氣體浸出軟錳礦專用反應器，其整體為立式結構，還具有佔地面積小的特點。


附圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。
附圖中各圖示標號的標識對象l-尾氣排出口； 2-除沫器；3-反應氣上升 管；4-新鮮軟錳礦漿通入接管口； 5-二氧化硫氣體入口； 6-氧氣通入接管口； 7 一吸收反應後的礦漿排出口 ； 8-攪拌器；9-II級吸收浸出反應室礦漿入口； 10-礦漿下降連接管；ll-密封軸承；12-1級吸收浸出反應室礦漿排出口； 13-二氧化 硫氣體噴射管；14-二氧化硫反應氣體進氣配氣室，15-1級吸收浸出反應室；16-11 級吸收浸出反應室。
具體實施方式
以下結合附圖說明給出本實用新型的一個實施例，並通過實施例對本實用新 型的結構和工作原理作進一步的說明。有必要在這裡特別說明的是，本實用新型 的具體實施方式
不限於實施例中的形式，根據本實用新型公開的內容，所屬技術 領域的技術人員還可以採取其他的具體方式進行實施，因此，實施例不能理解為 本實用新型僅有的具體實施方式
。 實施例
本實施例的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器，其結構
如附圖所示。反應器筒體內設置有上下串聯的i級吸收浸出反應室15和n兩級 吸收浸出反應室16, n級吸收浸出反應室位於i級吸收浸出反應室下方，每個
反應室均配備有攪拌器8，上部均設置有二氧化硫反應氣進氣配氣室14和排氣 聚氣室，進氣配氣室下方設置有若干插入反應料漿內的噴射管13,噴射管下端
管壁上加工有噴射口，上端與進氣配氣室相通，在I級吸收浸出反應室排氣聚氣 室上方設置有與聚氣室相通的尾氣除沫器，以除去尾氣攜帶的液沫。兩級吸收浸 出反應室所設置的攪拌器由同一個電動機通過同一個轉軸驅動，驅動電機設置在 I級吸收浸出反應室排氣聚氣室上方與排出尾氣隔開的地方，以保護電動機免受 尾氣侵害。攪拌器轉軸穿過I級吸收浸出反應室底部的地方設置有密封軸承11。 位於進氣配氣室上方的排氣聚氣室通過從進氣配氣室中央穿過且包含著攪拌器 轉軸的管道與吸收浸出反應室上部空間連通。i級吸收浸出反應室和n級吸收浸
出反應室通過礦漿下降接管10連通，下降接管的進口 12設置在I級吸收浸出反
應室不高於噴射管下端的位置，出口 9設置在n級吸收浸出反應室低於噴射管下 端的位置。n級吸收浸出反應室的排氣聚氣室與i級吸收浸出反應室的進氣配氣 室通過反應氣上升接管3連通。另外，n級吸收浸出反應室設計有氧氣通入接管 口 6和反應後的料漿排出口 7，反應氣進氣配氣室設計有新鮮二氧化硫氣體進口
5， I級吸收浸出反應室設計有新鮮軟錳礦漿加料接管4，反應器筒體上端設計有尾氣排出口。
發明提供的二氧化硫氣體浸出軟錳礦反應器，其操作運行過程如下，來自 二氧化硫發生器的二氧化硫氣體由鼓風機或氣體壓縮機從II級吸收浸出反應室 16的二氧化硫氣體入口 5進入到II級吸收浸出反應室的氣體配氣室14，再從插 入礦漿中的二氧化硫氣體噴射管13管壁上的噴射口以氣泡形式分散到礦漿中， 與礦漿中二氧化錳反應，殘餘的未反應完二氧化硫氣體由氣體上升管3上升進入 到I級吸收浸出反應室的氣體配氣室14， 二氧化硫氣體再由反應室配備的噴射管 13的噴射口以氣泡的形式分散到礦漿中，與新鮮礦漿中的二氧化錳反應，反應 後的氣體先上升到聚氣室，再由聚氣室進入設置在聚氣室上方的除沫器2，除沫 後從反應器筒體上端的尾氣排出口 l排出；與此同時，新鮮軟錳礦漿由礦漿輸送 設備通過I級吸收浸出反應室礦漿入口及管道4進入到I級吸收浸出反應室，礦 漿中的固體在機械攪拌器8的攪拌作用下懸浮在液相中，與溶解到液相中的二氧 化硫發生化學反應，錳組分被部分浸出，殘餘的未反應完的礦漿由I級吸收浸出 反應室礦漿排出口 12通過下降接管10進入到II級吸收浸出反應室內，與溶解 到液相中的新鮮二氧化硫氣體繼續發生化學反應，浸出剩餘錳組分，錳組分充分 浸出後的礦槳從II級吸收浸出反應室底部礦漿排出口 7排出。氧氣通過鼓風機 由II級吸收浸出反應室設置的氧氣入口及噴射管6進入到礦漿內，參與II級吸 收浸出反應室內二氧化硫與軟錳礦漿的反應過程，溶解到液相的氧通過氧化液相 二氧化硫生成硫酸，控制體系pH值在l左右，從而達到抑制副產物連二硫酸錳 的生成。11級吸收浸出反應室內的反應體系pH值控制與氧氣的流量控制相關聯， pH值在線監測儀與氧氣的流量控制電磁閥通過PLC自動控制系統關聯。
權利要求1、一種二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器，其特徵在於反應器筒體內設置有I、II兩級吸收浸出反應室，II級吸收浸出反應室位於I級吸收浸出反應室下方，每個反應室均配備有攪拌器，上方均設置有反應氣進氣配氣室和排氣聚氣室，配氣室下方設置有若干噴射口位於反應料漿內的噴射管，噴射管上端與配氣室連通，位於配氣室上方的聚氣室通過管道與吸收浸出反應室上部空間連通，I級吸收浸出反應室和II級吸收浸出反應室通過礦漿下降接管連通，II級吸收浸出反應室的聚氣室與I級吸收浸出反應室的配氣室通過反應氣上升接管連通，其中，II級吸收浸出反應室設計有氧氣通入接管和反應後的料漿排出接管口，配氣室設計有二氧化硫氣體進口，I級吸收浸出反應室設計有軟錳礦漿加料接管，反應器筒體上端設計有尾氣排出口。
2、 根據權利要求i所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於在i級吸收浸出反應室排氣聚氣室上方設置有與聚氣室連通 的尾氣除沫器。
3、 根據權利要求i所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於兩級吸收浸出反應室配備的攪拌器由同一個電動機通過同一 個轉軸驅動。
4、 根據權利要求3所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於驅動兩級攪拌器運轉的電動機設置在i級吸收浸出反應室排 氣聚氣室上方。
5、 根據權利要求4所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於驅動兩級攪拌器運轉的電動機與上升尾氣相隔離。
6、 根據權利要求1至5中任一項權利要求所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器，其特徵在於排氣聚氣室由穿過進氣配氣室的管道 與吸收浸出反應室上部空間連通。
7、 根據權利要求6所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於排氣聚氣室由從進氣配氣室中央穿過且包含著攪拌器轉軸的管道與吸收浸出反應室上部空間連通。
8、 根據權利要求7所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於氧氣通入接管的出氣噴口和軟錳礦漿加料接管的出料口均位於礦漿液層內。
9、 根據權利要求6所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於反應氣通入噴射管的噴射口設計在噴射管下端管壁上。
10、 根據權利要求6所述的二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用 反應器，其特徵在於I級吸收浸出反應室的礦漿下降排出口設置在不高於噴射管 下端的位置，II級吸收浸出反應室的礦漿進入口設置在低於噴射管下端的位置。
專利摘要本實用新型公開了一種二氧化硫氣體浸出軟錳礦製取硫酸錳溶液的專用反應器，其主要結構為，反應器筒體內設置有上下串聯的I、II兩級吸收浸出反應室，兩個反應室均配有攪拌器，在反應室上方均設有進氣配氣室和排氣聚氣室，配氣室下方設置有若干與其連通的噴射管，位於配氣室上方的聚氣室通過管道與反應室上方空間連通，I級反應室和II級反應室通過下降接管連通，II級反應室的聚氣室與I級反應室的配氣室通過上升接管連通，其中，II級反應室設計有氧氣通入接管和反應後的料漿排出接管口，配氣室設計有二氧化硫氣體進口，I級反應室設計有軟錳礦漿加料接管，反應器筒體上端設計有尾氣排出口。採用本實用新型可實現工業化連續生產，尾氣可達標排放。
文檔編號C01G45/00GK201343450SQ200920078540
公開日2009年11月11日 申請日期2009年1月8日 優先權日2009年1月8日
發明者丁桑嵐, 蘇仕軍 申請人:四川大學