適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器的製作方法

2023-09-23 14:52:50

專利名稱：適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及軟錳礦浸出液的淨化除雜技術，更為具體地說，是涉及一種適用於軟錳礦浸出液淨化除雜裝置。
背景技術：
錳是重要的戰略性資源，也是發展鋼鐵工業的重要原料之一，錳的各種化合物也廣泛用於有色金屬、電池、化工、軟磁材料、玻璃、陶瓷等行業，在國民經濟和社會發展中具有十分重要的戰略地位。目前錳系產品的生產主要是以碳酸錳礦酸浸法為主，在我國一些錳系產品生產集中的地區，所使用的碳酸錳礦品位已經由含錳18% 20%降低到只有 13% 15%，已遠遠滿足不了國內生產需求而導致大量進口，使中國成為世界上最大的錳礦進口國，制約了我國錳系產品的生產和可持續發展。而另一方面，我國儲量豐富、含錳 20% 25%的軟錳礦，卻因為還原過程成本過高，或汙染環境嚴重等問題得不到利用。由此可見，研究如何經濟、合理地利用低品位軟錳礦，特別是解決其還原工藝這一瓶頸性的技術問題，對緩解當前我國錳礦資源緊缺的矛盾、確保錳系產品行業可持續發展，以及西部地區經濟的發展都具有十分重要的戰略意義。軟錳礦的浸出主要包括還原焙燒-酸浸法、兩礦一步法和SO2浸出法等。其中，還原焙燒-酸浸法是軟錳礦利用的傳統方法，其主要過程為在700 1000°C下，軟錳礦中的 MnO2與還原劑(C、C0、H2、CH4等)反應，將MnA還原成MnO，然後利用酸浸，得到錳鹽母液，其缺點是設備投資較大、耗能高、焙燒過程產生的煙氣對環境有汙染。兩礦一步法是我國低品位軟錳礦生產錳系產品過程中通行的工藝路線，其過程為將軟錳礦、黃鐵礦和硫酸按一定的配比，在一定的溫度下反應，通過Fe2+將軟錳礦中的MnA還原為Mn2+。但其還原率和浸出率較低，渣量大，影響了錳的回收率。浸出法是將氣體通入軟錳礦漿內，通過與 MnO2之間的氧化還原反應直接生成硫酸錳，製得硫酸錳可達到HG-I^962-1999標準。此方法為汙染治理與低品位軟錳礦資源化利用相結合的新方法，是一種符合國情的低品位、 難處理礦的高效、低成本、少汙染提取技術。本實用新型的發明人所在課題組已經對此工藝進行了系統的研究，並對其關鍵技術及反應器申請了專利(200910058062，200920078M0， 200910058061)。軟錳礦浸出及資源化技術包括軟錳礦的浸出、浸出液淨化除雜及錳產品的回收利用三個主要階段。不管其浸出工藝如何，在浸出過程中，軟錳礦中的Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb 等重金屬雜質會隨同錳一起被浸出，因此，為了保證後續錳產品的品質，必須對浸出液進行淨化除雜。由於軟錳礦的浸出是一個MnA還原為Mn2+的過程，從而導致浸出液中的！^有一部分以狗2+的形式存在，因此必須在浸出液中加入雙氧水、二氧化錳或空氣等氧化劑將其氧化為三價鐵，而後加入液氨或石灰乳等中和劑調節PH至5. 5士0. 5，使其生成氫氧化鐵並通過第一次固液分離去除。然後在浸出液中加入SDD或乙硫氮等硫化劑，在pH為中性的條件下，使Co、Ni、Cu、Zn、Pb等重金屬離子形成硫化物，經第二次固液分離除去。然而，由於氫氧化鐵和重金屬硫化物為微絮體，不易沉降，採用重力自然沉降的方式需要大面積的沉澱池，採用壓濾則需要更多的動力消耗，而且反應、沉澱(或壓濾)兩套工序，需要更多的設備，增加基建和運行成本。因此，開發高效節能的淨化除雜反應器對於降低低品位軟錳礦浸出液資源化利用工藝的投資和運行成本具有重要意義。
發明內容針對軟錳礦浸出液淨化除雜過程中存在的問題，本實用新型的目的旨在提出一種適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，以降低軟錳礦浸出液淨化除雜設備的投資和運行成本。本實用新型的基本思想是根據中和除鐵、硫化除重金屬工序的特點，在同一反應器內設置不同功能的反應區，集中和、沉澱除鐵(硫化除重金屬)、過濾與重力沉降於一體， 實現高效分離，節省設備佔地面積和動力消耗的目的。本實用新型提供的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其結構是反應器筒體由設置在筒體內的分隔層構件分割為上下兩部分，上部分空間為脫除反應區，下部分空間為沉澱分離區，其中脫除反應區內設置有將反應區分割為主反應區與濾液區的過濾層構件，所述分隔層構件設計有將主反應區與沉澱分離區連通的通道，主反應區設置有攪拌器，進料管出口位於主反應區，脫除反應區筒體設有濾液排出口，沉澱分離區筒體設有沉澱排出口。在上述技術方案中，所述過濾層構件可由設置在反應器筒體內的框架和固定附著在框架上的過濾介質層構成。所述框架可以是整體結構，也可以是分體組合是結構。過濾介質層可以是任何能滿足過濾要求的金屬或非金屬的濾網或濾布。構成過濾層構件的框架最好是與反應器筒體平行地設置在隔離部件上。在上述技術方案中，位於主反應區內的攪拌器，最好是將其上層攪拌槳葉設計成渦輪式結構，下層攪拌槳葉設計成斜葉槳式結構。位於主反應區內的進料管，其出口最好位於渦輪式槳葉所在液層區域。在上述技術方案中，將反應器筒體分割為上下兩部分的分隔層構件，其上所設計的連通主反應區與沉澱分離區的通道最好設計在分隔層構件的中央，通道的結構最好是上端大下端小的倒錐形結構。當然也可以在分隔層構件上設計多個均布連通通道。優先採取前一種結構。在上述技術方案中，所述反應器筒體可以是圓柱形，也可以是矩形斷面筒體，優先採用矩形斷面筒體。反應器筒體可以是密閉式結構，也可以是敞開式結構，優先採用敞開式結構。在上述技術方案中，攪拌器的驅動電機和進料管固定於反應器頂端的支架上。本實用新型還採取了其他一些技術措施。本實用新型提供的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，巧妙地將軟錳礦浸出液淨化除雜過程中的中和、沉澱除鐵(硫化除重金屬)、過濾和重力沉降工藝過程結合在一起，於一個反應器內完成這些工藝過程，實現了中和、沉澱除鐵(硫化除重金屬)、過濾和重力設備一體化，且分離效率高，節省了設備佔地面積、基建投資和動力消耗，實現了發明的目的。本實用新型與現有技術相比，概括起來具有以下十分突出的優點[0016]1、本實用新型集中和、沉澱除鐵(硫化除重金屬)、過濾和重力沉降於一體，大大減少了設備佔地面積、基建投資和運行成本。2、本實用新型將攪拌器的上層槳葉設計成為渦輪式結構，下層攪拌槳葉設計成斜葉式結構，上層部分渦輪式攪拌槳有利於反應器內物料的混合，下層部分斜槳葉式攪拌槳葉能保證物料在主反應區內有足夠的反應時間，因此強化了反應能力和固液分離能力，提高了反應器的處理能力。3、本實用新型在主反應區配備特別結構的攪拌器，使得液流以旋轉切向方向流過過濾介質表面進行過濾，隔膜不易堵塞，使用壽命長。4、本實用新型的反應器採用矩形筒體結構，不僅能使主反應區保持有足夠高的混合強度，強化物料間反應，提高反應器的處理能力，而且使得濾液區濾液湍動大為降低，提高了濾液排出水質，大大減少了後續除雜工序的工作量。5、本實用新型將位於分隔層構件中央聯接主反應區與沉澱區的流道設計成上端大下端小的倒錐形結構，既能使主反應區的反應產物氫氧化鐵、重金屬硫化物等下沉進入沉澱分離區，又能使沉澱分離區的清液返流到主反應區經過濾介質層進入濾液區，進一步提高了反應器的處理能力。

附圖1是本實用新型的結構示意圖。附圖2是圖1中A-A向剖面俯視結構示意圖。附圖中各圖示標號的標示對象I-主反應區；II-濾液區；III-沉澱分離區；1-浸出液進料管；2-硫化劑(中和劑)進料管；3-動電機；4-渦輪式攪拌槳葉；5-斜葉槳式攪拌槳葉；6-框架；7-過濾介質層；8-分隔層構件；；9-通道；10-濾液排放口 ； 11-沉澱排放口 ；12-支架。
具體實施方式
下面結合工藝流程圖並通過實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，有必要指出的是，以下的實施例只用於對本實用新型做進一步的說明，不能理解為對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術熟悉人員根據上述發明內容，對本實用新型做出一些非本質的改進和調整進行具體實施，應仍屬於本實用新型的保護範圍。實施例本實施例的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其結構如附圖1和附圖2所示。反應器筒體由設置在筒體內的分隔層構件8分割為上下兩部分，上部分空間為主反應區I與濾液區II，下部分空間為沉澱分離區III，其中，主反應區I與濾液區II之間通過固定設置在分隔層構件8上的過濾層構件分開。過濾層構件由固定在筒形框架6上的過濾隔膜層7構成，與反應器筒體平行地設置。所述分割構件設計有將主反應區I與沉澱分離區III連通的通道9，分隔層構件8上連通主反應區I與沉澱分離區III的通道位於隔離構件的中央，為上端大下端小的倒錐形結構。主反應區I內設置有攪拌器、浸出液進料管 1、硫化劑/中和劑進料管2。攪拌器由固定於反應器頂端支架12上的驅動電機3驅動，其上層部分的攪拌槳3為渦輪式結構，有利於反應器內物料的混合，下層部分的攪拌槳葉4為斜槳葉式結構，保證物料在主反應區內有足夠的反應時間。浸出液進料管1和硫化劑進料管2固定於反應器頂端的支架12上，排料口位於渦輪式槳葉所在液層區域。濾液區II筒體上端外設有濾液排出口 9，在沉澱分離區III筒體接近筒底的位置處設有沉澱排出口 11。 本實施例的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，結合附圖1和圖2，以硫化除重金屬為例，其操作運行過程如下，浸出液與硫化劑分別通過進料管1、2進入主反應區，在渦輪式攪拌器4的攪拌作用下，混合均勻、反應，反應後的浸出液通過由固定框架6 和隔膜7組成的過濾介質層滲透至濾液區II，由位於濾液區II筒體上端的濾液排出管口 10排出。混合液通過通道9進入沉澱區III，並在重力作用下沉降分離，上清液通過通道9 返回至主反應區I，沉澱泥渣通過設置在沉澱分離區III底端筒體上的排泥口 11排出。
權利要求1.一種適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於反應器的主要構造是反應器筒體由設置在筒體內的分隔層構件分割為上下兩部分，上部分空間為脫除反應區，下部分空間為沉澱分離區，其中脫除反應區內設置有將反應區分割為主反應區與濾液區的過濾層構件，所述分隔層構件設計有將主反應區與沉澱分離區連通的通道，主反應區設置有攪拌器，進料管出口位於主反應區，脫除反應區筒體設有濾液排出口，沉澱分離區筒體設有沉澱排出口。
2.根據權利要求1所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於所述過濾層構件由設置在反應器筒體內的框架和固定附著在框架上的過濾介質層構成。
3.根據權利要求2所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於過濾層構件的框架與反應器筒體平行地設置在隔離部件上。
4.根據權利要求1所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於攪拌器的上層攪拌槳葉為渦輪式結構，下層攪拌槳葉為斜葉槳式結構。
5.根據權利要求1所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，特徵在於進料管出口位於渦輪式槳葉所在液層區域。
6.根據權利要求1至5之一所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於連通主反應區與沉澱分離區的通道位於分隔層構件的中央。
7.根據權利要求6所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於位於分隔層構件中央的通道為上端大下端小的倒錐形結構。
8.根據權利要求1至5之一所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於所述反應器筒體為矩形斷面筒體。
9.根據權利要求7所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於所述反應器筒體為矩形斷面筒體。
10.根據權利要求9所述的適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器，其特徵在於所述矩形斷面反應器筒體為敞開式結構。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於軟錳礦浸出液淨化除雜的一體化反應器。主要構造是，反應器筒體由設置在筒體內的分隔層構件分割為上下兩部分，上部分空間為脫除反應區，下部分空間為沉澱分離區，其中，脫除反應區設置有將反應區分割為主反應區與濾液區的過濾層構件，所述分隔層構件設計有將主反應區與沉澱分離區連通的通道，主反應區設置有攪拌器，進料管出口位於主反應區內，濾液區筒體上端設置有濾液排出管，沉澱分離區筒體靠近筒底處設有沉澱排出口。本實用新型集中和、沉澱除鐵(硫化除重金屬)、過濾與重力沉降為一體，可大大減少設備佔地面積和基建投資，固液分離能力強，濾液水質好，可減少後續除雜工序的工作量，而且過濾介質不易堵塞，使用壽命長。
文檔編號C22B3/22GK202107753SQ20112009861
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者丁桑嵐, 孫維義, 蘇仕軍 申請人:四川大學