專(zhuān)利名稱(chēng)：一種導(dǎo)流攪拌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)流攪拌裝置，特別是涉及一種適于生物氧化浸出過(guò)程的導(dǎo)流 攪拌裝置。
背景技術(shù)：
在生物氧化浸出硫化礦的工業(yè)應(yīng)用中，高效反應(yīng)器的構(gòu)建是提高生產(chǎn)效率的關(guān) 鍵。礦漿的細(xì)菌浸出不同于一般的化學(xué)浸出，其主要特點(diǎn)是在浸出過(guò)程中必需維持微生 物生長(zhǎng)的適宜條件，即要求其既適于細(xì)菌生長(zhǎng)，又利于礦物的浸出。目前工業(yè)上應(yīng)用的 細(xì)菌槽浸反應(yīng)器是傳統(tǒng)化工和濕法冶金浸礦設(shè)備的延伸，這種反應(yīng)器靠攪拌驅(qū)動(dòng)液體流 動(dòng)、由液體流動(dòng)帶動(dòng)氣體分散和顆粒懸浮。目前生物浸出時(shí)礦漿濃度僅限于20%以下， 設(shè)備的單位處理能力較低。礦物顆粒密度較大，提高礦漿濃度要求更大的攪拌功率才能 保證礦物顆粒的懸??；另外，礦漿濃度的提高使得礦漿變稠、粘度增大，不利于氣體分 散，需要更大的攪拌功率才能提高氣液相間界面面積。這樣將導(dǎo)致礦漿剪切力的增加， 對(duì)微生物的生長(zhǎng)造成不利影響。所以，傳統(tǒng)生物浸礦反應(yīng)器的根本問(wèn)題在于高傳質(zhì)與低 剪切的矛盾。請(qǐng)參閱圖1所示，現(xiàn)有的生物氧化浸礦反應(yīng)器主要由攪拌槽3、安裝在攪拌槽3 內(nèi)的攪拌軸1，固定于攪拌軸1下方的攪拌槳4、以及位于攪拌槳下方的氣體分布器5組 成。上述攪拌槳4多采用軸流槳，目前工業(yè)用氣體分布器5多為通氣管，通氣管的開(kāi)孔 斜向下朝向軸心或斜向下與攪拌器旋轉(zhuǎn)方向的反方向，一般氣泡較大且分布不均。在對(duì)生物氧化浸礦反應(yīng)器的研發(fā)中，國(guó)內(nèi)大多數(shù)專(zhuān)利與研究集中在改善換熱、 氣體分布狀況的改良和一些裝置附件的組合與發(fā)明，比如含砷金礦生物氧化槽(中國(guó)專(zhuān) 利，申請(qǐng)?zhí)?0202817.4)，難浸金精礦的生物氧化——硫脲樹(shù)脂礦漿法提金工藝(中國(guó)專(zhuān) 利，申請(qǐng)?zhí)?00310110091.6)和用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器(中國(guó)專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?200810037672.4)。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的導(dǎo)流攪拌裝置在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺 陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可解決高傳質(zhì)和低剪切之間矛盾，符合生 物氧化浸出礦物過(guò)程要求的新型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流攪拌裝置，實(shí)屬當(dāng)前業(yè)界的重要研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種導(dǎo)流攪拌裝置，使其可解決高傳質(zhì)和低剪 切之間矛盾，符合生物氧化浸出礦物過(guò)程要求，從而克服現(xiàn)有的生物氧化浸礦反應(yīng)器的 不足。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種導(dǎo)流攪拌裝置，包括攪拌槽、位于攪拌槽內(nèi) 的攪拌軸、安裝于攪拌軸下方的攪拌槳以及設(shè)置在攪拌槳下方的氣體分布器，所述的攪 拌槳和攪拌槽壁面之間還安裝有導(dǎo)流筒。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的導(dǎo)流筒為直筒狀。
所述的導(dǎo)流筒的內(nèi)橫截面面積為Si，攪拌槽內(nèi)橫截面與導(dǎo)流筒外橫截面的面積 差為S2，導(dǎo)流筒上下緣流道面積分別為S3、S4，Si、S2、S3、S4相等或相近。所述的攪拌槳為下推折葉開(kāi)啟式渦輪攪拌槳。所述的氣體分布器為環(huán)狀氣體分布器，并設(shè)有向下的開(kāi)孔。所述的攪拌槽壁面無(wú)擋板，槽底為橢球形或復(fù)曲面設(shè)計(jì)。所述的攪拌槽的槽底為橢球形，長(zhǎng)短軸比為10 8。所述的攪拌槳的槳徑是攪拌槽內(nèi)徑的1/4 1/2。所述的氣體分布器的直徑略小于攪拌槳的直徑。所述的導(dǎo)流筒的直徑為攪拌槽內(nèi)徑的17/30 23/30。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明導(dǎo)流攪拌裝置加裝了導(dǎo)流筒，并優(yōu)化了攪拌槳、氣 體分布器的大小和安裝位置，是一種具有高傳質(zhì)、低剪切的組合攪拌裝置，可適用于濕 法冶金、生化制藥和石油化工等領(lǐng)域的多相混合攪拌領(lǐng)域，特別適于涉及固體懸浮、氣 液傳質(zhì)和多相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，尤其適應(yīng)微生物(細(xì)菌)生長(zhǎng)的氣-液-固復(fù)雜多相體系， 如生物氧化浸出金屬硫化礦，可有效的解決現(xiàn)有生物氧化浸出礦物過(guò)程中高傳質(zhì)和低剪 切之間的矛盾，從而更加適于實(shí)用。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以 下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是現(xiàn)有的導(dǎo)流攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明導(dǎo)流攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a是現(xiàn)有導(dǎo)流攪拌裝置的單相流場(chǎng)模擬結(jié)果。圖3b是本發(fā)明導(dǎo)流攪拌裝置的單相流場(chǎng)模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明一種導(dǎo)流攪拌裝置，在原有設(shè)計(jì)攪拌槽3、攪拌軸1、 攪拌槳4以及氣體分布器5結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在攪拌槳和攪拌槽壁面之間增設(shè)了導(dǎo)流筒7， 導(dǎo)流筒7可以通過(guò)底部支架或頂部的豎直懸臂固定于攪拌槽3內(nèi)。其中，攪拌槽3的壁面無(wú)擋板，槽底6優(yōu)選長(zhǎng)短軸比為10 8的橢球形或復(fù)曲 面設(shè)計(jì)，沒(méi)有攪拌死角，既有利于固體礦漿懸浮又能降低剪切力。攪拌槳4優(yōu)選下推折葉開(kāi)啟式渦輪攪拌槳，有利于礦漿懸浮。以與攪拌槽3的 內(nèi)徑D比值計(jì)算，攪拌槳4的槳徑為D/4 D/2。氣體分布器5為環(huán)狀氣體分布器，并設(shè)有很多向下的開(kāi)孔，直徑略小于攪拌槳4 的直徑，大約為D/4 D/2，氣泡較小且分布均勻，還可以防止礦漿堵塞氣體分布器通 氣孔，同時(shí)可以使氣泡進(jìn)入反應(yīng)器即被快速破碎而后隨流體分散混合。導(dǎo)流筒7優(yōu)選為直筒狀，設(shè)導(dǎo)流筒7的內(nèi)橫截面面積為Si，攪拌槽3內(nèi)橫截面 與導(dǎo)流筒7外橫截面的面積差為S2，導(dǎo)流筒上下緣流道面積分別為S3、S4，導(dǎo)流筒7的 尺寸選擇以Si、S2、S3、S4相等或相近為原則，能使槽內(nèi)流體流動(dòng)更規(guī)則一致，大幅降 低流體剪切。導(dǎo)流筒的直徑為2D/3士D/10。
以下列舉幾個(gè)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明應(yīng)用于各種多相體系時(shí)可采用的具體結(jié) 構(gòu)及其應(yīng)用效果。實(shí)施例1 針對(duì)單液相體系，在無(wú)擋板的圓柱形橢圓底敞口攪拌槽3中，該攪拌槽內(nèi)徑D = 300mm、高H = 450mm，底部為橢球型，長(zhǎng)短軸分別為a = 300mm、b = 240mm,材料 為厚度8mm的有機(jī)玻璃，靜止時(shí)的從氣液界面2測(cè)量的液位高度H1 = 420mm。采用三 葉下推斜葉槳攪拌，槳直徑D1= 150mm，槳葉高D/15，槳葉與水平方向成70度角，槳 葉下部距攪拌槽底部距離為120mm，導(dǎo)流筒內(nèi)徑Dd = 210mm，高Hd = 310mm，安裝位 置按照各流道面積相等或相近原則。采用軸上扭矩法測(cè)定了有無(wú)導(dǎo)流筒時(shí)的攪拌功率，采用CFD方法模擬了有無(wú)導(dǎo) 流筒時(shí)的流場(chǎng)。在100 350rpm的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，采用本發(fā)明有導(dǎo)流筒的攪拌裝置時(shí)，攪拌功率 與現(xiàn)有技術(shù)不加導(dǎo)流筒時(shí)的攪拌功率相比略有下降，最大減小接近5%。請(qǐng)配合圖3a、3b 所示，CFD方法模擬了有無(wú)導(dǎo)流筒時(shí)的流場(chǎng)，從模擬結(jié)果可以看出，未采用導(dǎo)流筒時(shí)， 在攪拌槳周?chē)懦隽鲄^(qū)流體流速較大，反應(yīng)器上部和底部流動(dòng)較弱，能量消耗主要集中 在攪拌槳上下共50%槽子范圍內(nèi)；采用導(dǎo)流筒后，反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)自下至上更加規(guī) 則一致，而該流動(dòng)特性有利于攪拌功耗的均勻分布，從而最大剪切率下降20 30%。流場(chǎng)模擬結(jié)合攪拌功率測(cè)定結(jié)果可見(jiàn)，加入導(dǎo)流筒后，反應(yīng)器內(nèi)流體的剪切率 分布更加均勻，最大剪切力顯著下降，本發(fā)明中的新型組合攪拌裝置可以顯著降低流體 剪切。實(shí)施例2 針對(duì)液固兩相體系，在結(jié)構(gòu)和尺寸同實(shí)施例1的攪拌槽中，加入二氧化硅顆 粒，4 = 63 80μm，P s = 1970kg/m3，采用視覺(jué)觀察的方法分別考察固含率在20wt% 時(shí)加入和不加導(dǎo)流筒的反應(yīng)器中固體粒子的臨界離底懸浮攪拌轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn) 對(duì)于未安裝導(dǎo)流筒的反應(yīng)器，臨界離底懸浮攪拌轉(zhuǎn)速為141rpm，而采用了導(dǎo)流筒的反應(yīng) 器，轉(zhuǎn)速達(dá)到124rpm即滿(mǎn)足了粒子離底懸浮的臨界條件。顯然加入導(dǎo)流筒后改善了反應(yīng) 器內(nèi)的流型，更加有利于固體懸浮。實(shí)施例3 在結(jié)構(gòu)和尺寸同實(shí)施例1的攪拌槽中，液相和固相同實(shí)施例2，同時(shí)采用氣體分 布器通入空氣，分布器直徑d = 145mm，安裝位置位于攪拌槳下方。分別考察加入和不 加導(dǎo)流筒的反應(yīng)器中固體粒子的臨界攪拌轉(zhuǎn)速，同時(shí)還采用滴加Na2SO3的方法測(cè)定了氣 液體積傳質(zhì)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)(1)對(duì)于未安裝導(dǎo)流筒的反應(yīng)器，臨界懸浮攪拌轉(zhuǎn)速為160rpm，而采用了導(dǎo)流 筒的反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速達(dá)到138rpm即滿(mǎn)足了粒子離底懸浮的臨界條件。顯然加入導(dǎo)流筒后改 善了反應(yīng)器內(nèi)的流型，更加有利于固體懸浮。(2)安裝導(dǎo)流筒的反應(yīng)器，整體氣含率明顯提高，氣體分布也更均勻，氣液體積 傳質(zhì)系數(shù)相對(duì)于未安裝導(dǎo)流筒的反應(yīng)器最大有35%的增幅。實(shí)施例4:
浮選得到的含砷金精礦，85%礦物顆粒為-200目以下，含鐵18%、硫20%、砷 12%,黃金品位為12g/t，其中70%的黃金屬于微細(xì)包裹金，直接氰化浸出率低于30%。礦物經(jīng)調(diào)漿后配置成250g/L礦漿，采用無(wú)導(dǎo)流筒攪拌槽反應(yīng)器生物氧化浸出7 天，過(guò)濾洗滌后對(duì)礦物進(jìn)行氰化浸出，黃金浸出率為63%。采用同樣的礦物，保持浸出條件不變，采用有導(dǎo)流筒的攪拌槽反應(yīng)器進(jìn)行生物 氧化浸出7天，過(guò)濾洗滌后對(duì)礦物進(jìn)行氰化浸出，黃金浸出率為78%。由此可見(jiàn)，本發(fā)明導(dǎo)流攪拌裝置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和攪拌槽、攪拌槳、分布器的優(yōu) 化組合，在保證固相充分懸浮、氣液高效傳質(zhì)的基礎(chǔ)上，有效降低了流體剪切，有利于 細(xì)菌生長(zhǎng)，更適于微生物氧化浸出硫化礦過(guò)程。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限 制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均 落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)流攪拌裝置，包括攪拌槽、位于攪拌槽內(nèi)的攪拌軸、安裝于攪拌軸下方的 攪拌槳以及設(shè)置在攪拌槳下方的氣體分布器，其特征在于所述的攪拌槳和攪拌槽壁面之間還安裝有導(dǎo)流筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流筒為直筒狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流筒的內(nèi)橫截面面 積為Si，攪拌槽內(nèi)橫截面與導(dǎo)流筒外橫截面的面積差為S2，導(dǎo)流筒上下緣流道面積分別 為S3、S4，Si、S2、S3、S4相等或相近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌槳為下推折葉開(kāi) 啟式渦輪攪拌槳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的氣體分布器為環(huán)狀氣 體分布器，并設(shè)有向下的開(kāi)孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌槽壁面無(wú)擋板， 槽底為橢球形或復(fù)曲面設(shè)計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌槽的槽底為橢球 形，長(zhǎng)短軸比為10 8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的攪拌槳的 槳徑是攪拌槽內(nèi)徑的1/4 1/2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的氣體分布 器的直徑略小于攪拌槳的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種導(dǎo)流攪拌裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流筒 的直徑為攪拌槽內(nèi)徑的17/30 23/30。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種導(dǎo)流攪拌裝置，包括攪拌槽、位于攪拌槽內(nèi)的攪拌軸、安裝于攪拌軸下方的攪拌槳以及設(shè)置在攪拌槳下方的氣體分布器，所述的攪拌槳和攪拌槽壁面之間還安裝有導(dǎo)流筒。本發(fā)明導(dǎo)流攪拌裝置是一種具有高傳質(zhì)、低剪切的組合攪拌裝置，可適用于濕法冶金、生化制藥和石油化工等領(lǐng)域的多相混合攪拌領(lǐng)域，特別適于涉及固體懸浮、氣液傳質(zhì)和多相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，尤其適應(yīng)微生物(細(xì)菌)生長(zhǎng)的氣-液-固復(fù)雜多相體系，如生物氧化浸出金屬硫化礦，可有效的解決現(xiàn)有生物氧化浸出礦物過(guò)程中高傳質(zhì)和低剪切之間的矛盾，從而更加適于實(shí)用。
文檔編號(hào)B01F7/26GK102008916SQ201010536578
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者張廣積, 彭劍飛, 方兆珩, 李向陽(yáng), 楊超, 毛在砂, 程景才 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所, 北京中農(nóng)普康生物科技有限公司