本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于混合液體、氣體和固體材料的反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

用于混合液體、氣體和固體材料的反應(yīng)器可以用于直接濾取、用于處理和轉(zhuǎn)化化學(xué)物質(zhì)、礦物的工業(yè)處理以及用于廢水處理中。

在使用針對金屬濃縮物(例如硫化鋅濃縮物)的大氣處理的直接濾取中，可以從泥礦中濾取固體物質(zhì)?；谑褂锰囟V取反應(yīng)器的直接濾取處理是制備例如電解鋅的最經(jīng)濟的方法之一。

國際申請公開號WO 01/12307公開了一種底部攪動式反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括豎直延伸的圓筒形反應(yīng)器罐。反應(yīng)器罐底部封閉，而反應(yīng)器罐的上端打開。反應(yīng)器罐的高度是反應(yīng)器罐直徑的數(shù)倍。同心的中心管定位在反應(yīng)器罐中。中心管在管的上端部處具有向下收縮的圓錐形部分，并且在下端部處具有向下膨脹的圓錐形部分。中心管的下端部定位成與反應(yīng)器罐底部具有一定距離。雙作用葉輪定位在位于反應(yīng)器罐底部上方的中心管下端處，這意味著葉輪的軸桿穿過反應(yīng)器罐的封閉底部中的開口。因而，軸桿密封在所述開口中。葉輪由兩個部件形成，在兩個部件之間具有水平板。固定在水平板上方的彎曲葉片向下吸取中心管內(nèi)的礦泥。固定在水平板下方的葉片形成直葉片式渦輪葉輪。使用管將氣體給送通過反應(yīng)器罐的底部至葉輪下方的位置，由此，葉輪的下部部件將氣體分散成非常小的氣泡，因而有助于將氣體溶解在礦泥中。通過使用葉輪的彎曲葉片形成流動，彎曲葉片從中心管抽吸礦泥向下朝向反應(yīng)器罐的底部。流動方向在反應(yīng)器罐底部轉(zhuǎn)向180度，之后，流動在反應(yīng)器罐和中心管之間的空間內(nèi)向上流動朝向反應(yīng)器罐的上端部。中心管與反應(yīng)器罐的距離處于反應(yīng)器直徑的0.2至1.0倍的范圍內(nèi)，優(yōu)選處于0.3至0.5倍的范圍內(nèi)。中心管與圍繞中心管的反應(yīng)器殼體之間的表面積比低于0.1。這意味著中心管的直徑和反應(yīng)器罐的直徑之間的比是0.32。該底部攪動式反應(yīng)器具有高氣體分散能力。施加至葉輪的一部分能量消耗于葉輪周圍的分散動作中。

美國專利4,648,973公開了一種頂部攪動式反應(yīng)器。在圖4所示的實施例中，該反應(yīng)器包括由外部豎直反應(yīng)器罐圍繞的中心豎直管。在中心管的上端部處具有葉輪。在葉輪的上方、在中心管的內(nèi)邊緣上還具有折流板，以防止產(chǎn)生有害的漩渦，在葉輪下方具有整流柵格。中心管沿著中心管的整個高度具有相同的直徑。外部管在反應(yīng)器罐的上端部處具有加寬部分，并且在中心管的上端部上設(shè)置有分離的加寬套筒。因而，在加寬部分中流動路徑的橫截面面積擴大，這意味著在該加寬部分中的上升礦泥的速度減緩。這將穩(wěn)定反應(yīng)器罐內(nèi)的礦泥水平。圖6示出了其中中心管和反應(yīng)器罐在反應(yīng)器的上端部處包括加寬部分的實施例。因而，通過增加葉輪的直徑，可以增大葉輪的效率。通過氧氣供應(yīng)管將氧氣或者包含氧氣的氣體引入至位于葉輪下方的中心管內(nèi)的礦泥流中。在氧氣供應(yīng)管的緊鄰下方是節(jié)流的文氏管。沿著葉輪下方中心管的高度，彼此間隔一定豎直距離地設(shè)置多對氧氣供應(yīng)管和文氏管。反應(yīng)器的高度是其直徑的數(shù)倍。中心管的直徑和反應(yīng)器罐的直徑之間的比處于0.4至0.85的范圍內(nèi)。該頂部攪動式反應(yīng)器提供了適度的分散能力和相對低的能耗。施加至反應(yīng)器的大部分能量用于進行礦泥再循環(huán)。

在反應(yīng)器罐的中部處設(shè)置有通流管(draft tube)的用于混合液體、氣體和固體材料的反應(yīng)器根據(jù)葉輪的位置可以分為頂部攪動式反應(yīng)器和底部攪動式反應(yīng)器。前述美國專利4,648,973是頂部攪動式反應(yīng)器的一個示例，而前述國際申請公開號WO 01/12307是底部攪動式反應(yīng)器的一個示例。與頂部攪動式反應(yīng)器相比，底部攪動式反應(yīng)器提供了更強的氣體分散。這是由于以下事實：在底部攪動式設(shè)備中，泵送的質(zhì)量流率圍繞葉輪再循環(huán)，而在頂部攪動設(shè)備中，大部分泵送的質(zhì)量流通過通流管再循環(huán)。與頂部攪動式反應(yīng)器相比，底部攪動式反應(yīng)器具有高能耗和低泵送效率。因而，底部攪動式反應(yīng)器適用于具有高氣流速度的情況，即大量氣體將被混合至流體中。另一方面，頂部攪動式反應(yīng)器適于氣流速度適中的情況，即適量的氣體將被混合至流體中。

國際申請公開號WO 02/07866公開了一種用于在封閉反應(yīng)器中混合氣體的混合設(shè)備和方法。該反應(yīng)器具有高效能，并且使用氣體作為具有高含量粉末狀固體的溶液中的操作助劑。目標是在反應(yīng)器中獲得流動，反應(yīng)器使用位于反應(yīng)器中心處的旋轉(zhuǎn)混合裝置從液體表面上方抽吸氣體，并且在整個反應(yīng)器容積內(nèi)混合所述氣體。混合設(shè)備包括位于不同高度處、同一軸桿上的至少兩個葉輪。上葉輪設(shè)置有附接至軸桿的中心板、上下移動的基本上豎直的內(nèi)部葉片、以及從中心板指向外部的外部翼片，外部翼片從水平方向傾斜。下葉輪設(shè)置有附接至軸桿的中心板、位于外邊緣上的豎直葉片。這屬于在反應(yīng)器罐內(nèi)完全不具有任何通流管的反應(yīng)器類別。因而，不具有位于反應(yīng)器罐內(nèi)的通流管和反應(yīng)器罐之間的礦泥的循環(huán)。同樣地，在該反應(yīng)器類型中，反應(yīng)器罐的高度和反應(yīng)器罐的直徑之間的比例較低，即處于1.0至1.5的范圍內(nèi)。

國際申請公開號WO2013/124539公開了軸流式葉輪的葉片和軸流式葉輪。葉片具有前沿、后沿、尖端和可附接至葉輪中心輪轂的根部。葉片的截面由環(huán)形輪轂和包封矩形而形成。矩形具有寬度和長度。矩形的第一短邊沿著環(huán)形輪轂的直徑布設(shè)，并且在環(huán)形輪轂的兩側(cè)處延伸超過輪轂直徑相等的第一距離。在矩形的每個角部處具有切除部。葉片從輪轂直徑的端部處起始形成擴散椎體，并且對稱地擴張至矩形的長邊。矩形的外角部處的切除部不對稱。它們從矩形的長邊處起始形成筆直的傾斜線，并且通過彎曲線終止于葉片尖端(即矩形的第二短邊)。葉片還包括兩個彎曲部，彎曲部將葉片分成前沿部分、中心部分和后沿部分。前沿部分相對于中心部分向下形成第一角度，后沿部分相對于中心部分向下形成第二角度。中心部分相對于水平面形成第三角度。三個部分是平坦部分。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是獲得一種用于混合液體、氣體和固體物質(zhì)的改進型反應(yīng)器。

本發(fā)明的該目的利用根據(jù)權(quán)利要求1的用于混合液體、氣體和固體物質(zhì)的反應(yīng)器而得以實現(xiàn)。

反應(yīng)器包括：

豎直延伸的圓筒形的反應(yīng)器罐，反應(yīng)器罐具有上端部和封閉底部，所述反應(yīng)器罐還具有直徑和為直徑數(shù)倍的高度，

通流管，通流管在反應(yīng)器罐內(nèi)豎直且同心地延伸、并且支撐在反應(yīng)器罐處，所述通流管具有高度、形成進口開口的開口上端部、形成出口開口的開口下端部，該通流管的上端部位于在反應(yīng)器罐的礦泥的自由表面水平之下形成上部間隙的一定高度處，而通流管的下端部位于在反應(yīng)器罐的底部上方形成底部間隙的一定高度處，

葉輪，葉輪連接至定位在通流管內(nèi)的豎直軸桿，

折流板裝置，折流板裝置定位在葉輪下方的通流管內(nèi)，以及

氣體供應(yīng)裝置，氣體供應(yīng)裝置定位在葉輪下方的通流管內(nèi)。

反應(yīng)器的特征在于：

通流管由包括四個部分的連續(xù)結(jié)構(gòu)形成，所述四個部分自上端至下端包括：

朝向下端部收縮的第一圓錐形部分，所述第一圓錐形部分具有高度和錐角，第一圓錐形部分的上端形成通流管的上端，

具有一定直徑和高度的第一圓筒形部分，第一圓筒形部分的上端與第一圓錐形部分的下端部重合，

朝向下端部收縮的第二圓錐形部分，所述第二圓錐形部分具有一定高度和錐角，第二圓錐形部分的上端與第一圓筒形部分的下端重合，

具有一定直徑和高度的第二圓筒形部分，第二圓筒形部分的上端與第二圓錐形部分的下端重合，第二圓筒形部分的下端形成通流管的下端，

由此，作為軸流式葉輪的葉輪位于第一圓筒形部分的下端處，并且豎直軸桿同心地向上延伸穿過反應(yīng)器罐的上端，由豎直延伸折流板形成的折流板裝置位于第二圓錐形部分內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器以低能耗形成了對礦泥的均勻混合。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器內(nèi)的特定通流管引入了有利于有效攪動和混合的流動形式。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器防止在操作期間在反應(yīng)器的底部中形成固體層。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器在反應(yīng)器再次啟動時將自動地移除在反應(yīng)器關(guān)閉期間形成的固體層。在維修期間和緊急狀況下，關(guān)閉反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器使用軸流式葉輪泵送的幾乎全部質(zhì)量流率，以便再循環(huán)通過反應(yīng)器內(nèi)的通流管，并且頂部攪動式反應(yīng)器使得用于混合的功率效率最大化。

在氣體分散需求適中的應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器是有利的。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器還易于安裝和維護，并且其可避免泄漏。葉輪的軸桿向上延伸通過反應(yīng)器罐的上端部。因而不需要將葉輪密封在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中。在底部攪動式反應(yīng)器中葉輪的軸桿通過位于反應(yīng)器罐的封閉底部處的開口，并且因而必須密封在所述開口中。通流管的第一圓錐形部分和第一圓筒形部分的內(nèi)部在葉輪上方是中空的。這意味著可以使用軸桿將葉輪從反應(yīng)器罐的上端部處提升，而不拆除任何設(shè)施(例如位于葉輪上方的擋板)。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器可以用于直接濾取、用于處理和轉(zhuǎn)化化學(xué)物質(zhì)、礦物的工業(yè)處理中以及用于廢水處理中。根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器尤其適合用于從礦泥直接濾取金屬。

因而，根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器可以用于直接濾取例如鋅。這種直接濾取處理可以包括串聯(lián)連接的例如4－8個反應(yīng)器。位于這種濾取處理的上游端處的反應(yīng)器中的氧氣需求可能是位于濾取處理的下游端處的反應(yīng)器中的氧氣需求的例如5倍的數(shù)量級。

因而，濾取處理的上游端需要強攪動，以便于將大量氧氣分散至礦泥中，但是在濾取處理的下游端處攪動可以更緩和。這意味著在濾取處理的上游端處，具有組合的徑向流動和軸向流動混合的現(xiàn)有技術(shù)底部攪動式反應(yīng)器可能更有利。然而，根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器適于用在濾取處理的下游端處。由于與所有反應(yīng)器均為現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器的情況相比，位于濾取處理的下游端處的頂部攪動式反應(yīng)器具有更佳的能量效率，因此這將降低整個濾取處理中的總能耗。

附圖說明

下文中，將參考附圖通過示例性實施例更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器，

圖2示出了圖1的反應(yīng)器的通流管的放大視圖，

圖3示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的葉輪的平面視圖，

圖4示出了圖3的葉輪的葉片的平面視圖，

圖5示出了圖4的葉輪的葉片的側(cè)視圖，

圖6示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第一實施例的橫截面，

圖7示出了可用于根據(jù)圖6的折流板裝置中的折流板的截面視圖，

圖8示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第二實施例的橫截面，

圖9示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第三實施例的橫截面，

圖10示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的氣體供應(yīng)裝置的第一實施例的橫截面，

圖11示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的氣體供應(yīng)裝置的第二實施例的橫截面，

圖12示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)的氣體供應(yīng)裝置的第三實施例的橫截面，

圖13示出了圖1中的反應(yīng)器的流動形式，

圖14示出了現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度矢量圖，

圖15示出了現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度跡線，

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度矢量圖，

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度跡線，

圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的溶液的體積分數(shù)，

圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的細小顆粒的體積分數(shù)，

圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的粗顆粒的體積分數(shù)。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器。反應(yīng)器10包括呈豎直指向圓筒體形式的反應(yīng)器罐11。反應(yīng)器罐11的上端部12由頂板18封閉。反應(yīng)器罐11的底端13是封閉的，并且在該實施例中底端呈半橢圓形。然而，反應(yīng)器罐11的底端13可具有平坦或彎曲的形狀。反應(yīng)器罐11具有豎直中心軸線Y－Y。反應(yīng)器罐11的高度H1是反應(yīng)器罐11的直徑D1的數(shù)倍。反應(yīng)器罐11包括用于待處理礦泥的入口16以及用于已處理礦泥的出口17。這種反應(yīng)器10通常多個串聯(lián)，從而待處理的礦泥通過多個反應(yīng)器10并且在每個處理器10中得以處理。反應(yīng)器罐11內(nèi)部的壓力可以保持低于或高于反應(yīng)器罐11外側(cè)的大氣壓力。

豎直指向的通流管100位于反應(yīng)器罐11內(nèi)。反應(yīng)器罐11的豎直中心軸線Y－Y還形成通流管11的豎直中心軸線Y－Y。因而，通流管100同心地定位在反應(yīng)器罐11內(nèi)。使用上部緊固器件14和下部緊固器件15將通流管100附接至反應(yīng)器罐11。緊固器件14、15有利地是在通流管100和反應(yīng)器罐11之間延伸的徑向支撐器件。通流管100具有形成礦泥的入口開口的上端部101和形成礦泥的出口開口的下端部102。通流管100在上端部101和下端部102之間具有高度H8。反應(yīng)器罐11內(nèi)的礦泥的上表面水平SL1保持高于通流管100的上端部101。因而，通流管100完全浸沒在礦泥中，所述礦泥將在反應(yīng)器10內(nèi)得以處理。

通流管100包括四個部分110、120、130、140。這些部分110、120、130、140從上端部101朝向下端部102為：第一圓錐形部分110、第一圓筒形部分120、第二圓錐形部分130和第二圓筒形部分140。通流管100的第一圓錐形部分110的上端部111形成通流管100的上端部101。通流管102的第二圓筒形部分140的下端部142形成通流管100的下端部102。通流管100的下端部102定位在高于反應(yīng)器罐11的底部13上方的高度H2處。所述高度H2形成了通流管100的底部間隙。通流管100的上端部101定位在位于反應(yīng)器罐11內(nèi)的礦泥的自由表面平面SL1下方的高度H3處。所述高度H3形成了通流管100的頂部間隙。

反應(yīng)器10還包括葉輪20，葉輪位于通流管100內(nèi)的通流管100的第二圓錐形部分120的下端部122處。葉輪20的軸桿35向上豎直延伸至反應(yīng)器罐11的上端部12之外。葉輪20由軸流式葉輪形成，其在軸向方向上產(chǎn)生強流動并且在葉輪20周圍的徑向方向上產(chǎn)生小漩渦。

反應(yīng)器10還包括位于通流管100內(nèi)的氣體供應(yīng)裝置170。氣體供應(yīng)裝置170位于葉輪20下方、處于通流管100的第一圓筒形部分120的底部部分處。

反應(yīng)器10還包括位于通流管100內(nèi)的折流板裝置180。折流板裝置180位于通流管100的第二圓錐形部分130中。因而，折流板裝置180位于葉輪20下方。

圖2示出了圖1的反應(yīng)器的通流管的放大視圖。通流管100的第一圓錐形部分110有助于獲得礦泥流入通流管100內(nèi)的有利流動形式。第一圓錐形部分110內(nèi)的礦泥流將主要沿著軸向方向Y－Y流入葉輪20。因而，不需要在葉輪之上安裝流動引導(dǎo)器件或折流板。在通流管100的上端部101處礦泥流入通流管100內(nèi)的有利流動形式是整個反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特別是通流管100的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。

通流管100的第一圓筒形部分120的直徑D3大于通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2。這使得能夠?qū)⑴c通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2相比具有更大直徑D4的葉輪20安裝在第一圓筒形部分120內(nèi)。

葉輪20安裝在通流管100的第一圓筒形部分120的底部部分中。具有合適尺寸的葉輪20可以向通流管100的第二圓筒形部分140內(nèi)的礦泥提供約2.0m/s-2.3m/s的軸向Y－Y流速。葉輪20由安裝在葉輪輪轂30上的軸桿35轉(zhuǎn)動，軸桿35連接至驅(qū)動單元200。驅(qū)動單元200可以包括齒輪或變頻器和電動機。驅(qū)動單元200位于反應(yīng)器罐111上方。葉輪20、軸桿35和驅(qū)動單元200形成攪動器。通流管100的結(jié)構(gòu)使得能夠使用具有低剪切應(yīng)力和高泵送能力的軸流式葉輪20。這將致使操作成本低，即能耗低。將結(jié)合附圖3至5進一步討論葉輪20。

葉輪20的外邊緣D4和通流管100的第二圓筒形部分120的內(nèi)邊緣之間的間隙從機械角度看維持盡可能小，以避免產(chǎn)生會對葉輪20效率造成負面影響的流動。

氣體供應(yīng)裝置170安裝在通流管100內(nèi)、位于葉輪20下方。氣體供應(yīng)裝置170可以由徑向、側(cè)向或環(huán)形岐管形成。從岐管中的噴嘴將氧氣或包含氧氣的氣體吹至礦泥。岐管中的噴嘴向下指向朝向反應(yīng)器10的底部13。氣體供應(yīng)裝置170可以處于通流管100的位于葉輪20和折流板裝置180之間的第一圓筒形部分120中，折流板裝置位于通流管100的第二圓錐形部分130內(nèi)。另一方面，氣體供應(yīng)裝置170可以位于通流管100的第二圓錐形部分130的處于折流板裝置180正下方的底部處。將結(jié)合附圖10至12討論氣體供應(yīng)裝置170的實施例。

通流管100的第二圓錐形部分130有助于獲得礦泥向下流至通流管100的第二圓筒形部分140的平穩(wěn)軸向Y－Y流動。葉輪20向礦泥流引發(fā)漩渦或者其它不均勻現(xiàn)象。使用該第二圓錐形部分130使葉輪20對葉輪20下方的向下流動礦泥造成的負效應(yīng)最小化。

折流板裝置180安裝在通流管100的該第二圓錐形部分130中。折流板裝置180消除了葉輪20對礦泥流引發(fā)的漩渦，并且有助于軸向向下指向的礦泥流。折流板裝置180的結(jié)構(gòu)可以改變。將結(jié)合圖6至9討論折流板裝置180的實施例。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器10參考下列原則有利地定尺寸。

反應(yīng)器罐11的直徑D1有利地處于6至9米的范圍內(nèi)。反應(yīng)器罐11的直徑D1取決于應(yīng)用，并且其范圍甚至可以更寬。

反應(yīng)器罐11的高度H1是反應(yīng)器罐11的直徑D1的數(shù)倍。優(yōu)選地，反應(yīng)器罐11的高度H1是反應(yīng)器罐11的直徑D1的2.5至5倍。反應(yīng)器罐11的高度H1的范圍是其中反應(yīng)器10有效地行使功能的保守范圍。因而，比例H1/D1甚至可以在更寬的范圍內(nèi)變化。

通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2優(yōu)選處于反應(yīng)器罐11的直徑D1的0.2至0.5倍的范圍內(nèi)。

通流管100的第一圓筒形部分120的直徑D3優(yōu)選是通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的1.45至1.6倍。

通流管100的第一圓筒形部分120的高度H5優(yōu)選是通流管100的第一圓筒形部分120的直徑D3的0.8至1.1倍。

通流管100的下端部102和反應(yīng)器罐11的底部13之間的豎直距離H2優(yōu)選是通流管102的第二圓筒形部分140的直徑D2的1.0至1.4倍。該豎直距離H2是通流管100的底部間隙。

通流管100的上端部101和反應(yīng)器罐11內(nèi)的礦泥的自由表面水平SL1之間的豎直距離H3優(yōu)選是通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的0.4至0.6倍。該豎直距離H3是通流管100的頂部間隙。

通流管100的第一圓錐形部分110的高度H4優(yōu)選是通流管100的第一圓筒形部分120的直徑D3的0.2至0.35倍。

第一圓錐形部分110的錐角α1優(yōu)選是20至45度，并且更優(yōu)選為30度。

通流管100的第二圓錐形部分130的高度H6優(yōu)選是通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的0.9至1.1倍，并且更優(yōu)選地等于通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2。

通流管100的第二圓錐形部分110的錐角α2優(yōu)選是8至12度，并且更優(yōu)選為10度。

在實際方案中，當反應(yīng)器罐11的直徑D1處于6至9米的范圍內(nèi)并且通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2處于反應(yīng)器罐11的直徑D1的0.2至0.5倍的范圍內(nèi)時，葉輪20的外邊緣和反應(yīng)器罐11的內(nèi)邊緣之間的間隙應(yīng)當小于50mm。

具有該布置的葉輪20的直徑D4優(yōu)選是通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的1.4至1.6倍，更優(yōu)選為1.5倍。葉輪20的直徑D4取決于反應(yīng)器容量以及反應(yīng)器罐11的高度H1和直徑D1之間的比H1/D1。反應(yīng)器罐11的高度H1和直徑D1之間的比H1/D1越大，需要葉輪的直徑D1和通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2之間的比D4/D2也越大。

通流管100的第二圓筒形部分140的高度H7通過從反應(yīng)器罐11的高度H1中減去頂部間隙的高度H3、第一圓錐形部分110的高度H4、第一圓筒形部分120的高度H5、第二圓錐形部分130的高度H6以及底部間隙的高度H2而計算得出。通流管100的第二圓筒形部分140的高度H7因而為H7＝H1-(H2+H3+H4+H5+H6)。

反應(yīng)器罐11的底部13處的液體靜壓力的量級為1.5至3.0大氣壓，即0.15至0.30Mpa。

在本發(fā)明的反應(yīng)器10中，通流管100的第二圓筒形部分140中的礦泥速度處于2.0m/s至2.3m/s范圍內(nèi)。

圖3示出了可以用在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的葉輪的葉片的平面視圖。然而，本發(fā)明不局限于這類葉輪。在本發(fā)明中可以使用形成強軸向流動的任何葉輪。葉輪20形成軸向流動并且包括附接至輪轂30的四個葉輪葉片40、50、60、70。輪轂30和四個葉輪葉片40、50、60、70在箭頭方向S1上逆時針旋轉(zhuǎn)。軸桿35附接至葉輪20的輪轂30。葉輪20具有直徑D4。根據(jù)本發(fā)明的葉輪20中的葉片40、50、60、70的數(shù)量優(yōu)選處于3至5的范圍內(nèi)。

圖4示出了圖3的葉輪的葉片的平面視圖。葉片40具有前沿41、后沿42、尖端43和可附接至葉輪20的中心輪轂30的根部44。在前文提及的國際申請公開號WO2013/124539中公開了該葉輪葉片40。

葉片40的截面由環(huán)形輪轂30和包封矩形80形成。環(huán)形輪轂30具有直徑D5。矩形80具有寬度A1和長度B1。矩形80的寬度A1小于矩形80的長度B1。

矩形80的第一短邊81穿過環(huán)形輪轂30的中心C，并且在輪轂30的兩側(cè)處超出輪轂30的直徑D5相等的距離A2。矩形80的相對的第二短邊82的一部分形成葉片40的尖端43。矩形80的第一長邊83的一部分形成葉片40的前沿41的一部分41B。矩形80的第二長邊84的一部分形成葉片40的后沿42的一部分42B。沿著矩形80的第一短邊81的第一線形成參考線X1－X1。

環(huán)形輪轂30的位于矩形80內(nèi)的第一半部31(圖中的下半部)形成矩形80的第一切除部，從而葉片40的彎曲根部44設(shè)置成抵抗輪轂30的彎曲外表面。在矩形80中、在環(huán)形輪轂30的兩側(cè)處還具有對稱的切除部，從而從輪轂30的直徑D5的端點起始的葉片40以對稱錐形增寬至矩形80的寬度A1。錐形的第一斜邊41A與矩形80的第一長邊83在第一點P1處交叉。錐形的相對的第二斜邊42A與矩形80的第二長邊84在第二點P2處交叉。從參考線X1－X1至第一點P1和至第二點P2測得的垂直距離B2相等。錐形的第一斜邊41A形成葉片40的前沿41的第一部分41A。錐形的第二斜邊42A形成葉片40的后沿42的第一部分42A。

前沿41的第二部分41B由矩形80的第一長邊83的直至第三點P3的部分形成。前沿41的第三部分41C由朝向矩形80的第二長邊84傾斜并且延伸直至第五點P5的筆直線41C形成。所述傾斜線41C的延伸部分與矩形80的第二短邊82在第七點P7處交叉。前沿41的第四部分41D由半徑為R6并且在第五點P5和第九點P9之間延伸的第一彎曲線41D形成。第九點P9位于尖端43的第一端與矩形80的第二短邊82重合之處。

后沿42的第二部分42B由矩形80的第二長邊84的直至第四點P4的部分形成。后沿42的第三部分42C由朝向矩形80的第一長邊83傾斜并且延伸直至第六點P6的筆直線42C形成。所述筆直線42C的延伸部分與矩形80的第二短邊82在第八點P8處交叉。后沿42的第四部分42D由具有半徑R6并且在第六點P6和第十點P10之間延伸的第二彎曲線42D形成。第十點P10位于尖端43的第二端與矩形80的第二短邊82重合之處。

葉片40包括另兩個彎曲部91、92。第一筆直彎曲部91始于葉片40的前沿41的第一點P1，并且終止于葉片40的尖端43中的第十三點P13。第二筆直彎曲92始于前沿41的第一部分41A處的第十一點P11，并且終止于第二彎曲線42D的中部處的第十二點P12。第二筆直彎曲部92的延伸部分與矩形80的第一短邊81相交于第十五點P15。兩個彎曲部91、92將葉片40分成前沿部分45、中心部分46和后沿部分47。

葉片40的尺寸如下：

矩形80的長度B1是葉輪20的直徑D4的0.5倍。

矩形80的第一短邊81超出輪轂30直徑D5的距離A2是矩形80的寬度A1的0.2倍。

從矩形80的第一長邊83至第十五點P15的垂直距離A3是矩形80的寬度A1的0.1倍。

從矩形80的第二長邊84到第八點P8的垂直距離A4是矩形80的長度B1的0.1至0.2倍。

從矩形80的第一長邊83到第七點P7的垂直距離A5是矩形80的長度B1的0.1至0.2倍。

從矩形80的第一長邊83至第十三點P13的垂直距離A6是矩形80的寬度A1的0.4倍。

從參考線X1－X1至點P1和點P2的垂直距離B2是矩形80的長度B1的0.2倍。

從參考線X1－X1至第四點P4的垂直距離B3是矩形80的長度B1的0.75倍。

從參考線X1－X1至第三點P3的垂直距離B4是矩形80的長度B1的0.5倍。

在第五點P5和第九點P9之間延伸的第一彎曲線41D的半徑R6是矩形80的寬度A1的0.2倍。

在第六點P6和第十點P10之間延伸的第二彎曲線42D的半徑R6與第一彎曲線41D的半徑相等，即矩形80的寬度A1的0.2倍。

圖5示出了圖4的葉輪的葉片的側(cè)視圖。前沿部分45相對于中心部分46向下形成第一角度α1，而后沿部分47相對于中心部分46向下形成第二角度α2。中心部分46相對于水平面形成第三角度α3。三個部分45、46、47是平坦部分。葉片可以例如通過彎曲金屬片而制成。第一角度α1的范圍為5至7度，第二角度α2的范圍為7至9度，第三角度α3的范圍為19至25度。葉片40在根部40處連結(jié)至輪轂30的俯仰角(pitch angle)α2+α3可以在27至33度的范圍內(nèi)變化。更大的葉片俯仰角提供了更高的泵送能力，但是可能導(dǎo)致更多的能耗。這種葉輪以非常低的能耗以及高的泵送能力和效率提供了出色的混合性能。

圖6示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第一實施例的橫截面。圖7示出了可用于圖6的折流板裝置中的折流板的截面視圖。在該實施例中，折流板裝置180包括6個折流板。折流板181、182的數(shù)量可以根據(jù)通流管100的第二圓筒形部件140的直徑D2和/或根據(jù)反應(yīng)器10的容量而從4至6個發(fā)生變化。反應(yīng)器10的容量越大，則所需的折流板181、182越多。折流板181、182在豎直方向Y－Y上延伸，使得折流板181、182的上邊緣處于葉輪20下方較小的距離處。該實施例可以有效地消除和/或最小化葉輪20在礦泥流中造成的漩渦。該折流板裝置180在礦泥流中造成的壓降小，并且該折流板裝置180對葉輪20的效率幾乎沒有影響。折流板的高度為H8、在折流板181的下端處具有第一寬度W1、而折流板181的上端處具有第二寬度W2。

折流板裝置180中的折流板181、182的高度H8優(yōu)選處于通流管100的第二圓錐形部分130的高度H6的0.9至1.0倍的范圍內(nèi)。折流板181、182在折流板181、182的下邊緣處的寬度W1優(yōu)選處于通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的0.25至0.5倍的范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.3倍。折流板181、182在折流板181、182的上邊緣處的寬度W2由通流管100的第二圓錐形部分130的錐角α2確定。

圖8示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第二實施例的橫截面。該折流板裝置對應(yīng)于圖7中所示的折流板裝置。在該實施例中，折流板181、182在折流板181、182的下邊緣處的寬度W1是通流管100的第二圓筒形部分140的直徑D2的0.5倍。折流板181、182的高度H8對應(yīng)于圖7中的折流板181、182的高度H8。

圖9示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的折流板裝置的第三實施例的橫截面。在該實施例中，折流板裝置180包括板矩陣。折流板181、182包括形成特定圖形的豎直指向板。因而，在該折流板裝置180中形成穿過折流板裝置180的沿著豎直方向Y－Y的流動通道。折流板裝置180的中間部分處的通道橫截面是矩形。通道在第二圓錐形部分130的邊緣處具有一個彎曲壁，即第二圓錐形部分130的壁。

在所有的實施例中，折流板181、182的外邊沿可以焊接或嵌入在通流管100的第二圓錐形部分130的壁上。

圖10示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的氣體供應(yīng)裝置的第一實施例的橫截面。圖中的虛線示出了徑向型氣體供應(yīng)裝置170。徑向型氣體供應(yīng)裝置170的分支在通流管100內(nèi)徑向地延伸。每個分支設(shè)置有向下指向朝向反應(yīng)器罐11的底部13的噴嘴或開口。

圖11示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的氣體供應(yīng)裝置的第二實施例的橫截面。圖中的虛線示出了側(cè)向型氣體供應(yīng)裝置170。側(cè)向型氣體供應(yīng)裝置170的分支在通流管100內(nèi)側(cè)向地延伸。每個分支設(shè)置有向下指向朝向反應(yīng)器罐11的底部13的噴嘴或開口。

圖12示出了可用于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的氣體供應(yīng)裝置的第三實施例的橫截面。圖中的虛線示出了環(huán)形氣體供應(yīng)裝置170。氣體供應(yīng)裝置170的主分支在通流管100內(nèi)延伸成環(huán)。主分支設(shè)置有向下指向朝向反應(yīng)器罐11的底部13的噴嘴或開口。具有與主分支連接的連接部分。

圖13示出了圖1中的反應(yīng)器的流動形式。根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器10向通流管100內(nèi)的礦泥流提供了高的軸向流速、以及用于混合和分散氣體的有利流動形式。由葉輪20驅(qū)動礦泥向下通過通流管100。從通流管100的底端102處的出口開口噴出的礦泥流移動朝向反應(yīng)器底部13，在該底部處礦泥流的方向改變180度。在改變方向之后，礦泥流向上移動至通流管100和反應(yīng)器罐11之間的空間中、移動朝向通流管100的頂部101。礦泥流中的固體顆粒將隨著礦泥內(nèi)的流體而傳送至通流管100的頂部101，以便再引入循環(huán)中。在通流管100的下端部102處，通流管100的外周周圍出現(xiàn)二次漩渦。這種布置將導(dǎo)致在反應(yīng)器10容積內(nèi)產(chǎn)生強混合和攪動作用，這防止固體顆粒沉淀在反應(yīng)器10的底部13區(qū)域中。在反應(yīng)器10的底部13區(qū)域中未形成固體顆粒層。固體顆粒在反應(yīng)器10的整個容積內(nèi)再循環(huán)。

在偶然需要關(guān)閉時，固體顆粒沉淀在反應(yīng)器罐11的底部13上并且形成固體層。當反應(yīng)器啟動時，固體層不需要以任何方式從反應(yīng)器罐11的底部13移除。當反應(yīng)器10再次開始運作時，反應(yīng)器10可以提供足夠強的攪動，以自動地移除固體層。因而，在反應(yīng)器10啟動之前或期間，不需要輔助措施和/或設(shè)施。

通過針對工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器使用計算流體動力學(xué)(CFD)建模顯示根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器的性能。在計算中反應(yīng)器的尺寸如下。反應(yīng)器的直徑D1為7.5m，反應(yīng)器的高度H1為22.3米。第二圓筒形部分140的直徑D2為2.0m，底部間隙H2為1.3×D2。所使用的軸流式葉輪的直徑D4為2.8m，且浸沒至距自由表面SL1為3.7m的深度處。在兩種情況下，葉輪的尖端速度約為6.2m/s?？紤]固體質(zhì)量分數(shù)為15％，顆粒尺寸為50μm和100μm。作為比較，使用了根據(jù)前述國際申請公開號WO01/12307的直接濾取反應(yīng)器，該接濾取反應(yīng)器設(shè)置有安裝在通流管100的底端102處的出口開口處的雙作用葉輪。

CFD建模示出了：根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器在各種運轉(zhuǎn)條件下性能良好，并且提供了強攪動和混合，因而在反應(yīng)器的整個容積中獲得了均勻的顆粒分布。

圖14示出了現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度矢量圖和圖15示出了速度跡線。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的礦泥流的速度矢量圖和圖17示出了速度跡線。

CFD模擬基于使用包括液體和固體顆粒的礦泥。根據(jù)礦泥的重量計算礦泥中的固體顆粒的部分為15％。礦泥體積的6.5％由細小顆粒(dp＝50μm)形成，而礦泥體積的1.1％由粗顆粒(dp＝100μm)形成。

涉及現(xiàn)有技術(shù)底部攪動式反應(yīng)器的圖14和15示出呈現(xiàn)底部中的順時針再循環(huán)區(qū)域、在整體區(qū)域中的二次漩渦以及主逆時針再循環(huán)區(qū)域。雖然在通流管的下部部分處使用了折流板，但還是可以觀察到一些渦流。

涉及根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器的圖16和圖17示出了流動形式非常類似于圖13中所示。這意味著，固體顆粒在整個反應(yīng)器容積中再循環(huán)。

圖18、圖19和圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的溶液的體積分數(shù)、細小顆粒的體積分數(shù)和粗顆粒的體積分數(shù)。從附圖中可清楚看出實現(xiàn)了顆粒的均勻分布。在反應(yīng)器底部處未形成固體顆粒層。

對根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器的特征值進行比較。使用通過通流管的質(zhì)量流速來計算反應(yīng)器的泵送數(shù)(pumping number)Nq。

應(yīng)當注意到的是，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中通過通流管的質(zhì)量流速完全等于葉輪附近的質(zhì)量流速。這表明，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中施加在葉輪上的所有功率已用于礦泥的再循環(huán)。

在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器內(nèi)，通過通流管的質(zhì)量流速僅約為葉輪周圍的質(zhì)量流速的50％。這意味著，在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中僅約一半的質(zhì)量流速用于礦泥在反應(yīng)器的容積中再循環(huán)。

該比較示出了現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器和本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器之間的差別，但是該比較并不意味著這些反應(yīng)器中之一更好、而另一更差。差別僅顯示了所述反應(yīng)器適于不同的目的。

根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的攪動器所需的功率約為現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的攪動器所需的功率的20％。

功率數(shù)(power number)Np定義為Np＝P/(ρN³D⁵)，其中P是攪動器的功率，N是轉(zhuǎn)速，而D是葉輪的直徑，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中的功率數(shù)Np約為現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的功率數(shù)Np的0.17倍。

泵送質(zhì)量流率m_p定義為m_p＝m/P，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中泵送質(zhì)量流率約為在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的泵送質(zhì)量流率m_p的4.2倍。

泵送數(shù)Nq定義為Nq＝m/(ρND³)，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中泵送數(shù)約為在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的泵送數(shù)Nq的0.7倍。

泵送效能η_e定義為η_e＝Nq/Np，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中泵送效能約為在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的泵送效能η_e的4.3倍。

泵送效率λ_e定義為λ_e＝Nq/(Np)^1/3，在根據(jù)本發(fā)明的頂部攪動式反應(yīng)器中泵送效率約為在現(xiàn)有技術(shù)的底部攪動式反應(yīng)器中的泵送效率λ_e的1.3倍。

在閱讀本申請后，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，本發(fā)明構(gòu)思可以以各種方式實施。本發(fā)明及其實施例不局限于上述的實例，而可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)發(fā)生改變。