本发明涉及
湿法冶金技术领域，尤其涉及一种湿法冶金方法以及用于执行该湿法冶金方法的气液固三相湿法反应器。
背景技术：
湿法冶金是将金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液，以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，是一种很常用的矿物分解、提取和除杂工艺。
湿法冶金需要在湿法冶金反应器中进行，因为存在反应介质粘度大、金属矿物密度大等因素，导致湿法冶金过程中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等。
现有湿法冶金反应器的缺陷是：1、进入湿法冶金反应器的气体产生气泡大、接触面小，导致气体利用率低；2、在设置有曝气头的装置中，存在介质粘度大导致曝气头易堵塞、气体扩散不均匀等问题。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提出一种增大了气体接触面的湿法冶金方法。
本发明的另一个目的在于提出一种操作更加简单、成本更低的气液固三相湿法反应器。
为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种湿法冶金方法，将冶金物料填入反应釜体中，通过曝气头向所述冶金物料中送气，对由曝气头产生的气泡进行剪切破碎，以得到用于增大气体接触面积的小气泡。
特别是，在湿法冶金的过程中，每100kg金属矿物的进气口压力为0.3mpa-1mpa，气体温度为100℃-260℃；进气口的气体流量为0.1m3/h-10m3/h。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种执行上述的湿法冶金方法的气液固三相湿法反应器，包括罐装的反应釜体，在所述反应釜体内的中部或下部设置有曝气头，在所述曝气头的上方设置有圆盘涡轮桨；所述圆盘涡轮桨设置在搅拌装置的底端且能随所述搅拌装置转动，以将由所述曝气头产生的气泡剪切破碎成体积更小的气泡。
特别是，在所述反应釜体内还设置有径向筛板，所述径向筛板延伸的方向与所述反应釜体的轴线方向相平行，且位于所述曝气头的上方；所述径向筛板上设置有多个筛孔。
进一步，所述径向筛板的一侧边贴在所述反应釜体的内侧壁上，相对侧边朝向所述反应釜体的轴线方向；所述径向筛板的上述两侧边之间的宽度为所述径向筛板内侧直径的1/15至1/10。
特别是，所述径向筛板的底边与所述反应釜体的底面内侧之间的距离为所述反应釜体内腔高度的1/15至1/7，所述径向筛板的顶边与所述反应釜体的顶面内侧之间的距离为所述反应釜体内腔高度的1/5至3/5。
特别是，在所述反应釜体内还设置有下压涡轮桨，所述下压涡轮桨设置在搅拌装置上且位于所述圆盘涡轮桨的上方，所述下压涡轮桨能随所述搅拌装置转动。
进一步，所述搅拌装置包括伸入所述反应釜体内的搅拌轴；所述曝气头设置在所述搅拌轴的最底端，所述圆盘涡轮桨设置在所述搅拌轴的1/10至1/7处，所述下压涡轮桨设置在所述搅拌轴的1/5至1/3处。
特别是，所述搅拌装置为中空的轴状结构；所述搅拌装置的顶部设置有气体进口和/或蒸汽进口。
特别是，在所述反应釜体上设置有进料口、取料口、放料口、测温口、排气口和/或视镜；在所述反应釜体的底端设置有底部踏板，所述取料口和/或放料口位于所述底部踏板所在的区域内。
本发明湿法冶金方法对由曝气头产生的气泡进行剪切破碎，以得到用于增大气体接触面积的小气泡，增大了气体的接触面，提高了利用率，操作更加简单、成本更低，增强了气液固三相混合传质，实现气液固三相充分接触混合，相比于传统工艺可以提高反应效率10％-40％。
本发明气液固三相湿法反应器在曝气头的上方设置有圆盘涡轮桨，圆盘涡轮桨能随搅拌装置转动以将由曝气头产生的气泡剪切破碎成体积更小的气泡，实现了上述湿法冶金方法，操作更加简单、成本更低。
附图说明
图1是本发明优选实施例提供的气液固三相湿法反应器的结构示意图；
图2是本发明优选实施例提供的反应釜体和径向筛板结构的俯视图；
图3是本发明优选实施例提供的反应釜体的俯视图；
图4是本发明优选实施例提供的曝气头的结构示意图。
图中：
1、反应釜体；2、曝气头；3、圆盘涡轮桨；4、搅拌装置；5、径向筛板；6、下压涡轮桨；7、进料口；8、取料口；9、放料口；10、测温口；11、排气口；12、视镜；13、底部踏板；41、搅拌轴；42、气体进口；43、蒸汽进口。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
优选实施例：
本优选实施例公开一种气液固三相湿法反应器。如图1至图4所示，该气液固三相湿法反应器包括罐装的反应釜体1，在反应釜体1内的中部或下部设置有曝气头2，在曝气头2的上方设置有圆盘涡轮桨3；圆盘涡轮桨3设置在搅拌装置4且能随搅拌装置4转动，以将由曝气头2产生的气泡剪切破碎成体积更小的气泡。
同时，本优选实施例公开一种湿法冶金方法，将冶金物料填入反应釜体1中后通过曝气头2向冶金物料中送气，对由曝气头2产生的气泡进行剪切破碎，以得到用于增大气体接触面积的小气泡。在湿法冶金的过程中，每100kg金属矿物的进气口压力为0.3mpa-1mpa，气体温度为100℃-260℃；进气口的气体流量为0.1m3/h-10m3/h。
圆盘涡轮桨3位于曝气头2的上方、且能在搅拌装置4的带动下转动，用于剪切破碎曝气头2产生的气泡，增大气液接触面积，提高气体利用率，适用于湿法冶金过程中气液固三相反应工艺，尤其能对高粘度介质中气体反应起到很好的强化作用。
圆盘涡轮桨3优选为六直叶圆盘涡轮，对气泡的剪切破碎效率更高，剪切破碎得更彻底。搅拌装置4与电机之间通过减速机和传动装置连接，电机通过变频控制器控制搅拌转速。
如图1和图2所示，在反应釜体1内还设置有径向筛板5，径向筛板5延伸的方向与反应釜体1的轴线方向相平行，且位于曝气头2的上方；径向筛板5上设置有多个均匀分布的筛孔。径向筛板5能对反应物质中的气泡进一步起到剪碎的作用，进一步提高气液接触面积、提高气体利用率，促进反应气体、介质与金属矿物之间的充分分散与接触，不易堵塞。
径向筛板5的具体安装方式和结构不限，能起到破碎气泡的目的即可。优选的，径向筛板5的一侧边贴在反应釜体1的内侧壁上，相对侧边朝向反应釜体1的轴线方向；径向筛板5的上述两侧边之间的宽度为径向筛板5内侧直径的1/15至1/10。
径向筛板5的底边与反应釜体1的底面内侧之间的距离为反应釜体1内腔高度的1/15至1/7，径向筛板5的顶边与反应釜体1的顶面内侧之间的距离为反应釜体1内腔高度的1/5至3/5；筛孔的直径优选为5mm-20mm；每个反应釜体1内设置有3至6个径向筛板5，全部径向筛板5相对于反应釜体1的轴线呈辐射状均匀设置。
在上述结构的基础上，在反应釜体1内还设置有下压涡轮桨6，下压涡轮桨6设置在搅拌装置4上且位于圆盘涡轮桨3的上方，下压涡轮桨6能随搅拌装置4转动。
即，下压涡轮桨6、圆盘涡轮桨3和曝气头2由上至下组成了三层的曝气搅拌组件。这一组合结构可以将曝气头2产生的气泡切割破碎达到微米级；下压涡轮桨6增强了气液固三相混合传质、令液固充分混合，固体颗粒充分分散，实现反应气体与金属矿物的最大接触面积，反应效果更好。
在上述结构的基础上，搅拌装置4包括伸入反应釜体1内的搅拌轴41；曝气头2设置在搅拌轴41的最底端，圆盘涡轮桨3设置在搅拌轴41的1/10至1/7处，下压涡轮桨6设置在搅拌轴41的1/5至1/3处。其中，曝气头2由密封连轴接头连接，曝气出口直径为2～10mm。
搅拌轴41可以是中空的轴状结构，也可是实心的柱状结构。当搅拌轴41可以是中空的轴状结构时，搅拌装置4的顶部设置有气体进口42和蒸汽进口43。蒸汽进口43的设置能有效解决因反应介质粘度大而导致的曝气出口堵塞的问题，保证反应的连续性和持续性。
如图1和图3所示，在反应釜体1上设置有进料口7、取料口8、放料口9、测温口10、排气口11和/或视镜12。
为了令反应釜体1安装更稳定、更简单，在反应釜体1的底端设置有多个底部踏板13；取料口8和/或放料口9位于底部踏板13所在区域内，便于物料的取放。底部踏板13为从反应釜体1的外侧向内侧凹陷的台阶状结构，固定安装件卡入台阶状结构中；多个底部踏板13相对于反应釜体1的轴线对称设置，保证反应釜体1不会在使用过程中发生晃动。
具体冶金实施例1
以钒渣为研究对象，本提高气液固三相反应的湿法冶金方法步骤如下：按照100kg钒渣计算，控制曝气装置的进气压力为0.4mpa，进气口的气体流量为4m3/h，进气口气体温度为260℃，曝气出口的孔径为2mm；反应釜体1侧面设有三个径向筛板5，径向筛板5的高度为反应釜体1内腔高度的3/5，筛孔均匀分布在径向筛板5上，筛孔直径为20mm，径向筛板5的宽度为反应釜体1内径的1/15，曝气头2设置在搅拌轴41的最底端，圆盘涡轮桨3设置在搅拌轴41的1/7处，下压涡轮桨6设置在搅拌轴41的1/3处。
经检测、计算，本实施例中钒的浸出率为98.7％，比现有湿法冶金反应效果提高14％。
具体冶金实施例2
以含钒钢渣为研究对象，本提高气液固三相反应的湿法冶金方法步骤如下：按照100kg钒渣计算，控制曝气装置的进气压力为1mpa，进气口的气体流量为0.1m3/h，进气口气体温度为120℃，曝气出口的孔径为10mm，反应釜体1侧面设有六个径向筛板5，径向筛板5的高度为反应釜体1内腔高度的1/5，筛孔分布均匀，筛孔直径为5mm，径向筛板5的宽度为反应釜体1内径的1/10，曝气头2设置在搅拌轴41的最底端，圆盘涡轮桨3设置在搅拌轴41的1/10处，下压涡轮桨6设置在搅拌轴41的1/5处。
经检测、计算，本实施例中钒的浸出率为95％，比现有湿法冶金反应效果提高18％。
具体冶金实施例3
以提钒尾渣为研究对象，本提高气液固三相反应的湿法冶金方法步骤如下：按照100kg钒渣计算，控制曝气装置的进气压力为0.1mpa，进气口的气体流量为7m3/h，进气口气体温度为200℃，曝气出口的孔径为8mm，反应釜体1侧面设有四个径向筛板5，径向筛板5的高度为反应釜体1内腔高度的2/5，筛孔分布均匀，筛孔直径为10mm，径向筛板5的宽度为反应釜体1内径的1/12，曝气头2设置在搅拌轴41的最底端，圆盘涡轮桨3设置在搅拌轴41的1/8处，下压涡轮桨6设置在搅拌轴41的1/4处。
经检测、计算，本实施例中钒的浸出率为95％，比现有湿法冶金反应效果提高10％。
具体冶金实施例4
以钛铁矿为研究对象，本提高气液固三相反应的湿法冶金方法步骤如下：按照100kg钒渣计算，控制曝气装置的进气压力为0.6mpa，进气口的气体流量为4m3/h，进气口气体温度为230℃，曝气出口的孔径为7mm，反应釜体1侧面设有五个径向筛板5，径向筛板5的高度为反应釜体1内腔高度的2/5，筛孔分布均匀，筛孔直径为12mm，径向筛板5的宽度为反应釜体1内径的1/10，曝气头2设置在搅拌轴41的最底端，圆盘涡轮桨3设置在搅拌轴41的1/9处，下压涡轮桨6设置在搅拌轴41的1/5处。
经检测、计算，本实施例中钛的浸出率为98.5％，比现有湿法冶金反应效果提高11％。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种湿法冶金方法及气液固三相湿法反应器，属于湿法冶金技术领域，为解决现有方法气泡体积大导致气体接触面积小等问题而设计。本发明湿法冶金方法将冶金物料填入反应釜体中，通过曝气头向冶金物料中送气，对由曝气头产生的气泡进行剪切破碎，以得到用于增大气体接触面积的小气泡。本发明气液固三相湿法反应器包括罐装的反应釜体，在反应釜体内的中部或下部设置有曝气头，在曝气头的上方设置有圆盘涡轮桨；圆盘涡轮桨设置在搅拌装置的底端且能随搅拌装置转动，以将由曝气头产生的气泡剪切破碎成体积更小的气泡。本发明湿法冶金方法及气液固三相湿法反应器增大了气体的接触面，提高了利用率，成本更低，增强了气液固三相混合传质。
技术研发人员：李兰杰;杜浩;王海旭;刘彪;高明磊
受保护的技术使用者：河钢股份有限公司承德分公司;中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.10.24
声明：
“湿法冶金方法及气液固三相湿法反应器与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：河钢股份有限公司承德分公司;中国科学院过程工程研究所
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2024年11月27日 ~ 29日 
