專利名稱：一種高效碳化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于冶金、化工行業(yè)反應(yīng)設(shè)備領(lǐng)域，具體的說(shuō)是用于制備各種化工產(chǎn)品(諸如CaC03、MgCO3> Al (OH) 3、堿式碳酸鋅、白炭黑、MgO、CaO, Al
2 03、Ζη0等)的一種高效碳化設(shè)備；它是一機(jī)多用設(shè)備，在冶金行業(yè)可用于快速高效氰化浸取金銀，同時(shí)它可用于快速高效氯化浸取貴金屬，還可用于快速氧化低價(jià)金屬離子為高價(jià)金屬離子等，一機(jī)多用途設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前化工行業(yè)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)用碳化設(shè)備主要有①、鼓泡碳化塔(碳化時(shí)間較長(zhǎng)約 4h)、②噴霧碳化塔(價(jià)格昂貴，小型企業(yè)用不起，望而止步)、③內(nèi)循環(huán)碳化塔(實(shí)驗(yàn)室階段) 等，主要存在問題是碳化塔用CO2氣體必須加壓硬送入體系反應(yīng)腔里，且由于氣液接觸表面積小，液相主體厚度和液膜傳質(zhì)阻力較大而不利于氣液反應(yīng)，傳質(zhì)速率慢而反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，要么設(shè)備造價(jià)高等。冶金行業(yè)特別是黃金礦山金銀氰化浸取設(shè)備一般都采用常規(guī)的攪拌氰化浸取槽， 有的鼓入空氣，有的鼓入氧氣，存在主要問題是雖然串聯(lián)4-6級(jí)氰化槽，但因氰化所需溶解氧濃度低，攪拌強(qiáng)度低(攪拌線速度僅有7. 5m/s左右)，故而氣-固-液三相界面產(chǎn)生的膜厚、溶解氧和氰化物的傳質(zhì)阻力大，傳質(zhì)速率小，而氰化浸取時(shí)間長(zhǎng)達(dá)左右。近年來(lái)有些礦山上了 “變壓吸附制氧機(jī)組”鼓氧氰化設(shè)備(氧壓一般IMPa)，浸取金銀效果比常規(guī)全泥氰化設(shè)備好得多。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了不少國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，其中有從德國(guó)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)高剪切分散乳化機(jī)，PLM固液分散混合系統(tǒng)，其定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常獨(dú)特、先進(jìn)、科學(xué)，設(shè)備自身產(chǎn)生真空吸入固體粉末，并其高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子外端產(chǎn)生15m/s以上線速度(最高可達(dá)40m/s)形成強(qiáng)烈的機(jī)械剪切，液層摩擦，撞擊撕裂而充分分散、乳化、均質(zhì)、破碎。這樣就能極大地?cái)U(kuò)大了氣-液接觸面積，減薄了液相主體厚度，減少了液膜傳質(zhì)阻力，提高了反應(yīng)及傳質(zhì)速率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、氣液接觸表面積大，反應(yīng)和傳質(zhì)速率高，設(shè)備造價(jià)低，一機(jī)多用途的高效碳化設(shè)備。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備包括帶有攪拌器的調(diào)漿槽、與調(diào)漿槽連接的至少兩個(gè)串聯(lián)在一起的氣液分散混合單元體。所述氣液分散混合單元體包括碳化桶體，固定于上蓋并設(shè)置在碳化桶體內(nèi)部的氣液分散混合裝置。所述的碳化桶體采用可循環(huán)冷熱液體的夾層式結(jié)構(gòu)形式，一端帶有物料進(jìn)口，另一端帶有物料出口。所述的氣液分散混合裝置包括電機(jī)，連接電機(jī)下面的空心結(jié)構(gòu)攪拌桿，設(shè)置在攪拌桿上面的進(jìn)氣管，設(shè)置在攪拌桿下端的定子和轉(zhuǎn)子。[0010]所述的每個(gè)氣液分散混合單元體是通過(guò)管路連接在一起的，連接的方式是各氣液分散混合單元體依次由高向低串聯(lián)在一起。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、本實(shí)用新型是在德國(guó)技術(shù)PLM固液分散混合系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，將固液分散混合裝置改為氣/液分散混合裝置，即PLM設(shè)備自身產(chǎn)生真空吸入的不是粉末，而是系統(tǒng)反應(yīng)所需的各種氣體，例如CO2、空氣、02、Cl2等，并將間歇式PLM桶體改成夾套形式以通液體控制體系反應(yīng)溫度(正、反向都可)，同時(shí)將幾個(gè)間歇式氣液分散混合單元體串聯(lián)起來(lái)使之成為連續(xù)化操作生產(chǎn)。其間歇式氣液分散混合單元體之間用管道連接起來(lái)，并按前后順序依次有高度差，使體系反應(yīng)物自動(dòng)從第一個(gè)單元體流進(jìn)2、3、4單元體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。2、本高效碳化設(shè)備是冶金、化工行業(yè)通用反應(yīng)設(shè)備，即在化工行業(yè)它是碳化設(shè)備， 在冶金行業(yè)它是快速高效氰化浸取金銀設(shè)備，又是貴金屬(金、銀、鉬、鈀等)高效氯化浸取設(shè)備，同時(shí)又是高效氧化設(shè)備，是一機(jī)多用途通用反應(yīng)設(shè)備。3、該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作方便，系統(tǒng)自身產(chǎn)生真空，而將系統(tǒng)反應(yīng)所需各種氣體在線吸入工作腔液流體，被高剪切的定、轉(zhuǎn)子瞬間分散均勻，故而碳化、氰化(氯化、氧化) 速度快、效率高(比常規(guī)的高2-3倍)，大大節(jié)省能耗和時(shí)間，并且其反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)優(yōu)粒徑分布均勻。4、本實(shí)用新型屬于冶金、化工通用設(shè)備。當(dāng)用于以0)2氣體碳化石灰乳、氫氧化鎂、 CaCl2、MgCl2、MgS04、水玻璃、鋁鹽等溶液制備相應(yīng)的化工產(chǎn)品時(shí)稱作“一種高效碳化設(shè)備”； 當(dāng)用于吸入空氣或O2氰化浸取金銀礦石時(shí)稱作“一種快速高效氰化浸取金銀設(shè)備”；當(dāng)用于吸入Cl2氯化浸取貴金屬(金、銀、鉬、鈀等)時(shí)稱作“一種高效氯化浸取貴金屬設(shè)備”；當(dāng)用于吸入空氣、02、Cl2, H2O2等氧化劑來(lái)氧化各種低價(jià)金屬離子為高價(jià)金屬離子時(shí)稱作“一種高效氧化設(shè)備”。

圖1是一種高效碳化設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型氣液分散混合單元體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由附圖1所示該設(shè)備包括帶有攪拌器的調(diào)漿槽1、與調(diào)漿槽1連接的至少兩個(gè)串聯(lián)在一起的氣液分散混合單元體2。所述的每個(gè)氣液分散混合單元體2是通過(guò)管路12連接在一起的，連接的方式是各氣液分散混合單元體2依次由高向低串聯(lián)在一起。由附圖2所示所述氣液分散混合單元體2包括碳化桶體3，固定于上蓋4并設(shè)置在碳化桶體3內(nèi)部的氣液分散混合裝置5。所述的碳化桶體3采用可循環(huán)冷熱液體的夾層式結(jié)構(gòu)形式，一端帶有物料進(jìn)口 6， 另一端帶有物料出口 7。所述的氣液分散混合裝置5是公知的技術(shù)結(jié)構(gòu)，即利用了德國(guó)技術(shù)PLM固液分散混合系統(tǒng)，它包括電機(jī)8，連接電機(jī)8下面的空心結(jié)構(gòu)攪拌桿9，設(shè)置在攪拌桿9上面的進(jìn)氣管10，設(shè)置在攪拌桿9下端的定子和轉(zhuǎn)子11。[0023]利用本發(fā)明高效碳化設(shè)備生產(chǎn)各種產(chǎn)品的實(shí)例①、 水玻璃吸收CO 2制備白炭黑其反應(yīng)歷程一般認(rèn)為水玻璃水解=Na2O· nSi02+(2n+l) H 0 一 ^NaOH + nSi (OH)4碳酸鈉生成:2Na0H+CO2 Na 2 CO3+ H2O硅酸脫水mSi(OH)4 滅 > SiO2 · nH 2 0+(2m-n)H20這些反應(yīng)過(guò)程共需要幾個(gè)小時(shí)(約4h)反應(yīng)進(jìn)行緩慢，是屬化學(xué)反應(yīng)控制，其中水玻璃的水解反應(yīng)較慢，它的速度決定了整個(gè)吸收過(guò)程速度。CO2的傳質(zhì)速率主要受液膜傳質(zhì)阻力控制。本實(shí)用新型以其PLM核心結(jié)構(gòu)即定子和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心作用下產(chǎn)生真空，把(X)2氣體從軸向吸入工作腔，被強(qiáng)勁的離心力將水玻璃和(X)2氣體從徑向甩入定、轉(zhuǎn)子之間狹窄間隙中，受到離心擠壓、撞擊等作用力初步分散，同時(shí)在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子外端產(chǎn)生15m/S以上線速度(最高可達(dá)40m/s)形成強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、液層摩擦、撞擊撕裂而充分分散、乳化、均質(zhì)、破碎。從而極大地?cái)U(kuò)大了氣-液接觸面積，減薄了液相主體厚度，減少了液膜傳質(zhì)阻力，提高了反應(yīng)及傳質(zhì)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明采用本實(shí)用新型高效碳化設(shè)備制備白炭黑碳化時(shí)間不到池(鼓泡塔約需4h)，獲得的微細(xì)顆粒產(chǎn)品吸油值DBP大大提高，保證獲得合格產(chǎn)品目的。本實(shí)驗(yàn)采用20°Be'精水玻璃稀釋到6°Be'— 10°Be'，并加一定量的表面活性劑預(yù)先分散乳化，在60—80°C下(夾套里通熱水或蒸汽)，通(X)2氣體碳化。碳化結(jié)果其物化數(shù)據(jù)非常令人滿意，活性白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到并超過(guò)GB10517—89A類指標(biāo)(比表面積/m 2 g 260，DBP 吸油值 /cm3g -1 > 30)。②、鋁鹽溶液碳化法制備微粉Al (OH) 3a、原料規(guī)格-,鋁酸鈣礦粉=Al2O3 47— 55%，CaO 25—35%, Fe 2 O3 1—6%, SiO 2
5 —10%。純堿工業(yè)級(jí)。b、制備鋁酸鹽溶液一將純堿配成適量濃度的溶液，與鋁酸鈣礦粉中的Al2O3進(jìn)行等當(dāng)量反應(yīng)，其反應(yīng)溫度100—110°C，反應(yīng)時(shí)間約2h，其反應(yīng)式Ca(AlO2)2+ Na 2 CO3 — 2 NaAlO 2 + CaCO3 4c, Al (OH)3的生成一碳化反應(yīng)制備微粉Al (OH) 3。將鋁酸鈉溶液中加一定量的表面活性劑預(yù)先分散、乳化、均質(zhì)，放入高效碳化設(shè)備中，并給電啟動(dòng)電機(jī)，同時(shí)旋開(X)2氣體閥門，使(X)2吸入NaAlA溶液中，高效碳化設(shè)備夾套中通冷卻水使體系反應(yīng)溫度控制在35士5°C，待反應(yīng)體系PH值6— 8時(shí)停止反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中物料(NaAW2+ CO2)從第一個(gè)氣液分散混合單元體順流到最后一個(gè)氣液分散混合單元體，碳化時(shí)間約為池。將反應(yīng)產(chǎn)物Al (OH) 3經(jīng)水洗、分離、過(guò)濾，待濾液無(wú)CO:止。d、干燥一濾餅(Al (OH)3)經(jīng)110 V下烘干得微粉Al (OH) 3產(chǎn)品(粒度D5tl/ μ m約 3. 9—16)。③、從含金礦中快速高效氰化浸取金[0040]a、原料一原礦金品位7. 38g/t，金礦物賦存狀態(tài)主要與脈石密切相關(guān)，僅有極少量金礦與褐鐵礦連生，其中賦存脈石中的占78. 57%，在顆粒之間占15. 25%，在空洞中占 5. 40%，是屬于易浸礦石。金礦物粒度較細(xì)小，均小于0.053mm，磨礦粒度-200目占90%。金的氰化浸出機(jī)理一在含氧的堿性氰化物溶液中，金的溶解過(guò)程按Eisner方程進(jìn)行，并溶解生成相應(yīng)的金氰絡(luò)合物4Au + 8NaCN + O2+ H2O 一 4Na Au(CN)2 + 4NaOH (1)由(1)式可知，金的溶解速本不僅取決于氰化物濃度，而且與礦漿中的溶解氧濃度有關(guān)。沒有氧的去極作用，溶金反應(yīng)難以進(jìn)行。氧的參與不僅決定了溶金反應(yīng)能否進(jìn)行(熱力學(xué)),而&決定了反應(yīng)速度(動(dòng)力學(xué))。根據(jù)溶液擴(kuò)散理論，導(dǎo)出氰化物濃度[CN]與溶解氧
濃度I υ ]間的關(guān)系式為Dcn · [CN] = 8 D0 .(2)式中Dt . D分別為溶液中CN -和&的擴(kuò)散系數(shù)。根據(jù)理論計(jì)算，[CN]和[02]之間有一獲得金最大浸出速度的摩爾比，即[CN]/=6，生產(chǎn)實(shí)踐中使用的氰化物濃度多在300— 400mg/L之間(約0. 03—0. 10%)，相對(duì)應(yīng)的最佳氧濃度應(yīng)為32. 6—43. 5mg/L,溶液中的飽和溶解氧濃度隨所在地海拔高度和氣溫升高而下降，即使在海拔300m和10°C的地方，純水中氧的飽和濃度也只有10.6mg/L左右，況且礦漿中的[02]還要降低，故遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到金溶解所需的最佳氧濃度。影響氰化浸取金速度的主要原因除溶解氧濃度以外，還有一個(gè)很重要的因素，即氣一液一固三相接觸表面積，金表面和溶解氧的氰化物液體之間的膜厚度及液膜傳質(zhì)阻力。氰化浸取金的反應(yīng)較慢，常規(guī)的全泥氰化一般約需24—42h，是屬化學(xué)反應(yīng)控制。b、在礦漿濃度40士3%，[CN]0. 02—0. 03%, PH 10. 5—12的條件下，采用如圖2所示
的，快速高效氰化浸取金設(shè)備，進(jìn)行連續(xù)浸金試驗(yàn)。氰化浸取金所需氧量如同①所述機(jī)理， 設(shè)備本身產(chǎn)生的真空，從外界自動(dòng)吸入空氣，同理極大地?cái)U(kuò)大了氣一固一液接觸面積，減薄了液相主體厚度和減少了液膜傳質(zhì)阻力，而大大提高了反應(yīng)及傳質(zhì)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果浸金時(shí)間減到常規(guī)傳統(tǒng)設(shè)備的1/2—1/3左右，金回收率提高1_洲左右，又減少了氰化物用量。
權(quán)利要求1.一種高效碳化設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括帶有攪拌器的調(diào)漿槽(1)、與調(diào)漿槽(1)連接的至少兩個(gè)串聯(lián)在一起的氣液分散混合單元體(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效碳化設(shè)備，其特征在于所述氣液分散混合單元體(2)包括碳化桶體(3)，固定于上蓋(4)并設(shè)置在碳化桶體(3)內(nèi)部的氣液分散混合裝置 (5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效碳化設(shè)備，其特征在于所述的碳化桶體(3)采用可循環(huán)冷熱液體的夾層式結(jié)構(gòu)形式，一端帶有物料進(jìn)口(6)，另一端帶有物料出口(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效碳化設(shè)備，其特征在于所述的氣液分散混合裝置 (5)包括電機(jī)(8)，連接電機(jī)(8)下面的空心結(jié)構(gòu)攪拌桿(9)，設(shè)置在攪拌桿(9)上面的進(jìn)氣管(10 )，設(shè)置在攪拌桿(9 )下端的定子和轉(zhuǎn)子(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效碳化設(shè)備，其特征在于所述的每個(gè)氣液分散混合單元體(2)是通過(guò)管路(12)連接在一起的，連接的方式是各氣液分散混合單元體(2)依次由高向低串聯(lián)在一起。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高效碳化設(shè)備，該設(shè)備包括帶有攪拌器的調(diào)漿槽、與調(diào)漿槽連接的至少兩個(gè)串聯(lián)在一起的氣液分散混合單元體。本實(shí)用新型是在德國(guó)技術(shù)PLM固液分散混合系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，將固液分散混合裝置改為氣/液分散混合裝置，即PLM設(shè)備自身產(chǎn)生真空吸入的不是粉末，而是系統(tǒng)反應(yīng)所需的各種氣體，并將間歇式PLM桶體改成夾套形式以通液體控制體系反應(yīng)溫度(正、反向都可)，同時(shí)將幾個(gè)間歇式氣液分散混合單元體串聯(lián)起來(lái)使之成為連續(xù)化操作生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J19/18GK201969555SQ20112005393
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者申容儒 申請(qǐng)人:申容儒