CN101456596B - 适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其主要结构为，反应器筒体内设置有上下串联的I、II两级吸收浸出反应室，两个反应室均配备有搅拌器，在反应室上方均设置有进气配气室和排气聚气室，配气室下方设置有若干与其连通的喷射管，位于配气室上方的聚气室通过管道与反应室上方空间连通，I级反应室和II级反应室通过下降接管连通，II级反应室的聚气室与I级反应室的配气室通过上升接管连通，其中，II级反应室设计有氧气通入接管和反应后的料浆排出接管口，配气室设计有二氧化硫气体进口，I级反应室设计有软锰矿浆加料接管，反应器筒体上端设计有尾气排出口。采用本发明可实现工业化连续生产，尾气可达标排放。

Description

适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器 

技术领域

本发明涉及软锰矿浸出反应技术，更具体地说，是涉及一种适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应设备。 

背景技术

硫酸锰是一种重要的化工基础产品，用途广泛，除了可用作化工、冶金原料，还可用于医药、造纸、陶瓷、催化剂、矿石浮选、饲料添加剂、电解锰的生产以及其它锰盐的生产等。传统的硫酸锰生产方法都是先制得硫酸锰母液，再对硫酸锰母液进行过滤、净化除杂、蒸发结晶、干燥而得硫酸锰产品。目前，制取硫酸锰母液的主要方法有：(1)菱锰矿法：一般需用锰质量含量大于20％的菱锰矿粉，在80～90℃条件下与稀硫酸作用，生成硫酸锰溶液，然后经过净化除杂而得硫酸锰母液。(2)软锰矿法：它将含MnO₂在65％以上的软锰矿粉与白煤粉以100∶20的质量配比混合，在还原焙烧炉中于700℃-850℃进行还原焙烧以生产MnO，然后将MnO在隔绝空气的条件下冷却至室温，冷却后的MnO用15％左右的稀硫酸进行溶解，然后经过净化除杂而制得硫酸锰母液。(3)硫酸亚铁法，由软锰矿和硫酸亚铁反应生成硫酸锰和硫酸铁的混合溶液，然后经过净化除铁制得硫酸锰母液。(4)两矿加酸法，采用软锰矿和硫铁矿在硫酸存在的条件下进行反应生成硫酸锰和硫酸铁的混合溶液，混合溶液经过净化除铁制得硫酸锰母液。以菱锰矿法和软锰矿法生产硫酸锰都要消耗大量的硫酸，致使硫酸锰的生产成本较高；而以硫酸亚铁法和两矿加酸法生产硫酸锰，由于硫酸铁、硫铁矿混合溶液带入的铁杂质含量较高，致使除杂工艺复杂，成本高，且硫酸锰产品品质也受到影响。 

二氧化硫在液相中可直接与软锰矿中的二氧化锰发生氧化还原反应，主要生成硫酸锰，该工艺不需耗用硫酸、不需对矿浆加热、不需对软锰矿进行预焙烧还原，因此用二氧化硫气体作为还原剂浸出软锰矿，可大大缩短上述传统软锰矿制取硫酸锰的工艺流程，彻底革新了传统的软锰矿制取硫酸锰的工艺。 

现有技术用二氧化硫浸取软锰矿的反应设备，一般多为塔类设备，在吸收设备选型方面，中国专利89107720.0明确其工艺吸收过程所用的设备是低阻力降的卧式机械喷洒吸收器；中国专利89104140.0明确其工艺吸收过程所用的设备是含二氧化硫烟气与矿浆逆流接触式的设备，即板式吸收塔或湍球塔；中国专利03135926.4.0明确其工艺吸收过程所用的设备是填料吸收塔。塔式设备用于二氧化硫浸取软锰矿，在工业上是很难实现的，因为这些吸收塔是属液膜表面吸收器，气体为连续相，液体为分散相，其作用机制是靠液体的流动性、润湿性在填料表面形成液膜，气体在液膜表面被吸收，增大气速，可强化气液吸收，但对强化液固界面传质影响较小，同时，由于液体中矿粒密度大，很容易在吸收塔的填料、板间沉积，特别是在开停车、事故停车时，沉积的软锰矿将与填料结成一块，造成严重的堵塞，使操作难以进行，无法工业化；而机械喷洒吸收器是属于液滴表面吸收设备，虽然省去了矿浆系统的外部循环，但对于以气膜控制的气体吸收而言，吸收速率低，气流速度小，工业化后占地面积过大而无法实现。中国专利97102703.X公开了一种用二氧化硫浸出软锰矿的专用搅拌机-曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类，这种设备存在问题有：(1)曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类，一般用于污水生化处理领域的充氧曝气，其气体分散的基本原理为靠液体的剪切冲击使气体分散到液体中，因此该类设备操作对气水体积比一般要求达到5～10(L/L)，气水比过高将导致气体无法分散，影响二氧化硫的吸收率；(2)工业化生产需要抽吸的二氧化硫气体单位时间体积流量很大，常高达数千～数万m³/h，而曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类主要用于单位时间体积流量较少的工业场合，一般为数百m³/h，因此很难应用于二氧化硫浸出软锰矿这样大规模工业生产，限制了该方法的实际工业化应用推广。本发明的发明人作为发明者之一于2004年获得授权的实用新型专利200420033268.7公开了一种烟气脱硫资源化设备，明确该设备用于烟气脱硫，而非二氧化硫气体浸出软锰矿，采用单级吸收反应，矿浆在一个吸收浸出反应室内循环吸收含二氧化硫烟气。而根据化学反应速度方程，反应物的浓度会显著影响化学反应速度，因此，采用纯二氧化硫气体与软锰矿浆反应对吸收工艺的操作要求显然与软锰矿浆吸收烟气中的少量二氧化硫不同：在单级吸收反应的情况下，由于二氧化硫过量，会导致吸收后的二氧化硫气体无法满足环保达标排放的要求，既浪费硫资源，也污染了环境，该专利也未明确抑制副产物连二硫酸锰生成的技术措施。

发明内容

本发明现有技术的二氧化硫气体浸出软锰矿用反应设备存在的不足，目的旨在于提供一种全新结构的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的专用反应器，以解决以下技术问题： 

1、实现二氧化硫气体与软锰矿浆于一个反应设备中连续浸出吸收，以适应于工业化连续生产； 

2、提高锰的浸出率和二氧化硫吸收利用率，实现二氧化硫气体达标排放； 

3、抑制二氧化硫与软锰矿反应过程中副产物连二硫酸锰的生成； 

4、降低设备的占地面积。 

本发明所要解决的技术问题，可通过具有以下的技术方案的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器实现。 

本发明提供的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其筒体内设置有I、II两级吸收浸出反应室，II级吸收浸出反应室位于I级吸收浸出反应室下方，每个反应室均配备有搅拌器，上方均设置有反应气进气配气室和排气聚气室，进气配气室下方设置有若干喷射口位于反应料浆内的喷射管，喷射管上端与进气配气室连通，位于进气配气室上方的排气聚气室通过管道与吸收浸出反应室上部空间连通，I级吸收浸出反应室和II级吸收浸出反应室通过矿浆下降接管连通，II级吸收浸出反应室的排气聚气室与I级吸收浸出反应室的进气配气室通过反应气上升接管连通，其中，II级吸收浸出反应室设计有氧气通入接管和反应后的料浆排出口，反应气进气配气室设计有二氧化硫气体进口，I级吸收浸出反应室设计有软锰矿浆加料接管，反应器筒体上端设计有尾气排出口，氧气通入接管的出气喷口和新鲜软锰矿浆加料接管的出料口均位于矿浆液层内。 

为了取得更好的发明效果，本发明提供的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，在上述方案的基础上还可进一步采取以下技术措施： 

为了提高从浸取反应器排出的尾气清洁度，更好地保护环境，在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方还设置与聚气室相通的尾气除沫器。 

两级吸收浸出反应室所配备的搅拌器，采用由同一个电动机通过同一个转轴驱动。驱动两级搅拌器运转的电动机优先考虑设置在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方，最好是将驱动电动机设置在与上升尾气隔离地方，以保护电动机免受上升尾气的侵害。 

排气聚气室可采用穿过进气配气室的管道与吸收浸出反应室的上部空间连通；最好是采用从进气配气室中央穿过且包含着搅拌器转轴的管道与吸收浸出反应室的上部空间连通。 

进气配气室下方的反应气通入喷射管，其喷射口设计在喷射管下端管壁上。 

I级吸收浸出反应室的矿浆下降排出口，即矿浆下降接管的进口设置在不高于喷射管下端的位置，II级吸收浸出反应室的矿浆进入口，即矿浆下降接管的出口设置在低于喷射管下端的位置。 

本发明还采取了其他一些技术措施。 

本发明提供的二氧化硫气体浸出软锰矿的专用反应器，根据反应物的浓度与化学反应速度的关系，设计了二氧化硫气体与软锰矿浆在设备内的浸取反应线路，从设备结构上保证了二氧化硫气体与软锰矿浆可于一个反应设备内进行连续浸出吸收，再配以申请人在另一份发明专利申请中提出的二氧化硫气体浸出软锰矿的工艺方法，具有很高的锰浸出率和二氧化硫吸收利用率，锰硫资源能得到充分回收利用，二氧化硫气体经吸收后可完全实现达标排放，同时也能有效地抑制二氧化硫与软锰矿反应过程中的副产物连二硫酸锰生成。在反应器运行过程中，反应器内上下串联设置的两级吸收浸出反应室不需进行切换，可实现矿浆的连续浸出与排出，运行管理简便，易于实现工业化。本发明提供的二氧化硫气体浸出软锰矿专用反应器，其整体为立式结构，还具有占地面积小的特点。 

附图说明

附图1是本发明一个实施例的结构示意图。 

附图中各图示标号的标识对象：1-尾气排出口；2-除沫器；3-反应气上升管；4-新鲜软锰矿浆通入接管口；5-二氧化硫气体入口；6-氧气通入接管口；7-吸收反应后的矿浆排出口；8-搅拌器；9-II级吸收浸出反应室矿浆入口；10- 矿浆下降连接管；11-密封轴承；12-I级吸收浸出反应室矿浆排出口；13-二氧化硫气体喷射管；14-二氧化硫反应气体进气配气室，15-I级吸收浸出反应室；16-II级吸收浸出反应室。 

下面结合附图说明给出本发明的一个实施例，并通过实施例对本发明的结构和工作原理作进一步的说明。有必要在这里特别说明的是，本发明的具体实施方式不限于实施例中的形式，根据本发明公开的内容，所属技术领域的技术人员还可以采取其他的具体方式进行实施，因此，实施例不能理解为本发明仅有的具体实施方式。 

实施例 

本实施例的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其结构如附图所示。反应器筒体内设置有上下串联的I级吸收浸出反应室15和II两级吸收浸出反应室16，II级吸收浸出反应室位于I级吸收浸出反应室下方，每个反应室均配备有搅拌器8，上部均设置有二氧化硫反应气进气配气室14和排气聚气室，进气配气室下方设置有若干插入反应料浆内的喷射管13，喷射管下端管壁上加工有喷射口，上端与进气配气室相通，在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方设置有与聚气室相通的尾气除沫器，以除去尾气携带的液沫。两级吸收浸出反应室所设置的搅拌器由同一个电动机通过同一个转轴驱动，驱动电机设置在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方与排出尾气隔开的地方，以保护电动机免受尾气侵害。搅拌器转轴穿过I级吸收浸出反应室底部的地方设置有密封轴承11。位于进气配气室上方的排气聚气室通过从进气配气室中央穿过且包含着搅拌器转轴的管道与吸收浸出反应室上部空间连通。I级吸收浸出反应室和II级吸收浸出反应室通过矿浆下降接管10连通，下降接管的进口12设置在I级吸收浸出反应室不高于喷射管下端的位置，出口9设置在II级吸收浸出反应室低于喷射管下端的位置。II级吸收浸出反应室的排气聚气室与I级吸收浸出反应室的进气配气室通过反应气上升接管3连通。另外，II级吸收浸出反应室设计有氧气通入接管口6和反应后的料浆排出口7，反应气进气配气室设计有新鲜二氧化硫气体进口5，I级吸收浸出反应室设计有新鲜软锰矿浆加料接管4，反应器筒体上端设计有尾气排 出口。 

发明提供的二氧化硫气体浸出软锰矿反应器，其操作运行过程如下，来自二氧化硫发生器的二氧化硫气体由鼓风机或气体压缩机从II级吸收浸出反应室16的二氧化硫气体入口5进入到II级吸收浸出反应室的气体配气室14，再从插入矿浆中的二氧化硫气体喷射管13管壁上的喷射口以气泡形式分散到矿浆中，与矿浆中二氧化锰反应，残余的未反应完二氧化硫气体由气体上升管3上升进入到I级吸收浸出反应室的气体配气室14，二氧化硫气体再由反应室配备的喷射管13的喷射口以气泡的形式分散到矿浆中，与新鲜矿浆中的二氧化锰反应，反应后的气体先上升到聚气室，再由聚气室进入设置在聚气室上方的除沫器2，除沫后从反应器筒体上端的尾气排出口1排出；与此同时，新鲜软锰矿浆由矿浆输送设备通过I级吸收浸出反应室矿浆入口及管道4进入到I级吸收浸出反应室，矿浆中的固体在机械搅拌器8的搅拌作用下悬浮在液相中，与溶解到液相中的二氧化硫发生化学反应，锰组分被部分浸出，残余的未反应完的矿浆由I级吸收浸出反应室矿浆排出口12通过下降接管10进入到II级吸收浸出反应室内，与溶解到液相中的新鲜二氧化硫气体继续发生化学反应，浸出剩余锰组分，锰组分充分浸出后的矿浆从II级吸收浸出反应室底部矿浆排出口7排出。氧气通过鼓风机由II级吸收浸出反应室设置的氧气入口及喷射管6进入到矿浆内，参与II级吸收浸出反应室内二氧化硫与软锰矿浆的反应过程，溶解到液相的氧通过氧化液相二氧化硫生成硫酸，控制体系pH值在1左右，从而达到抑制副产物连二硫酸锰的生成。II级吸收浸出反应室内的反应体系pH值控制与氧气的流量控制相关联，pH值在线监测仪与氧气的流量控制电磁阀通过PLC自动控制系统关联。 

Claims (9)

1.一种适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于反应器筒体内设置有I、II两级吸收浸出反应室，II级吸收浸出反应室位于I级吸收浸出反应室下方，每个反应室均配备有搅拌器，上方均设置有反应气进气配气室和排气聚气室，配气室下方设置有若干喷射口位于反应料浆内的喷射管，喷射管上端与配气室连通，位于配气室上方的聚气室通过管道与吸收浸出反应室上部空间连通，I级吸收浸出反应室和II级吸收浸出反应室通过矿浆下降接管连通，II级吸收浸出反应室的聚气室与I级吸收浸出反应室的配气室通过反应气上升接管连通，其中，II级吸收浸出反应室设计有氧气通入接管和反应后的料浆排出接管口，配气室设计有二氧化硫气体进口，I级吸收浸出反应室设计有软锰矿浆加料接管，反应器筒体上端设计有尾气排出口，氧气通入接管的出气喷口和软锰矿浆加料接管的出料口均位于矿浆液层内。

2.根据权利要求1所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方设置有与聚气室连通的尾气除沫器。

3.根据权利要求1所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于两级吸收浸出反应室配备的搅拌器由同一个电动机通过同一个转轴驱动。

4.根据权利要求3所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于驱动两级搅拌器运转的电动机设置在I级吸收浸出反应室排气聚气室上方。

5.根据权利要求4所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于驱动两级搅拌器运转的电动机与上升尾气相隔离。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于排气聚气室由穿过进气配气室的管道与吸收浸出反应室上部空间连通。

7.根据权利要求6所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于排气聚气室由从进气配气室中央穿过且包含着搅拌器转轴的管道与吸收浸出反应室上部空间连通。

8.根据权利要求6所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于反应气通入喷射管的喷射口设计在喷射管下端管壁上。

9.根据权利要求6所述的适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器，其特征在于I级吸收浸出反应室的矿浆下降排出口设置在不高于喷射管下端的位置，II级吸收浸出反应室的矿浆进入口设置在低于喷射管下端的位置。