CN102665887A - 用于产生与湿法冶金工艺相关的均匀混合的方法和装置 - Google Patents

用于产生与湿法冶金工艺相关的均匀混合的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在反应器（3）中混合一种或多种溶液的方法，其与例如沉淀、结晶或在溶剂萃取中形成悬浮液的湿法冶金工艺相关，以竖直循环流的混合通过多部分的混合器（1）在反应器中形成，由此混合器在其中旋转的主混合区超出反应器有效容积的70％，因此获得沉淀、结晶和/或溶剂萃取的混合阶段所需的低强度的均匀混合。

Description

用于产生与湿法冶金工艺相关的均匀混合的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种方法和装置，其使得在湿法冶金工艺中在反应器中混合一种或多种溶液，以带来想要的沉淀、结晶或溶剂萃取中的悬浮液。该装置包括反应器和放置在其中的多部分的螺旋转子混合器，在其螺旋转子中具有螺旋条，所述螺旋条绕着轴旋转并支撑到轴上。
背景技术
非均质的混合对于许多湿法冶金单元工艺都是个问题。在传统的方案中，叶片或涡轮型混合器通常在容积中旋转，所述容积中主混合区最多是使用的反应器的总容积的3％左右。这意味着由混合器产生的轴动力在非常强烈地引导到紧邻混合器附近处。结果，在轴周围的特定容积混合强度达到几十千瓦每立方米，但是朝着反应器的边缘延伸显著地下降。
当两种互相不能溶解的液体或者一种液体和一种固体混合在一起时，开发出一种螺旋混合器用于在反应器中提供均质混合，该螺旋混合器例如在美国专利公开5,185,081、5,248,485和5,182,087中描述。在所述装置中的混合器的直径是反应器直径的0.7倍左右。然而，例如在溶剂萃取中，当处理低界面张力的溶液时，用这类混合器获得的混合强度也可能太高。
当采用混合器进行固体沉淀或盐结晶并且其中混合强度较高时，形成非常细小的沉淀物或非常小的晶体。细小的沉淀物或晶体大小不会为沉淀物或晶体进一步的生长产生基础，相反，该产品可能因为其细小度而成问题。高的混合强度还可能在已经形成的沉淀物或晶体上带来机械磨损，导致晶体再次被研磨细。
发明内容
根据本发明的方法和装置的目的在于比以前实现与不同的湿法冶金单元工艺相关（例如在沉淀或结晶或溶剂萃取的混合阶段中）的、更均质的混合。本发明的目的在于减小在各种单元工艺中使用的总功率，但是仍然在使用的反应器空间中实现比以前更均质的混合。当混合在整个反应器空间中都是均匀时，将不会形成局部峰值功率点或近似死点。
本发明涉及一种用于与湿法冶金工艺（例如沉淀、结晶或在溶剂萃取中形成悬浮液）相关、在反应器中混合一种或多种溶液的方法。以竖直循环流的混合通过多部分的混合器在反应器中形成，由此主混合区超出反应器有效容积的70％，以获得沉淀、结晶和/或溶剂萃取的混合阶段所需的均质地低强度混合。
根据本发明的一个优选实施方式，所述主混合区超出反应器有效容积的80％。
根据本发明的方法典型地，均匀混合在反应器中通过采用包括至少三个螺旋转子的螺旋转子混合器而实现。
根据本发明所述的方法，所述主混合区包括保留在螺旋转子里面的区域和在螺旋转子外面大约为螺旋转子的横截面面积的尺寸的区域，在高度方面，主混合区的高度至少与螺旋转子的高度相同。
根据本发明的方法典型地，螺旋转子的主混合区在螺旋转子外面互相融合。
根据本发明的一个实施方式，在沉淀和/或结晶中使用絮凝剂作为试剂用于絮凝固体。
本发明还涉及一种用于与湿法冶金工艺（例如沉淀、结晶或在溶剂萃取中形成悬浮液）相关混合一种或多种溶液的装置。该装置包括反应器和位于反应器中的混合器，该反应器包括基底和从基底向上升起的圆柱形的侧壁。所述混合器是多部分的螺旋转子混合器，其适于以竖直循环流提供均质混合，形成低的混合强度，其中主混合区超出反应器有效容积的70％。
根据本发明的装置典型地，所述螺旋转子混合器包括：至少三个转子，所述转子设置在反应器中；动力设备，其使得螺旋转子旋转；和多个细长的竖直障板，其从反应器的侧壁突出。
根据本发明的装置还典型地，所述螺旋转子包括：竖直旋转轴，该轴连接到动力设备上；和两个或三个螺旋元件，所述螺旋元件通过支撑臂固定到旋转轴上，所述支撑臂从旋转轴沿径向离开。
在根据本发明的装置的一个构造中，所述螺旋元件具有圆形横截面。
在该装置的另一个构造中，所述螺旋元件具有椭圆形横截面。
根据本装置的一种构造，所述障板与反应器的半径成5－15度的角度。所述障板优选位于每个螺旋转子附近，在其旋转方向的下游。
根据该装置的一种构造，当螺旋转子的数量是三个时，它们的直径是反应器直径的至少0.33倍。
根据本发明的另一种构造，当螺旋转子的数量是五个时，它们的直径是反应器直径的至少0.23倍，从而一个螺旋转子位于反应器的中心，其他四个对称地位于中心螺旋转子的周围。
根据本装置的第三构造，当螺旋转子的数量是五个时，一个螺旋转子位于反应器的中心，而其他四个对称地位于中心螺旋转子的周围，从而使得中心螺旋转子的直径大于围绕其的转子的直径。
根据本发明的装置典型地，螺旋转子的旋转轴相对于反应器的竖直的中心轴设置在径向上。
根据本发明的装置的一种构造，所有螺旋转子以相同的方向旋转，而且螺旋元件绕着轴的旋转方向与螺旋转子的旋转方向相同。
根据本发明的装置的另一种构造，所有螺旋转子以相同的方向旋转，而螺旋元件绕着轴的旋转方向与螺旋转子的旋转方向不同。
根据本发明的装置的第三构造，所述中心螺旋转子在不同于围绕其的螺旋转子的旋转方向上旋转。
附图说明
图1示出根据本发明的螺旋转子混合器的一个构造的横截面图，
图2示出图1中的混合器的剖面II-II，
图3示出另一个螺旋转子混合器构造对应于图2的剖面。
具体实施方式
根据本发明的以低混合强度的、但仍然横跨反应器容积延伸的均质混合通过螺旋转子混合器实现，该螺旋转子混合器包括至少三个分开的螺旋转子。该混合器放置在反应器中，该反应器大致为直立圆柱形形状。需要结晶的溶液、含有固体的液体、或者两种可互相溶解的液体在反应器中混合，以带来结晶、沉淀或溶剂萃取中的悬浮液。螺旋转子混合器的主混合区包括反应器超过70％、优选超过80％的有效容积。有效容积意味着反应器中在反应器底部和液体表面之间的容积。在螺旋转子的情形下，主混合区包括保留在螺旋转子内的区域加上在螺旋转子外面大约螺旋转子横截面面积的尺寸的区域。在高度方面，主混合区的高度至少与螺旋转子的高度相同。显然，混合还发生在主混合区的外面，尽管混合强度更小。
螺旋转子混合器的各个的螺旋转子分组，从而它们的主混合区在螺旋转子外面互相融合。当螺旋转子向上泵送时，这意味着在这样的情形下流动模式形成为在转子内的流动方向是向下的，而在转子外面的流动方向是向上的。来自螺旋转子里面的流在螺旋转子外面倾斜地转向上方并相互作用，从而它们在螺旋转子之间的空间中互相融合。螺旋转子的运行速度调节为使得在螺旋转子之间的空间中防止形成紊流，但是同时通过层流混合带来想要的效果。当混合动力这样在整个反应器中均匀分开时，我们可以认为该布置减小了混合中使用的整体能量消耗。通过该布置，还可以避免局部出现的强大的混合力，而低强度的混合可以引导到反应器的整个横截面上。
根据本发明的一个装置包括反应器和具有三个分开的螺旋转子的混合器，该装置在图1和2中更加详细地描述。附图示出作为例子的一种构造，其中螺旋转子混合器1包括三个双螺旋转子7。该螺旋转子混合器1包括反应器3，其内部4由圆柱形侧壁5在侧面界定且在由基底6在下面界定。双螺旋转子7设置在内部4，以三角形形式从反应器的中心轴沿径向离开，如图2所示。每个螺旋转子7通过动力设备8旋转。多个细长的竖直障板9从反应器3的侧壁5突出。每个螺旋转子7包括连接倒动力设备8的竖直的旋转轴10，和两个相同的螺旋管11，所述螺旋管具有圆形的横截面并通过支撑臂12附接到旋转轴10上。所述螺旋管以距轴一个半径的距离互相对称地相对。要处理的一种或多种溶液可以在理想的点处引入到反应器中，产生反应的产物从反应器理想的点处移除（图中未详细示出）。
在根据图1的方案中，螺旋转子的直径为反应器直径的至少0.33倍，优选是反应器直径的0.35倍左右。所有螺旋转子在向上泵送或向下泵送中优选以相同的方向旋转，在这种情况下，螺旋管绕着轴旋转的方向也与该旋转方向相同。因此螺旋转子或者顺时针或者逆时针地旋转。在大多数情形下，更加有利的是，采用向上泵送的混合方向，从而在螺旋转子的外面，在障板下游的每个点处产生强烈的向上的区域。该向上的区域以上述方式互相融合并强化混合。该向上的区域还可以通过更加靠近螺旋转子放置障板而得到进一步强化。
有利的是，将障板9放置在距反应器的侧壁0.04-.0.08倍的反应器直径的距离处，且它们的宽度优选是反应器的直径的0.1-0.13倍。典型地，根据本发明的障板不是径向地放置，而是与半径成5－15度的角度。障板放置在每个螺旋转子附近并在其下游，如图2所示。这样，横跨整个反应器在均质混合上获得强化效果。
通过上述的三个螺旋转子和三个障板，获得了提供与竖直循环流混合的布置，其中主混合区超出反应器有效容积的80％。每个螺旋转子的主混合区由图2中的虚线示出。这带来了沉淀、结晶和/或溶剂萃取的混合阶段所需的均质的低强度混合。分布可能受到混合器的尺寸和位置以及障板的尺寸、位置和对齐的影响。当通过这种方式使得混合强度在整个反应器空间中相当均匀时，用于混合的马达功率可以减小。根据混合要求，混合强度例如可以调节到0.05-1.5kW/m3的范围。根据本发明的布置的优点在于：由于包括整个反应器区域的均质混合，因此不再需要局部强烈的主混合了。
图3是根据本发明的另一个混合器的示意图，其中有五个螺旋转子7。一个螺旋转子位于反应器的中心，而另外四个在反应器的外周上对称地绕着该中心螺旋转子。螺旋转子的直径至少为0.23倍的、优选为0.25-0.3倍的反应器直径。总共有四个障板9，它们根据结合图1和2所述的相同的原理在外周上定位在螺旋转子附近。根据图3的布置可以获得这样的情形，其中反应器空间中多达85％的混合是主混合。
根据图3的结构构造可以进一步改变，从而使得位于反应器中心部中的螺旋转子的直径大于位于反应器外周上的螺旋转子的直径。在这种情形下，所有螺旋转子的旋转方向可以选择为相同，或者放置在中心的螺旋转子的旋转方向可以选择为不同于放置在外周上的螺旋转子的旋转方向。
上面的例子参考了只作为例子的具有两个螺旋元件的螺旋转子。根据应用的要求，螺旋转子可以具有两个或三个螺旋元件。比起两个螺旋元件，转子中有三个螺旋元件在一起使得转子结构更坚固并获得更均匀的混合动力分布。对于螺旋元件，除了圆形横截面外还可以有一些其他形状。圆形的条还可以变扁平，从而使得螺旋元件的轮廓为椭圆形形状。
如上所述，需要沉淀或结晶的固体的属性可以通过均质混合而改善。比起在具有有力的狭窄的主混合的装置中，颗粒尺寸在固体沉淀和结晶过程中的生长可以得到更好的控制。除了装备选择，絮凝剂也可以用于帮助固体的絮凝。一个例子是采用根据本发明的包括三个螺旋转子的螺旋转子混合器，其在稠化供料口中的絮凝剂的帮助下，引起稠化溢流的固体含量从值50mg/L掉落到值15mg/L。
根据本发明的方法和装置在反应器直径较大、在几十米左右时尤其有利。
本发明不限于上面呈现的示例的构造；在保持在如权利要求中具体表述出的本发明的概念的框架内，本发明可以有许多变形。

Claims (20)

1.一种用于在反应器（3）中混合一种或多种溶液的方法，所述混合与例如沉淀、结晶或在溶剂萃取中形成悬浮液的湿法冶金工艺相关，其特征在于：以竖直循环流的混合通过多部分的混合器（1）在反应器中形成，其中主混合区超出反应器有效容积的70％，以获得沉淀、结晶和/或溶剂萃取的混合阶段所需的低强度的均匀混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述主混合区超出反应器有效容积的80％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用包括至少三个螺旋转子的螺旋转子混合器在反应器中实现均匀混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述主混合区包括保留在螺旋转子里面的区域和在螺旋转子外面大约为螺旋转子的横截面面积的尺寸的区域，在高度方面，主混合区的高度至少与螺旋转子的高度相同。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：螺旋转子的主混合区在螺旋转子外面互相融合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：絮凝剂用于在沉淀和/或结晶中帮助固体的絮凝。
7.一种用于混合一种或多种溶液的装置，所述混合与例如沉淀、结晶或在溶剂萃取中形成悬浮液的湿法冶金工艺相关，其中该装置包括反应器（3）和位于反应器中的混合器（1），该反应器包括基底（6）和从基底向上升起的圆柱形的侧壁（5），其特征在于：所述混合器（1）是多部分的螺旋转子混合器，其适于以竖直循环流提供混合，形成均质、低的混合强度，其中所述主混合区超出反应器有效容积的70％。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述螺旋转子混合器（1）包括设置在反应器中的至少三个螺旋转子（7），使得螺旋转子（7）旋转的动力设备（8），和从反应器的侧壁突出的多个细长的竖直障板（9）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述螺旋转子（7）包括连接到动力设备（8）的竖直旋转轴（10），和两个或三个螺旋元件（11），所述螺旋元件通过支撑臂（12）在距旋转轴一半径的距离处固定到旋转轴（10）上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述螺旋元件（11）具有圆形横截面。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述螺旋元件（11）具有椭圆形横截面。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述障板（9）与反应器的半径成5－15度的角度。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述障板（9）位于每个螺旋转子（7）附近，在每个螺旋转子的旋转方向的下游。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：当螺旋转子（7）的数量是三个时，它们的直径是反应器直径的至少0.33倍。
15.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：当螺旋转子（7）的数量是五个时，它们的直径是反应器直径的至少0.23倍，一个螺旋转子位于反应器的中心，其他四个螺旋转子对称地位于中心螺旋转子的周围。
16.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：当螺旋转子（7）的数量是五个时，一个螺旋转子位于反应器的中心，而其他四个螺旋转子对称地位于中心螺旋转子的周围，使得中心螺旋转子的直径大于围绕中心螺旋转子的螺旋转子的直径。
17.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：螺旋转子（7）的旋转轴（10）相对于反应器（3）的竖直的中心轴设置在径向上。
18.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所有螺旋转子（7）以相同的方向旋转，而且螺旋元件（11）绕着旋转轴（10）的旋转方向与螺旋转子的旋转方向相同。
19.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所有螺旋转子（7）以相同的方向旋转，而且螺旋元件（11）绕着旋转轴（10）的旋转方向与螺旋转子的旋转方向不同。
20.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于：所述中心螺旋转子（7）在不同于围绕所述中心螺旋转子的螺旋转子的旋转方向上旋转。
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