CN107847889B - 用于预处理矿物的附聚转筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及附聚转筒以及在转筒内部进行的用于预处理矿物的矿物附聚方法,两者主要用于湿法冶金。该转筒和方法使用作为本发明的一部分的气体再循环系统和气体再循环步骤。此外,附聚方法包括在附聚转筒内发生的化学反应的工艺。附聚转筒、附聚方法和反应工艺可以获得具有低降解性和在试剂与附聚物之间更大的接触表面的均匀、稳定的附聚物。根据本发明的方法,在附聚转筒中产生的均匀的附聚物增加了随后的沥滤工艺的提取收率,减少了沥滤堆中沥滤溶液的优先通道的产生。此外,本发明的转筒和方法防止气体释放到大气中,其具有气体再循环系统,当密封时,该气体再循环系统将气体保持在附聚转筒和工艺中。该气体再循环不仅防止气体释放到大气中,而且还降低了操作成本,因为再循环气体被用作附聚工艺的一部分。
Description
技术领域
本发明涉及附聚转筒和用于预处理矿物的在该转筒内进行的矿物附聚方法,这二者主要用于湿法冶金。所述转筒和方法使用作为本发明的一部分的气体再循环系统和步骤。此外,附聚转筒中发生的化学反应过程包括在附聚方法中。附聚转筒、附聚方法和反应过程允许获得具有更大的附聚物-试剂的接触表面的均匀、稳定和难降解的附聚物。根据本发明的方法在附聚转筒中制备的附聚物或聚集物增加了以后的沥滤过程的提取收率,因此减少了沥滤堆中沥滤溶液的优选通道的产生。
此外,本发明的转筒和方法允许防止气体释放到环境中,其具有气体再循环系统,该气体再循环系统通过封闭将气体保持在附聚转筒和过程内。这种气体再循环不仅允许防止所述气体向环境释放,而且作为附聚方法的一部分通过使用再循环气体,也降低了操作成本。
背景技术
湿法冶金工艺在其流程图中包括通常用于改善沥滤工艺的附聚气缸或附聚转筒。附聚转筒是主要旨在将中等和精细的粒径分布(即,颗粒尺寸在3/4英寸和1英寸之间)的矿物进行干附聚的设备。
在所述附聚转筒中并且通过添加进入矿物之后供应的液体试剂(例如水和浓硫酸),产生被称为“聚集物”的均匀附聚物,其在后面的如沥滤的工艺中使用。考虑到这一点,附聚气缸或附聚转筒是尤其专用于铜、镍和锌等矿物的附聚的设备。
通常,现有技术中已知的附聚气缸由通向环境的在其内部设置有适当间隔开的矩形截面的提升杆的单一腔室形成,使得同样生成在其内部的材料的旋转运动。所述材料的旋转运动以及由源自进料区中添加的试剂引起的加湿产生了均匀一致的“聚集物”。根据待附聚的矿物颗粒的性质和尺寸,以及根据制备“聚集物”所需的停留时间,对每种情况研究了附聚转筒的旋转速度、提升器的截面及其间距。
因此,附聚转筒必须承受主要由内部材料的运动以及在转筒内循环的附聚负载的重量和冲击产生的高机械应力。这就是它们用耐用材料制造并成为高度坚固的结构的一部分的原因。另外,由于在表面上产生磨损的材料的运动以及存在根据用于制备聚集物的试剂可具有腐蚀性的环境,附聚转筒以及主要地其内部经受很大的磨损负载。这就是它们优选由耐磨材料制造或用这种材料涂覆的原因。
考虑到这一点,附聚转筒通常作为紧凑和完整的单元提供,其包括进料槽、排放箱、向环境的气体出口和在进料区域中的酸定量给料槽。在这一点上应该指出的是,现有技术的附聚转筒将在该工艺中产生的气体直接释放到环境中,由于释放有毒气体而导致可能的环境和/或健康风险,并且由于其毒性而限制所需试剂的使用。
实际上,例如文献GB2192805、US2004156765和AU2010207893描述了对环境开放和/或未描述在转筒内部发生的一体化到附聚工艺的气体再循环系统或相的附聚转筒和/或工艺。这就是所述文献描述限制不产生可释放到环境中的有毒物质的试剂的使用的系统和工艺的原因。另外,如申请US2004156765,使用可释放有毒物质的试剂的现有技术文献没有考虑所述物质的处理,因此是它们没有解决与有毒材料存在于工艺中的相关问题的原因。
另外,文献EP1734137涉及使抑制气体排放到大气中的铁矿物附聚的工艺,但是所述工艺使用残余气体的再循环系统,以将其重新引入到高炉的喷嘴作为燃烧气体。尽管这种工艺在现有技术中是众所周知的,例如作为燃烧气体,允许显著减少有毒气体向环境的释放,但是由于所述工艺包括根据需要可形成材料的聚集物的旋转系统,故不能直接在附聚工艺中实施。另外,附聚设备中的气体的单纯再循环不能解决使用所述气体以有益于设备内进行的工艺的问题;因此,通过包括再循环,不会改善附聚工艺。
在现有技术中可用的解决方案中存在的问题之前,需要具有附聚转筒和附聚工艺以制备具有更大附聚物-试剂接触表面的均匀、稳定和难降解的附聚物,提高以后的沥滤工艺的提取收率,减少了沥滤堆中沥滤溶液的优选途径的创建。
还需要具有能够防止气体释放到环境的附聚转筒和附聚工艺,从而在附聚工艺期间允许有效地利用气体,减少环境污染和/或对健康的损害,并且允许使用高效试剂,防止在沥滤工艺中构成障碍物的元素硫的形成。
发明内容
本发明涉及用于制备具有更大的附聚物-试剂接触表面的均匀、稳定和难降解的附聚物的附聚转筒和附聚工艺。另外,本发明的转筒和本发明的工艺由于沥滤工艺而都可以提高以后工艺的提取收率,并且同时防止气体释放到环境中,从而降低了环境风险和/或健康风险以允许使用高效的理想试剂。
此外,本发明还涉及在附聚转筒内发生的化学工艺,其允许在以后的提取工艺中增加材料的回收率。
在该上下文中,本发明的附聚转筒包括主空心气缸,该空心气缸优选地由非常厚的轧制钢板制造,该钢板由支撑结构支撑或保持,在附聚工艺期间主气缸在该支撑结构上旋转。所述主气缸可以包括任何中空的圆柱形形状,例如矩形气缸,优选地使用周向圆柱形形状。实际上,气缸是指由被称为母线的直线沿称为准线的平坦闭合曲线的位移形成的任何几何配置,其中所述准线可以具有不同的多边形闭合形式,如矩形、正方形、三角形或六边形等,或圆形形式,如圆周或椭圆形等。
附聚转筒的主气缸优选是倾斜的,其入口端处于比出口端更高的高度。根据一个实施方案,所述倾斜度可以手动或自动调节,可以通过重力或转筒内的旋转进行进入附聚转筒的材料的循环,且所述材料从附聚转筒上游的入口端移动到附聚转筒下游的出口端。在这方面,附聚转筒的倾斜度直接影响附聚转筒内部的材料的停留时间,因为随着倾斜度的增加,材料将更快地移向出口端。然后,附聚转筒的倾斜度的变化可以在附聚期间适应该工艺到不同类型的待附聚的材料和不同的待使用的试剂,因为对于每种材料和试剂,需要不同的停留时间和/或反应时间以实现预处理的最大效率。
另外,附聚转筒的主气缸包括驱动装置,该驱动装置将来自驱动设备的旋转运动传递到主气缸;这允许所述气缸在由所述驱动设备驱动的轴向轴上旋转。根据本发明的优选实施方案,主气缸的驱动装置对应于传动系统,该传动系统至少包括与气缸一体化的齿条,其永久地连接到其上或者形成其相同结构的一部分,将来自驱动设备的旋转运动连续地传递到主气缸。其他的驱动装置可以用于从驱动设备传递运动,例如皮带系统、链条系统或其他类型的传递旋转运动的系统。
在该上下文中,驱动设备可以是任何类型的作为电动引擎向主气缸提供旋转运动的机构。根据优选实施方案,所述驱动设备包括与主气缸的齿条的齿接合的装置,其向所述齿条传递引擎的旋转,并允许附聚转筒以受控的方式旋转。在这方面,应该注意的是,主气缸的旋转速度直接影响附聚工艺,这取决于待附聚的矿物颗粒的性质和尺寸以及制备“聚集物”所需的停留时间。因此,本发明考虑了主气缸的转速的可能变化,以便使附聚工艺保持其最大效率。所述变化例如可以通过驱动设备的变频器以电子方式进行,这也可以逐步启动附聚转筒和工艺。最后,应该注意的是,考虑到在操作期间的其负载以及在真空中,驱动设备应当被设计成允许主气缸的旋转。在这方面,可以认为,旋转的驱动设备的关键条件是在操作期间系统的停止,因为驱动设备应该提供足够大的旋转力来克服内部装有材料的附聚转筒的惯性。
如已经指出的,主气缸的旋转在附聚转筒的支撑结构上进行。为了这些目的,支撑结构具有布置在称为转筒支架的结构中的轮子系统。这些转筒支架允许轮子在与主气缸接触时自由旋转,支撑其重量并保持其旋转运动。在本发明的一个实施方案中,轮子被装配到存在于主气缸的外壳套或外表面中的转筒引导件上。这样可以防止所述转筒由于其倾斜度而纵向位移。
根据本发明的一个实施方案,附聚转筒的支撑结构包括多个支脚,所述支脚可以通过至少一个上梁和/或至少一个横梁相互结合。所述支脚被配置成将附聚转筒固定到地面的支撑结构。此外,附聚转筒的支撑结构至少包括下梁,转筒支架布置在该下梁上,所述支撑结构包括气缸本体在其上旋转的轮子系统。所述下梁在其一个端部枢转地连接到结构,例如连接到一个支脚或横梁上并且朝向附聚转筒的入口端,其中下梁的另一端是自由的和/或由倾斜系统支撑。一端的枢轴连接和倾斜系统的实现的组合允许下梁的倾斜度的变化;这反过来通过轮子系统和转筒的支架改变了由所述下梁支撑的气缸本体的倾斜度。
此外,倾斜系统可以包括任何自动或手动设备,其允许下梁在其与支撑结构的连接上受控地枢转,从而在附聚转筒的操作期间保持主气缸的重量。在优选实施方案中,所述倾斜系统由设置在支撑结构中的至少一个液压缸限定,例如在一个支脚中或者支脚之间的纵向梁中。所述至少一个液压缸水平地驱动至少一个楔形件,至少一个支撑主气缸的那些的下梁搁置在该楔形件上。所述至少一个楔形件通过所述至少一个液压缸的作用例如在导轨上移位,使得其位移使下梁在其与支撑结构的连接上枢转,从而改变其倾斜度并允许控制材料在附聚转筒内部的保留和循环并获得更高效的产品。实际上,本发明的倾斜系统可以在水平轴上对其倾斜度进行受控的改变,并调整通过旋转和重力而在转筒内部移位的材料的停留时间。倾斜系统的其它变型可以被实施为保持本发明的质量,即支撑主气缸的重量和其倾斜度的变化,其中所述倾斜系统可以是自动的,如已经详细描述的或者手动的,例如包括下梁支架的实施的倾斜系统,例如在操作期间至少一个下梁搁置在其上的横梁,其中所述支架可以手动地安装在不同的高度处。
在附聚转筒的总体结构方面,该设备包括位于附聚转筒的上游和入口端处的进料滑槽,该进料滑槽被布置成接收在转筒内部的待暴露于附聚工艺的材料。所述进料滑槽可以包括布置成在附聚转筒内引导待附聚材料的任何结构。在该上下文中,在进料滑槽与附聚转筒的入口之间的结合是重要的,使得在主气缸保持旋转的同时,材料的连续转移是可能的而不会有任何损失。事实上,进料滑槽和主气缸之间的连接是旋转的,并且优选地对在转筒内循环的气体是紧密的,防止该气体进入环境和/或减少该气体的释放。为此目的,该连接使用轴承,该轴承有助于主气缸在进料滑槽上的旋转,并防止材料进入附聚转筒以通过其出口端出去,从而提供密封系统以将气体保持气缸内部。另外,进料滑槽与附聚转筒的主气缸之间的连接应当使得在进料滑槽保持固定的同时允许主气缸的倾斜,保持关于转筒内存在并注射到其中的气体的旋转和紧密的条件。
根据优选实施方案,进料滑槽存在于刚性柱中,其中入口开口被配置成优选为圆形并且布置附聚转筒上游的设备的最高区域中。通过这个开口,通常来自传送带的材料进入附聚转筒以启动在附聚转筒内部的附聚工艺。
在与进料滑槽相对的出口端,即在附聚转筒的下游端,存在排放腔室,用于排出附聚的材料,并用于提取在附聚转筒内部生成和/或存在的气体。为了实现该双重功能,排放腔室包括优选位于腔室下部的排放滑槽和优选位于腔室上部的排气罩两者。排放腔室的排气罩连接到用于从排放腔室提取气体并且至少通过注射喷嘴,优选在所述转筒的上游将它们再次注射到附聚转筒中的气体再循环系统,同时排放滑槽有助于可以从用于例如在沥滤工艺等工艺的后续使用的设备中提取附聚材料(附聚转筒的所得产物)。在该上下文中,例如对于进料滑槽,排放腔室和主气缸之间的连接是旋转的,并且优选地对在转筒内循环的气体是紧密的,便于它们直接通向排放腔室并防止其排放到环境中,和/或减少它们的释放。因此,该连接使用主气缸在排放腔室上旋转的轴承,提供密封系统以防止通过排放腔室的气体释放到环境中。另外,排放腔室与附聚转筒的主气缸之间的连接应该使得例如在排放腔室保持固定的同时允许主气缸的倾斜,保持关于转筒内存在并通过排放腔室用于通过再循环系统进行其抽吸的气体的旋转和紧密的条件。
根据优选实施方案,连接到排放腔室的排气罩的气体再循环系统包括用于输送气体的输送管,其将气体从排放腔室(提取点)引导到附聚转筒的内部(注射点),优选在附聚转筒的入口区域处,即在其上游端。此外,根据本发明的优选实施方案,为了成功地从排放腔室提取气体,气体再循环系统包括作为风扇的气体驱动设备,以从提取点(优选地所述排放腔室)吸入气体,以及在附聚转筒的注射点注射它们,其中所述气体驱动设备分离在位于附聚转筒下游的提取的第一部分和位于附聚转筒上游的第二注射部分的再循环系统。在该上下文中,布置在气体输送管中的气体驱动设备具有提取附聚转筒下游的气体并驱动所提取的气体的功能。在优选实施方案中,气体再循环系统在主气缸内形成闭合的气体回路,防止气体释放到环境中或减少其释放。
根据本发明的可选实施方案,在主气缸的任何部分中可以进行附聚转筒内部的气体的提取和注射,但是优选地将气体提取到气缸下游端并且将气体注射气缸上游端。
气体再循环系统的部件应适于提取在排放腔室中生成和/或存在的所有气体,防止它们通过进料滑槽逃逸,并且承受待运输的气体的腐蚀性条件,该腐蚀性条件可包括酸和/或湿度以及处于高温下。为此目的,气体再循环系统包括输送管和至少一个气体驱动设备,所述气体驱动设备被设计成输送由附聚转筒中的气体量确定的气体的质量流,这些气体是转筒内进行的反应的结果并且来自非常相同的再循环,并且能够承受由再循环系统的表面上的气体输送所产生的腐蚀,例如通过具有抗腐蚀涂层的不锈钢来实现。
此外,气体再循环系统可以包括至少一个朝向系统的提取部分定位的颗粒过滤器,其中所述至少一个过滤器防止材料颗粒从排放腔室吸入,防止它们损坏气体驱动设备和/或堵塞注射喷嘴。所述颗粒过滤器可以是静电除尘器、薄膜过滤器或任何其他类型的过滤器,其安装在风扇之前,优选在气体输送管和/或排气罩内安装,允许保留由风扇吸入的材料颗粒,由此防止它们与风扇接触和/或与气体一起再次进入气化腔室。
从所述附聚转筒的内部看,根据优选实施方案,进料滑槽的入口开口与主气缸的第一部分直接连通,在主气缸中存在气化腔室。气化腔室包括与主气缸分开且与主气缸同心的直径较小的优选圆柱形表面,因此在气化腔室与主气缸的内表面之间形成中间空间,通过内部支架和/或布置在中间空间中的连接而保持气化腔室与主气缸之间的联结。这允许中间空间的配置,同时元件保持结合以用于联合旋转。气化腔室还具有优选圆形的入口并与进料滑槽的入口开口同心,其中所述入口连接到被固定到进料滑槽的注射喷嘴,例如连接到滑槽的刚性柱上,主气缸和气化腔室相对于其旋转。在该上下文中,主气缸和进料滑槽之间的连接不仅可用于主气缸的旋转,而且还应该能够承受气化腔室通过实施注射喷嘴的旋转,该喷嘴连接到气体再循环系统,允许从附聚转筒的排放腔室提取的气体向气化腔室注射。
根据可选实施方案,气化腔室相对于主气缸具有独立的旋转运动,其具有独立于主气缸的驱动设备或者改变主气缸的旋转速度的运动传递系统。
为了使再循环气体进入气化腔室,注射喷嘴具有在喷嘴中的开口,其允许气体进入在主气缸和气化腔室之间形成的中间空间,而气化腔室具有在腔室中的开口,其优选位于所述腔室的入口的面上,其中所述开口将中间空间与气化腔室的内部连通。可选地,腔室中的开口也可以布置在气化腔室的壳套中,但是为了防止腔室内的材料在附聚工艺期间堵塞开口,优选第一布置或它们两者的组合。在这方面,在通过喷嘴的开口喷射的气体到达中间空间之后,气体通过腔室中的开口进入气化腔室的内部。在优选实施方案中,气化腔室具有入口面和出口面,两个面部分地关闭以允许材料的进入和受控排放。
气化腔室优选地基于耐受进入其中的气体的腐蚀的材料制造,例如钛、不锈钢、具有特殊涂层的钢、高密度聚合物或通过点蚀气化腔室板来防止腐蚀的任何其他材料。
根据本发明的实施方案,气化腔室包括负载提升器,在由于转筒的旋转运动结合其具有的倾角而移动所述材料时,所述负载提升器允许混合腔室内的材料和气体。负载提升器可以是气化腔室内表面结构的一部分,也可以是独立的元件,如果它们由于磨损和/或腐蚀而受损,则允许它们的更换。所述负载提升器可沿着气化腔室或以其他布置而定位,以促进腔室内的材料和气体的混合,例如围绕气化腔室的内表面形成螺旋入口。与此同时,腔室可以包括至少一个保持器以容纳进入腔室的材料的一部分,并且因此允许在材料进入腔室时所述材料在保持的材料上滑动,而不是直接在腔室表面上方滑动,并且避免所述表面由于材料的滑动和/或冲击而磨耗造成的过度磨损和损坏。所述至少一个保持器优选配置成横向布置在气化腔室的整个内周中的突出表面。像负载提升器一样,保持器可以是气化腔室内表面结构的一部分,或者是独立的元件,以在损坏的情况下允许它们的更换。
继续描述附聚转筒,气化腔室在下游连接到附聚腔室,与前一腔室中的气体预先混合的材料进入附聚腔室。气化腔室和附聚腔室之间的材料流动有利地通过叶轮进行,但是可以直接从气化腔室到附聚腔室实现。实际上,叶轮的存在可以增加气化腔室和附聚腔室之间的差异,增加气体在气化腔室中的停留并且还允许从气化腔室转移到附聚腔室期间增加材料的搅拌。在优选实施方案中,叶轮被安装在气化腔室和附聚腔室之间,并与主气缸联接,使得与其一起转动,从而与气化腔室一起转动,其中叶轮的上游面面向包括其出口面的气化腔室,而叶轮的下游面面向包括其入口面的附聚腔室。
根据本发明的可选实施方案,叶轮具有独立于气化腔室和主气缸两者的运动或者通过传输系统或独立的驱动器与其中的一个连接。
叶轮包括多个叶片,优选为桶的形式,当材料沿着气化腔室下降时,桶布置成接收材料的混合物。在本发明的优选实施方案中,在叶片上设置有前盖,该前盖优选为圆形并且具有比叶轮小的直径,在一个叶片与另一个叶片之间以及在叶轮周边与盖周边之间留有开口,其中所述前盖布置在面向气化腔室的叶轮面上并用作材料流动的限制器,允许材料仅通过其开口在到叶轮的端部附近。另外,叶轮叶片通过沿着面向附聚腔室的中心轴汇聚到叶轮的中心而延伸,其中所述中心轴的直径小于直接位于上游的前盖的直径。这种配置允许叶片所带的材料随着叶轮一起转动,并且随着其达到更高的高度,由叶片朝向中心轴下行,然后落在附聚腔室内部。通过前盖,防止了在叶片中输送的材料返回到气化腔室。类似地,叶轮具有覆盖部分叶片的后盖,使得防止已经容纳在附聚腔室中的材料返回到气化腔室。
根据本发明的优选实施方案,叶轮与气化腔室一样优选地基于耐腐蚀材料(如钛、不锈钢、具有特殊涂层的钢或任何高密度聚合物)来制造。
对于附聚腔室,与气化腔室不同,这不与独立于主气缸的腔室对应,而是包括所述主气缸的内部空间。在优选实施方案中,主气缸的所述内部空间具有优选弹性体材料的涂层,并被固化到主气缸的内壳套。像气化腔室一样,附聚腔室也可以包括负载提升器和/或保持器,不论是固定类型还是可拆卸类型的。
继续描述本发明,在附聚腔室内部,流体注射系统被配置成包括至少一个沿着气缸的管道,该管道在一端上通过排放腔室进料并且另一端由叶轮的中心轴支撑。所述至少一个管道具有多个开口以分配附聚腔室内部的液体。在本发明的优选实施方案中,管道至少是两个,在附聚腔室的不同区域内注射不同类型的流体。实际上,根据所述实施方案,根据进入附聚腔室的上游、其下游或沿着整个腔室的流体,每个管道的开口可以以不同的形式沿其分布。其中的管道和开口的分布允许对附聚方法中流体的注射配置不同的选项;因此也可以限定注射的流体的类型,不同的注射类型,例如通过滴落或喷射,和/或由腔室内部的开口的位置提供的注射位置。
考虑上文,至少一个管道通过安装在叶轮中心轴上的轴承上的固定支架连接到叶轮的中心轴上,使得所述支架在叶轮旋转期间保持固定而不强迫运送流体的管的扭转。另外,液体注射系统优选具有圆柱形壳套的形式并且位于叶轮的中心轴304中的保护元件,防止当将它们覆盖在叶轮附近时,从叶轮进入附聚腔室的材料在从叶轮下落到附聚腔室时直接撞击管道。
回到排放腔室(特别是有利于从附聚转筒中提取聚集物的排放滑槽)的定义,根据本发明的实施方案,所述排放滑槽位于腔室的底部,因此便于来自附聚转筒的固体材料通过重力从设备中提取。在本发明的优选实施方案中,排放滑槽包括至少一个与气化腔室中使用的材料保持器相似的材料保持器,用于材料在排放腔室处接收而不直接落在排放滑槽的底部上,防止其由于磨耗和冲击造成的过量磨损。此外,关于回收由于化学反应而从主气缸内生成的以及来自气化腔室的气体的排气罩(其也具有高温并且有助于提取工艺),所述排气罩布置在排放滑槽的上部,因为所述气体易于上升而不与固体材料一起下落。
考虑附聚转筒中的组分的描述,在其内部发生的附聚工艺包括第一步骤,在该第一步骤中,矿物与试剂(例如固体试剂)一起通过进料滑槽的入口被添加到附聚转筒内。这样,矿物和试剂进入气化腔室,其中由于转筒的旋转和在负载提升器的帮助下,例如通过腔室开口和通过喷嘴开口,矿物与进入气化腔室的试剂和气体混合。这样,气体级分由于其湿度(优选地3至5%)而固定在矿物上;然后,在材料上发生化学侵蚀。
作为倾斜系统调节主气缸的倾斜度的结果,在气化腔室内与未反应的气体一起移动的材料移动到叶轮上,其中其被叶片的桶提升并通过重力转移到附聚腔室。在该腔室内,矿物与剩余的气体用通过流体注射系统的管道喷射在腔室内的水或精制剂强烈灌注。另外,该工艺包括用通过注射系统的另一个管道的浓硫酸(优选地以95%纯度)灌注的可选方案。在这方面,根据沿着将流体注射附聚腔室内部的管道的开口位置,在附聚腔室内添加水和/或酸可以同时进行或一个在另一个之前进行。在优选实施方案中,注射水的流体注射系统的管道具有分布在附聚腔室上游的开口,而注射酸的注射系统的管道具有分布在附聚腔室下游的开口,使得在进入的硫酸与材料接触之前,水或精制剂可以扩散到通过附聚腔室循环的材料。
由于水和浓硫酸之间的放热反应以及氯化钠存在下处理的矿物中存在的硫化合物所经受的转化反应,附聚腔室中产生50℃和80℃之间的温度。在这个腔室中,制备了材料的附聚物,并且作为反应的结果而开始形成气体,这些过量的气体与未反应的气体在排放腔室的排气罩中被收集以及通过驱动设备被驱动到再循环系统以及通过气体输送管驱动到气化腔室,使得其与在封闭的再循环回路中进入的矿物和试剂组合。
另外,固体附聚物材料移动到排放腔室,沿排放滑槽下落以离开附聚转筒;所述附聚物材料用于以后的提取工艺(例如沥滤)中。
一旦详细描述了附聚转筒的所有部件以及在其内部发生的工艺,则描述了在所述转筒中进行的附聚工艺中发生的化学过程。
在本发明的工艺中,使用附聚转筒进行预处理;这可以实现在可溶性金属多硫化物和与钠结合的硫化合物中的反应产物的化学转化,其防止形成具有液体和明显高于在硫酸盐介质中发现的气体孔隙度的气体孔隙度的元素硫。
从操作的角度来看,在本发明的过程中,按照以下顺序进行明确顺序的正确添加:
i)矿物,
ii)固体氯化钠,
iii)水(精制剂、淡水、海水或其组合),和
iv)浓硫酸。
在矿物的所述预处理期间,发生以下反应:
在低于50℃的温度下时,倾向于发生反应(1),而在高于此温度时,发生宏观反应(2),并发生下面的宏观反应(3):
当发生反应(3)时,防止了元素硫的形成,根据实验观察,硫的形成是以后的沥滤工艺中的实际障碍,而不论在大桶、堆或水洗器中的搅拌沥滤工艺。
本申请的发明人已经观测到,对于发生所述反应(3),添加的NaCl应该与矿物中硫的总含量成比例,即随着矿物中硫的总含量增加,添加量将更大。同样,矿物中存在的铁在硫酸钠的结晶形态中起着重要的作用。根据DRX分析和SEM分析,矿物中或精矿中所含的黄铁矿(FeS2)和磁黄铁矿(FeS)提升了针型的晶体结构,并且在其不存在时观察到更多的针状晶体结构(参见图13)。这种晶体结构对于本发明的工艺来说是非常重要的结构,因为针型结构已经与更多的多孔材料相关联,这种结构的存在使得在随后的沥滤中增加了液/气渗透性,并且由此包含在矿物或精矿中的金属的提取动力学也增大。
在实验研究中,使用铜含量约为83%、粒径小于74mm的黄铜矿精矿样品。在这项研究中,使用恒电位恒电流仪(CH-Instruments,型号1140)进行循环伏安法测试。用相同设备的软件来捕获数据,用经过预处理以及不经过预处理的精矿形成的化合物可以相互对比。
以下电极用于循环伏安法:
·工作电极:含黄铜矿或其精矿的碳糊电极(CPE)。
·参比电极:Ag/AgCl(E=0.220V/ENH)
根据图14所报告的情况,并与其他研究者观察到的情况一致[Lázaro,1995;Lu,2000;Mikhlin,2004;Zeng,2011;Ghahremaninezhad,2013;Eghbalnia,2011;Price,1986],该图的A1峰将对应于由以下方程(5)描述的中间结构的黄铜矿的部分氧化:
CuFe2→Cu1-xFe1-yS2-z+xCu2++yFe2++zS+2(x+y)e- (5)
A2峰可与具有铜-弱的非化学计量硫(Cu2-xS)的辉铜矿的氧化有关[Price,1986]。如果与A2峰相关的负载等于C3和C4峰的负载,则x的值可能非常接近1,并且铜蓝(CuS)形成主要产物[Lázaro,1995;Lu,2000;Mikhlin,2004]。因此,A2峰可以与以下反应(6)相关联:
Cu2S→Cu2-xS+xCu2++2xe- (6)
根据最近提出的,根据以下反应(7),A2峰也可以对应于A1峰中形成的多硫化物的氧化[Eghbalnia,2011]:
据一些研究者提出,A3峰对应于H2S到SO的氧化。另外,在阴极扫描中形成的所有金属铜都会在这个电位区域被氧化成Cu2+[Pric,1986;Lu,2000]。
C1和C2峰反映在A1和A2峰成所形成的产物的还原。阳极A1和A2峰与阴极C1和C2峰的面积差表明反应不是完全可逆的。这一观察结果与其他研究者提出的结果是一致的[Lázaro,1995;Lu,2000]。因此,观察到的两个峰都可与形成的多硫化物的还原相关联。
另外,C3还原峰归因于未反应的遗留的黄铜矿的还原,根据以下方程(8)和(9)形成talchanite(Cu9Fe8S16)或斑铜矿(Cu5FeS4)[Biegler,1976;Lázaro,1995;Lu,2000;Eghbalnia,2011]。
9CuFeS2+4H++2e-→Cu9Fe8S16+Fe2++2H2S (8)
5CuFeS2+12H++4e-→Cu5FeS4+4Fe2++6H2S (9)
在比C3峰更负的电位下,形成了辉铜矿(Cu2S),其中黄铜矿结构中的铁被完全消除,如方程(10)所示,这证实了一些作者所述的[Eghbalnia,2011;Zeng,2011],且其将代表C4峰。
2CuFeS2+6H++2e-→Cu2S+2Fe2++3H2S (10)
根据图15和16所示的结果,随着溶液中存在的氯离子的增大,A1峰的振幅也增大,这表明化合物是更好的导体,因此其更不是非晶的。
另外,电流强度的增加意味着形成更大质量的化合物。
在氧化扫描中,可以观察到在不同的氯化物浓度下形成的化合物是相同的。然而,显示其结晶度变化的单一化合物是A1峰,这对应于根据多个研究者提出的反应(1)形成的非化学计量的Cu-Fe-S的多硫化物的形成。在一些A1峰观察到的两个波将在两个步骤给予不完全氧化的说明;所述观察是由几位研究者以前提出的[Lázaro,1994;Stankovic,1986]。Stankovic提出,这两个步骤可以分别根据具有慢速动力学和快速动力学的反应(11)和(12)描述。
根据图15,关于在70℃下形成的化合物,在25℃发生的化合物观察到相似性,但是与在25℃下获得的峰值电流的强度相比,在氧化下的峰值电流的强度在70℃下更大;这表明转化的物质的数量具有显著的提高。还可以注意到,形成硫的A3峰由于其快速转化成高温有利的离子硫酸盐和离子钠的作用而可能未被检测到。
更长的静置时间有利于精矿的更好的氧化条件。同样,在氯化物介质中制备的还原反应发生在较低的电流强度下,这可以关联于在介质中形成的化合物的更大的溶解度。根据之前分析的结果,可以总结为:
·在任何温度下氯化物浓度的增大促进结晶度更高的多硫化物的形成。
·随着氯离子的增加而在多硫化铜形成的峰值电流的强度的降低会与在水介质中更大的溶解度有关。
·在更高的温度和存在任何的氯离子浓度下,在相应的介质中有利于形成更大的结晶度和溶解度的多硫化铜,以及有利于元素硫氧化成硫酸根离子。
随着精矿的更长静置时间和H2SO4-NaCl的预处理,多硫化铜在水介质中的更大溶解度是有利的,这与电流强度的降低有关。
从黄铜矿精矿中提取铜的最佳结果可以通过以下来实现:在预处理之后,30天的静置和在70℃下搅拌沥滤或者在转筒中实现。在这些条件下,防止了元素硫和不溶性金属硫化物的形成,有利于矿物样品的沥滤收率。
DRX分析(图17-a)显示未经预处理的精矿显示反应产物层中存在元素硫。然而,经过这种预处理的精矿样品(图17-b)没有显示该元素的存在,在该情况下形成Na2S类型的化合物,这说明了离子钠的重要性。
为了分析在H2SO4和H2SO4-NaCl介质中预处理所形成的反应产物的形态,在不同的静置时间下通过SEM获得黄铜矿精矿样品的图像。
图18至20示出了将离子钠固定到产品层的静置的重要性。事实上,可以观察到:在静置30天后,通过SEM分析可以识别该离子的存在,与图17所示的DRX分析相比,表明钠的硫化物和硫酸盐的形成。另外,在反应产物中,不存在氯元素或其参与的化合物。这会验证反应(13)的发生。
预处理期间硫酸钠或其他硫相关的化合物的形成会与气态HCl的生成有关。这种化合物很容易通过形成的产物的孔扩散,以便继续在高溶解度的黄铜矿转化成多硫化铜,氯气以气态形式分离。
所获得的结果回答了当包括精矿的预处理以及每吨处理的精矿的固体氯化钠剂量的影响时,从黄铜矿精矿中提取铜有显著差异的原因(见图21)。
没有预处理的精矿实际上不溶于pH=2的酸溶液和60g/L的沥滤溶液。用15千克NaCl/吨精矿和20小时的静置时间,沥滤25小时后可以提取80%的铜。如果静置时间增加,这种提取动力学可以显著增加。同样,如果预处理在密闭的反应器中进行,则静置时间可以大幅减少。
附图说明
作为本发明的一部分,示出了下面的附图,这些附图是本发明的代表,并且示出了本发明的优选实施方案,因此它们不应被认为是限制本发明。
图1从侧面示出了表示本发明的附聚转筒的实施方案的示意图。
图2示出了根据本发明的实施方案的进料滑槽的外部视图。
图3以纵向截面示出了根据本发明的实施方案的气化腔室的入口的视图。
图4以纵向截面示出了根据本发明的实施方案的气化腔室的视图。
图5示出了根据本发明的实施方案的叶轮从材料装载面到气化腔室的视图。
图6示出了根据本发明的实施方案的叶轮从材料卸载面到附聚腔室的视图。
图7以纵向截面示出了根据本发明的实施方案的附聚腔室的视图。
图8示出了根据本发明的实施方案的在叶轮的中心轴上且支撑流体注射系统的固定支架的视图。
图9示出了根据本发明的实施方案的叶轮在叶轮的中心轴处从包括保护元件的材料卸载面的视图。
图10示出了根据本发明的实施方案的排放腔室的外部视图。
图11示出了根据本发明的实施方案的倾斜系统的视图。
图12以竖向的纵向截面示出了表示附聚转筒的示意图,其中主气缸也用水平的纵向切口表示,从而可以观看附聚转筒的内部。
图13是示出了以化学计量消耗的具有15千克NaCl/吨矿物和20%H2SO4的矿物颗粒和黄铜矿精矿(6000X)上的硫酸钠的形成的显微照片。
图14是反映在25℃下在0.1M H2SO4溶液中不经预处理的周期性CEP-CPY伏安法的图,其中:a)0g/l的Cl-和b)70g/l的Cl-。
图15是反映在25℃下在0.1M的H2SO4溶液中以H2SO4-NaCl预处理15天的周期性CEP-CPY伏安法的图,其中:a)0g/l的Cl-和b)70g/l的Cl-。
图16是反映在70℃下在0.1M的H2SO4和Cl-的溶液中进行预处理的周期性CEP-CPY伏安法的图,且具有不同的静置时间:a)15天,b)30天。
图17是表示精矿的DRX分析的图:a)没有预处理;b)具有预处理。
图18是没有预处理的黄铜矿精矿的SEM分析的图像和数据。
图19是预处理且静置15天的黄铜矿精矿的SEM分析的图像和数据。
图20是预处理且静置30天的黄铜矿精矿的SEM分析的图像和数据。
图21是表示从黄铜矿精矿中提取铜的动力学的图,该黄铜矿精矿在不同剂量的固体NaCl中进行预处理且静置30天,以及在pH=2和60g/l的Cl-下沥滤。
图22是表示在25℃下搅拌的反应器中的低品位黄铜矿矿物的沥滤结果的图。
图23是从侧面示出了包括注射系统的本发明的附聚转筒的实施方案的示意图。
图24是示出了从前面表示本发明的附聚转筒的一个实施方案的示意图。
图25是从后面示出了表示本发明的附聚转筒的实施方案的示意图。
图26是以透视图示出了表示本发明的附聚转筒的实施方案的示意图。
具体实施方式
图1示出了作为本发明目的的附聚转筒的优选实施方案,该附聚转筒包括位于其一端的上游的进料滑槽100,以接收待引入到附聚转筒的材料,该附聚转筒优选地倾斜并通过齿条201分成两个独立的部分。在这方面,附聚转筒的第一部分位于齿条201的上游,并且附聚转筒的第二部分位于齿条201的下游。
在与进料滑槽100相对的端部,即在下游端,存在排放腔室400,用于排放重质材料和提取在附聚转筒内生成和/或存在的气体。为了实现该双重功能,排放腔室400包括优选地位于排放腔室底部的排放滑槽401和优选地位于排放腔室上部的排气罩420,其中排气罩被连接到气体再循环系统500,根据本实施方案,该气体再循环系统500包括用于输送气体的输送管510,其将由排气罩420提取的气体再次引导到附聚转筒的内部,优选地在材料区域的入口引导到附聚转筒,即在其上游端。在该上下文中,根据本发明的优选实施方案,通过风扇520将气体输送到输送管510的内部,风扇520从附聚转筒的下游端提取气体并将其注射到所述转筒的上游端。
仍然参照图1,可以观察到:附聚转筒包括优选地由非常厚的轧制钢板制造的主气缸200,该主气缸200主要由支撑结构600支撑,该支撑结构600由上梁620和在其中一个支脚610上枢转的下梁630结合的支脚610制成,其中所述下梁具有转筒支架640,转筒支架640通过布置在主气缸200的外壳套中的轮子202支撑主气缸200。
附聚转筒的主气缸200在驱动设备或引擎(未示出)所驱动的轴向轴上旋转,该驱动设备或引擎包括与齿条齿201接合的装置,将引擎旋转传递到所述齿条201并使转筒以受控的方式在轮子650上旋转。
在本发明的优选实施方案中,本发明的附聚转筒还具有倾斜系统700,以受控的方式在水平轴上改变其倾斜度,并且因此能够调整材料在转筒内的停留时间。根据图1所示的优选实施方案,所述倾斜系统700作用在下梁630上,下梁630在与至少一个支脚610的连接部上枢转并且改变转筒的倾斜度。
根据图2,进料滑槽100由刚性支脚110组成,其中入口开口120配置成优选圆形并且布置在附聚转筒上游的设备的较高区域中。通过这个开口,通常来自传送带的固体材料进入附聚转筒。
如图3所示,进料滑槽100的入口开口120与存在气化腔室210的气缸的第一部分直接连通。该腔室优选地具有与主气缸200的壳套同心的圆柱形单独的同心表面,但是两个元件被结合,使得一起旋转,优选地在气化腔室210与主气缸200的壳套之间形成中间空间211。气化腔室210还具有优选为圆形的入口并且与进料滑槽100的入口开口同心,其中所述入口邻接固定到滑槽的刚性柱110的注射喷嘴130,并且主气缸200和气化腔室210相对于其旋转。该注射喷嘴130可以将气化腔室210连接到进料滑槽100,并且还可以使气体进入所述腔室内。为此目的,注射喷嘴130具有在喷嘴中的开口131,从而允许气体进入在主气缸200和气化腔室210之间形成的中间空间211。
另外,气化腔室210具有优选位于腔室入口面的腔室开口212。可选地,腔室开口212也可以布置在气化腔室210的壳套中,但是第一布置或两者的组合是优选的,使得防止设置在腔室内的材料堵塞开口。在这方面,在通过喷嘴开口131喷射的气体到达中间空间211之后,气体通过腔室开口212进入气化腔室的内部。
气化腔室210优选基于进入其中的耐腐蚀材料制造,例如钛、不锈钢、具有特殊涂层的钢、高密度聚合物或通过点蚀气化腔室板来防止腐蚀的任何其他材料。
根据图4所示的实施方案,气化腔室包括负载提升器213,当所述材料由于转筒的旋转运动结合其具有的倾角而移动时,所述负载提升器213可以混合腔室内的材料和气体。负载提升器213可以是气化腔室内表面结构的一部分,或者可以是独立的元件,以在其受损时进行更换。所述负载提升器213可以沿着气化腔室210定位,或者以促进腔室内材料和气体的混合的其他布置方式定位,例如围绕气化腔室的内表面形成螺旋。
与此同时,腔室包括至少一个保持器214以容纳进入腔室的材料的一部分,并因此允许在材料进入腔室时所述材料在保持材料上方滑动而不是直接在腔室表面上方滑动,从而避免所述表面的过度磨损和损坏。所述至少一个保持器214优选地被配置成横向布置在气化腔室210的整个内周中的突出表面。与负载提升器213类似,保持器214可以是气化腔室的内表面的结构的一部分,或者是独立的元件以在发生损坏时进行更换。
根据图5所示的本发明的一个方面,气化腔室210在下游连接到附聚腔室220,与前一腔室中的气体预先混合的材料进入附聚腔室220。气化腔室210和附聚腔室220之间的材料流动有利地通过叶轮300进行,该叶轮可以根据本发明的实施方案存在或不存在。该元件内置在气化腔室210和附聚腔室220之间,并联接到主气缸200,从而与主气缸一起旋转,从而与气化腔室一起旋转。
从气化腔室210侧面观看,叶轮300包括多个叶片301,其为桶的形式且布置成在材料沿气化腔室210下行时接收材料的混合物。在叶片301上方有前盖302,前盖302优选为圆形且直径小于叶轮的直径,其中所述前盖用作材料流动的限制器,允许材料通过其开口303仅仅靠近叶轮的端部取出。
现在从附聚腔室(图6)观看,可以观察到:叶片沿直径小于直接位于上游的前盖302的直径的中心轴304汇聚到叶轮的中心。这种配置允许叶轮所携带的材料随着叶轮旋转,并且随着其达到更高的高度,然后通过叶片朝向中心轴304下行,然后落在附聚腔室内。利用前盖302,防止了在叶片中输送的材料返回到气化腔室。类似地,叶轮具有覆盖叶片301的一部分的后盖305,使得防止已经容纳在附聚腔室220中的材料返回到气化腔室210。
与气化腔室201类似,叶轮300优选地基于例如钛、不锈钢、具有特殊涂层的钢或任何高密度聚合物的耐腐蚀材料来制造。
图7示出了与气化腔室201不同的附聚腔室220的视图,其不对应于独立于主气缸200的腔室,但是它包括优选由弹性体材料构成的涂层,并被固化到主气缸200的壳套内。与气化腔室210类似,附聚腔室220也可以包括负载提升器和/或保持器,不论是固定式还是可移除式。
本发明的一个相关方面是,在附聚腔室230内部,存在流体注射系统,该流体注射系统包括沿着气缸的两个管道230、231,一端通过排放腔室400进料,另一端由叶轮的中心轴304支撑。所述管道具有多个开口以分配附聚腔室内的液体,其中所述开口可以沿着管道以不同的形式分布,这取决于进入附聚腔室上游、在其下游或沿着整个腔室的流体。
图8示出了本发明的优选实施方案,其中管道230、231通过安装在轴承233上的固定支架232连接到叶轮的中心轴304,使得所述支架在叶轮旋转期间保持固定而不强制输送液体的管道扭转。此外,液体注射系统优选具有保护元件234,保护元件234优选为圆柱形壳套(图9)的形式,并位于叶轮的中心轴304上,防止材料在从叶轮300的叶片301上朝向附聚腔室220掉落时直接撞击管道。
在图10中进一步详细示出排放腔室400。可以观察到,它包括两个部分。首先,排放滑槽410位于底部,通过该排放滑槽410,从设备中提取来自附聚转筒的固体材料。在本发明的优选实施方案中,在用于排放材料的区域中,包括材料的至少一个保持器,其类似于在气化腔室中使用的材料的保持器,用于在排放腔室400处接收的材料不直接掉落排放滑槽400的底部,防止其过度磨损。
第二,排气罩420回收由于化学反应而在主气缸200内生成并且来自气化腔室的气体,其也具有高温并有助于提取过程。这就是排气罩420布置在排放滑槽400的上部的原因,因为所述气体易于上升而不会与固体材料一起下落。为了完成提取而没有气体逸出的可能性,包括用于输送所述气体的适当的通风系统。同样,用于将气体从排气罩420向气化腔室输送的输送气体的输送管510应当具有承受通常含有酸和湿度的这些气体的输送的必要条件。另外,为了防止由提取带走的大颗粒的问题,本发明包括可以是静电除尘器、膜过滤器或任何其他类型的过滤器的颗粒过滤器,其通过安装在风扇520之前,优选地在气体输送管510中和/或在排气罩420中,允许保持由风扇吸入的材料的颗粒,并且由此防止它们与风扇接触和/或随着气体再次进入气化腔室。这会导致喷嘴开口130和/或腔室212中的可能堵塞。在该上下文中,设置在气体输送管510中的风扇520转而具有驱动再循环气体的功能,从附聚腔室220中通过排气罩420提取所述气体,并通过该组开口130和212将气体注射到气化腔室210。
根据图11,倾斜系统700由一对液压缸701组成,每个液压缸位于设置在转筒的每一侧上的提升梁710中。液压缸701水平地驱动一个楔形件702,在其上方搁置有支撑主气缸200的下倾斜梁630。所述楔形件在导轨703上移动,使得其移位使下梁630在支撑结构的其中一个支脚610上枢转,从而改变其倾斜度并可以控制转筒内部的材料的保持和循环以便获得更有效的产品。
图12示出了附聚转筒的截面,其中内部部件及其在附聚转筒内的位置被标识。特别地,图12示出了附聚转筒的主要部件,其从上游到下游描述并根据待附聚的材料的循环包括如下:进料滑槽100,待附聚的材料从该进料滑槽100进入;主气缸200;位于主气缸200内部的气化腔室210,特别是位于所述气缸的上游端,接收待附聚的材料用于其与气体混合;叶轮300,其将气化腔室210与附聚腔室220分离,使材料从所述气化腔室传递到所述附聚腔室;附聚腔室,其中材料进行与通过管道230、231进入的液体的混合,发生将可以增加附聚工艺的有效性的反应;排放腔室400,其接收从附聚腔室排出的附聚材料;排放滑槽410,从其中提取聚集物。另外,在图12中,可以注意到支撑结构600,其提供对附聚转筒及其部件的支撑,提供由于倾斜系统700和空气再循环系统500而改变倾斜度的下梁630,其与排气罩420和附聚转筒的入口一起允许在附聚工艺期间在转筒内生成的气体的再循环。另外,图12还示出了流体通过其进入附聚腔室内部的管道230、231。最后,图12示出齿条201作为将来自驱动器的旋转运动传递到主气缸的元件,其允许整个转筒旋转以产生循环并混合内部的材料。
此外,与图1类似,图23示出了附聚转筒从其侧面的示意图,通过管道230、231示出了从排放腔室400出去到附聚转筒外部的注射系统。
图24示出了附聚转筒的前视图,其示出了支撑结构600的布置,包括支脚610、上梁620,如图23中所示,上梁620通过至少一个横梁680结合支脚610。另外,图24示出了具有入口横梁670和出口横梁660的实施方案,其中出口横梁660位于比入口横梁670低的高度处,因为在后者上,支撑主气缸200的至少一个下梁630(参见图23)枢转,其中出口横梁660搁置在允许下梁630枢转的倾斜系统700上。
图25示出了附聚转筒的后视图,示出了属于来自排放腔室400的注射系统的管道230、231的出口。
最后,图26可以通过透视图看到本发明的附聚转筒的总体方案。例如主气缸200的主部件和例如轮子650的辅助部件都从转筒的外侧可以看到。
一旦详细描述了本发明的附聚转筒的所有部件,然后描述其操作,用于转化在金属硫酸盐和水溶性多硫化物中的金属硫化物,获得高度多孔的岩石基质,从而有利于随后的沥滤工艺。
在第一步骤中,矿物通过进料滑槽100的入口开口120与固体NaCl一起加入到附聚转筒内。因此,材料进入气化腔室210,其中由于转筒的旋转以及装载提升器213的辅助的结果,矿物与固体NaCl和气态HCl混合,气态HCl在压力下通过腔室开口211和喷嘴开口130进入气化腔室210。因此,一部分HCl由于其湿度(优选3至5%)而被固定到矿物,且产生化学侵蚀。
由于由倾斜系统700调节的主气缸200的倾斜,在气化腔室210内与未反应的气体一起移动的材料朝向叶轮300行进,其中其由叶片301的桶提升并通过重力传递到附聚腔室220。在该腔室中,矿物加剩余的HCl用通过管道230扩散到腔室内的水或精制剂强烈灌注,然后用通过管道231的浓硫酸(优选95%的纯度)灌注。在该上下文中,管道230具有分布在附聚腔室220上游的开口,而管道231具有分布在附聚腔室下游的开口,在硫酸与材料接触之前,水或精制剂可以扩散到通过附聚腔室循环的材料。
由于水和浓硫酸之间的放热反应以及由于通过在氯化钠的存在下所处理的矿物中存在的硫化合物所经历的转化反应,在附聚腔室中产生在50℃和80℃之间的温度。在该腔室中,制备材料附聚物并开始形成气态HCl,过量的气体收集在排放腔室400的排气罩420中,并通过风扇520和气体输送管510被驱动到气化腔室210,使得将其与进入封闭的再循环回路的矿物和固体NaCl组合。
另外,固体附聚物材料移动到排放腔室400并沿着排放滑槽410下行以离开设备。
附聚转筒的示例
根据本发明的示例,如图1所示,制造附聚转筒,其从进料滑槽的端部到排放腔室的端部的水平测量的总长度为19826mm,从支脚的最远端水平地测量的总宽度为16061mm,并且从支脚基部到上梁竖向测量的总高度为10396mm。
主气缸采用厚度为400mm的钢板制成,其使用可承受气缸内工作负荷的厚度和材料,其中主气缸的工作长度是14200mm,其外径是3500mm,并且进口开口和出口开口被分别用分别为1500mm和2300mm的内径,分别为300mm和1485mm的长度描述。另外,气化腔室由钛制成,其使用可承受气缸内工作负荷的厚度和材料,且总长度为5050mm以及外径为2700mm。这个腔室包括间距396mm且50mm厚、50mm高的固定负载提升器。腔室开口在直径为100mm的情况下进行,以使通过注射喷嘴注射的再循环气体通过。气化腔室和主气缸之间的中间空间为400mm,用于从注射喷嘴注射到腔室开口的气体的循环。另外,直径在2200mm以上并且具有直径为1800mm的进料滑槽的连接部的注射喷嘴具有直径为200mm的开口,该开口径向布置在离喷嘴中心1437mm的距离处,其包括描述为存在于喷嘴上部的200mm边缘方形开口的气体再循环系统的连接部。
此外,附聚腔室保持总长度为9200mm,外径为2900mm,在其上涂覆有固化到主气缸内壁的弹性体材料。
叶轮由钛制成,外径为3100mm,宽度为205mm,以及具有半径为1000mm的前盖和8个叶片间隔为45°,并通过半径为500mm的中心轴结合,每一个叶片包括凹桶以带走内部的材料以及将其随叶片的旋转一起提升。前盖和叶轮周边之间的开口的高度为350mm,其被描述为在用于材料的提升和随后的中心轴的沉降的一个叶轮和另一个叶轮之间描述。所述叶轮用作混合元件并且用于将材料从气化腔室转移到附聚腔室。
为了驱动主气缸,使用220Hp的马达设备,主要考虑其设计达到有效质量的附聚物所需的速度。在这方面,使用对应于临界转速和最佳转速的历史数据,该数值取决于直径。另外,需要确定转筒的惯性力矩,考虑所述力矩是启动转筒旋转所需要克服的力矩。然后,获得开始转筒运动所需的转矩,可以计算工作功率,并且与此一起估计驱动设备所需的功率。
另外,在气体再循环系统中使用的风扇对应于0.09至1.1kW功率的风扇,主要考虑风扇应该提取在附聚转筒内生成的全部或大部分气体质量流量的设计参数。为了这些目的,可以认为在转筒内发生的化学反应具有大约98%的效率,即2%的试剂不反应,其余的则转化为浓度约为38%的盐酸。然后,计算材料的质量流量,可以估计,生成的酸量为60000kg/h。在这方面,通过盐酸的密度到所指示的浓度,可以得到气体的流量是约50立方米/每小时。利用这些信息,可以估计由气体的风扇或驱动器所提升的动态和静态压力,以便提取附聚转筒内生成的气体的总质量流量,对于该示例,该压力约为78kPa。
关于通过管道进入附聚腔室的流体的注射,水和HCl被独立地注射,即通过第一管道注射水并通过第二管道注射酸。在这方面,水的注射通过位于附聚腔室上游的水管道中的开口进行,而酸的注射是通过位于附聚腔室下游的酸管道中的开口进行。这意味着首先将材料润湿,并且在附聚腔室中停留和移位给定的时间之后,注射酸以进行反应。
通过所述设备的设计,如下表所示为附聚转筒达到的最佳工作条件:
表1.混合反应器的最佳操作条件
工艺应用示例
在具体实施方案中,使用称为M1、M2和M3的低品位铜矿物,在本发明反应器的规模原型下进行不同样品的处理,其中样品M1特别是冶金学上主要是黄铜矿(CuFeS2)和辉铜矿(Cu2S)。样品M2富含辉铜矿(Cu2S)和铜蓝(CuS)。M3主要是黄铜矿(CuFeS2)。
使用本发明的反应器的实验规模模型,将100g低品位铜和粒径分布为100%-70目ASTM以及NaCl 15g/kg矿物的不同矿物(M1、M2、M3)加入反应器中,加入水以产生20%的总湿度,同时加入浓硫酸,考虑对于每种样品的100%的标准酸消耗量。在该实验中使用的原型附聚器包含在所述原型的附聚中心腔室中产生的气体再循环系统,其中混合物保持恒定的搅拌。将组分混合5分钟,允许静置不同的时间(0天、15天和30天)。然后,对经过不同处理的样品进行沥滤,记录提取经过预处理以及未经过预处理的每个样品中100%铜所需的时间,如表1所示。经受不同处理的样品M1、M2和M3的沥滤结果如图22所示。
具有100%-70目AST粒径分布的低品位黄铜矿矿物(M1、M2和M3)的沥滤在如表1中所示的不同条件下在800rpm下搅拌下进行。在图22中,可以观察到,预处理在硫矿物中的重要性,特别是在那些更难以沥滤的矿物中的重要性。通常,通过将预处理与含氯溶液适当结合可以改善动力学。
表2.沥滤条件
实验 | 条件 |
A | 没有预处理以及在沥滤溶液中没有氯化物 |
B | 具有预处理(15天静置)以及在沥滤溶液中没有氯化物 |
C | 具有预处理(30天静置)以及在沥滤溶液中具有70g/L的Cl |
D | 具有预处理(15天静置)以及在沥滤溶液中具有70g/L的Cl |
Claims (55)
1.一种用于制备均匀、稳定和难降解的附聚物的附聚转筒,所述附聚转筒在采矿中提高了矿物的提取收率;所述附聚转筒包括空心主气缸,在其内部进行附聚工艺;设置在所述主气缸的上游端中的进料滑槽,用于通过所述进料滑槽的开口使材料进入所述主气缸的内部;排放腔室,设置在与排放滑槽相对的主气缸的下游端,用于从所述主气缸的内部排放附聚材料;至少一个驱动设备,用于利用设置在所述主气缸中的马达装置来驱动所述主气缸内的旋转运动,并将运动从所述驱动设备传递给所述主气缸;以及至少一个支撑结构,所述主气缸搁置在所述支撑结构上,以允许所述主气缸旋转,所述附聚转筒还包括:
-气体再循环系统,所述气体再循环系统提取存在于所述主气缸下游的所述附聚转筒内的气体,并在所述主气缸上游注射所述气体,其中所述气体再循环系统在一个注射点与一个提取点之间连接至所述附聚转筒;
-注射喷嘴,用于在所述注射点注射经再循环的气体,其中所述注射喷嘴连接到所述气体再循环系统,以使所述气体重新进入所述主气缸的内部;
-气化腔室,所述气化腔室设置在所述主气缸内并与所述进料滑槽的所述开口连通,其中所述气化腔室具有连接到所述注射喷嘴的入口,以使气体进入所述气化腔室的内部;和
-附聚腔室,所述附聚腔室设置为靠近所述气化腔室,其中所述附聚腔室包括内部的流体注射系统。
2.根据权利要求1所述的附聚转筒,其中,所述气体再循环系统包括用于将气体从所述提取点输送到所述注射点的输送管和用于从所述提取点吸入所述气体并将其驱动到所述注射点的气体驱动设备,从而形成气体的闭合回路。
3.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述气体再循环系统连接到设置在所述附聚转筒的所述排放腔室中的排气罩,所述排放腔室内存在的气体从所述排气罩被吸入。
4.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述注射喷嘴包括用于从所述气体再循环系统向所述气化腔室内部注射经再循环的气体的喷嘴开口。
5.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述注射喷嘴固定到所述进料滑槽的所述开口,其中,相对于所述注射喷嘴,所述主气缸和所述气化腔室均旋转。
6.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述气化腔室被配置成与所述主气缸同心的气缸,但是该同心的气缸具有更小的直径,在所述气化腔室的外表面与所述主气缸的内表面之间形成中间空间。
7.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述气化腔室包括入口面和出口面,其包括设置在所述入口面中的腔室开口,以使所述气体进入所述气化腔室的内部。
8.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述气化腔室包括设置在所述气化腔室的壳套中的腔室开口。
9.根据权利要求6所述的附聚转筒,其中,所述中间空间包括将所述主气缸连接到所述气化腔室并一起旋转的内部支架和/或连接件。
10.根据权利要求6所述的附聚转筒,其中,所述注射喷嘴将所述经再循环的气体通过所述中间空间朝向所述气化腔室注射。
11.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述附聚腔室由所述主气缸的内部空间构成,且所述主气缸的内表面包括涂层。
12.根据权利要求11所述的附聚转筒,其中,所述涂层包括固化到所述主气缸的所述内表面的弹性体材料。
13.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述流体注射系统包括在所述附聚腔室内沿着所述主气缸的至少一个管道,其中,所述至少一个管道通过所述主气缸的所述下游端进入所述附聚腔室。
14.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述附聚转筒还包括设置在所述气化腔室和所述附聚腔室之间的叶轮,其将所述材料通过所述叶轮的上游面和所述叶轮的下游面从所述气化腔室的内部转移到所述附聚转筒的内部。
15.根据权利要求14所述的附聚转筒,其中,所述叶轮设置成联接到所述主气缸,并与所述主气缸一起旋转,其中,所述叶轮的所述上游面包括所述气化腔室的出口面,并且所述叶轮的所述下游面包括所述附聚腔室的入口面。
16.根据权利要求14所述的附聚转筒,其中,所述叶轮包括多个叶片,其为桶的形式,以在材料沿所述气化腔室下行时接收所述材料。
17.根据权利要求16所述的附聚转筒,其中,所述叶轮包括设置在所述叶轮的上游面中的前盖,其中,所述前盖具有比所述叶轮的直径小的直径,在一个叶片与另一个叶片之间以及在所述叶轮周边和所述前盖的周边之间留有开口。
18.根据权利要求17所述的附聚转筒,其中,所述前盖用作材料流的限制器,使得通过所述开口仅由在所述叶轮的端部的附近的所述叶片带走所述材料流。
19.根据权利要求17所述的附聚转筒,其中,所述叶片的所述叶轮的所述下游面在所述叶轮的中心轴上汇聚延伸,其中,所述中心轴具有比所述前盖的直径小的直径。
20.根据权利要求19所述的附聚转筒,其中,所述叶轮的中心轴通过安装在所述叶轮的所述中心轴处的轴承上的固定支架连接到所述流体注射系统。
21.根据权利要求19所述的附聚转筒,其中,所述叶轮的所述中心轴包括以圆柱形罩的形式构成的保护元件,所述保护元件覆盖所述叶轮附近的所述流体注射系统。
22.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述主气缸相对于所述支撑结构倾斜,且其下游端位于比其上游端更低的高度处。
23.根据权利要求22所述的附聚转筒,其中,所述主气缸的倾斜度利用设置在所述支撑结构中的倾斜系统手动调节或自动调节。
24.根据权利要求23所述的附聚转筒,其中,所述倾斜系统包括至少一个液压缸和至少一个楔形件,所述支撑结构的至少一个下梁搁置在所述至少一个楔形件上,其中,所述至少一个下梁支撑所述附聚转筒的所述主气缸,并且其中,所述至少一个下梁在其一个端部中枢转地连接到所述支撑结构,使得其自由端搁置在所述至少一个楔形件上,其中,由于所述至少一个液压缸的作用,所述至少一个楔形件的位移升高所述至少一个下梁的所述自由端,从而改变所述主气缸的倾斜度。
25.根据权利要求24所述的附聚转筒,其中,所述至少一个下梁包括所述附聚转筒的支撑结构,所述支撑结构具有轮子系统,所述主气缸在所述轮子系统上搁置并旋转,其中,所述轮子被装配到在所述主气缸的外表面上存在的转筒引导件。
26.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述驱动设备包括与所述主气缸的所述马达装置接合的装置,其将所述驱动设备的旋转传递到所述马达装置,并允许所述主气缸以受控的方式旋转。
27.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述主气缸的旋转速度通过所述驱动设备的变频设备电子地调节。
28.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述驱动设备是作为电动引擎向所述主气缸提供旋转运动的任何类型的机构。
29.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述主气缸的所述马达装置对应于传动系统,所述传动系统包括内置在所述主气缸中的齿条,所述齿条连接到其相同结构的一部分,或者形成其相同结构的一部分,从而将所述旋转运动从所述驱动设备传递到连续基座上的所述主气缸。
30.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述主气缸的所述马达装置对应于传动系统,所述传动系统包括皮带系统、链条系统或其他类型的传递旋转运动的系统。
31.根据权利要求2所述的附聚转筒,其中,所述气体驱动设备将所述气体再循环系统分离成第一提取部分和第二注射部分,其中,所述第一提取部分设置有至少一个颗粒过滤器。
32.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述气化腔室和/或所述附聚腔室包括横向布置在所述气化腔室和/或所述附聚腔室的内表面中的至少一个保持器。
33.根据权利要求32所述的附聚转筒,其中,所述气化腔室和/或所述附聚腔室包括纵向布置在所述气化腔室和/或所述附聚腔室的内表面中的负载提升器。
34.根据权利要求33所述的附聚转筒,其中,所述负载提升器和所述至少一个保持器是独立于所述主气缸的结构的元件,并且它们是可更换的。
35.根据权利要求13所述的附聚转筒,其中,所述至少一个管道包括开口,所述开口被布置用于将至少一种流体注射到所述附聚腔室的内部。
36.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述流体注射系统包括至少两个用于注射不同流体的管道,其中,每个管道包括开口,所述开口被设置用于将不同区域中的不同流体注射到所述附聚腔室的内部。
37.根据权利要求1或2所述的附聚转筒,其中,所述排放腔室包括设置在所述排放腔室的底部处的排放滑槽,其中,所述排放滑槽能够包括至少一个保持器。
38.一种用于矿物附聚的方法,所述方法制备了均匀、稳定和难降解的矿物,提高了在根据权利要求1至37中任一项所述的附聚转筒中进行的采矿中矿物的提取收率,所述方法包括:
-通过对所述附聚转筒供料的进料滑槽的开口,将所述矿物与固体试剂一起加入所述附聚转筒内;
-使所述矿物和所述固体试剂一起进入所述附聚转筒的气化腔室,其中由于转筒旋转,所述矿物开始与所述固体试剂混合,以及与进入所述气化腔室的气体混合;
-将所述矿物和所述固体试剂与所述气体一起移动和混合,将得到的第一混合物与未反应的气体一起置入所述气化腔室的内部;
-从所述气化腔室将所述第一混合物转移至所述附聚转筒的附聚腔室;
-所述矿物和剩余的气体用通过流体注射系统扩散到所述附聚腔室的内部的至少一种液体试剂灌注,由于在所述第一混合物和所述至少一种液体试剂之间的反应,制备材料的附聚物以及开始气体的形成;
-将所述矿物、所述固体试剂和气体与所述至少一种液体试剂的第二混合物移动和混合,将所述第二混合物与所述未反应的气体一起置入所述附聚腔室的内部;
-通过所述附聚转筒的再循环系统,将由所述反应得到的过量气体与所述未反应的气体一起收集,通过所述气体再循环系统将经再循环的气体向所述气化腔室注射,使得将其与进入再循环回路的所述第一混合物组合;
-提取移动到所述附聚转筒的所述排放腔室的所述附聚物,以离开所述附聚转筒。
39.根据权利要求38所述的附聚方法,其中,将所述矿物和所述固体试剂与所述气体一起移动和混合的步骤包括通过纵向布置在所述气化腔室内壁中的负载提升器提升所述第一混合物,和
将所述矿物、所述固体试剂和气体与所述至少一种液体试剂的第二混合物移动和混合的步骤包括通过纵向布置在所述附聚腔室内壁中的负载提升器提升所述第二混合物。
40.根据权利要求38或39所述的附聚方法,其中,转移所述第一混合物的步骤包括:在所述气化腔室和所述附聚腔室之间设置的叶轮中提升所述第一混合物,通过所述叶轮的上游面和所述叶轮的下游面,将材料从所述气化腔室的内部转移到所述附聚腔室的内部。
41.根据权利要求38或39所述的附聚方法,其中,灌注所述矿物的步骤包括:用通过所述流体注射系统的管道的水或精制剂灌注,以及用通过所述流体注射系统的另一管道的95%纯度的浓硫酸灌注。
42.根据权利要求41所述的附聚方法,其中,根据沿将流体注射到所述附聚腔室内部的管道的开口的位置,在所述附聚腔室内部用水和浓硫酸进行灌注可以同时进行或一个在另一个之前进行。
43.根据权利要求41所述的附聚方法,其中,在所述附聚腔室的上游进行水的注射,同时在所述附聚腔室的下游进行浓硫酸的注射,允许水或精制剂在所述浓硫酸与通过所述附聚腔室循环的材料接触之前扩散到所述材料。
44.根据权利要求41所述的附聚方法,其中,从所述水和所述浓硫酸之间的放热反应以及由于在氯化钠的存在下所处理的所述矿物中存在的硫化合物所经历的转化反应,在所述附聚腔室中产生50℃至80℃之间的温度。
45.根据权利要求38或39所述的附聚方法,其中,所述气体是盐酸,并且所述固体试剂是氯化钠。
46.根据权利要求38或39所述的附聚方法,其中,所述附聚转筒内部的混合运动通过所述附聚转筒的倾斜度来辅助,并且所述附聚转筒内的所述矿物的停留时间根据其倾斜度增加或减少。
47.根据权利要求38或39所述的附聚方法,其中,在收集所述过量气体的步骤中所用的所述气体再循环系统从所述附聚转筒的排放腔室吸入所述气体并通过风扇由排气罩吸入,其转而通过注射喷嘴将所吸入的气体注射到所述气化腔室的内部。
48.一种使低品位铜矿物或铜矿物精矿附聚的方法,使得制备均匀、稳定和难降解的附聚物,提高在采矿中矿物的提取收率,所述方法在根据权利要求1至37中任一项所述的附聚转筒中进行,所述方法包括:
-通过对所述附聚转筒供料的进料滑槽的开口,将所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿与以5-50千克/吨低品位铜矿物或铜矿物精矿的量的NaCl一起添加到所述附聚转筒内;
-使所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿和NaCl进入所述附聚转筒的气化腔室,其中由于所述转筒的旋转,开始两种组分的混合,这两种组分暴露于所产生并且再循环至所述气化腔室的气体;
-将所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿与NaCl和所述气体一起移动和混合,将所得到的混合物与所产生的或再循环的未反应的气体一起置入所述气化腔室的内部;
-将来自所述气化腔室的所述混合物转移至所述附聚转筒的所述附聚腔室;
-用通过所述流体注射系统扩散到所述附聚腔室的内部的H2O灌注所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿以及所产生或再循环的剩余气体,并用H2SO4灌注,由于所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿、NaCl和H2SO4之间的反应,制备了材料的附聚物并且开始气体的形成;
-将所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿、NaCl和气体与H2SO4和H2O的混合物移动和混合,并且将所述混合物与所产生以及未反应的气体一起置入所述附聚腔室的切口;
-通过所述附聚转筒的所述再循环系统,将由所述反应得到的过量气体与所述未反应的气体一起收集,将其注射以使其通过所述再循环系统再循环至所述气化腔室,使得将其与所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿和进入再循环回路中的NaCl组合;和
-提取移动到所述附聚转筒的排放腔室上的所述附聚物,以便离开所述附聚转筒。
49.根据权利要求48所述的方法,其中,所述低品位铜矿物的粒径分布在1.990厘米和2.54厘米之间。
50.根据权利要求48所述的方法,其中,所述铜矿物精矿的粒径分布在160μm和250μm之间。
51.根据权利要求48所述的方法,其中,通过所述流体注射系统将相对于所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿的浸渍湿度的20重量%至50重量%的H2O添加到所述附聚腔室内来对所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿与NaCl的混合物进行灌注。
52.根据权利要求48所述的方法,其中,还通过所述流体注射系统将相对于所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿的标准酸消耗的30重量%至100重量%之间的H2SO4添加到所述附聚腔室内对所述低品位铜矿物或所述铜矿物精矿与NaCl的混合物进行灌注。
53.根据权利要求48所述的方法,其中,在所述方法期间,所述气化腔室中的温度在10℃和25℃之间变化。
54.根据权利要求48所述的方法,其中,在所述方法期间,所述附聚腔室中的温度在50℃和80℃之间变化。
55.根据权利要求48所述的方法,其中在所述附聚腔室中形成的气体为HCl。
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