CN110016553B - 一种热压氧化浸出系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

一种热压氧化浸出系统与工艺，采用流态化技术，取消了机械搅拌，降低了反应器制造难度和设备投资。通过反应器的组合，实现了矿物的高效热压浸出。同时因为取消了运动部件，设备维护工作量大幅度降低，运转率大幅度提高，也大幅度降低了热压浸出工艺的运行成本。

Description

一种热压氧化浸出系统与工艺
技术领域
本发明属于热压浸出技术领域，特别涉及一种热压氧化浸出系统与工艺。
背景技术
热压浸出技术最主要的设备为高压反应釜，搅拌形式通常采用机械搅拌。热压浸出一般是在高酸、高温、高压的矿浆中进行，因此对高压釜提出了很高的要求，即不但要耐高温高压，还要耐腐蚀和磨损，设备构造具有一定的特殊性。
现有高压反应釜结构一般是平卧式，分为多个舱室，中间用隔断隔开，参考图1，主要由以下部分组成：立式搅拌装置101、舱室隔离装置102、检查维护口103和碳钢外壳及衬铅衬砖内衬104。
其外壳设计为碳钢材质，为防止强酸溶液腐蚀和高温效应，内衬铅皮和耐酸砖。
现有高压反应釜多采用机械搅拌式，搅拌轴、搅拌桨叶的材质要求极高，研制难度较大，多采用进口材质。其密封、润滑等系统要在高温、高压、高腐蚀条件下工作，制做难度较大。
而高压釜造价较高，维修工作量大，是制约热压浸出应用的主要原因。
同时由于反应釜的构造原因，一般釜内容积充满率为70％左右，利用系数较低。由于采用多室共用一釜，使釜内反应条件相同，难以实现不同条件下的选择性浸出。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热压氧化浸出系统与工艺，采用流态化技术，取消了机械搅拌，降低了反应器制造难度和设备投资。通过反应器的组合，实现了矿物的高效热压浸出。同时因为取消了运动部件，设备维护工作量大幅度降低，运转率大幅度提高，也大幅度降低了热压浸出工艺的运行成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种热压氧化浸出系统的形式之一，包含流化床反应器，所述流化床反应器包括由管状外壳4、上球封2、下球封12构成的外壳，在外壳内位于下球封12的上部设置有分流花板10，进气管6和进矿管11均位于下球封12与分流花板10之间，排矿管3位于管状外壳4的上端，上球封2之下，在外壳内位于分流花板10与排矿管3之间设置换热器9。
所述进气管6下向开孔。
所述上球封2的上部安装有包括压力计1、温度计8在内的监测仪表。
一种热压氧化浸出系统的形式之二，包含预沉降器，所述预沉降器包括由管状外壳4和下球封12构成的外壳，在外壳内位于下球封12的上部设置有分流花板10，进矿管11均位于下球封12与分流花板10之间，排矿管3位于管状外壳4的上端，在外壳内位于分流花板10与排矿管3之间设置换热器9。
所述下球封12底部设置有事故排放管7，所述管状外壳4的外部焊接支座5以支撑设备本体。
一种热压氧华浸出系统的形式之三，包含所述流化床反应器与所述预沉降器，其特征在于，所述流化床反应器为多级串并联组合，末级流化床反应器的换热器9入口与所述预沉降器的排矿管3连接，出口与次末级流化床反应器的换热器9入口连接，次级流化床反应器的换热器9出口与首级流化床反应器的进矿管11连接，首级流化床反应器的排矿管3与次级流化床反应器的进矿管11连接，末级流化床反应器的排矿管3接入闪蒸槽13，再由闪蒸槽13给入所述预沉降器的换热器9，预沉降器的换热器9出口接下一工序。
所述流化床反应器的管状外壳4与预沉降器的管状外壳的管状外壳4外径、内径均相同。
本发明还提供了基于所述热压氧化浸出系统的热压氧化浸出方法，矿浆先经预沉降器，少量粗颗粒沉降在下球封12并经事故排放管7排出，其余大部分矿浆在添加药剂后经泵送给入末级流化床反应器的换热器9中，经逆流换热，从次末级流化床反应器的换热器9出口给入首级流化床反应器的进矿管11，再从首级流化床反应器的排矿管3给入次级流化床反应器的进矿管11，由此类推，至末级流化床反应器的排矿管3给入闪蒸槽13，再由闪蒸槽13给入预沉降器的换热器9，由预沉降器的换热器9出口给入下一道工序；反应所需气体由各流化床反应器下端的进气管6给入，在流化床反应器中与矿浆进行气、液、固三相反应。
可通过流化床反应器与预沉降器不同的高差配置实现不同的反应压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明流化床反应器无运动部件，降低了制造难度，通过流化床反应器的组合，实现了矿物的高效热压浸出。
2、本发明流化床反应器设备制造成本大幅度降低，同时也大幅度降低了设备维护成本，提高了设备运转率，从而大幅度降低热压浸出工艺的投资和运行成本。
3、本发明流化床反应器容积充满率可达到90％，设备利用系数有显著提高。
4、本发明热压氧化浸出系统中各反应器可实现的不同反应条件，可以进行多种元素的选择性浸出。
5、本发明热压氧化浸出系统通过合理的设计换热系统，可充分利用反应自身产出的热量实现热平衡，降低能源消耗。
附图说明
图1为现有技术高压反应釜结构示意图。
图2为本发明的流化床反应器示意图。
图3为本发明预沉降器示意图。
图4为本发明的反应器组合示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
本发明一种热压氧化浸出系统的形式之一，包含直立管状的流化床反应器，参考图2，流化床反应器包括由管状外壳4、上球封2、下球封12构成的外壳，在外壳内位于下球封12的上部设置有分流花板10，进气管6和进矿管11均位于下球封12与分流花板10之间，进气管6下向开孔，排矿管3位于管状外壳4的上端，上球封2之下，在外壳内位于分流花板10与排矿管3之间设置换热器9。上球封2的上部安装有包括压力计1、温度计8在内的监测仪表。下球封12底部设置有事故排放管7，管状外壳4的外部焊接支座5以支撑设备本体。
该形式下，其工作过程为：
矿浆从流化床反应器下部进矿管11给入，上部排矿管3流出，矿浆流向为从下向上。矿浆和气体进入流化床反应器后，先经分流花板10进行分流，保证气体和矿浆在流化床反应器内径向上的均匀分布，使流速均匀；上升流流速大于矿物颗粒沉降末速时，矿物颗粒呈悬浮状态。进气管6采用下向开孔，避免矿物颗粒沉积堵塞气孔。气体从流化床反应器下端的进气管6给入，在流化床反应器中进行液、固、三相反应。流化床反应器高度由浸出时间确定。事故排放管7开孔于下球封12底部，便于排出沉降的粗颗粒。换热器9控制反应温度，压力表1与温度计8位于上球封上，不与矿浆接触以避免腐蚀。
本发明一种热压氧化浸出系统的形式之二，包含预沉降器，参考图3，预沉降器包括由管状外壳4和下球封12构成的外壳，在外壳内位于下球封12的上部设置有分流花板10，进矿管11均位于下球封12与分流花板10之间，排矿管3位于管状外壳4的上端，在外壳内位于分流花板10与排矿管3之间设置换热器9。下球封12底部设置有事故排放管7，管状外壳4的外部焊接支座5以支撑设备本体。
该形式下，其工作过程为：
矿浆从预沉降器下部给入，上部流出，矿浆流向为从下向上；事故排放管7开孔于下球封底部，便于排出沉降的粗颗粒，换热器9利用余热对矿浆进行预先加热。
一种热压氧化浸出系统的形式之三，包含流化床反应器与预沉降器，参考图4，流化床反应器的管状外壳4与预沉降器的管状外壳的管状外壳4外径、内径均相同。流化床反应器为多级串并联组合，可实现不同浸出时间的热压浸出，处理量的大小由流化床反应器直径确定；末级流化床反应器的换热器9入口与预沉降器的排矿管3连接，出口与次末级流化床反应器的换热器9入口连接，次级流化床反应器的换热器9出口与首级流化床反应器的进矿管11连接，首级流化床反应器的排矿管3与次级流化床反应器的进矿管11连接，末级流化床反应器的排矿管3接入闪蒸槽13，再由闪蒸槽13给入预沉降器的换热器9，预沉降器的换热器9出口接下一工序。
该形式下，其工作过程为：
细磨后达到要求的矿浆(d50<37μm)先经预沉降器，少量粗颗粒沉降在下球封12并经事故排放管7排出，其余大部分矿浆在添加药剂后经泵送给入末级流化床反应器的换热器9中，经逆流换热，从次末级流化床反应器的换热器9出口给入首级流化床反应器的进矿管11，再从首级流化床反应器的排矿管3给入次级流化床反应器的进矿管11，由此类推，至末级流化床反应器的排矿管3给入闪蒸槽13，再由闪蒸槽13给入预沉降器的换热器9，由预沉降器的换热器9出口给入下一道工序；反应所需气体由各流化床反应器下端的进气管6给入，在流化床反应器中与矿浆进行气、液、固三相反应。
通过预沉降器提前去除粗颗粒，避免其在流化床反应器沉降、堵塞，并实现矿浆预热，通过逆流换热实现系统热平衡，减少能源消耗。采用多台流化床反应器阶梯高差配置，可实现不同压力、温度条件下的热压浸出。
为避免矿物颗粒不发生沉降，采用以下方法：
1)、矿物颗粒经磨矿，细度应保证-400目含量大于50％；
2)、流化床反应器前端采用预沉降器，管径、高度与流化床反应器相同，工作条件为常温常压，使少量可能沉降的粗颗粒先期沉降在预沉降器中，经底部排放孔排出，返回磨矿。
参照附图1所示，细磨后的矿浆，经预沉降器后加入药剂，通过泵送从流化床反应器的进矿管11给入流化床反应器，通过分流花板10进入流化床反应器中，气体从下向开孔的进气管6给入，通过分流花板进入流化床反应器中。矿浆向上流动并在流动过程中进行反应，反应后的矿浆从上部排矿管3排出，给入下一级流化床反应器，继续上述过程。少量较粗的矿物颗粒积存在下端球封6中，定期从下端事故排放管7排出。
众所周知，颗粒的沉降末速与颗粒直径、密度等有关，其表达式为：
μ0＝545(ρt-1)d2
式中，μ0—颗粒的自由沉降末速，mm/s；
d—颗粒当量直径，mm；
ρt—固体颗粒的密度，g/cm3；
当矿浆上升流流速等于或大于颗粒的沉降末速时，颗粒即不会沉降，不需机械搅拌即呈流态化状态随矿浆流一起向上流动，从而可以取消机械搅拌装置。通过控制给入矿浆量和流化床反应器管径来调整矿浆上升流的流速，实现上述目的。
以下是几个具体的实施例
实施例1
处理甘肃某矿山金精矿，其化学成分见下表：
成分 Ag(g/t) Au(g/t) As Cu Pb C S
含量(％) 17.32 32.65 3.72 0.15 0.28 0.13 19.92
该金精矿直接氰化处理金浸出率32％，销售价格较低，经济效益较差，须经热压浸出进行预处理。
上述金精矿利用本发明进行处理，与机械搅拌高压反应釜处理进行对比，具体条件如下：
步骤1、磨矿：先将1t原料细磨至-0.037mm占85％(质量比)，加水配成固液质量比为1:1.5的矿浆；除留750ml给步骤4外，全部共给步骤2。
步骤2、热压氧化：由步骤1来的矿浆，加水稀释至固液质量比为1:2，矿浆流量0.18m3/h，先经管径为100mm预沉降器后，添加0.5g/kg硫酸，调节pH值为1.5，经高压泵泵入本发明的管径为100mm流态化反应器中，6台串联，直管段高度10m，矿浆流速24m/h，同时通入氧气，氧压0.9MPa，在160℃进行压热氧化浸出2.5h。浸出结束后，降温至40℃，过滤后得到的固体除取少量样品化验金品位外进入步骤3；
步骤3、氰化浸出：浸后矿浆经过滤所得的滤饼，加入清水调浆，调浆固液质量比1:1.5，同时加入NaCN，浓度为1g/L，充入空气进行氰化浸出，浸出时间36小时；浸出尾矿经过滤、洗涤。滤饼化验分析金品位，计算金回收率。
步骤5、机械搅拌高压釜热压氧化：由步骤1留存的750ml矿浆，加水稀释至固液质量比为1:2，添加0.5g/kg干矿的硫酸，调节pH值为1.5，加入1.5L高压反应釜中，同时通入氧气，氧压0.9MPa，在160℃进行压热氧化浸出2.5h。浸出结束后，降温至40℃，过滤后得到的固体除取少量样品化验金品位外进入步骤5；
步骤5、氰化浸出：同步骤3，步骤4的浸后矿浆经过滤所得的滤饼，加入清水调浆，调浆固液质量比1:1.5，同时加入NaCN，浓度为1g/L，充入空气进行氰化浸出，浸出时间36小时；浸出尾矿经过滤、洗涤。滤饼化验分析金品位，计算金回收率。
两种设备对比情况见下表：
Figure BDA0001974312820000071
实验结束后，预沉降器、流态化反应器中均未见粗颗粒沉积，说明其流态化效果达到预期，取消搅拌装置可行；从热压氧化渣产率和金的氰化浸出率来看，流态化反应器与机械搅拌反应器效果相当，说明取消搅拌对反应进行没有影响。
实施例2
处理河南某矿山金精矿，其化学成分见下表：
成分 Ag(g/t) Au(g/t) As Cu Pb C S
含量(％) 160.20 54.85 / 0.15 / / 27.52
该金精矿直接氰化处理金浸出率95.5％，但浸出时间较长，达到60h，采用热压氧浸可以大幅度缩短浸出时间。
上述金精矿利用本发明进行处理，与机械搅拌高压反应釜处理进行对比，具体条件如下：
步骤1、磨矿：先将4t原料细磨至-0.037mm占80％(质量比)，加水配成固液质量比为1:1.5的矿浆；除留1000ml给步骤3外，全部共给步骤2。
步骤2、热压氧化：由步骤1来的矿浆，矿浆流量0.72m3/h，先经管径为200mm预沉降器后，添加2g/kg干矿的氢氧化钠，调节pH值为10，添加2g/kg干矿的氰化钠，经高压泵泵入本发明的管径为200mm流态化反应器中，3台串联，直管段高度10m，矿浆流速24m/h，同时通入氧气，氧分压0.5MPa，在常温进行压热氧化浸出1.2h。浸出结束后，过滤后得到的滤饼经洗涤后取样化验金品位，计算金回收率。
步骤3、高压釜热压氧化：由步骤1留存的1000ml矿浆，添加添加2g/kg干矿的氢氧化钠，调节pH值为10，添加2g/kg干矿的氰化钠，，加入1.5L高压反应釜中，同时通入氧气，氧分压0.5MPa，常温下进行压热氧化浸出1.2h。浸出结束后，过滤后得到的滤饼经洗涤后取样化验金品位，计算金回收率。
两种设备对比情况见下表：
Figure BDA0001974312820000081
Figure BDA0001974312820000091
实验结束后，预沉降器、流态化反应器中均未见粗颗粒沉积，说明其流态化效果达到预期，取消搅拌装置可行；从金的氰化浸出率来看，流态化反应器与机械搅拌反应器效果相当，说明取消搅拌对反应进行没有影响。

Claims (7)

1.一种热压氧化浸出系统，包含流化床反应器和预沉降器，所述流化床反应器包括由管状外壳(4)、上球封(2)、下球封(12)构成的外壳，在外壳内位于下球封(12)的上部设置有分流花板(10)，进气管(6)和进矿管(11)均位于下球封(12)与分流花板(10)之间，排矿管(3)位于管状外壳(4)的上端，上球封(2)之下，在外壳内位于分流花板(10)与排矿管(3)之间设置换热器(9)；所述预沉降器包括由管状外壳(4)和下球封(12)构成的外壳，在外壳内位于下球封(12)的上部设置有分流花板(10)，进矿管(11)均位于下球封(12)与分流花板(10)之间，排矿管(3)位于管状外壳(4)的上端，在外壳内位于分流花板(10)与排矿管(3)之间设置换热器(9)，其特征在于，所述流化床反应器为多级串并联组合，末级流化床反应器的换热器(9)入口与所述预沉降器的排矿管(3)连接，出口与次末级流化床反应器的换热器(9)入口连接，次级流化床反应器的换热器(9)出口与首级流化床反应器的进矿管(11)连接，首级流化床反应器的排矿管(3)与次级流化床反应器的进矿管(11)连接，末级流化床反应器的排矿管(3)接入闪蒸槽(13)，再由闪蒸槽(13)给入所述预沉降器的换热器(9)，预沉降器的换热器(9)出口接下一工序。
2.根据权利要求1所述热压氧化浸出系统，其特征在于，所述进气管(6)下向开孔。
3.根据权利要求1所述热压氧化浸出系统，其特征在于，所述上球封(2)的上部安装有包括压力计(1)、温度计(8)在内的监测仪表。
4.根据权利要求1所述热压氧化浸出系统，其特征在于，所述下球封(12)底部设置有事故排放管(7)，所述管状外壳(4)的外部焊接支座(5)以支撑设备本体。
5.根据权利要求1所述热压氧化浸出系统，其特征在于，所述流化床反应器的管状外壳(4)与预沉降器的管状外壳的管状外壳(4)外径、内径均相同。
6.基于权利要求1所述热压氧化浸出系统的热压氧化浸出方法，其特征在于，矿浆先经预沉降器，少量粗颗粒沉降在下球封(12)并经事故排放管(7)排出，其余大部分矿浆在添加药剂后经泵送给入末级流化床反应器的换热器(9)中，经逆流换热，从次末级流化床反应器的换热器(9)出口给入首级流化床反应器的进矿管(11)，再从首级流化床反应器的排矿管(3)给入次级流化床反应器的进矿管(11)，由此类推，至末级流化床反应器的排矿管(3)给入闪蒸槽(13)，再由闪蒸槽(13)给入预沉降器的换热器(9)，由预沉降器的换热器(9)出口给入下一道工序；反应所需气体由各流化床反应器下端的进气管(6)给入，在流化床反应器中与矿浆进行气、液、固三相反应。
7.基于权利要求6所述热压氧化浸出方法，其特征在于，通过流化床反应器与预沉降器不同的高差配置实现不同的反应压力。
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