CN112978841A - 一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统 - Google Patents

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Abstract

一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，包括料液增压系统、超临界CO2流体辅助溶气系统和微泡云团制造系统，料液增压系统包括气体进料增压组件和液体进料增压组件，气体进料增压组件包括气体进管以及对气体进管内气体进行加压的多级串联的涡轮增压器，液体进料增压组件包括液体进管、第一增压泵和雾化器，液体进管、第一增压泵和雾化器依次串联，雾化器的出口与涡轮增压器的出口通过三通阀与涡流混流器连接。本装置具有气体饱和容量大、气泡云团矿化效率高等显著优势，适用于战略性关键金属的提取、工业废水处理、稀土元素分离、溶解态有价金属提取、微细煤泥以及微细粒矿物颗粒的絮凝浮选分离等各种气浮分离过程，具有很好的工业应用前景。

Description

一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统
技术领域
本发明属于一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统。
背景技术
矿化冶金的实质是将溶液中待分离的物质矿化转化成疏水性络合物或配合物，再通过气浮深度分离。因此，气浮分离在矿化冶金过程中意义重大。传统气浮是在水中通入微细气泡，大量气泡与悬浮液中颗粒发生碰撞、粘附在悬浮物颗粒上，并随气泡的上浮富集在液体上方，从而实现固液分离。研究表明：气泡尺寸以及气泡数量对待分离物质矿化转化过程起到关键作用。然而，常见的气浮装备占地面积大、溶气量有限，限制了气泡尺寸和气泡产生速率，导致气浮分离效率低。
近年来，微纳米气泡受到国内外学者的普遍关注。微纳米气泡是指气泡发生时直径在数百纳米到十微米左右的气泡，这种气泡介于微米气泡和纳米气泡之间，相较常规气泡，微纳米气泡具有比表面积大、气体溶解率高和传质效率高等特点。此外，溶液中气体的饱和容量与压力密切相关，采用涡轮增压技术可以产生高压气体，快速溶解于分散的微细液滴中，实现溶液中气体的溶解饱和，同时，超临界CO2流体相比CO2气体在水中溶解度会大幅增加，微量的超临界CO2流体会进一步强化气体在溶液中的溶解度。因此，在矿化冶金装备的基础上，开发一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，对于待分离组分矿化转化、提高分选效率具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足而提供一种溶气量大，气泡尺寸和气泡产生速率高，气浮分离效率低的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，包括料液增压系统、超临界CO2流体辅助溶气系统和微泡云团制造系统，所述料液增压系统包括气体进料增压组件和液体进料增压组件，所述气体进料增压组件包括气体进管以及对气体进管内气体进行加压的多级串联的涡轮增压器，
所述液体进料增压组件包括液体进管、第一增压泵和雾化器，所述液体进管、第一增压泵和雾化器依次串联，所述雾化器的出口与所述涡轮增压器的出口通过三通阀与涡流混流器连接，所述涡流混流器的出口与溶气灌入口相连，所述溶气灌出口与第二增压泵连接；
所述超临界CO2流体辅助溶气系统包括CO2气体进管、对CO2气体进管内CO2气体进行压缩的压缩机、加热器、超临界流体储罐以及超临界CO2流体出管，所述压缩机、加热器、超临界流体储罐以及超临界CO2流体出管依次串联；
所述微泡云团制造系统包括充气管以及安装在充气管出口端的文丘里管脉冲纳米曝气组件，所述第二增压泵的出口与超临界CO2流体出管通过三通管与充气管的进口连接；
所述充气管设置在多级区矿化冶金增压矿化系统的药剂矿化区和气泡矿化区内。
本实施方式中，所述溶气灌为竖式筒状结构，所述溶气灌内从入口到出口设有折流挡板，所述溶气罐的入口设置在溶气罐底部，所述溶气罐的出口设置在溶气罐顶端。
本实施方式中，所述涡流混流器包括外筒体和同轴设置在外筒体内的内筒体，所述内筒体和外筒体转向相反。
本实施方式中，所述文丘里管脉冲纳米曝气组件包括多个文丘里管脉冲曝气头。
本实施方式中，所述文丘里管脉冲曝气头的脉冲频率为50Hz。
本实施方式中，所述涡轮增压器的进气端设有过滤网，所述涡轮增压器的涡轮增压器腔室中设有压力监测装置。
本实施方式中，所述超临界CO2流体辅助溶气系统制造的超临界CO2流体临界温度为31℃、临界压力为7.4Mpa。
本实施方式中，所述雾化器为锥形雾化器。
由于采用上述结构，本发明气体从气体进管通过多级串联的涡轮增压器加压得到10Mpa高压气体，液体从液体进管通过第一增压泵进入雾化器中，雾化器中的高压雾化液滴与涡轮增压器产生的高压气体通过三通阀进入涡流混流器，在涡流混流器中快速混合、溶解冷凝；涡流混流器出口与溶气灌相连，部分未溶解的高压气体在溶气罐中折流挡板作用下进一步溶解，从溶气罐排出的气液混合物通过第二增压泵增压后与超临界CO2流体辅助溶气系统产生的超临界CO2流体一起进入微泡云团制造系统，超饱和气料液通过文丘里管脉冲纳米曝气组件规律性的产生微纳米气泡云团，本发明所述微纳米气泡云团由多个尺寸不等的气泡连接而成，具有类似云团的疏松絮状结构，尺寸为1～1000nm，该微纳米气泡云团相比传统气泡具有更高的疏水矿化效率，由于CO2在水中的溶解度比O2、N2在水中溶解度大得多，且超临界CO2流体与水的互溶性相比CO2气体大幅增加，超临界流体与水互溶过程中造成局部的高压区，使得CO2传质速率提高100倍以上，微量的超临界流体注入到饱和料液中从而显著提升料液中气体溶解量。而液相中气体的溶解量与气泡产生量直接相关，因此，可以通过实际情况，调控涡轮增压器的压力、雾化器的雾化效率以及超临界CO2流体的三者的注入量，快速实现液相中气体的溶解饱和。文丘里管脉冲纳米曝气组件利用文丘里管收缩扩张的升速降压过程能够产生大量分散的、矿化调控所需的微纳米气泡云团。
综上所述，本装置具有气体饱和容量大、气泡云团矿化效率高等显著优势，适用于战略性关键金属的提取、工业废水处理、稀土元素分离、溶解态有价金属提取、微细煤泥以及微细粒矿物颗粒的絮凝浮选分离等各种气浮分离过程，相对于传统气浮气泡具有很好的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，61、充气管；63、料液增压系；631、涡轮增压器；632、第一增压泵；633、雾化器；634、三通阀；635、涡流混流器；636、溶气罐；637、第二增压泵；64、超临界CO2流体辅助溶气系统；641、压缩机；642、加热器；643、超临界流体储罐；65、文丘里管脉冲纳米曝气组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步具体说明，为了更清楚的说明本专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
如图1所示，一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，包括料液增压系统63、超临界CO2流体辅助溶气系统64和微泡云团制造系统，所述料液增压系统63包括气体进料增压组件和液体进料增压组件，所述气体进料增压组件包括气体进管以及对气体进管内气体进行加压的多级串联的涡轮增压器631，
所述液体进料增压组件包括液体进管、第一增压泵632和雾化器633，所述液体进管、第一增压泵632和雾化器633依次串联，所述雾化器633的出口与所述涡轮增压器631的出口通过三通阀634与涡流混流器635连接，所述涡流混流器635的出口与溶气灌入口相连，所述溶气灌出口与第二增压泵637连接；
所述超临界CO2流体辅助溶气系统64包括CO2气体进管、对CO2气体进管内CO2气体进行压缩的压缩机641、加热器642、超临界流体储罐643以及超临界CO2流体出管，所述压缩机641、加热器642、超临界流体储罐643以及超临界CO2流体出管依次串联；
所述微泡云团制造系统包括充气管61以及安装在充气管61出口端的文丘里管脉冲纳米曝气组件65，所述第二增压泵637的出口与超临界CO2流体出管通过三通管与充气管61的进口连接；
所述充气管61设置在多级区矿化冶金增压矿化系统的药剂矿化区和气泡矿化区内。
本实施方式中，所述溶气灌为竖式筒状结构，所述溶气灌内从入口到出口设有折流挡板，所述溶气罐636的入口设置在溶气罐636底部，所述溶气罐636的出口设置在溶气罐636顶端，所述涡流混流器635包括外筒体和同轴设置在外筒体内的内筒体，所述内筒体和外筒体转向相反，所述文丘里管脉冲纳米曝气组件65包括多个文丘里管脉冲曝气头，所述文丘里管脉冲曝气头的脉冲频率为50Hz，所述涡轮增压器631的进气端设有过滤网，所述涡轮增压器631的涡轮增压器631腔室中设有压力监测装置，所述超临界CO2流体辅助溶气系统64制造的超临界CO2流体临界温度为31℃、临界压力为7.4Mpa，所述雾化器633为锥形雾化器。
使用时，气体从气体进管通过多级串联的涡轮增压器加压得到10Mpa高压气体，液体从液体进管通过第一增压泵进入雾化器中，雾化器中的高压雾化液滴与涡轮增压器产生的高压气体通过三通阀进入涡流混流器，在涡流混流器中快速混合、溶解冷凝；涡流混流器出口与溶气灌相连，部分未溶解的高压气体在溶气罐中折流挡板作用下进一步溶解，从溶气罐排出的气液混合物通过第二增压泵增压后与超临界CO2流体辅助溶气系统产生的超临界CO2流体一起进入微泡云团制造系统，超饱和气料液通过文丘里管脉冲纳米曝气组件规律性的产生微纳米气泡云团，本发明所述微纳米气泡云团由多个尺寸不等的气泡连接而成，具有类似云团的疏松絮状结构，尺寸为1～1000nm，该微纳米气泡云团相比传统气泡具有更高的疏水矿化效率，由于CO2在水中的溶解度比O2、N2在水中溶解度大得多，且超临界CO2流体与水的互溶性相比CO2气体大幅增加，超临界流体与水互溶过程中造成局部的高压区，使得CO2传质速率提高100倍以上，微量的超临界流体注入到饱和料液中从而显著提升料液中气体溶解量。而液相中气体的溶解量与气泡产生量直接相关，因此，可以通过实际情况，调控涡轮增压器的压力、雾化器的雾化效率以及超临界CO2流体的三者的注入量，快速实现液相中气体的溶解饱和。
此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：包括料液增压系统(63)、超临界CO2流体辅助溶气系统(64)和微泡云团制造系统，所述料液增压系统(63)包括气体进料增压组件和液体进料增压组件，所述气体进料增压组件包括气体进管以及对气体进管内气体进行加压的多级串联的涡轮增压器(631)，所述液体进料增压组件包括液体进管、第一增压泵(632)和雾化器(633)，所述液体进管、第一增压泵(632)和雾化器(633)依次串联，所述雾化器(633)的出口与所述涡轮增压器(631)的出口通过三通阀(634)与涡流混流器(635)连接，所述涡流混流器(635)的出口与溶气灌入口相连，所述溶气灌出口与第二增压泵(637)连接；
所述超临界CO2流体辅助溶气系统(64)包括CO2气体进管、对CO2气体进管内CO2气体进行压缩的压缩机(641)、加热器(642)、超临界流体储罐(643)以及超临界CO2流体出管，所述压缩机(641)、加热器(642)、超临界流体储罐(643)以及超临界CO2流体出管依次串联；
所述微泡云团制造系统包括充气管(61)以及安装在充气管(61)出口端的文丘里管脉冲纳米曝气组件(65)，所述第二增压泵(637)的出口与超临界CO2流体出管通过三通管与充气管(61)的进口连接；
所述充气管(61)设置在多级区矿化冶金增压矿化系统的药剂矿化区和气泡矿化区内。
2.根据权利要求1所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述溶气灌为竖式筒状结构，所述溶气灌内从入口到出口设有折流挡板，所述溶气罐(636)的入口设置在溶气罐(636)底部，所述溶气罐(636)的出口设置在溶气罐(636)顶端。
3.根据权利要求2所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述涡流混流器(635)包括外筒体和同轴设置在外筒体内的内筒体，所述内筒体和外筒体转向相反。
4.根据权利要求1所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述文丘里管脉冲纳米曝气组件(65)包括多个文丘里管脉冲曝气头。
5.根据权利要求4所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述文丘里管脉冲曝气头的脉冲频率为50Hz。
6.根据权利要求1所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述涡轮增压器(631)的进气端设有过滤网，所述涡轮增压器(631)的涡轮增压器(631)腔室中设有压力监测装置。
7.根据权利要求1所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述超临界CO2流体辅助溶气系统(64)制造的超临界CO2流体临界温度为31℃、临界压力为7.4Mpa。
8.根据权利要求1所述的模块化多级区矿化冶金增压矿化系统，其特征在于：所述雾化器(633)为锥形雾化器。
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