CN114959263B - 一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法，属于溶浸开采技术领域。该装置中恒温烘干机与粉碎机连接，实现秸秆的干燥以及破碎；制酸反应器与酸储存罐、水储存罐连接，用于制作秸秆酸处理所需酸性溶液；水解反应器与粉碎机、制酸反应器连接，实现秸秆酸处理；水域加热仪器、磁力转子搅拌器等促进秸秆酸处理过程。混合浸矿液振荡搅拌器与水解反应器、浸矿液储存罐连接，实现酸处理后秸秆与浸矿液充分混合。数据收集系统对测定探头返回的数据进行收集，再通过电子操作系统对装置各项参数进行调节。该装置结构简单、易于现场操作，能够有效的减少溶浸采矿过程中沉淀物质的产生，为提高溶浸效率提供帮助。

Description

一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法

技术领域

本发明涉及溶浸开采技术领域，特别是指一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法。

背景技术

经济和社会的快速发展使得各种金属资源的需求量不断增加。而随着采矿活动的不断增加，浅部矿产资源以及高品位矿产资源逐渐减少，为了满足日益增加的金属资源需求量，开采深部矿产资源变得越来越重要。溶浸采矿作为一种绿色、环保的资源回收方式，已经广泛运用于各种金属矿开采当中，包括深地原位开采，该方法不仅可实现对低品位和难处理矿产资源的有效回收，而且具有成本低、操作简单、环境污染小等优点，满足了矿产资源绿色高效开采的要求。但是，采用溶浸采矿过程中常常由于3价铁离子水解易形成不溶于酸的覆盖膜，并存在于矿物以及细菌表层，导致生物浸矿反应不充分，造成溶浸液利用率低以及矿物资源损失，引起周期长，效率低等问题。随着溶浸采矿回收矿产资源的推进，如何通过不同技术手段、方法增强溶浸采矿过程中金属资源的回收率的重要性日益突显。

综上，研究利用溶浸采矿回收深地金属资源对经济发展、矿山生产安全具有重要作用。本发明旨在提出一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法，为提高生物浸出过程中金属浸出率提供有效装置与方法，促进深部金属资源回收、减少资源消耗、合理利用农业生产产生的秸秆、增加生产效益提供技术依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法。

该装置包括恒温烘干机、电动控制阀门、粉碎机、网筛及称重装置、水解反应器、温度传感器、水域加热仪器、磁力转子搅拌器、酸储存罐、水储存罐、流量计、pH传感器、制酸反应器、搅拌叶片、浸矿液储存罐、混合浸矿液振荡搅拌器、电子操作系统和数据收集系统，磁力转子搅拌器搅拌转速范围为0～600rpm，转子外壳由树脂材料制成，能够适应于强酸环境。搅拌叶片搅拌转速为0～300rpm，同时叶片外壳由树脂材料制成，能够适应于强酸环境。

恒温烘干机、粉碎机、水解反应器和混合浸矿液振荡搅拌器通过管道依次连接，且连接管道上均设置电动控制阀门；

酸储存罐和水储存罐均通过管道连接制酸反应器，且酸储存罐和水储存罐与制酸反应器连接的管道上设置电动控制阀门和流量计；

制酸反应器通过管道连接水解反应器，制酸反应器和水解反应器的连接管道上设置电动控制阀门和流量计；

水解反应器和浸矿液储存罐均通过管道连接混合浸矿液振荡搅拌器，水解反应器和浸矿液储存罐与混合浸矿液振荡搅拌器连接的管道上设置电动控制阀门和流量计；

混合浸矿液振荡搅拌器通过管道连接至矿体，混合浸矿液振荡搅拌器连接矿体的管道上设置电动控制阀门和流量计；

电子操作系统控制恒温烘干机、电控控制阀门、水解反应器、制酸反应器、水域加热仪器，实现整个装置的自动化；数据收集系统收集矿体实时浸出数据以及流量计、温度传感器、pH传感器的信息，实现收集整个装置的参数变化。

上述，粉碎机中安设有网筛及称重装置。

水解反应器中安装有温度传感器、磁力转子搅拌器和pH传感器，水解反应器外部设置水域加热仪器，通过温度传感器和pH传感器数据实时调节水域加热仪器的温度和制酸反应器的输出量。

制酸反应器内装有pH传感器和搅拌叶片，根据传感器数据调节酸储存罐与水储存罐的输出量。

混合浸矿液振荡搅拌器内装设有搅拌叶片以及pH传感器；且混合浸矿液振荡搅拌器上部和底部分别安装有搅拌和振荡装置，实现酸处理后秸秆与浸矿液充分混合。

该装置的应用方法，包括步骤如下：

S1：将秸秆置于恒温烘干机，使秸秆烘干至需要的干湿度；

S2：烘干后的秸秆通过管道运至粉碎机中破碎至秸秆面积小于5mm²，并经过称量后进入水解反应器；

S3：根据工程需要，设定酸与水溶液配比，将其输入至电子操作系统，电子操作系统通过电信号将命令传达至酸储存罐和水储存罐与制酸反应器连接管道上的流量计，流量计控制这两个管道上的电动控制阀门张开与闭合，实现自动加料操作；

S4：加料完成后，制酸反应器接收到来自电子操作系统的电信号，搅拌叶片开始运转，使酸与水溶液充分混合；

S5：粉碎机中破碎的秸秆和制酸反应器的酸在水解反应器充分反应；

S6：在S5反应拌过程中，磁力转子搅拌器开启，使秸秆和酸搅拌充分，水域加热仪器根据水解反应器内温度传感器实时调整加热温度，当水解反应器内的pH传感器数据符合要求时，电子操作系统发送电信号至磁力转子搅拌器以及水域加热仪器，使其停止运行；

S7：酸处理后的秸秆与浸矿液储存罐中的浸矿液在混合浸矿液振荡搅拌器中充分混合；

S8：通过电子操作系统控制混合浸矿液振荡搅拌器与矿体之间管道上的电动控制阀门的开关，配置好的含酸处理后秸秆的浸矿液进入矿体；

S9：数据收集系统收集整个操作过程的数据，当达到浸矿要求时，电子操作系统通过电信号控制停止装置运行。

该装置中，恒温烘干机能够精准控制秸秆干湿度；粉碎机中安设网筛及称重装置能够准确区分秸秆大小以及质量。而且可依据编程使用电子操作系统使操作自动化，数据收集系统可以实时监测以及记录秸秆酸处理和浸矿过程数据，对条件相同的操作进行指导。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，利用酸处理秸秆强化生物浸出，能够减少生物浸矿过程中矿石表面沉淀的生成，提高浸矿的效率，增加矿山生产的经济效益，同时能够绿色环保高效处理农业生产过程中产生的秸秆等，能够为增加生产效益提供技术依据；且适用范围广，适用于多种矿山的生物浸出行为，尤其是在深部矿山开采等领域，如原位溶浸采矿等；此外，本方案还具有智能化与灵活性的特点，可根据每个矿山的特定条件进行调控，具有很强的理论和实用价值。

附图说明

图1为本发明的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置结构示意图。

其中：1-恒温烘干机、2-电动控制阀门、3-粉碎机、4-网筛及称重装置、5-水解反应器、6-温度传感器、7-水域加热仪器、8-磁力转子搅拌器、9-酸储存罐、10-水储存罐、11-流量计、12-pH传感器、13-制酸反应器、14-搅拌叶片、15-浸矿液储存罐、16-混合浸矿液振荡搅拌器、17-矿体、18-电子操作系统、19-数据收集系统、20-耐酸树脂磁力转子外膜、21-耐酸树脂搅拌叶片外膜。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置和方法。

如图1所示，该装置包括恒温烘干机1、电动控制阀门2、粉碎机3、网筛及称重装置4、水解反应器5、温度传感器6、水域加热仪器7、磁力转子搅拌器8、酸储存罐9、水储存罐10、流量计11、pH传感器12、制酸反应器13、搅拌叶片14、浸矿液储存罐15、混合浸矿液振荡搅拌器16、电子操作系统18和数据收集系统19，

恒温烘干机1、粉碎机3、水解反应器5和混合浸矿液振荡搅拌器16通过管道依次连接，且连接管道上均设置电动控制阀门2；

酸储存罐9和水储存罐10均通过管道连接制酸反应器13，且酸储存罐9和水储存罐10与制酸反应器13连接的管道上设置电动控制阀门2和流量计11；

制酸反应器13通过管道连接水解反应器5，制酸反应器13和水解反应器5的连接管道上设置电动控制阀门2和流量计11；

水解反应器5和浸矿液储存罐15均通过管道连接混合浸矿液振荡搅拌器16，水解反应器5和浸矿液储存罐15与混合浸矿液振荡搅拌器16连接的管道上设置电动控制阀门2和流量计11；

混合浸矿液振荡搅拌器16通过管道连接至矿体17，混合浸矿液振荡搅拌器16连接矿体的管道上设置电动控制阀门2和流量计11；

粉碎机3中安设有网筛及称重装置4。

水解反应器5中安装有温度传感器6、磁力转子搅拌器8和pH传感器12，水解反应器5外部设置水域加热仪器7，通过温度传感器6和pH传感器数据实时调节水域加热仪器7的温度和制酸反应器13的输出量。磁力转子搅拌器搅拌转速为0～600rpm，转子外壳由树脂材料制成，形成耐酸树脂磁力转子外膜20，能够适应于强酸环境。

制酸反应器13内装有pH传感器12和搅拌叶片14，根据pH传感器数据调节酸储存罐9与水储存罐10的输出量。

混合浸矿液振荡搅拌器16内装设有搅拌叶片14以及pH传感器12；且混合浸矿液振荡搅拌器16上部和底部分别安装有搅拌和振荡装置，实现酸处理后秸秆与浸矿液充分混合。搅拌叶片搅拌转速为0～300rpm，叶片外壳由树脂材料制成，形成耐酸树脂搅拌叶片外膜21，能够适应于强酸环境。

电子操作系统控制恒温烘干机、电控控制阀门、水解反应器、制酸反应器、水域加热仪器，实现整个装置的自动化；数据收集系统收集矿体实时浸出数据以及流量计、温度传感器、pH传感器的信息，实现收集整个装置的参数变化。

该装置的恒温烘干机1能够精准控制秸秆干湿度；粉碎机3中安设网筛及称重装置4能够准确区分秸秆大小以及质量。根据制酸反应器13中安装的pH传感器12数值可调节酸储存罐9与水储存罐10输出量。

水解反应器5安装有磁力转子搅拌器8，可使秸秆酸水解充分；水解反应器5外部装设有水域加热仪器7，可调节温度，使秸秆酸水解充分；水解反应器5内部装有温度传感器6以及pH传感器12，可实时调整水域加热仪器7温度以及制酸反应器13输出量。

混合浸矿液振荡搅拌器16上部和底部分别安装有搅拌和振荡装置，可实现酸处理后秸秆与浸矿液充分混合。

混合浸矿液振荡搅拌器16内部安装的pH传感器12可实时表征酸碱度，进而确定水解反应器5以及浸矿液储存罐15输出量。

可依据编程使用电子操作系统18使操作自动化，数据收集系统19可以实时监测以及记录秸秆酸处理和浸矿过程数据，对条件相同的操作进行指导。

在具体应用中，根据矿体性质，确认好酸的种类、用量、秸秆的用量以及浸矿液用量等，然后将预先准备好的秸秆置于恒温烘干机中，按如下步骤进行：

S1：将秸秆置于恒温烘干机1，使秸秆烘干至需要的干湿度，一般控制含水率不超过5％；

S2：烘干后的秸秆通过管道运至粉碎机3中破碎，一般破碎至秸秆面积小于5mm²，并经过称量后进入水解反应器5；

S3：根据工程需要，设定酸与水溶液配比，将其输入至电子操作系统18，电子操作系统18通过电信号将命令传达至酸储存罐9和水储存罐10与制酸反应器13连接管道上的流量计11，流量计11控制这两个管道上的电动控制阀门2张开与闭合，实现自动加料操作；

S4：加料完成后，制酸反应器13接收到来自电子操作系统18的电信号，搅拌叶片14开始运转，使酸与水溶液充分混合；

S5：粉碎机3中破碎的秸秆和制酸反应器13的酸在水解反应器5充分反应；

S6：在S5反应拌过程中，磁力转子搅拌器8开启，使秸秆和酸搅拌充分，水域加热仪器7根据水解反应器5内温度传感器6实时调整加热温度，当水解反应器5内的pH传感器数据符合要求时，电子操作系统18发送电信号至磁力转子搅拌器8以及水域加热仪器7，使其停止运行；

S7：酸处理后的秸秆与浸矿液储存罐15中的浸矿液在混合浸矿液振荡搅拌器16中充分混合；

S8：通过电子操作系统18控制混合浸矿液振荡搅拌器16与矿体17之间管道上的电动控制阀门2的开关，配置好的含酸处理后秸秆的浸矿液进入矿体17；

S9：数据收集系统19收集整个操作过程的数据，当达到浸矿要求时，电子操作系统18通过电信号控制停止装置运行。

该装置的具体应用过程如下：

选用低品位硫化铜矿石、稻草秸秆、5摩尔每升的硫酸作为实验对象；

首先，将稻草秸秆放入恒温烘干机烘干至含水率为2％，再运送至粉碎机中破碎至面积小于5mm²，并称取1克待用；

其次，将浓硫酸和水溶液在制酸反应器中充分混合，得到5摩尔每升的硫酸；

再者，将1克稻草秸秆和10毫升5摩尔每升的硫酸置于水解反应器中水解反应，水域温度保持在40摄氏度，磁力转子搅拌器转速保持为100rpm，反应10分钟，取出酸处理后的秸秆待用；

将酸处理后的秸秆与浸矿液在混合浸矿液振荡搅拌器中充分混合直至pH值为2；

最后，通过直接喷淋将含有稻草秸秆水解产物的混合浸矿液喷淋至低品位硫化铜矿石表面，进行矿物浸出。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，包括恒温烘干机、电动控制阀门、粉碎机、网筛及称重装置、水解反应器、温度传感器、水域加热仪器、磁力转子搅拌器、酸储存罐、水储存罐、流量计、pH传感器、制酸反应器、搅拌叶片、浸矿液储存罐、混合浸矿液振荡搅拌器、电子操作系统和数据收集系统，

恒温烘干机、粉碎机、水解反应器和混合浸矿液振荡搅拌器通过管道依次连接，且连接管道上均设置电动控制阀门；

酸储存罐和水储存罐均通过管道连接制酸反应器，且酸储存罐和水储存罐与制酸反应器连接的管道上设置电动控制阀门和流量计；

制酸反应器通过管道连接水解反应器，制酸反应器和水解反应器的连接管道上设置电动控制阀门和流量计；

水解反应器和浸矿液储存罐均通过管道连接混合浸矿液振荡搅拌器，水解反应器和浸矿液储存罐与混合浸矿液振荡搅拌器连接的管道上设置电动控制阀门和流量计；

混合浸矿液振荡搅拌器通过管道连接至矿体，混合浸矿液振荡搅拌器连接矿体的管道上设置电动控制阀门和流量计；

电子操作系统控制恒温烘干机、电控控制阀门、水解反应器、制酸反应器、水域加热仪器，实现整个装置的自动化；数据收集系统收集矿体实时浸出数据以及流量计、温度传感器、pH传感器的信息，实现收集整个装置的参数变化。

2.根据权利要求1所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述粉碎机中安设有网筛及称重装置。

3.根据权利要求1所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述水解反应器中安装有温度传感器、磁力转子搅拌器和pH传感器，水解反应器外部设置水域加热仪器，通过温度传感器和pH传感器数据实时调节水域加热仪器的温度和制酸反应器的输出量。

4.根据权利要求3所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述磁力转子搅拌器搅拌转速为0～600rpm，转子外壳由树脂材料制成，能够适应于强酸环境。

5.根据权利要求1所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述制酸反应器内装有pH传感器和搅拌叶片，根据传感器数据调节酸储存罐与水储存罐的输出量。

6.根据权利要求5所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述搅拌叶片搅拌转速为0～300rpm，叶片外壳由树脂材料制成，能够适应于强酸环境。

7.根据权利要求1所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置，其特征在于，所述混合浸矿液振荡搅拌器内装设有搅拌叶片以及pH传感器；且混合浸矿液振荡搅拌器上部和底部分别安装有搅拌和振荡装置，实现酸处理后秸秆与浸矿液充分混合。

8.根据权利要求1所述的利用酸处理秸秆强化生物浸出的装置的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1：将秸秆置于恒温烘干机，使秸秆烘干至需要的干湿度；

S2：烘干后的秸秆通过管道运至粉碎机中破碎至秸秆面积小于5mm²，并经过称量后进入水解反应器；

S3：根据工程需要，设定酸与水溶液配比，将其输入至电子操作系统，电子操作系统通过电信号将命令传达至酸储存罐和水储存罐与制酸反应器连接管道上的流量计，流量计控制这两个管道上的电动控制阀门张开与闭合，实现自动加料操作；

S4：加料完成后，制酸反应器接收到来自电子操作系统的电信号，搅拌叶片开始运转，使酸与水溶液充分混合；

S5：粉碎机中破碎的秸秆和制酸反应器的酸在水解反应器充分反应；

S6：在S5反应搅拌过程中，磁力转子搅拌器开启，使秸秆和酸搅拌充分，水域加热仪器根据水解反应器内温度传感器实时调整加热温度，当水解反应器内的pH传感器数据符合要求时，电子操作系统发送电信号至磁力转子搅拌器以及水域加热仪器，使其停止运行；

S7：酸处理后的秸秆与浸矿液储存罐中的浸矿液在混合浸矿液振荡搅拌器中充分混合；

S8：通过电子操作系统控制混合浸矿液振荡搅拌器与矿体之间管道上的电动控制阀门的开关，配置好的含酸处理后秸秆的浸矿液进入矿体；

S9：数据收集系统收集整个操作过程的数据，当达到浸矿要求时，电子操作系统通过电信号控制停止装置运行。

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