CN204058559U - 一种流化态生物浸矿反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流化态生物浸矿反应器，该反应器包括反应器罐体、溢流导槽、气体喷射系统和热交换系统，反应器罐体内中心轴线的中心位置设置有用于引导喷射气流以及矿浆向上运动的组合式导流管，组合式导流管包括由七个空心的正六面柱体组合而成的蜂窝状结构、蜂窝状结构外套接的圆筒体；组合式导流管的正上方设置有气液分离器；该反应器还设置有气体喷射系统和热交换系统；本实用新型利用气体喷射作用带动反应器内的矿浆上升，实现矿浆混流与循环；该反应器可适应多种环境条件下生物浸矿作业的需求，具有安全高效、节能、操作检修简单和适应性强等特点。

Description

一种流化态生物浸矿反应器

技术领域

本实用新型涉及生物浸矿设备，特别是一种流化态生物浸矿反应器。

背景技术

生物冶金技术是选冶领域发展最快的一项新技术，具有经济安全和低碳环保等优势，拥有广阔的工业应用前景。该技术是利用矿区广泛存在的硫、铁氧化细菌与矿石中的硫化矿物（黄铁矿、黄铜矿和镍黄铁矿等）作用将物溶解，需要回收的元素保留在浸出渣中或以离子形态进入溶液，需回收的元素通过富集、分离和提取等工艺成为可供销售的工业产品。该技术的工业化实施有堆浸和槽浸两类工艺，其中堆浸工艺常用于处理耗酸矿物少、不易泥化的矿石，槽浸工艺常用于处理采用传统选矿富集的精矿产品。

目前，槽浸工艺主要是采用机械搅拌方式，多用于高砷难处理金精矿、高砷铜精矿以及含铜钴镍的混合精矿。例如公开号为CN101016584，公开日为2007年08月15日的中国专利文献公开了发明名称为“多导流筒气环流生物反应器细菌浸矿与浸矿菌培养”的方案，该方案采用内环流气提式生物反应器，以压缩空气作为液体提升动力促进物料宏观混合和传质过程，并为微生物生长和矿物的生物氧化提供氧气，与传统搅拌式浸矿生物反应器相比大大减轻了矿砂对微生物菌体的磨损和破坏。

但是由于生物浸出过程的特殊性，在槽浸工艺中机械搅拌矿浆的同时还需不断向矿浆中通入大量的空气，以保障矿浆中溶氧浓度满足浸矿微生物生长繁殖的需要；另外，浸矿微生物有一定的耐剪切限度，过高的搅拌速度会导致浸矿微生物大量死亡，使得生物浸矿过程不能有效进行。

针对生物槽浸工艺特点，生物冶金领域研究人员长期致力于开发一种减小或取消机械搅拌提升作用、降低能耗、提高生物浸矿效率的反应器。

实用新型内容

本实用新型是针对生物槽浸工艺特点和现有机械搅拌方式存在的矿浆浓度低、能耗高、生物浸矿效率低等难点问题，提供一种无需机械搅拌的流化态生物浸矿反应器，该反应器利用气体喷射作用带动反应器内的矿浆上升，实现矿浆混流与循环；可适应多种环境条件下生物浸矿作业的需求，具有安全高效、节能、操作检修简单和适应性强等特点。

本实用新型要解决问题的技术方案如下：

一种流化态生物浸矿反应器，其特征在于：主要包括溢流导槽、反应器罐体，溢流导槽安装于反应器罐体顶部；

反应器罐体的侧壁上端设有进料口，通过管道与调浆槽、浆料泵或上一个反应器出料口相连接，用于向反应器中补充新的含菌矿浆；反应器罐体内中心轴线的中心位置设置有组合式导流管，组合式导流管与反应罐底部、顶部均有一定距离，组合式导流管包括由七个空心的正六面柱体组合而成的蜂窝状结构、蜂窝状结构外套接的圆筒体；所述组合式导流管主要用于引导喷射气流以及由气流带动的矿浆向上运动，保障三相循环混流状态，实现气相中氧气和二氧化碳的输送；所述组合式导流管的正上方设置有呈空心圆柱体状的气液分离器，用于使导流管中排除的微气泡兼并为气泡与矿浆分离、逸出，气液分离器的直径介于反应器罐体直径和组合式导流管外切圆直径之间。

所述反应器罐体的底部设置有两个检修排料口，用于在设备故障或定期检修过程中排除反应器内残余的矿浆。

所述组合式导流管的每个正六面柱体内部均安装有气体分散器，用于将喷射的气流分割为微小气泡，扩大气液传输面，提高气液传输效率。

所述组合式导流管的圆筒体的直径、高度与反应器罐体的直径、高度的比值均分别在大于等于0.5-小于等于0.8之间。

所述溢流导槽的顶部设置有出气口，底部设置有倾斜的导流沟槽，导流沟槽的较低端设置有出料口；导流沟槽用于汇聚反应器罐体中溢流的矿浆，汇流的矿浆通过出料口输送至下一工序；反应器逸出的气体通过出气口排除，出气口上安装有空气冷凝器，以减少液体蒸发量。

所述流化态生物浸矿反应器还设置有气体喷射系统，气体喷射系统包括矿浆浓度与气含率传感器组、气体流量计、控制器B、空气压缩机、气体稳压器、气体喷射器组、气体流量开关和压缩空气管道；控制器B通过电缆分别与矿浆浓度与气含率传感器组、气体流量开关、气体稳压器和气体流量计连接；空气压缩机通过压缩空气管道连接至气体稳压器，在压缩空气管道上依次设置有气体流量开关、气体流量计；气体稳压器与气体喷射器组连通；所述气体喷射器组包括中心部分和裙边部分，中心部分位于反应器罐体底部，中心部分的布局与组合式导流管的布局相对应，在压缩空气作用下产生垂直向上的喷射气流，带动矿浆向上运动；裙边部分位于反应器罐体底部边缘，将中心部分的气体喷射器包围，在压缩空气作用下产生旋转气流，避免矿浆中部分固体颗粒沉底。空气压缩机生产的压缩空气经气体流量开关、压缩空气管道、气体稳压器，最终通过气体喷射器组进入反应器罐体底部。

所述矿浆浓度与气含率传感器安装在反应器罐体的顶部、中部和底部的多个位置，用于向控制器B提供反应器罐体内矿浆的运动状态参数，以便通过与理论计算数据对比发出控制命令，调整控制气体流量大小、气压以及气体喷射方式，实现反应器内矿浆的均匀混流、降低能耗。

所述流化态生物浸矿反应器还设置有热交换系统，热交换系统包括热交换器、温度传感器、控制器A、液体流量开关、液体流量计、热交换源和液体连接管；控制器A通过电缆分别与温度传感器、液体流量开关、液体流量计和热交换源连接；热交换源通过一液体连接管连接至热交换器，液体连接管上依次设置有液体流量开关、液体流量计，热交换器通过另一液体连接管连接至热交换源，两液体连接管形成热交换循环回路；热交换器位于反应器罐体和组合式导流管之间。热交换源生产的冷却液或热液经由泵、液体流量开关、液体流量计及液体连接管被输送至热交换器。

所述温度传感器安装于热交换器附近，用于采集反应器罐体内矿浆的温度数据并传输至控制器A；控制器A根据当前温度值和液体流量数据计算发出控制命令，调节液体流量大小或控制热交换源进行制热/制冷工作，实现反应器罐体内矿浆的温度控制在设定范围内。

所述反应器罐体内径向上连接有用于固定气液分离器、组合式导流管和热交换器的侧壁固定装置，可以避免因矿浆混流而造成上述部件位置偏移。

本实用新型设备的工作原理是：矿浆自进料口进入反应器罐体后，受下降流影响分散下降至反应罐底部，在气体喷射头喷出气流产生的涡流及上升流作用下充分混合并进入组合式导流管，形成三相混流并顺导流管上升，在导流管内与微细气泡充分接触实现气相传质，而后流出导流管，一部分矿浆转而向下继续流动，形成循环混流；一部分矿浆溢流出反应器并经导流沟槽汇流至出料口进入下一工序。微细气泡在上升过程中不断合并为更大的气泡，最终在气液分离器中与矿浆分离，通过排气口逸出。矿浆在不断循环过程中与热交换器进行热量交换，在热交换系统的作用下实现矿浆温度的控制。矿浆的循环速度、循环流量以及气含率则完全由气体喷射系统控制。当条件控制适宜时，浸矿微生物在反应器内大量生长繁殖并不断将矿浆中的硫化物氧化，实现预定的生物浸矿作用。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型可以充分利用流化态生物浸矿反应器的气体喷射系统来实现矿浆的混流循环与气液扩散传质，取消了搅拌设备，通过气体流量自动调控和反应器结构优化降低了能耗；将传统气升式反应器的单一导流管改为组合式导流管，在导流管内部增设气体分散机构，增加了气液接触面积，提高了汽液传质效率；将热交换器安装在组合式导流管的侧壁固定装置上，节约了反应器空间；另外，该设备安装有温度传感器、矿浆浓度传感器和气含率传感器等探测设备，通过传感器获得反应器内矿浆的物性数据，并经过控制器处理后实现反应器内温度和气体喷射流量的自动控制；此外，该反应器还可实现多个反应器的串联或并联，实现工业化连续运转。

附图说明

图1为本实用新型的主体结构示意图；

图2为本实用新型的组合式导流管的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的组合式导流管的正六面柱体内安装结构示意图；

图4为本实用新型的仰视结构示意图。

附图中各部分为：1空气压缩机，2气体流量开关，3气体流量计，4压缩空气管道，5气体稳压器，6气体喷射器组，7控制器B，8矿浆浓度与气含率传感器组，9组合式导流管，10侧壁固定装置，11进料口，12热交换器，13气液分离器，14溢流导槽，15出气口，16出料口，17温度传感器，18控制器A，19液体流量开关，20液体流量计，21液体连接管，22热交换源，23反应器罐体，24检修排料口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，一种流化态生物浸矿反应器，包括反应器罐体23、溢流导槽14，溢流导槽14安装于反应器罐体23顶部。

如图2所示，反应器罐体23的侧壁上端设有进料口11，反应器罐体23内中心轴线的中心位置设置有组合式导流管9，组合式导流管9与反应罐底部、顶部均有一定距离，组合式导流管9包括由七个空心的正六面柱体组合而成的蜂窝状结构、蜂窝状结构外套接的圆筒体；所述组合式导流管9主要用于引导喷射气流以及由气流带动的矿浆向上运动，保障三相循环混流状态，实现气相中氧气和二氧化碳的输送；所述组合式导流管9的正上方设置有呈空心圆柱体状的气液分离器13，用于使导流管中排除的微气泡兼并为气泡与矿浆分离、逸出，所述气液分离器13的直径介于反应器罐体23直径和组合式导流管9外切圆直径之间。

所述反应器罐体23的底部设置有两个检修排料口24，用于在设备故障或定期检修过程中排除反应器内残余的矿浆。

所述组合式导流管9的每个正六面柱体内部均安装有气体分散器，用于将喷射的气流分割为微小气泡，扩大气液传输面，提高气液传输效率。

所述组合式导流管9的圆筒体的直径、高度与反应器罐体23的直径、高度的比值均分别在大于等于0.5-小于等于0.8之间。

所述溢流导槽14的顶部设置有出气口15，底部设置有倾斜的导流沟槽，导流沟槽的较低端设置有出料口16；导流沟槽用于汇聚反应器罐体23中溢流的矿浆，汇流的矿浆通过出料口16输送至下一工序；反应器逸出的气体通过出气口15排除，出气口15上安装有空气冷凝器，以减少液体蒸发量。

所述进料口11通过螺纹方式与反应器罐体23连接（也可通过其他等效方式连接，不局限于螺纹连接），进料口11通过管道与调浆槽、浆料泵或上一个反应器出料口16相连接，用于向反应器中补充新的含菌矿浆。

所述流化态生物浸矿反应器还设置有气体喷射系统，气体喷射系统包括矿浆浓度与气含率传感器组8、气体流量计3、控制器B7、空气压缩机1、气体稳压器5、气体喷射器组6、气体流量开关2和压缩空气管道4；控制器B7通过电缆分别与矿浆浓度与气含率传感器组8、气体流量开关2、气体稳压器5和气体流量计3连接；空气压缩机1通过压缩空气管道4连接至气体稳压器5，在压缩空气管道4上依次设置有气体流量开关2、气体流量计3；气体稳压器5与气体喷射器组6连通；所述气体喷射器组6包括中心部分和裙边部分，中心部分位于反应器罐体23底部，中心部分的布局与组合式导流管9的布局相对应，在压缩空气作用下产生垂直向上的喷射气流，带动矿浆向上运动；裙边部分位于反应器罐体23底部边缘，将中心部分的气体喷射器包围，在压缩空气作用下产生旋转气流，避免矿浆中部分固体颗粒沉底。空气压缩机1生产的压缩空气经气体流量开关2、压缩空气管道4、气体稳压器5，最终通过气体喷射器组6进入反应器罐体23底部。

所述矿浆浓度与气含率传感器安装在反应器罐体23的顶部、中部和底部的多个位置，用于向控制器B7提供反应器罐体23内矿浆的运动状态参数，控制器B7通过对比当前矿浆参数与设定参数控制气体流量开关2，调整控制气体流量大小、气压以及气体喷射方式，实现反应器内矿浆的均匀混流并将气体喷射流量控制在适宜范围内，可降低能耗。

所述流化态生物浸矿反应器还设置有热交换系统，热交换系统包括热交换器12、温度传感器17、控制器A18、液体流量开关19、液体流量计20、热交换源22和液体连接管21；控制器A18通过电缆分别与温度传感器17、液体流量开关19、液体流量计20和热交换源22连接；热交换源22通过一液体连接管21连接至热交换器12，液体连接管21上依次设置有液体流量开关19、液体流量计20，热交换器12通过另一液体连接管21连接至热交换源22，两液体连接管21形成热交换循环回路；热交换器12位于反应器罐体23和组合式导流管9之间。热交换源22生产的冷却液或热液经由泵、液体流量开关19、液体流量计20及液体连接管21被输送至热交换器12。

所述温度传感器17安装于热交换器12附近，用于采集反应器罐体23内矿浆的温度数据并传输至控制器A18；控制器A18根据当前温度值和液体流量数据计算发出控制命令，调节液体流量大小或控制热交换源22进行制热/制冷工作，实现反应器罐体23内矿浆的温度控制在设定范围内。

所述反应器罐体23内径向上连接有用于固定气液分离器13、组合式导流管9和热交换器12的侧壁固定装置10，可以避免因矿浆混流而造成上述部件位置偏移。

本实用新型设备的工作原理是：矿浆自进料口11进入反应器罐体23后，受下降流影响分散下降至反应罐底部，在气体喷射头喷出气流产生的涡流及上升流作用下充分混合并进入组合式导流管9，形成三相混流并顺导流管上升，在导流管内与微细气泡充分接触实现气相传质，而后流出导流管，一部分矿浆转而向下继续流动，形成循环混流；一部分矿浆溢流出反应器并经导流沟槽汇流至出料口16进入下一工序。微细气泡在上升过程中不断合并为更大的气泡，最终在气液分离器13中与矿浆分离，通过排气口逸出。矿浆在不断循环过程中与热交换器12进行热量交换，在热交换系统的作用下实现矿浆温度的控制。矿浆的循环速度、循环流量以及气含率则完全由气体喷射系统控制。当条件控制适宜时，浸矿微生物在反应器内大量生长繁殖并不断将矿浆中的硫化物氧化，实现预定的生物浸矿作用。 

Claims (10)

1.一种流化态生物浸矿反应器，其特征在于：主要包括溢流导槽（14）、反应器罐体（23），溢流导槽（14）安装于反应器罐体（23）顶部；反应器罐体（23）的侧壁上端设有进料口（11），反应器罐体（23）内中心轴线的中心位置设置有用于引导喷射气流以及矿浆向上运动的组合式导流管（9），组合式导流管（9）与反应罐底部、顶部均有一定距离，组合式导流管（9）包括由七个空心的正六面柱体组合而成的蜂窝状结构、蜂窝状结构外套接的圆筒体；所述组合式导流管（9）的正上方设置有呈空心圆柱体状的气液分离器（13），气液分离器（13）的直径介于反应器罐体（23）直径和组合式导流管（9）外切圆直径之间。

2.根据权利要求1所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述反应器罐体（23）的底部设置有两个检修排料口。

3.根据权利要求1所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述组合式导流管（9）的每个正六面柱体内部均安装有气体分散器。

4.根据权利要求1所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述组合式导流管（9）的圆筒体的直径、高度与反应器罐体（23）的直径、高度的比值均分别在大于等于0.5-小于等于0.8之间。

5.根据权利要求1所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述溢流导槽（14）的顶部设置有出气口（15），底部设置有倾斜的用于汇聚反应器罐体（23）中溢流矿浆的导流沟槽，导流沟槽的较低端设置有出料口（16）；出气口（15）上安装有空气冷凝器。

6.根据权利要求1所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述流化态生物浸矿反应器还设置有气体喷射系统，气体喷射系统包括矿浆浓度与气含率传感器组（8）、气体流量计（3）、控制器B（7）、空气压缩机（1）、气体稳压器（5）、气体喷射器组（6）、气体流量开关（2）和压缩空气管道（4）；控制器B（7）通过电缆分别与矿浆浓度与气含率传感器组（8）、气体流量开关（2）、气体稳压器（5）和气体流量计（3）连接；空气压缩机（1）通过压缩空气管道（4）连接至气体稳压器（5），在压缩空气管道（4）上依次设置有气体流量开关（2）、气体流量计（3）；气体稳压器（5）与气体喷射器组（6）连通；所述气体喷射器组（6）包括中心部分和裙边部分，中心部分位于反应器罐体（23）底部，中心部分的布局与组合式导流管（9）的布局相对应；裙边部分位于反应器罐体（23）底部边缘，均匀布局于中心部分的周围。

7.根据权利要求6所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述矿浆浓度与气含率传感器安装在反应器罐体（23）的顶部、中部和底部的多个位置。

8.根据权利要求6或7所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述流化态生物浸矿反应器还设置有热交换系统，热交换系统包括热交换器（12）、温度传感器（17）、控制器A（18）、液体流量开关（19）、液体流量计（20）、热交换源（22）和液体连接管（21）；控制器A（18）通过电缆分别与温度传感器（17）、液体流量开关（19）、液体流量计（20）和热交换源（22）连接；热交换源（22）通过一液体连接管（21）连接至热交换器（12），液体连接管（21）上依次设置有液体流量开关（19）、液体流量计（20），热交换器（12）通过另一液体连接管（21）连接至热交换源（22），两液体连接管（21）形成热交换循环回路；热交换器（12）位于反应器罐体（23）和组合式导流管（9）之间。

9.根据权利要求8所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述温度传感器（17）安装于热交换器（12）的附近。

10.根据权利要求9所述的流化态生物浸矿反应器，其特征在于：所述反应器罐体（23）内径向上连接有用于固定气液分离器（13）、组合式导流管（9）和热交换器（12）的侧壁固定装置（10）。