DE60015158T2 - Verfahren zur auslaugung von festen bestandteilen aus schlamm - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Auslaugung von fester Materie aus einem Schlamm mit der Hilfe von Sauerstoff enthaltenden Gas, wobei die feste Materie des Schlamms in einem hohen Reaktor rezirkuliert wird, welcher mit einem zentralen Rohr in dem Zentrum des Reaktors versehen ist und einem Mischer mit Doppelwirkung, welcher in der Nähe des unteren Rands des zentralen Rohrs angeordnet ist. Mit der Hilfe des Mischers wird ein Fluss gebildet, welcher den Schlamm von dem zentralen Rohr nach unten saugt, und ein in den Schlamm zu leitendes Gas wird in dem unteren Teil des Reaktors, außerhalb des zentralen Rohrs in der Form von kleinen Blasen in den Schlamm dispergiert und die Fließrichtung des Schlamms wird in dem äußeren Gehäuse des Reaktors nach oben gedreht.
  • Beim Auslaugen eines feste Materie enthaltenden Schlamms, wie zum Beispiel einem Metallkonzentrat, ist es wichtig, dass der beim Auslaugen beteiligte, in der Form von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gas eingeführte Sauerstoff sich zuerst in dem Feststoff enthaltenden Schlamm auflöst, so dass der Sauerstoff in den Auslaugreaktionen des festen Stoffes teilnehmen kann. Für die Verbesserung der Auflösung des Sauerstoffs wird ein großer bzw. hoher Reaktor genutzt, wodurch, im Vergleich zu normalen atmosphärischen Reaktoren, sich ein großer hydrostatischer Druck am Boden des Reaktors bildet (1,5-3,0 atm, d.h. 0,15-0,30 MPa), aufgrund dessen sich der Sauerstoff gut in der Reaktionslösung auflöst und dadurch die Auflösung der festen Stoffe katalysiert.
  • Im Stand der Technik ist zum Beispiel die US Pat. No 4,648,973 bekannt, worin die Ausrüstung einen Reaktor betrifft, dessen Höhe vielfach größer ist als sein Durchmesser, und in welchem ein konzentrisches Rohr angeordnet ist. Der Schlamm wird in den oberen Bereich des zentralen Rohrs geführt, ebenso wie auch der Sauerstoff. Zur Rezirkulation des Schlamms ist das zentrale Rohr mit einem Mischer ausgestattet, welcher von oben nach unten gerichtet aufgehängt ist, und welcher den Schlamm nach unten durch das zentrale Rohr pumpt und wobei der Schlamm dann durch den Raum zwischen dem Reaktor und dem inneren Rohr fließt. Das Verhältnis zwischen den Durchmessern des zentralen Rohrs und der äußeren Leitung liegt zwischen 04, und 0,85.
  • Die entwickelte Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Auslaugung von fester Materie aus einem Schlamm, wie zum Beispiel einem Metallkonzentrat, mit der Hilfe von Sauerstoff enthaltenden Gas, wobei der Schlamm in einem hohen Reaktor rezirkuliert wird. Die Höhe des Reaktors ist vielfach größer als sein Durchmesser und der Reaktor ist mit einem konzentrischen zentralen Rohr ausgestattet, welches sich zu dem Bodenteil erstreckt, einem Mischer, welcher in der Nähe des unteren Teils des zentralen Rohrs angeordnet ist und einem Zufuhrbauteil für Sauerstoff enthaltendes Gas. Die Welle des Mischers erstreckt sich von dem Boden des Reaktors nach oben. Mit der Hilfe des Mischers wird ein nach unten gerichteter Schlammfluss erreicht. Das unter dem Mischer zuzuführende Sauerstoff enthaltende Gas wird in der Form von kleinen Blasen in dem Schlamm dispergiert und zur selben Zeit wird die Fließrichtung des Schlamms in dem Bodenteil des Reaktors umgedreht, um nach oben aufzusteigen. Reaktionen zwischen dem feste Materie enthaltenden Schlamm und dem Sauerstoff enthaltenden Gas passieren entweder in dem Bodenteil des Reaktors oder in einem Gehäuseteil zwischen den Reaktorwänden und dem zentralen Rohr. Die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
  • Wie oben erwähnt, ist es für das Verfahren wesentlich, dass der Mischer in der unmittelbaren Nähe des unteren Rands des zentralen Rohrs angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche der zwischen dem zentralen Rohr und dem Mischer verbleibenden Auslassöffnung weniger als die Hälfte der Querschnittsfläche des zentralen Rohrs beträgt, vorzugsweise höchstens ein Drittel der Querschnittsfläche des Rohrs. Somit erhöht sich die Fließrate des nach unten fließenden Schlamms von dem zentralen Rohr weg wenigstens zweifach im Vergleich zu der Fließrate, welche in dem zentralen Rohr selbst vorliegt. Je näher der Mischer an dem unteren Rand des Rohrs angeordnet ist, um so besser ist die Saugwirkung, welche sich zu dem zentralen Rohr ausbaut. In der Praxis wird die Grenze von den Toleranzen gesetzt, welche von der Abnutzung der Welle und von der Flexibilität und Dimensionierung der anderen Teile resultieren. Bei dem zuvor erwähnten Querschnittsflächen-Verhältnis, wird eine derartige Fließrate erreicht, dass der nach unten gerichtete Lösungsfluss schneller ist, als die Steigrate der Gasblasen, und die Aufwärtsflussrate der Lösung in dem ringförmigen Gehäuse des Reaktors ist größer, als die Absetzrate der Partikel der festen Materie.
  • Der in dem Verfahren gemäß der Erfindung genutzte Mischer hat eine Doppelwirkung und ist aus zwei Teilen gebildet, welche zwischen sich eine im Wesentlichen horizontale Platte haben. Gekrümmte Schaufeln bzw. Flügel sind über der horizontalen Platte befestigt, welche Schlamm nach unten in das zentrale Rohr saugen. Die unter der horizontalen Platte befestigten Schaufeln bilden einen Turbinenmischer mit flachen bzw. geraden Schaufeln. Wenn das Sauerstoff enthaltende Gas unter dem im Bodenbereich des Reaktors installierten Mischer zugeführt wird, dispergiert der untere Teil des Mischers das Zufuhrgas in sehr kleine Blasen, und hilft somit bei der Lösung des Gases in dem Schlamm. Wenn das Gas im Bodenbereich des Reaktors in den Schlamm zugeführt wird, haben die sich mit dem Schlammfluss bewegenden Gasblasen eine möglichst lange Verweilzeit und Reaktionszeit in dem Schlamm, bevor sie die Oberfläche erreichen oder mit dem zu rezirkulierenden Fluss durch das zentrale Rohr absinken oder durch Auslassmittel in dem oberen Bereich des Reaktors ausgestoßen werden.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird detaillierter mit der Hilfe der beigefügten Figuren erläutert, wobei
  • 1 einen vertikalen Schnitt des Reaktors zeigt,
  • in 2 ein vertikaler Schnitt des Reaktors an dem Punkt des zentralen Rohrs und Mischers gezeigt ist, und
  • 3 ein dreidimensionales Bild des Reaktormischers zeigt.
  • Für das Auslaugen von Schlamm, welcher feste Materie enthält, zeigt 1 einen rohrförmigen Reaktor 1, welcher mit einem konzentrischen zentralen Rohr 2 ausgestattet ist, welches sich zu dem Bodenbereich des Reaktors erstreckt. Der Abstand des zentralen Rohrs von dem Reaktorboden liegt im Bereich des 0,2 bis 1,0-fachen des Reaktordurchmessers, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5. Das Oberflächenverhältnis zwischen dem zentralen Rohr und dem Gehäuse des das Rohr umgebenden Reaktors liegt unter 0,1. Oberhalb von einem Reaktorboden 3 ist ein durch seine Welle 4 getragener Mischer 5 und ein Zufuhrbauteil 6 für Sauerstoff enthaltenes Gas angeordnet. Da der Einlass der Mischerwelle in dem unteren Teil des Reaktors ist, kann die Welle so kurz und solide wie möglich ausgebildet sein.
  • Der Mischer ist mit dem Rohr 2 konzentrisch und in sehr großer Nähe zu einem unteren Rand 7 des zentralen Rohrs angeordnet. Wie in der Figur zu sehen ist, kann das zentrale Rohr 2 an den oberen und unteren Enden mit konischen Verlängerungen 8 und 9 ausgerüstet werden.
  • Gemäß der Figur kann der Mischer auch teilweise in dem zentralen Rohr angeordnet sein. Der ringförmige Raum zwischen Reaktorwand 10 und zentralem Rohr 2 kann als ein Gehäuse 11 bezeichnet werden. Fall nötig kann der untere Teil des zentralen Rohrs mit Leitblechen bzw. Prallblechen ausgestattet werden (nicht abgebildet). Die Schlammzufuhr zu dem Reaktor kann auf konventionelle Weise zum Beispiel zu dem zentralen Rohr erfolgen und die Lösung kann zum Beispiel als Überfluss entfernt werden oder der Schlamm kann vorzugsweise über seine eigenen Mittel unter einer Schlammoberfläche 12 zugeführt und abgeführt werden. Die Einlass und Auslassmittel sind in den Figuren nicht detaillierter abgebildet.
  • Wie von 2 und 3 gesehen werden kann, umfasst der Mischer 5 die Mischerwelle 4, an welcher eine horizontale Platte 13 befestigt ist, unter welcher gerade untere Schaufeln 14 befestigt sind und über welcher gekrümmte obere Schaufeln 15 befestigt sind. Die horizontale Platte des Mischers behindert den Fluss von Schlamm von einer Position über dem Mischer zu einer Position unter dem Mischer und umgekehrt. Die horizontale Platte kann kreisförmig oder ringförmig sein. Sowohl die unteren Schaufeln 14 als auch die oberen Schaufeln 15 sind an der horizontalen Platte 13 des Mischers in einer im Wesentlichen vertikalen Weise befestigt. Die unteren Schaufeln sind beinahe rechteckig und ihre Aufgabe ist es, die Sauerstoffgaszufuhr unter dem Mischer so gut wie möglich in den Schlamm zu dispergieren und einen vertikal rotierenden Fluss an dem Boden des Reaktors zu erzeugen, wodurch die in dem Schlamm enthaltene feste Materie daran gehindert wird, sich am Boden des Reaktors abzusetzen. Ein gut durchmischter Bereich von ungefähr derselben Höhe wie der Durchmesser des Reaktors bildet somit den Bodenbereich des Reaktors.
  • Die unteren Teile der oberen Schaufeln sind vorzugsweise von rechteckiger Form, aber der obere Teil sanft konisch zulaufend. Die gekrümmten oberen Schaufeln bringen den nach unten gerichteten Fluss in dem zentralen Rohr und die unteren Schaufeln den nach oben gerichteten Rückfluss zu dem Gehäuse 11 des Reaktors, mit anderen Worten; zwischen Wände 10 und zentralem Rohr 2. In 2 kann auch gesehen werden, dass in diesem Fall der Mischer in einer solchen Höhe installiert ist, dass die oberen Schaufeln 15 sich teilweise in das Innere des zentralen Rohrs 2 erstrecken.
  • Die von dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreichten Vorteile können mit den folgenden Fakten aufgelistet werden: Ein effizientes Mischen des Schlamms wird nur in dem unteren Teil des Reaktors durchgeführt, wo auch das Sauerstoff enthaltende Gas zugeführt wird, und es werden sowohl die Mischungsenergie, welche die Lösung des festen Materials des Schlamms fördert, als auch die Energie, welche zur Rezirkulation nötig ist, dem Schlamm zur gleichen Zeit zugeführt und damit ist die gesamte benötigte Energie geringer als üblich. In dem Verfahren wird zuerst ein nach unten zu dem zentralen Rohr saugender Fluss gebildet und zweitens ein Fluss, welcher den Schlammfluss von dem Bodenbereich des Reaktors nach oben führt und zur selben Zeit das Sauerstoff enthaltende Gas dem Schlamm zumischt und die Partikel des festen Materials am Absetzen hindert.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Auslaugung von fester Materie aus einem Schlamm mit der Hilfe eines Gases, welches Sauerstoff enthält, wobei das Auslaugen in einem rohrförmigen Reaktor (10) stattfindet, welcher eine Höhe hat, die um ein vielfaches größer ist als sein Durchmesser und welcher mit einem konzentrischen zentralen Rohr (2) und einem Mischer (5) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach unten gerichteter Schlammfluss in dem zentralen Rohr (2) mit der Hilfe des Mischers (5) gebildet wird, welcher oberhalb des Bodens des Reaktors (10) in der unmittelbaren Nähe des unteren Rands (7) des zentralen Rohrs (2) angeordnet ist, die Richtung des Schlammflusses außerhalb des zentralen Rohrs (2) in dem unteren Teil (3) des Reaktors (10) zu einem Aufwärtsfluss gedreht wird, zur selben Zeit wie ein Sauerstoff enthaltendes Gas in den Schlamm zugeführt und in kleine Blasen dispergiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrate des von dem zentralen Rohr (2) ausgestoßenen Schlamms wenigstens zweifach, im Vergleich zu der Flussrate des Schlamms innerhalb des zentralen Rohrs, erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Mischer (5) und dem zentralen Rohr (2) verbleibende Querschnittsfläche eingerichtet ist, um weniger als die Hälfte, vorzugsweise höchstens ein Drittel der Querschnittsfläche in dem zentralen Rohr zu sein.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrate des in dem zentralen Rohr (2) absinkenden Schlamms schneller ist, als die Steigrate der in dem Schlamm gelösten Gasblasen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrate des in einem Gehäuse (11) des Reaktors (10) aufsteigenden Schlamms größer ist, als die Absetzrate der Partikel der festen Materie.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugen des Schlamms nach unten in dem zentralen Rohr (2) mit der Hilfe eines Mischers (5) mit Doppelwirkung ausgeführt wird, welcher in der unmittelbaren Nähe des zentralen Rohrs angeordnet ist, wobei obere gekrümmte Schaufeln (15) des Mischers den nach unten gerichteten Saugfluss hervorbringen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergieren des Sauerstoff enthaltenden Gases in den Schlamm und das Drehen des Schlammflusses nach oben mit der Hilfe von unteren, annähernd rechteckigen und geraden Schaufeln (14) des Mischers erreicht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand (7) des zentralen Rohrs (2) sich in einer Höhe von dem Reaktorboden befindet, welche dem 0,7 bis 1,3-fachen des Durchmessers des Reaktors entspricht, vorzugsweise jedoch genauso groß ist wie der Durchmesser.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverhältnis des zentralen Rohrs (2) und des dieses umgebenden Reaktorgehäuses (11) unter 0,1 ist.
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