SE458664B - Saett att infoera syre eller gas innehaallande syre i ett slam med hoegt fastsubstansinnehaall samt en motstroemsbubblingsreaktor foer utfoerande av saettet - Google Patents

Description

458 664 vilket luft leds in vid botten av en spillvattenbassäng. Spillvatten har ett förhållandevis litet innehåll av fast material, som därför inte har betydelse för driftkraven, i motsats mot vad som är fallet vid sättet enligt föreliggande uppfinning.

Dispergeringen av gas i en vätska har också beskrivits i publika- tionen Chem.-Ing.-Tech. S0 (1978), nr 12, p. 944-947. Även i detta fall saknas en tredje fas - det fasta materialet - som ökar problemkomplikationerna.

Ett intressant alternativ för cirkulering av slam är den s.k. slingreaktorn, av vilken ett utförande beskrivs exempelvis i Journal of Chemical Engineering of Japan, vol. 12 nr 6, 1979, p. 448-453. I denna apparat utnyttjas inte det av höjden åstadkomna hydrostatiska trycket och inte heller är det fråga om reaktioner, vid vilka dispergering av gas förekommer. Reaktorn har slutet utförande.

Som framgår av den tidigare, enligt ovanstående kända tekniken, behandlar ingen av publikationerna procedur eller apparat med vilken samt- liga kriterier, som vid föreliggande uppfinning maste uppfyllas och speciellt i samband med processer för behandling av låghaltiga malmer, samtidigt tillgodoses. Ändamålet med föreliggande uppfinning är sålunda att uppnå en god suspension mellan tre olika faser, dvs ett pulverformigt fast material, en vätska och en gas i en stor reaktor, vars höjd är en mångfald av dess diameter - och i vars undre del ett förhöjt tryck föreligger. Fastsubstansinnehållet i det till reaktorn matade slammet är högt, 30-70 vikt-%, varvid det fasta materialet utgörs av ett tämligen grovt pulver. Den syrehaltiga gas som matas till reaktorn bringas enligt uppfinningen att dispergeras med hög effektivitet i slammet och därvid alstra en suspension mellan de tre olika faserna och samtidigt lösa sig i och reagera med slammet. Reaktorn, och följaktligen reaktionsrummet, är uppdelat i en mångfald zoner, varvid disper- sion, lösning och delvis även de kemiska reaktionerna försiggår i den första zonen. I den andra zonen fortsätter de kemiska reaktionerna under förhöjt tryck och i den tredje zonen återsepareras den gas som inte har reagerat under bildning av bubblor i slammet och kan, om så erfordras, separeras från slammet eller om man så vill återföras till cirkulation. De huvudsakliga kännetecknen på uppfinningen framgår av krav 1.

Vid genomförandet av sättet enligt uppfinningen åstadkoms strömmen av det av det pulverformiga fasta materialet och vätskan beståen- de slammet nedåt från reaktorns mittsektion av en propellerblandare, som alstrar möjligast bästa axiella flöde, medelst pumpcirkulation eller på annat 458 664 lämpligt sätt. Syret eller den syrehaltiga gasen kan ledas in mot lösningens yta, exempelvis vid centrum av den av propellern orsakade sugvirveln, eller ännu bättre införas nedanför blandaren med hjälp av ett venturimunstycke av det slag är känt att ha god blandarverkan. Tillförseln av gas kan ocksa ske vid olika höjder men dock väsentligen vid ställen ovanför reaktorns bottenutrym- me.

Arbetsomradet för pumpningsanordningarna bör vara sådant att slammets nedåtgående hastighet kan regleras till att ligga exempelvis inom omradet 0,5-2,0 m/s. Den valda strömningshastigheten är bland annat beroen- de av längden av slammets cirkulationsbana, dvs tryckreaktorns djup, och av syrebehovet för slammet. I den första zonen av reaktionsrummet, motströms- bubblingszonen, har de gasbubblor som tillförts slammet vid inloppsänden av cirkulationen och dispergerats däri en tendens att stiga pa grund av sin flytkraft, ehuru slamflödets riktning är nedat, varvid en skillnadshastighet uppkommer mellan gasbubblorna och slammet som medför lösning av gas- bubblornas syre i slammet under bildning av turbulenta strömmar som befrämjar reaktionerna och sprider ut bubblorna. Vid den fortsatta nedat- rörelsen hos flödet minskar bubbelstorleken, dels på grund av tryckökningen och dels på grund av syrets upplösning och reaktion. Pa ett visst avstand fran ytan har härigenom allt syre gatt i lösning och också delvis reagerat. I beroende av den hastighet med vilken de syret förbrukande oxidationsreak- tionerna försiggar, har syrebubblor som regel försvunnit fullständigt på 10-25 m efter det sista syretillförselstället, vilket beror på den överraskande snabba lösningen av syret och de syreförbrukande reaktionerna. Hastigheten hos oxidationsreaktionerna är vanligen sa hög, att syreupptagningen bestäms av lösningshastigheten för syret.

När slammet strömmar nedat med en hastighet som är högre än syrebubblornas, träffar slam med lägre syreinnehall som kommer uppifran mot bubblorna och omformas till slam med högre syreinnehall, vilket starkt ökar syrets upplösningshastighet allteftersom koncentrationsgradienten blir större. Ett annat fenomen som accelererar upplösningen av syret är en följd av samma s.k. motströmsbubbelprincip: Det av flytkraften orsakade flödet, som är langsammare i förhallande till slammet, bibringar syrebubblorna snabba oscillationer och detta minskar syrets diffusionsavstand i slammet och gör ocksa syrekoncentrationsgradienten större, varför det ökar hastigheten av syrets upplösning i slammet.

Själva oxidationsreaktionerna är i sin tur snabbast i bubblornas 458 664 kölvatten, där syret omedelbart dessförinnan lösts i slammet. Relativhastig- heten mellan bubblorna och slammet medför också tätare bubbelhopar, speciellt omedelbart under syretiliförselställen, där skillnadshastigheten år högst på grund av att bubbelstorleken är störst. Den turbulenta strömning som uppstår till följd av motströmsprincipen ökar avsevärt oxidationshastig- heten. Det är därför fördelaktigt att hålla volymen hos det nedåtgående flödet förhållandevis stor i förhållande till reaktorns hela tvärsektionsarea.

I enlighet med vad som sagts ovan tillförs reaktorn allt syre i den första zonen, dvs i motströmsbubblingszonen. I överensstämmelse med ström- ningsriktningen hos syrebubblorna och slammet ökar ocksa det hydrostatiska trycket i reaktorn och understöder syrets lösning och oxidationsreaktionerna. l reaktorns andra zon, som är belägen i dess undre del, den s.k. lösningssyre- zonen, är praktiskt taget allt syre löst och oxidationsreaktionerna fortsätter under förhöjt tryck. I reaktorns undre del omkastas slammets strömningsrikt- ning väsentligen l80°, men dock så att strömmens tvärsektionsarea inte minskas vid strömningens vändpunkt, men så att den inte heller ökar till mer än tre gånger så stor. Vid vändpunkten bör slammets hastighet vara sådan, att inga områden med återströmning bildas och icke heller någon sedimentering av fast material.

När slammets strömningsriktning vänt till i huvudsak uppåt, faller trycket i strömningsriktningen och härigenom bildas åter gasbubblor av oreagerat syre i slammet och andra gaser om sådana förekommer (argon, kväve). Denna reaktorzon med uppåtströmmande slam kallas också zonen med återförgasat syre. De i denna zon bildade gasbubblorna växer allteftersom de stiger och medför införandet av extra energi i cirkulationen i form av lyftkraft. Slammet och gasbubblorna rör sig nu i samma riktning och skillnadshastigheten är därför inte lika stor som i rnotströmsbubblingszonen. I uppåtströmningszonen bör slamflödet vara sådant, att strömningshastigheten är en mångfald av den hastighet, vid vilken de grövsta partiklarna av fast material rör sig nedåt. I uppåtströmningszonen får inte heller tillbakaflöden, som kan orsaka urskiljning av fast material, bildas. I övre delen av uppåt- strömningszonen reverseras strömningsriktningen tätt intill den fria ytan och slammet förs in mot reaktorns centrala del för att åter strömma nedåt under lösning av syre och därmed befordrande oxidationsreaktionerna i slammet.

Uppåtströmningszonen kan ligga ringformigt kring motströmsbubblingszonen och kan också utgöras av en eller flera separata, väsentligen parallella zoner vid sidan av eller kring motströmsbubblingszonen. 458 664 Utförandet av övre delen av uppatströmningszonen är av stor betydelse för uppfinningen. Om tvärsektionsarean i reaktorns övre del är densamma som tvärsektionsarean pa andra ställen i reaktorn kan slamnivan variera avsevärt i beroende av reaktorns gasinnehall, dvs mängden syre i gasform i reaktorn. Om slamnivan i reaktorn faller kan den propeller som alstrar nedatflödet till slut rotera i luft och bilda en "gasbubbla". Detta innebär fullständig kollaps av propellerns verkan och, vad som är värre, att propellern skadas. För stabilisering av slamnivan är det lämpligt att enligt uppfinningen anordna en utvidgning vid övre delen av reaktorns uppatström- ningszon. Denna utvidgning kan ocksa utnyttjas för separering av potentiella gasbubblor, exempelvis argon plus kväve, ur slamcirkulationen. Utvidgningen vid uppatströmningszonens övre del omger ocksa uppatströmningszonens övre del.

Motströmsbubbelreaktorn enligt uppfinningen benämns ocksa CB- reaktor, ellips för det fysikaliska fenomen, som försiggar i den första zonen: tendensen hos bubblorna att röra sig i motström i förhållande till slammet.

Det är känt att propellern, när sadan används för cirkulering av slammet, när den roterar i slammet ger upphov till virvelfenomen, dvs. gasen ovanför slamytan sugs in vid rotationscentrum i den trumpet som bildas ned mot propellern, vilket medför att propellern kommer att rotera i en "gasbubbla". Som tidigare nämnts medför detta att verkningsgraden minskar och att propellerarrangemanget skadas, exempelvis genom att propelleraxeln kröker sig. För att förhindra detta är det känt att använda lämpligt formade ledskenor framför propellern. Under propellern kan man använda en ström- ningsriktare av gallertyp som har till uppgift att förhindra cirkulation av slammet fran reaktorrummet efter propellern, eftersom en sadan cirkulation har skadlig inverkan pa gasbubblornas fördelning.

Ehuru strömningshinder förhindrar virvelbildning bibehålls ett tvärsnitt med kraftig sugníng pa visst avstand ovanför propellern, sa att syret respektive den syrehaltiga gas som leds in till detta tvärsnitt av propellern effektivt dras in i slammet. Härigenom verkar propellern ocksa som gas- dispergerande organ. Det bör emellertid nämnas att även i detta fall propellern lätt kan förlora sin verkan om alltför mycket gas leds genom den, sa att en stor "gasbubbla" kan bildas och därmed bade slamcirkulationen och gasdispersionen upphöra.

Formen och storleken hos propellern väljs pa sadant sätt att propellern far god pumpverkan pa slammet. Speciellt detta uppnas inte med 458 664 bra gasdispersionsblandare. Av denna orsak är det ingen idé att använda alltför mycket propellereffekt för gasdispergeringen och det är lämpiigare att tillföra syret efter propellern och använda propellern primärt för pump- ningen av slammet. Propellerdiametern bör lämpligen vara omkring 90% av motströmsbubblingsrörets diameter.

För att möjliggöra effektiv dispergering av gas i ett slam med högt fastsubstansinnehall bör apparaten vara speciellt lämpad för detta ändamål, vilket innebär att i första hand riskerna för blockering och nötning maste tas med i räkningen. Ett av de enklaste sätten att uppnå detta med samtidigt hänsynstagande till god effektivitet hos CB-reaktorn är att helt enkelt använda ett rakt rör. Efter införingsstället för syre respektive syrehaltig gas är det lämpligt att anordna en venturiliknande strypningsdel, vilken pa grund av sina goda blandningsegenskaper och laga tryckfall är lämplig. Det är väsentligt att syrgasen i CB-reaktorn kan dispergeras i det slam som strömmar i omradet vid strypstället under förbrukning av avsevärt mycket mindre energi än som krävs vid andra dispergeringssätt i en reaktor med mindre lämplig form och som primärt är baserade pa häftigt försiggaen- de blandning.

Inmatning av syre respektive syrehaltig gas i motströmsbubblings- zonen pa olika höjd är av fördel och manga gånger till och med nödvändig. Pa grund av syrets lösning och reaktion kan situationer uppkomma, vid vilka syret nästan helt tar slut i slammet. Detta medför skadlig reduktion och dessa störande reaktioner kan undvikas genom att syre tillförs i rätt kvantitet vid ett tillräckligt antal olika inmatningspunkter. Gaskvaliteten kan vara olika vid de olika inmatningsställena om processen sa kräver.

För det fall att syret inte omedelbart och effektivt blandas med slammet, kan resultatet bli lokal överdosering av syre, vilket medför passive- ring, dvs. att de kemiska reaktionerna upphör. Med hjälp av en apparat enligt föreliggande uppfinning kan syret tillföras pa ett flertal ställen och dess mängd kan regleras, och eftersom motströmsbubblingsreaktorn verkar som god blandare, kan lokala passiveringsfenomen förhindras. Detta kan vidare undvikas medelst temperaturreglering.

Om det i form av slam reaktorn tillförda fasta materialet, malmen, är laggradig men har stor mängd, blir den bildade slammängden ocksa stor. Eftersom det fasta materialet är tämligen grovt, maste slammets strömningshastighet regleras sa att det fasta materialet halls i slammet överallt i reaktorn och inte sjunker till botten. Pa grund av de stora 458 664 slamkvantiteterna och höga strömningshastigheterna maste man sträva efter att minska tryckfallen. Detta har uppmärksammats speciellt i apparatut- förandena enligt föreliggande uppfinning, i vilka förhållandet mellan tvärsek- tionsareorna hos reaktorrören i motströmsbubblingszonen och i uppatström- ningszonen ligger i omradet U,2-3.

Det hydrostatiska trycket ökar jämnt mot reaktorns botten och denna ökning är beroende av densiteten hos reaktorinnehallet. När utspädda vattenlösningar eller slam oxideras, ökar trycket omkring 1 bar för varje tiotal meter, medan om fastsubstansinnehallet i slammet är omkring 50 vikt- %, ökningen är omkring 1,5 bar/10 m. Syrets löslighet i vatten vid 1 bar absolut :rysk i :empefazuramraaet o-1no°c är 4a,9-17,u 1 o2/m3 (NTP).

Eftersom syrets löslighet i vattenlösningen ökar i direkt proportion till trycket, är det möjligt att med motströmsbubblingscirkulationen enligt uppfinningen förhållandevis lätt uppnå de höga syrekoncentrationer som är en förutsättning för snabba oxidationsreaktioner. Sättet och anordningarna en- ligt uppfinningen är speciellt lämpade för användning när man behandlar tjocka hydrometallurgiska slam, exempelvis vid utlösning av uran ur uranmal- mer eller ädelmetaller ur komplexa sulfidhaltiga malmer. Motströmsbubb- lingscirkulation är speciellt lämpad för behandling av extremt laggradiga malmer, varvid behandlingssättet som väsentlig komponent kräver oxidation, exempelvis oxidering av järn (ll) till järn (lll) vid uranutlösning eller oxidering av sulfider till elementärt svavel och/eller sulfat vid uppslutning av sulfid- malmer. När laggradiga malmer behandlas är slamdensiteten som regel hög, varvid höga tryck nas i reaktorns undre del, exempelvis över 5 bar vid 30 m djup i reaktorn, och höga tryck understödet oxidationen.

En motströmsbubbelreaktor enligt uppfinningen och olika utföran- den och detaljer därav beskrivs närmare i anslutning till de bifogade figurerna, pä vilka: Fig. 1 är en sned axonometrisk projektion, avskuren och delvis i sektion, av ett utförande enligt uppfinningen av en multipelrörreaktor, fig. 2 är ett schematiskt vertikalsnitt genom ett annat utförande av en CB- reaktor som består av separata rör, fig. 3 är reaktorn enligt fig. 2 sedd uppifrån, fig. h är ett vertikalsnitt genom en öppen CB-reaktor enligt uppfinningen, vilken består av inom varandra anordnade rör, fig. 5 är ett vertikalsnitt genom en konstruktionsvariant av övre delen hos reaktorn enligt fig. 4, 458 664 8 fig. 6 är ett vertikalsnitt genom ett annat utförande av övre delen av reaktorn enligt fig. 4. fig. 7 âr ytterligare en vertikalsektion av övre delen av en reaktor som i fig. 4, i vilken returrör för slammet förefinns, f_ig. B illustrerar konvektionsströmmar hos en gasbubbla, och fig. 9 är ett tryckfallschema, som illustrerar exempel 4.

Som framgår av fig. 1 matas en slamström genom ett slamtill- förselrör l till ett centralt motströmsbubbelrör 2 hos en öppen motströms- bubbelreaktor. I övre delen av det centrala röret 2 förefinns en pumpanord- ning, i detta fall en propellerblandare 4, som sitter vid änden av en axel 3 och åstadkommer cirkulering av slammet. Bildning av en skadlig virvel förhindras av strörnníngshinder, skärmar 5, på insidan av det centrala rörets överkant.

Under propellern 4 är ett strömriktande galler 6 anordnat. Syre eller syrehaltig gas tillförs slamströmmen inom det centrala röret 2 genom ett matarrör 7, företrädesvis något under propellern 4. Kring eller omedelbart under syrematarröret 7 förefinns en venturianordning 8, som stryper flödet.

Som också framgår av figuren kan det finnas ett flertal matarrör 7 och också ett flertal venturianordningar 8. Eftersom reaktorns höjd är en mångfald av dess diameter, har ett mellanparti av reaktorn utelämnats. Den utelämnade delen kan likaledes vara försedd med syrematarrör 7 och venturianordningar 8 av det just beskrivna slaget.

I reaktorns undre parti 9 är det centrala röret 2 anslutet till tre separata yttre rör 1D, som sträcker sig väsentligen parallellt med det centrala röret och är placerade kring det centrala röret för àterföring av slamströmmen uppåt. Denna apparat har ingen plan bottenyta, vilket minskar risken för sedimentering av fast material. Övre delen av de yttre rören 10 vidgar sig så att det bildas en sammanhängande vidgning 11, som ligger kring det centrala röret 2 och har sin överkant 12 ovanför överkanten 13 pa det centrala röret.

Fig. 2 visar schematiskt en reaktor enligt uppfinningen, i vilken det uppåtriktade flödet går genom ett yttre rör 10, vilket bildar en förhållandevis liten vinkel med det centrala röret, dvs. motströmsbubbelröret 2, men fortfarande är väsentligen parallellt med detta. Rören är anslutna till varandra vid undre ändarna och motströmsbubbelröret 2 är också här omgivet av en vidgning ll av övre delen pa det yttre röret 1D. Detta apparatutförande har fördelen att det ger en möjlighet för den gas som bildas i den av det yttre röret 10 bildade uppàtströmningszonen att avgå genom gasutsläppningsrör 14 9 458 664 redan före vidgningen ll vid den övre delen av det yttre röret. I vidgningen ll antyds gasutsläpp och banor 15 hos gasbubblor från slamströmmen.

I fig. 3 visas, sett uppifran, avgàngen av gasbubblor fran reaktorn enligt fig. 2. Gasbubblorna stiger med slamströmmen i det yttre röret lÛ till vidgningen ll vid reaktorns topp, där flödeshastigheten minskar och bubblor- na lätt stiger till ytan vid vidgningens mittparti. I närheten av det centrala röret 2 börjar av pumpanordningen 4 ater inverka, varvid gasbubblor som fortfarande är kvar i slammet kring det centrala röret äter dras in i cirkulationen.

I apparatutförandet enligt fig. 4 har det yttre röret 10 anordnats ringformigt kring det centrala röret 2. Figuren är skuren pä flera ställen, men som framgar av de stympade sektionerna har en mångfald syrematningsrör 7 och venturianordningar 8 anordnats i det centrala röret 2. Övre delen av reaktorn enligt fig. 4 har visats mer i detalj i fig. 5.

En blandare 4 på änden av en axel 3, som drivs av en motor 16, alstrar ett cirkulationsflöde i slammet och i den gas som tillförs slammet längre ner.

Den av gasinmatningen orsakade nivàvariationen utlämnas av vidgningen 11.

Slammets àterflöde, som har stigit upp genom det yttre röret 10, strömmar som överflöde och under inverkan av det av blandaren orsakade suget över det centrala rörets 2 överkant 13 tillbaka i det centrala röret. En del av slamflödet avlägsnas ur reaktorn genom ett överströmningsrör 17. F ig. 6 visar ett utförande av övre delen av reaktorn som enligt fig. 5 och illustrerar ökning av propellerblandarens effektivitet genom ökning av dess diameter.

I fig. 7 illustreras ett sätt pà vilket slammet cirkuleras från vidgningen 11 i en reaktor enligt fig. 4 till det centrala röret 2 via separata returrör 20. Vid detta apparatutförande är tvärsektionen hos vidgningen ll större än vid de tidigare beskrivna utförandena (fig. 5, 6 och 7), varigenom separeringen av gasen från slamströmmen underlättas. I stället för separata returrör 20 kan också kortare returkanaler användas. Det slamflöde som anländer från de yttre rören 10 via returrören och kanalerna 20 och färäzt slam som tillförs reaktorn genom slamtillförselröret 1 tillförs det centrala röret 2.

Fig. 8 illustrerar konvektionsströmmarna i en gasbubbla och man kan se att när gasbubblorna stiger uppat i ett stationärt slam alstras en skillnadshastighet, turbulens, som paverkar de ytfenomen vid bubblans yta som ökar material- och värmetransport mellan slam och bubbla. Detta tillstànd har enligt föreliggande uppfinning astadkommits genom att man 458 664 10 bibringar slammet en ström nedåt, varigenom skillnadshastigheten âstadkoms, och som resultat därav turbulens och konvektionsströmmar 21 uppstår i bubblan, varigenom upplösningen av gasen och de kemiska reaktionerna ökas och förbättras. Det är ocksa att märka att bubblans hastighet i slammet ökar upp till en viss bubbelstorlek. Därför är skillnadshastigheten störst vid gastillförselstället, där bubbelstorleken är störst, eftersom bubblans storlek därefter minskar bade på grund av tryckökning och upplösning. Även av denna orsak är det av fördel att anordna tillförsel av oxiderande gas vid ett flertal punkter.

Uppfinningen framgår ytterligare av följande exempel, av vilka exempel l är ett referensexempel.

Exempel l - referensexempel En silikatmalm innehållande ädla metaller i finkorniga sulfider upplöstes oxidativt i en cylindrisk provreaktor med diametern 0,30 m och höjden 18,0 m. Malmen, med malningsgrad 92,596 - sikt 200, tillsattes i form av ett vattenslam innehållande 774 g/l fast material. En slamsats med volymen 1,22 m3 uppvärmdes till 52°C, varefter syre i en mängd av 2,0 Nm3/h tillsattes genom fyra munstycken vid reaktorns botten.

Som framgår av de i den följande tabellen angivna provningsresul- taten gick nickel och zink i lösning först efter 24 h och upplösningen av dessa metaller var fortfarande ofullständig efter 48 h. Kobolt löstes tämligen obetydligt, medan koppar inte alls löstes. Ett tecken på ineffektiv oxidering genom direkt syrebubbling är ocksa den kraftiga upplösningen av järn, vilken är en följd av att järn som gått i lösning som tvåvärt inte oxideras till sin trevärda form, vilken utfaller vid ifrågavarande pH. 11 .458 664 q ß ~.~ n.~ ~.< m_.o -o.o -.o .~.o o@.~ n.~_ moo.ov o«o.o o«.« an.. mm ~o~. m.~ m.~ ~.~ @.n ~_.o -o.e «~.o -.o m<.d w.«~ moo.ov @no.o ~m.« -._ oofi oo~+ o~.o n~a.o m~.o «~.o o°.o ~.n_ noo.ov ø~o.o m~.n fi_.~ oofi m@_+ ~.~ ~.n n«.o n.~ -.o «~o.o <fl.o n~.o @m.° @.~fl woo.ov fl~o.o ~m.~ omm.o Oc. o@_+ «..a «~o.= ~«.o -.o ~n.o ..o_ noo.ov @~o.o @o.~ n@~.ø oo. @@_+ ~.~ @.~ @m.o n.« @°.o n~o.o w<.o -.o om_.o °n.~ moo.ov @oo.o n~._ oow.o Nm Nmfi. n~Q.o on.~ noo.ov moo.ov o-.° ~«_.o 50 fi~.+ «.~ ~.~ ~@.° fl.< -.o n~o.o ~m.o o~.ø o~c.cv @~.o noo.ov nøc.cv m.o.c fioo.ov N» øß. o.o.ov on.o m°ø.ov noo.ov ~oo.o m°o.ov ~m oq- 08.9 ...ooåv mooóv .wooöv R T o~o.ov ~n.o moo.ov noo.ov noo.ov ßß @«| o~o.ov ~n.o moo.ov noo.øv ~oo.o Qø fi@| o~o.ov @°o.o n°o.cv nøo.ov ~oø.cv Nm Q.- ~.~ ø~.o n.~ o~.o -o.o °@.o ~m.o . < pop N _\m u om øm w =u ou =~ M2 ~< uh :Q øu =~ M2 wv wwfimnß .flmfiumuma amma m>Hm=ø .mnficmnfl -nßw >e nuet... :Dual P Hflwnmü n.~n n.~« fi.~« m.mn fi.nn fl._~ m.- fi.- fi.@~ n.fi~ m..~ fi.~ n.n 458 664 12 Exempel 2 Den i exempel l använda malmen upplöstes i form av ett vattenslam innehållande M4 g/l fast material i den i nämnda exempel beskrivna reaktorn efter det att följande förbättringar enligt föreliggande uppfinning utförts pa reaktorn. Ett centralt rör med 0,22 m diameter hade installerats i reaktorn och reaktorinnehallet bringades att strömma genom detta rör ner till tätt intill reaktorns botten och efter vändning vid botten uppat genom ett koncentriskt yttre rör till en vidgning upptill, fran vilken slammet leddes till inloppet till det centrala röret för ett nytt cirkulations- genomlopp. För upprätthållande av flödet användes en axiell pumpanordning, under vilken syre tillfördes i en mängd av 2 Nm3/h.

Upplösningsresultaten som är sammanställda i tabellen visar att den oxidativa upplösningen försiggick avsevärt mycket snabbare och avsluta- des med bättre slutresultat än vid föregående exempel. Till följd av oxide- ringen av sulfiderna löstes nickel och zink snabbt, sa snart som 8 h efter start. Koppar förekommer i lösningen med början redan efter omkring 12 h och även kobolt gar i lösning tidigare med klart högre utbyte. Som järn (Il) upplöst järn oxiderades effektivt till järn (III) med utfällning i tidiga stadier av upplösningen med resultat att pH hos lösningen i slutstadiet inte förblev lika lagt som det var i exempel 1. Tack vare detta ledde processen nu direkt till en lösning som innehöll ädla metaller, vilka var renare vad avser aluminium. 13 458 664 fl.~ m.~ Q." ~.fi mo.o @~o.o -.o @o.o o~«.o @o~.o fi~.o o<_.° mn.~ °«.~ - -fi+ @e.o @~o.° @..o @°.ø oow.o .-.o @n.o n~_.o o~.« =~.~ «~ fl~n+ . o@<.e @w°.ø m~.o @-.o o@.fl n<.~ ßfi fiofi+ ~o.o @~c.o -.o @o.o o«fi.a -~.o @~.o «_~.° o@.n °m.~ wfi o_n+ °@m.o «-.o «fl.o fio~.° an.~ fin.~ ~@ -n+ °@@.ø @~..o m~.o @o~.° om.n °fi.~ mm ~<~+ ~.@ w.~ m.fi @.n @o.o @~o.o o~.o @o.o o°@.o o@_.o ~«.o @-.° o@.fi °@.~ æm «-+ @.~ w.~ fi.fl n.fi ~°.o -o.o @~.ø ~o.o -.~ °~fl.o _<.o -..° °_.« °n.~ ma -n+ o.@ @.~ n.n @.fi «Q.o @~o.o @~.o @o.o °<.~ °«<.o -.o @@o.° c~.n o~.~ »Q ~.fi« @.~ ~.~ n.fi m.m @o.° o~o.o @~.e -.o n@.~ ~.~ n~.o w«o.° o«.~ o<.~ am ««n+ ~.@ ~@.o ~.~ .@.n w~.o w~o.o ~w.o -.o °~.o ~.~ noo.ø ~.o.°v o-.o ofin.o nn @~+ <~.o @~o.° ~.~ @«.o fi~.o @.@ -.o n~o.ø @n.o ~n.o « pop N ~\w u Om om v. :u ou :N u: _: om :u ou ...N dz 00 . nfiflmdu|:AmHuummH|mWM|| mæfimcm qmwwcmmu usa :E INHOQPÜB X0 u!! N .SHODMB m4 .E oo om Nm mm ...N ON .I Nä 458 664 14 Exempel 3 I prov enligt detta exempel användes en öppen tryckreaktor av det slag som visas i fig. 4, dock utan vidgningen upptill i reaktorn och syresepara- torn kring det centrala rörets övre parti. Reaktorns höjd var 30 m, dess diameter 0,5 m och innerrörets diameter var 0,35 m. I reaktorn cirkulerades sulfidhaltigt malmsiam med 50 vikt-% vid 7S°C. Oxidationen av sulfiderna förbrukade 55 kg O2/ton malm under dessa förhållanden. När slammet cirkulerades med hastigheten 0,8 m/s och syre tillfördes med i genomsnitt 3,8 kg O2/h och ton, var den erforderliga reaktionstiden 15 h. Syre inleddes till 8 m djup. Fran den genomsnittliga nivaökningen, 17 cm, kunde fördelningen och förekomsten av syrebubblor i ifrågavarande strömningskrets beräknas. Beräk- ningarna visade att syrebubblor uppträdde som vat gas i 3-4 vol-% omedelbart efter inmatningspunkten och syrebubblorna var nästan fullständigt utpumpade 15-20 m efter inmatningsstället. Syrebubblorna försvann totalt innan ström- men vände pa grund av upplösning och kemiska reaktioner. l reaktorn radde ett nedat ökande tryck, vilket accelererade bade upplösningen av syre och de kemiska reaktionerna. Det uppstigande flödet kring det centrala röret var när det började vid botten fritt fran gasbubblor. Allteftersom trycket minskade uppträdde emellertid ater gasbubblor, men dessa var emellertid obetydliga vid ytan och undersökningar visade att detta var pa grund av att mer än 90% av de syrebubblor som uppträdde i den uppatstigande strömmen drogs med slammet pa en ytterligare tur nedat genom det centrala röret. Detta medförde att det vid blandningssättet enligt uppfinningen var möjligt att na en syreverkningsgrad som var över 95%. Den ytterligt effektiva indragningen av gasbubblorna i cirkulation kan ha sina negativa effekter, speciellt i apparatutförandet enligt exemplet. Tekniskt syre innehåller totalt 0,596 Ar+N2 (huvudsakligen Ar) och detta argon kan vid cirkulationen anrikas. Vid provet tillfördes reaktorn syre pa sadant sätt att slamnivan ökade 0,30 m.

Slammets strömningshastighet var 0,8 m/s. Vid övre delen av stigröret franskildes da 0,ü8 m3 syre/h fran cirkulationen. Man kan beräkna att i en liknande situation, när de oxidativa reaktionerna förbrukar nästan allt syre, men inte argonet, kommer argon att anrikas med en faktor 15-75 om syretillförseln är exempelvis 10-50 kg/h. Mängden argon skulle da vara 7,5- 37,5 vol-% i den avgaende reaktorgasen. För att undvika denna situation är det lämpligt att använda vidgning vid reaktortoppen och syreseparation som visat i figurerna 5-8 vid övre delen av reaktorn. 458 664 15 Exempel 4 Eftersom informationer avseende lokala strömningsmotstand hos tredimensionella krökar av det slag som förefinns vid övre och undre ändarna i exempelvis ett utförande enligt fig. lt för olika dimensionsförhållanden mellan yttre och inre rör för beräkning av tryckfall är mycket sparsamma i litteraturen, har mätningar företagits med 13 olika förhållanden för att få fram värden av betydelse i sammanhanget. Med hjälp av kända beräknings- formler avseende tryckfall bestämdes följande dimensionsiösa kvantitet: Jífllêêåefg) Med användning av de ovan nämnda provningsresultaten bestäm- des förhållandet med tillämpning på tre reaktorer Tl, Tz och T; av typen enligt fig. 4 med användning av värdena i följande tabell, som grafiskt återges i fig. 10.

Mängd Dimension Reaktor Reaktor Reaktor T1 T2 T3 Reaktordiameter T m 0,5 2 8 Reaktorhöjd H m 30 30 30 Innerrörets diameter D m D D D Slamkoncentrati on p vikt.-% 50 50 50 Temperatur r °c so so so Slamkvantitet m kg/s 100 1600 25600 Slamdensitet P kg/m; 1455 1455 1455 Totalt tryckfall A P Pa A P AP A P Ehuru värdena i den ovanstående tabellen används för siammäng- den vid beräkningarna, förblir kurvans form väsentligen densamma.

Man kan av kurvorna se att tryckfallet vid en given slammängd m är lägst i omradet D/T=0,4-0,85, motsvarande ett förhållande mellan tvärsek- tionsareorna av 0,2-3,0. Valet av denna tvärsnittsarea är väsentlig vid oxidationsreaktioner enligt föreliggande uppfinning, eftersom en given slam- mängd (m) har förmågan att transportera en viss mängd syre. Att märka är emellertid att strömningshastigheten maste ligga över en viss gräns.

Claims (11)

458 6b4 PATENTKRAV

1. Sätt att införa syre eller gas innehållande syre i ett slam med högt fastsubstansinnehåll, vilket består av ett pulverformat fast material och en vätska, för lösning av syret i slammet och för att bringa det att effektivt reagera med slammet med låg energiförbrukning, k ä n n e t e c k n a t av att slammet tillförs övre delen av en motströmsbubblingszon av ett öppet rörformigt reaktionsrum med en höjd som är en mångfald av dess diameter och bringas att strömma nedåt under inverkan av en pumpanordning, att syre respektive gas innehållande syre tillförs motströmsbubblingszonen ovanför reaktorns botten på ett väsentligt avstånd från denna på ett eller flera ställen och samtidigt slamflödet stryps för uppnående av god dispersion av gasen, och därvid syret bringas att lösa sig i slammet och reagera med detta under ökning av trycket vid slammets nedåtgående rörelse, att riktningen hos slamflödet vänds väsentligen 1800 vid undre änden av det rörformade rummet i en zon, i vilken syret är löst, varvid flödeshastigheten vid vändpunkten hålles så hög, att sedimentation av fast material undvikes, och att slamflödet bringas att strömma uppåt genom en eller flera, rörformade eller ringforma- de uppåtströmningszoner, där syre återförgasas, varvid förhållandet mellan tvärsektionsareorna hos motströmsbubblingszonen och uppåtströmningszonen ligger i området 0,2-3,0 för upprätthållande av flödeshastigheten i den sistnämnda zonen på varje ställe i denna vid ett erforderligt högt värde, varefter återbildade, för reaktionen skadliga gasbubblor avlägsnas från slam- met i en vidgad del av uppåtströmningszonen, vilken även omger övre partiet av motströmsbubblingszonen och där slammets strömningshastighet minskas, varvid variationer i slamnivån vid variationer i slammets gasinnehåll utjäm- nas, samt att oupplöst syre återföra till cirkulationen i motströmsbubblings- zonen tillsammans med större delen av slammet, medan en del av slammet utmatas som överflöde över ett bräddavlopp hos det utvidgade partiet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att uppåtströmnings- zonen är anordnad ringformigt kring motströmsbubblingszonen.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att uppåtström- ningszonen består av en eller flera separata zonkanaler, som är belägna vid sidan om eller kring motatrömsbubblingszonen och är väsentligen parallella med denna. \7 458 664

4. En motströmsbubblingsreaktor för utförande av sättet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att dess höjd är en mångfald av dess diameter och att den består av ett motströmsbubbelrör (2), ett slamtillförselrör (1) som sträcker sig in i reaktorns övre del för inmatning av slam till motströmsbub- belröret (2), en pumpanordning (4) i form av en blandare inom motströms- bubbelröret (2) för cirkulering av slammet, varvid flödet paverkande skärm- plåtar (5) är anordnade vid motströmsbubbelrörets (2) innerkant ovanför blandaren (4) och ett flödet riktande galler (6) är anordnat under blandaren (4), ett eller företrädesvis ett flertal i motströmsbubbelröret belägna tillför- selrör (7) för inmatning av syre eller syrehaltig gas, samt venturianordningar (8) anordnade kring eller omedelbart under gastillförselrörens (7) mynningar, ett eller flera yttre rör (10) som sträcker sig väsentligen parallellt med motströmsbubbelröret (2), anordnat eller anordnade ringformigt eller bredvid - detta och anslutna till motströmsbubbelröret vid undre delen (9) av detta, varvid förhållandet mellan tvärsektionsarean hos motströmsbubbelröret (2) och tvärsnittsarean hos det eller de yttre rören ligger i omrâdet 0,2-3,U, en vidgning (11) vid övre delen av det eller de yttre rören (10), vilken även omger motströmsbubbelröret (2) vid dess övre ände, samt ett överströmnings- rör (17) för slamflödet, beläget vid den övre kanten (12) av vidgningen (ll) och genom vilken del av slammet avlägsnas ur reaktorn, under det att större delen av slammet atercirkuleras till motströmsbubbelröret (2).

5. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att det eller de yttre rören (10) ringformigt omger motströmsbubbelröret (2).

6. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att motströms- bubbelröret (2) vid sin undre ände (9) ansluter till ett antal separata yttre rör (10) som sträcker sig uppåt väsentligen parallellt med motströmsbubbelröret (2) och är anordnade kring detta.

7. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att motströms- bubbelröret (2) vid sin undre ände (9) ansluter till ett separat yttre rör (10) som bildar en liten vinkel med motströmsbubbelröret men dock är väsentligen parallellt med detta.

8. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e te c k n a d av att den har anordningar för cirkulering av slammet från vidgningen (11) tillbaka till motströmsbubbelröret (2) genom returrör (20).

9. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att blandaren utgörs av en roterbar propellerblandare (4) med en diameter som företrädes- vis är omkring 90% av motströmsbubbelrörets (2) diameter. 458 664 W

10. Reaktor enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att det yttre röret (10) är försett med gasutsläppningsrör (14).

11. ll. Reaktor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att övre delen av motströmsbubbelröret (2) är vidgat och att diametern hos den som pumpan- ordning anordnade propellerblandaren (4) är approximativt 90% av denna vidgnings diameter.