УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
DEVICE FOR LEACHING

Изобретение относится к химии и металлургии, в частности к гидрометаллургии, и может быть использовано при растворении различных веществ для окислительного выщелачивания металлов и соединений из руд, концентратов, промпродуктов обогащения, шламов и других материалов.
Для выщелачивания различного сырья традиционно используют агрегаты, представляющие собой резервуары, снабженные устройством для перемешивания - механическими мешалками, аэролифтами, импеллерами (1. Металлургия благородных металлов. (Зарубежный опыт). Меретуков М.А., Орлов A.M. - М.: Металлургия, 1990). Общим недостатком известных устройств для выщелачивания является невысокая скорость процесса и, как следствие, низкая производительность, что особенно существенно при переработке бедного сырья.
В частности, для цианистого выщелачивания золота из руд и концентратов используют реакторы, включающие емкость с патрубками ввода и выпуска пульпы и перемешиватель пульпы. Обычно перемешивание пульпы осуществляется посредством механических, пневматических или пневмомеханических мешалок. Интенсификация перемешивания и выщелачивания достигается при использовании систем внешней циркуляции реакционной смеси или нагнетания выщелачивающего раствора, осуществляемой центробежными насосами. Предложены варианты, в которых пульпа насосами откачивается из нижней или верхней части конусного реактора и насосом возвращается обратно в реактор (2. Патент РФ 2051982 от 10.01.1996, 3. РФ 2062806 от 27.06.1996, 4. РФ 2098503 от 10.12.1997, 5. Патент Японии, заявка №59-28 613, опубл. 14.07.84, 6. Патент РФ 2439174 от 10.11.11).
К недостаткам известных аппаратов с нагнетанием реакционной смеси или раствора в нижнюю зону реактора относится постепенное аккумулирование крупных частиц пульпы в нижней части аппарата, что приводит к снижению эффективности цианирования пульпы и увеличению продолжительности процесса выщелачивания благородных металлов в цианистый раствор.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является выбранная в качестве прототипа установка для выщелачивания благородных металлов из гравитационных концентратов, содержащая конический реактор с нижним патрубком ввода и верхним патрубком вывода реакционной смеси, узел для принудительной циркуляции, состоящий из насоса и соединительных труб (7. Фролов Ю.И., Шарапова О.И., Чернов В.К., Хомутов В.В. Переработка гравитационных концентратов благородных металлов. Колыма, 1987, №3, с.40).
В известной установке гравитационный концентрат выщелачивается в режиме "кипящего слоя" цианистым раствором, непрерывно подаваемым в конусный реактор снизу вверх через нижний патрубок при вершине. Раствор, выводимый из реактора через сливной патрубок в верхней части, поступает в зумпф насоса и затем снова нагнетается насосом в реактор, циркулируя, таким образом, по замкнутому контуру между сливным патрубком, зумпфом и реактором.
К недостаткам прототипа относится то, что выщелачивание гравиоконцентратов в режиме «кипящего слоя» не обеспечивает полного разделения контактирующих фаз из-за уноса восходящим потоком раствора мелких фракций. При цианировании материалов с более тонким измельчением, например флотоконцентрата, пульпа, выводимая из реактора в контур внешней циркуляции, содержит большое количество твердых частиц. В этих условиях насос принудительной циркуляции подвергается интенсивному износу. Для снижения данного негативного явления интенсивность ввода циркулирующих продуктов и перемешивания в реакторе вынуждены ограничивать. Соответственно ограничивается скорость выщелачивания.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков и имеет задачей увеличение скорости растворения. Технический результат выражается в повышении интенсивности перемешивания и уменьшении износа рабочего органа циркуляционного насоса.
Поставленная задача решается при использовании устройства для выщелачивания, включающего конический реактор с крышкой, нижним патрубком ввода и верхним патрубком вывода реакционной смеси, узел для принудительной циркуляции, состоящий из насоса и соединительных труб, отличающегося тем, что узел принудительной циркуляции включает внутренний и внешний контуры, при этом внутренний контур выполнен в виде трубы, которая расположена вертикально внутри реактора, причем нижним концом труба обращена к патрубку ввода, а в верхней части выполнена в виде дуги, расположенной в горизонтальной плоскости и прилегающей к внутренней стенке реактора, патрубок ввода снабжен соплом, при этом сопло и нижний конец трубы внутреннего контура образуют эжекционную систему, патрубок вывода реакционной смеси расположен по центру крышки реактора и погружен в реакционную смесь.
Вариант заявляемого устройства представлен на чертеже. Устройство включает конический реактор 1, циркуляционный насос 7, всасывающий реакционную смесь из выходного патрубка реактора 3, входной патрубок 6 реактора, снабженный соплом для нагнетания циркулирующей смеси, трубы внутреннего контура 2 и трубы внешнего контура 4. Для разгрузки реактора по окончании выщелачивания служит патрубок 5.
Устройство работает следующим образом. Исходный дисперсный материал (руда, концентрат, шлам и т.д.), содержащий ценный компонент, вместе с выщелачивающим реагентом в нужной пропорции в виде пульпы с помощью насоса 7 загружают в реактор до уровня, при котором выходной патрубок 3 оказывается погруженным в реакционную смесь. Жидкая часть (слив) реакционной смеси через выходной патрубок реактора выводится в контур внешней циркуляции и под давлением возвращается насосом 7 в нижнюю часть конуса реактора через сопло нагнетающего патрубка 6. Входной поток на высокой скорости, увеличенной при прохождении через сужающее сопло, устремляется в нижний расширенный торец (раструб) трубы, образующей внутренний контур циркуляции. При оптимальных расположении и диаметрах нагнетающего сопла и раструба возникает эффект эжекции, при котором в поток внутренней циркуляции вовлекается крупная песковая часть концентрата. В соответствии с контуром трубы реакционная смесь поднимается в верхнюю часть реактора и на высокой скорости «выстреливает» в горизонтальном направлении по касательной к внутренней стенке. Аналогичный характер ввода пульпы, только извне, реализуется в гидроциклоне. В результате в реакторе осуществляется разделение фаз. Твердая фаза по вращательной траектории опускается в нижнюю часть конуса и вновь увлекается в трубу внутренней циркуляции. Жидкая фаза реакционной смеси с тонкими частицами (слив) вытесняется в центр верхней части реактора и увлекается через выходной патрубок в контур внешней циркуляции. Таким образом, формируется два контура циркуляции. Внутри реактора циркулирует и перемешивается смесь твердого и раствора, а выщелачивающий раствор с минимумом твердых частиц циркулирует по внешнему контуру. Движущей силой перемешивания пульпы является насос, но при этом крупная абразивная часть концентрата в насос не попадает. Срок службы рабочего колеса насоса резко увеличивается. Без ущерба для насоса интенсивность циркуляции и скорость выщелачивания может быть также увеличена.
Дополнительное воздействие эжекционного узла, в котором возникают эффекты кавитации, приводит к более полному вскрытию тонковкрапленных в пустую породу ценных частиц и, как следствие, обуславливает повышенную степень выщелачивания.
С заявляемым устройством поставлен следующий эксперимент.
3
3
Реактор объемом 0,8 м имел форму конуса с диаметром в верхней части 0,7 м. Вход и выход циркуляционного насоса производительностью 12 м/час и давлением на выходе 4 Атм присоединен к соответствующим патрубкам реактора трубой диаметром 57 мм. Внутри реактора в соответствие с формулой изобретения укреплена труба диаметром 70 мм с раструбом в нижней части.
В реактор загружали пульпу, состоящую из золотосодержащего концентрата крупностью 100% - 1 мм и цианистого щелочного раствора, включали циркуляционный насос. Через заданные промежутки времени отбирали пробы раствора и анализировали его на содержание золота, после чего рассчитывали скорость (прирост массы золота в растворе) и степень растворения золота.
Для сравнения был проведен опыт выщелачивания в том же реакторе, но работающем по принципу прототипа без трубы внутренней циркуляции, сопла в нагнетающем патрубке и эжектирующего узла.
Результаты опытов представлены в таблице.
Продолжительность выщелачивания, час
Предлагаемое устройство
Устройство-прототип
Скорость выщелачи-вания, г/час
Степень выщелачивания, %
Скорость выщелачивания, г/час
Степень выщелачивания, %
0,5
77,6
24,0
58,3
18,0
1,0
64,8
62,0
51,8
37,0
1,5
51,4
77,0
43,9
58,0
2,0
40,5
91,1
36,2
63,0
3,0
9,2
95,5
10,5
72,0
10,0
10,5
96,2
17,2
90,2
После длительной эксплуатации установки в режиме предлагаемого в изобретении устройства (150 часов работы под нагрузкой) оценили состояние рабочего колеса насоса. Заметного износа не выявили.
Последующая эксплуатация установки по варианту прототипа привела к существенному износу через 100 часов.
Сопоставительный анализ известных технических решений, в т.ч. устройства, выбранного в качестве прототипа, и предполагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Благодаря введению в устройство контура внутренней циркуляции пульпы скорость выщелачивания золота из концентрата в предлагаемом устройстве 1,3-1,5 раза, чем аналогичный показатель в устройстве прототипа. Срок службы рабочего колеса насоса в предлагаемом варианте устройства в зависимости от характера перерабатываемого материала увеличивается в несколько раз.