专利名称：一种高效碳化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于冶金、化工行业反应设备领域，具体的说是用于制备各种化工产品(诸如CaC03、MgCO3> Al (OH) 3、碱式碳酸锌、白炭黑、MgO、CaO, Al
2 03、Ζη0等)的一种高效碳化设备；它是一机多用设备，在冶金行业可用于快速高效氰化浸取金银，同时它可用于快速高效氯化浸取贵金属，还可用于快速氧化低价金属离子为高价金属离子等，一机多用途设备。
背景技术：
目前化工行业实验和生产用碳化设备主要有①、鼓泡碳化塔(碳化时间较长约 4h)、②喷雾碳化塔(价格昂贵，小型企业用不起，望而止步)、③内循环碳化塔(实验室阶段) 等，主要存在问题是碳化塔用CO2气体必须加压硬送入体系反应腔里，且由于气液接触表面积小，液相主体厚度和液膜传质阻力较大而不利于气液反应，传质速率慢而反应时间长，要么设备造价高等。冶金行业特别是黄金矿山金银氰化浸取设备一般都采用常规的搅拌氰化浸取槽， 有的鼓入空气，有的鼓入氧气，存在主要问题是虽然串联4-6级氰化槽，但因氰化所需溶解氧浓度低，搅拌强度低(搅拌线速度仅有7. 5m/s左右)，故而气-固-液三相界面产生的膜厚、溶解氧和氰化物的传质阻力大，传质速率小，而氰化浸取时间长达左右。近年来有些矿山上了 “变压吸附制氧机组”鼓氧氰化设备(氧压一般IMPa)，浸取金银效果比常规全泥氰化设备好得多。近些年来，国内引进了不少国外先进技术，其中有从德国引进技术生产高剪切分散乳化机，PLM固液分散混合系统，其定子、转子结构非常独特、先进、科学，设备自身产生真空吸入固体粉末，并其高速旋转的转子外端产生15m/s以上线速度(最高可达40m/s)形成强烈的机械剪切，液层摩擦，撞击撕裂而充分分散、乳化、均质、破碎。这样就能极大地扩大了气-液接触面积，减薄了液相主体厚度，减少了液膜传质阻力，提高了反应及传质速率。
发明内容本实用新型的目的是要提供一种结构简单合理、气液接触表面积大，反应和传质速率高，设备造价低，一机多用途的高效碳化设备。本实用新型的目的是这样实现的，该设备包括带有搅拌器的调浆槽、与调浆槽连接的至少两个串联在一起的气液分散混合单元体。所述气液分散混合单元体包括碳化桶体，固定于上盖并设置在碳化桶体内部的气液分散混合装置。所述的碳化桶体采用可循环冷热液体的夹层式结构形式，一端带有物料进口，另一端带有物料出口。所述的气液分散混合装置包括电机，连接电机下面的空心结构搅拌杆，设置在搅拌杆上面的进气管，设置在搅拌杆下端的定子和转子。[0010]所述的每个气液分散混合单元体是通过管路连接在一起的，连接的方式是各气液分散混合单元体依次由高向低串联在一起。本实用新型具有以下优点和积极效果1、本实用新型是在德国技术PLM固液分散混合系统原理基础上，将固液分散混合装置改为气/液分散混合装置，即PLM设备自身产生真空吸入的不是粉末，而是系统反应所需的各种气体，例如CO2、空气、02、Cl2等，并将间歇式PLM桶体改成夹套形式以通液体控制体系反应温度(正、反向都可)，同时将几个间歇式气液分散混合单元体串联起来使之成为连续化操作生产。其间歇式气液分散混合单元体之间用管道连接起来，并按前后顺序依次有高度差，使体系反应物自动从第一个单元体流进2、3、4单元体，实现连续操作。2、本高效碳化设备是冶金、化工行业通用反应设备，即在化工行业它是碳化设备， 在冶金行业它是快速高效氰化浸取金银设备，又是贵金属(金、银、钼、钯等)高效氯化浸取设备，同时又是高效氧化设备，是一机多用途通用反应设备。3、该设备结构简单合理、操作方便，系统自身产生真空，而将系统反应所需各种气体在线吸入工作腔液流体，被高剪切的定、转子瞬间分散均勻，故而碳化、氰化(氯化、氧化) 速度快、效率高(比常规的高2-3倍)，大大节省能耗和时间，并且其反应产物质优粒径分布均勻。4、本实用新型属于冶金、化工通用设备。当用于以0)2气体碳化石灰乳、氢氧化镁、 CaCl2、MgCl2、MgS04、水玻璃、铝盐等溶液制备相应的化工产品时称作“一种高效碳化设备”； 当用于吸入空气或O2氰化浸取金银矿石时称作“一种快速高效氰化浸取金银设备”；当用于吸入Cl2氯化浸取贵金属(金、银、钼、钯等)时称作“一种高效氯化浸取贵金属设备”；当用于吸入空气、02、Cl2, H2O2等氧化剂来氧化各种低价金属离子为高价金属离子时称作“一种高效氧化设备”。
图1是一种高效碳化设备整体结构示意图。图2是本实用新型气液分散混合单元体结构示意图。
具体实施方式
由附图1所示该设备包括带有搅拌器的调浆槽1、与调浆槽1连接的至少两个串联在一起的气液分散混合单元体2。所述的每个气液分散混合单元体2是通过管路12连接在一起的，连接的方式是各气液分散混合单元体2依次由高向低串联在一起。由附图2所示所述气液分散混合单元体2包括碳化桶体3，固定于上盖4并设置在碳化桶体3内部的气液分散混合装置5。所述的碳化桶体3采用可循环冷热液体的夹层式结构形式，一端带有物料进口 6， 另一端带有物料出口 7。所述的气液分散混合装置5是公知的技术结构，即利用了德国技术PLM固液分散混合系统，它包括电机8，连接电机8下面的空心结构搅拌杆9，设置在搅拌杆9上面的进气管10，设置在搅拌杆9下端的定子和转子11。[0023]利用本发明高效碳化设备生产各种产品的实例①、 水玻璃吸收CO 2制备白炭黑其反应历程一般认为水玻璃水解=Na2O· nSi02+(2n+l) H 0 一 ^NaOH + nSi (OH)4碳酸钠生成:2Na0H+CO2 Na 2 CO3+ H2O硅酸脱水mSi(OH)4 滅 > SiO2 · nH 2 0+(2m-n)H20这些反应过程共需要几个小时(约4h)反应进行缓慢，是属化学反应控制，其中水玻璃的水解反应较慢，它的速度决定了整个吸收过程速度。CO2的传质速率主要受液膜传质阻力控制。本实用新型以其PLM核心结构即定子和转子系统，在高速旋转的转子产生的离心作用下产生真空，把(X)2气体从轴向吸入工作腔，被强劲的离心力将水玻璃和(X)2气体从径向甩入定、转子之间狭窄间隙中，受到离心挤压、撞击等作用力初步分散，同时在高速旋转的转子外端产生15m/S以上线速度(最高可达40m/s)形成强烈的机械及液力剪切、液层摩擦、撞击撕裂而充分分散、乳化、均质、破碎。从而极大地扩大了气-液接触面积，减薄了液相主体厚度，减少了液膜传质阻力，提高了反应及传质速率。实验结果证明采用本实用新型高效碳化设备制备白炭黑碳化时间不到池(鼓泡塔约需4h)，获得的微细颗粒产品吸油值DBP大大提高，保证获得合格产品目的。本实验采用20°Be'精水玻璃稀释到6°Be'— 10°Be'，并加一定量的表面活性剂预先分散乳化，在60—80°C下(夹套里通热水或蒸汽)，通(X)2气体碳化。碳化结果其物化数据非常令人满意，活性白炭黑产品质量指标达到并超过GB10517—89A类指标(比表面积/m 2 g 260，DBP 吸油值 /cm3g -1 > 30)。②、铝盐溶液碳化法制备微粉Al (OH) 3a、原料规格-,铝酸钙矿粉=Al2O3 47— 55%，CaO 25—35%, Fe 2 O3 1—6%, SiO 2
5 —10%。纯碱工业级。b、制备铝酸盐溶液一将纯碱配成适量浓度的溶液，与铝酸钙矿粉中的Al2O3进行等当量反应，其反应温度100—110°C，反应时间约2h，其反应式Ca(AlO2)2+ Na 2 CO3 — 2 NaAlO 2 + CaCO3 4c, Al (OH)3的生成一碳化反应制备微粉Al (OH) 3。将铝酸钠溶液中加一定量的表面活性剂预先分散、乳化、均质，放入高效碳化设备中，并给电启动电机，同时旋开(X)2气体阀门，使(X)2吸入NaAlA溶液中，高效碳化设备夹套中通冷却水使体系反应温度控制在35士5°C，待反应体系PH值6— 8时停止反应。反应过程中物料(NaAW2+ CO2)从第一个气液分散混合单元体顺流到最后一个气液分散混合单元体，碳化时间约为池。将反应产物Al (OH) 3经水洗、分离、过滤，待滤液无CO:止。d、干燥一滤饼(Al (OH)3)经110 V下烘干得微粉Al (OH) 3产品(粒度D5tl/ μ m约 3. 9—16)。③、从含金矿中快速高效氰化浸取金[0040]a、原料一原矿金品位7. 38g/t，金矿物赋存状态主要与脉石密切相关，仅有极少量金矿与褐铁矿连生，其中赋存脉石中的占78. 57%，在颗粒之间占15. 25%，在空洞中占 5. 40%，是属于易浸矿石。金矿物粒度较细小，均小于0.053mm，磨矿粒度-200目占90%。金的氰化浸出机理一在含氧的碱性氰化物溶液中，金的溶解过程按Eisner方程进行，并溶解生成相应的金氰络合物4Au + 8NaCN + O2+ H2O 一 4Na Au(CN)2 + 4NaOH (1)由(1)式可知，金的溶解速本不仅取决于氰化物浓度，而且与矿浆中的溶解氧浓度有关。没有氧的去极作用，溶金反应难以进行。氧的参与不仅决定了溶金反应能否进行(热力学),而&决定了反应速度(动力学)。根据溶液扩散理论，导出氰化物浓度[CN]与溶解氧
浓度I υ ]间的关系式为Dcn · [CN] = 8 D0 .(2)式中Dt . D分别为溶液中CN -和&的扩散系数。根据理论计算，[CN]和[02]之间有一获得金最大浸出速度的摩尔比，即[CN]/=6，生产实践中使用的氰化物浓度多在300— 400mg/L之间(约0. 03—0. 10%)，相对应的最佳氧浓度应为32. 6—43. 5mg/L,溶液中的饱和溶解氧浓度随所在地海拔高度和气温升高而下降，即使在海拔300m和10°C的地方，纯水中氧的饱和浓度也只有10.6mg/L左右，况且矿浆中的[02]还要降低，故远远达不到金溶解所需的最佳氧浓度。影响氰化浸取金速度的主要原因除溶解氧浓度以外，还有一个很重要的因素，即气一液一固三相接触表面积，金表面和溶解氧的氰化物液体之间的膜厚度及液膜传质阻力。氰化浸取金的反应较慢，常规的全泥氰化一般约需24—42h，是属化学反应控制。b、在矿浆浓度40士3%，[CN]0. 02—0. 03%, PH 10. 5—12的条件下，采用如图2所示
的，快速高效氰化浸取金设备，进行连续浸金试验。氰化浸取金所需氧量如同①所述机理， 设备本身产生的真空，从外界自动吸入空气，同理极大地扩大了气一固一液接触面积，减薄了液相主体厚度和减少了液膜传质阻力，而大大提高了反应及传质速率。实验结果浸金时间减到常规传统设备的1/2—1/3左右，金回收率提高1_洲左右，又减少了氰化物用量。
权利要求1.一种高效碳化设备，其特征在于该设备包括带有搅拌器的调浆槽(1)、与调浆槽(1)连接的至少两个串联在一起的气液分散混合单元体(2)。
2.根据权利要求1所述的一种高效碳化设备，其特征在于所述气液分散混合单元体(2)包括碳化桶体(3)，固定于上盖(4)并设置在碳化桶体(3)内部的气液分散混合装置 (5)。
3.根据权利要求2所述的一种高效碳化设备，其特征在于所述的碳化桶体(3)采用可循环冷热液体的夹层式结构形式，一端带有物料进口(6)，另一端带有物料出口(7)。
4.根据权利要求2所述的一种高效碳化设备，其特征在于所述的气液分散混合装置 (5)包括电机(8)，连接电机(8)下面的空心结构搅拌杆(9)，设置在搅拌杆(9)上面的进气管(10 )，设置在搅拌杆(9 )下端的定子和转子(11)。
5.根据权利要求1所述的一种高效碳化设备，其特征在于所述的每个气液分散混合单元体(2)是通过管路(12)连接在一起的，连接的方式是各气液分散混合单元体(2)依次由高向低串联在一起。
专利摘要本实用新型公开了一种高效碳化设备，该设备包括带有搅拌器的调浆槽、与调浆槽连接的至少两个串联在一起的气液分散混合单元体。本实用新型是在德国技术PLM固液分散混合系统原理基础上，将固液分散混合装置改为气/液分散混合装置，即PLM设备自身产生真空吸入的不是粉末，而是系统反应所需的各种气体，并将间歇式PLM桶体改成夹套形式以通液体控制体系反应温度(正、反向都可)，同时将几个间歇式气液分散混合单元体串联起来使之成为连续化操作生产。
文档编号B01J19/18GK201969555SQ20112005393
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者申容儒 申请人:申容儒