冶金设备基础课件

1、了解浸出的概念；浸出过程的类型，浸出剂的选择原则，浸出速率及其影响因素,浸出前对物料的预处理;掌握常用的浸出方法与典型设备；掌握搅拌的目的、方法和原理；了解固体与固体混合和混捏过程的方法、原理和特点。第3章 搅拌、混合与浸出学习目的与要求第1页/共35页了解浸出的概念；浸出过程的类型，浸出剂的选择原则，浸出速率及湿法冶金焙 烧浸 出浓 密电 积化学沉淀化学精炼电解精炼金属金属金属湿法冶金焙 烧浸 出浓 密化学沉淀金属净 化电积金属氧化物火法精炼非活性金属湿法冶金流程图活性金属湿法冶金流程图湿法冶金过程的心脏铜镍铅钴金银铝镁钛锌铀浸出的应用实例：湿法冶金、生物与食品加工工业及化学工业。硫酸或碳酸

2、钠溶液从矿石中浸出铀.硫酸或氨溶液从矿石中浸出铜。氰化钠溶液浸出提金、银、钻、锰、镍、锌等。第2页/共35页湿法冶金焙 烧浸 出浓 密电 积化学沉淀化学精炼电解精炼金3.1 浸出过程 1. 概念：用浸出试剂将固体颗粒中的有用组分选择性地提取出来的操作，属液固传质过程。 化学反应浸出：浸出剂和破碎成一定粒度的矿石进行液-固接触并产生学反应，而将有用组分选择性地提取出来的操作。 物理浸出：浸出过程并不涉及化学反应。 2.影响浸出过程是否经济的因素： 浸出是在水溶液中进行的化学反应，反应温度较火法低。影响浸出过程是否经济的因素有：反应速率、试剂消耗、固液分离和能耗；3.影响浸出速度的因素: 粒度、温

3、度、浸出剂浓度、矿物的离解程度和固体产物层。 浸出速度随矿石粒度减小而增加； 浸出过程受搅拌速度控制； 浸出速度随温度升高而加快； 浸出速度随浸出剂浓度的增加而加快； 浸出速度随矿浆密度减少而增加； 浸出速度受到浸出产物影响。第3页/共35页3.1 浸出过程 2.影响浸出过程是否经济的因素：3.一、盐溶液： 硫酸铁浸出硫化矿 氯化钠浸出硫酸铅 碳酸钠浸出铀矿 氰化钠浸出金和银 硫化钠浸出硫化矿物，形成多硫化合物： 硫代硫酸钠浸出用石盐焙烧矿石产生的氯化银二、氯水浸出硫化矿三、酸浸出氧化矿 四、碱浸出铝土矿中的铝、黑钨矿和白钨矿中的钨等。4. 工业上常用的浸出剂：5.浸出剂的选择原则： 必须与被

4、浸出矿物润湿且对 欲浸出组份的选择性； 浸出后固液分离能力好； 浸出剂易再生利用； 价格便宜。第4页/共35页4. 工业上常用的浸出剂：5.浸出剂的选择原则：第4页/共3浸出方法按使用的浸出剂分按固液相接触方式分按操作的工作压力分酸法碱法细菌浸出水浸渗滤浸出拌酸熟化 流态化浸出搅拌浸出常压浸出高压浸出原地浸出堆置浸出渗滤槽浸出机械搅拌浸出 空气搅拌浸出6.浸出方法的分类第5页/共35页浸按使用的浸出剂分按固液相接触方式分按操作的工作压力分酸法渗一、渗滤浸出原地浸出：矿体按一定布局钻孔，浸出剂通过孔道渗过矿体，并进行循环。在一定位置收集浸出液。适于不宜开采及运输的品位太低的矿石。地下堆浸：矿体在

5、原地经爆破或破碎后，取出少部分矿石，大部分破碎矿石留在原地按一定方法堆置，将浸出剂喷淋于矿石堆上，浸出液从矿石堆底排出，汇集回收。地表堆浸：不需细破碎的矿石按一定方式构筑成矿石堆，矿石堆可用浸出剂喷淋，也可浸没，从矿石堆底部收集浸出液。渗滤槽浸出：是一种将矿石(被浸物料)置于一个装有覆盖着过滤介质假底的槽中，浸出剂从顶部加入而渗经物料，浸出液从槽下部流出。适合于多孔及砂质物料，而不适合于被压实成无渗透性块的物料。层筑式的地表堆浸渗滤槽浸出第6页/共35页一、渗滤浸出原地浸出：矿体按一定布局钻孔，浸出剂通过孔道渗过二、(矿浆)搅拌浸出 搅拌浸出可在常压和加压下进行，对酸、碱、水浸出均实用。搅拌方

6、式主要有机械搅拌、空气搅拌、机械空气联合搅拌、喷射搅拌等。1常压搅拌浸出:机械搅拌槽和空气搅拌槽巴秋卡槽。集磨矿浸出于一体的设备直径10米、30米高的浸出塔机械搅拌浸出特点： 适合于固体颗粒较大的矿浆。操作简便、节能，有效容积利用率高。缺点是搅拌器易磨损、维修频繁。第7页/共35页二、(矿浆)搅拌浸出集磨矿浸出于一体的设备直径10米、30米气体搅拌在浸出过程中作用：使浸出物料中固液相均匀混 合并使相界面不断更新；防止粗砂沉积；某些物质如铀矿浸出时，空 气能起氧化剂的作用。无中心循环管巴槽：除工作整体的环流外，还有局部的涡流作用，可使矿浆混合均匀，而且设备结构最简单，易维修。但是粗砂易沉积槽底，

7、适用于固体物料颗粒较细的矿浆浸出。中心循环管低于矿浆液面的巴槽：由于循环管的作用，空气在管内的流速较高，对矿浆起到一定的提升作用，由此造成上部矿浆向下流动，底部矿浆向上流动，使矿浆沉积底部的现象基本得到克服。矿浆搅拌混合良好。巴秋卡槽巴秋卡槽：是一种空气提升搅拌的气液固三相反应器。适合于处理量大、含腐蚀性介质及含固量高的物料的操作。中心循环管高于矿浆液面的巴槽：在克服粗砂沉积槽底比前两者都好，但空气消耗量大，结构复杂。第8页/共35页气体搅拌在浸出过程中作用：无中心循环管巴槽：除工作整体的环流2.加压搅拌浸出 碱法搅拌浸出：系氢氧化钠、碳酸钠溶液和矿石作用而进行浸出,过程较缓和，设备腐蚀问题易

8、解决，为强化浸出，多采用加压搅拌。硫化矿物的水浸也用加压设备。 加压浸出特点：可在高于水溶液沸点温度下进行浸出操作，加压条件下可提高氧分压，从而增加溶液中氧浓度，强化浸出过程。 加压浸出设备：压力釜：浸出时间缩短、但消耗于压缩空气和搅拌矿浆的能量却要比常压巴秋卡槽多。卧式机械搅拌压力釜第9页/共35页2.加压搅拌浸出卧式机械搅拌压力釜第9页/共35页流态化矿浆浸洗塔浸洗塔的工作原理： 1.矿浆通过适当的进料装置进入 “进浆浓密段”，将矿浆中大部分水分离并从溢流堰排走。 2.浓密了的矿浆，靠重力沉降至“流态化洗涤段”，经“稀相段”下落至一个含矿浓度较高的“浓相段”。 3.浓相段下部装有洗液装置。

9、洗液主流向上，对下沉矿粒进行逆流洗涤，洗后的溶液经稀相段、浓密段溢流至所连接的浓密机，小部分洗液向下流动随底流排走。流态化浸洗的特点和效果： 液固无级逆流接触，传质推动力大 处理量大、占地面积小，利于自动控制； 全部水力操作，结构简单 低液固比操作，能从贫矿中提取较浓的浸出液： 用作矿浆洗涤时，洗水量少、渣品位低； 条件适当，可在一塔同时实现浸出、洗涤和分级。第10页/共35页流态化矿浆浸洗塔浸洗塔的工作原理： 流态化浸洗的特点和效7. 浸出前的准备预处理(1) 预处理的内容： 矿石的破碎、磨矿与分级； 矿石的物理除杂(除油等)； 矿石的离解(物理、化学，如热分解)； 矿石的物相转变(氧化、还

10、原及合成等)； 矿浆的加热、脱硅、包裹等； 矿物分选。(2) 预处理的方法： 焙烧(氧化、还原)；(3) 预处理的设备圆锥破碎机、球磨机、棒磨机；旋流分级机、筛分机；真空炉、干馏炉；沸腾炉、回转窑；脱硅机、合成槽；生物槽。(4) 预处理的特点多数情况下无直接产品；过程简单，为辅助工序；与环保紧密联系；设备为定型产品，只需选择。第11页/共35页7. 浸出前的准备预处理(3) 预处理的设备第11页/共3浸出液的后处理工艺吸 附离子 沉 淀气体沉淀 离子交换 溶剂萃 取结 晶电解电积 金属 沉淀 8.浸出液的后处理工艺：第12页/共35页浸吸 附离子 沉 淀气体沉淀 离子交换 溶剂萃3.2 搅拌与

11、混合强化冶金的手段3.2.1搅拌与混合的目的： (1)制备均匀混合物：如调和、乳化、固体悬浮、捏合以及固体混合； (2)促进传质：如萃取、溶解、结晶、气体吸收等； (3)促进传热：搅拌槽内加热或冷却。3.2.2搅拌与混合机理主体对流扩散湍流扩散分子扩散混合机理搅拌器高速旋转，使不同液体物料破碎成团，并使搅拌器周围液体产生高速液流后又推动周围的液体，逐步使搅拌罐内的全部液体流动起来。这种大范围的主体循环流动，使搅拌罐内的整个空间产生全范围扩散，形成主体对流扩散。叶轮机推动高速流体在流动时，与周围静止液体的界面处，存在较大的速度梯度，液体受到强烈的剪切，形成大量旋涡，旋涡又迅速向周围扩散，造成局部

12、范围内的物流运动从而形成液体的涡流扩散。由分子运动形成的物质传递，它是分子尺度上扩散宏观混合微观混合第13页/共35页3.2 搅拌与混合强化冶金的手段主体对流扩散湍流扩散分子扩混合效果： 平均浓度： ，调均度： 分隔尺度：表示液体中分散物的集中程度，或分散物的未分散部分 的大小。 分隔强度：描述分子扩散混合过程的影响，它表示邻近流体团块之 间分散物组分含量的差异，也表示团块中分散物组分含 量与平均组分的差别。 混合时间：使搅拌槽内物料的浓度或温度达到规定均匀程度所需 要的时间，又称为均匀化时间。表示样品与均匀状态偏离程度的物理量第14页/共35页混合效果：表示样品与均匀状态偏离程度的物理量第1

13、4页/共35流体的流型切向流轴向流 径向流 在无挡板槽内，流体的流动平行于搅拌桨所经历的路径，即打旋现象。此时流体主要从桨叶排向四周，卷吸至桨叶区的流量甚小，垂直方向的流体混合效果最差。流体进入桨叶并排出，沿着搅拌轴平行的方向流动。轴向流起源于流体对旋转叶片产生的升力反作用力。流体从桨叶以垂直于搅拌轴的方向排出，沿半径方向运动，然后向上、向下输送。桨叶的圆盘是产生径向流的主要原因。切向流 流体的流型：轴向流径向流第15页/共35页流体的流型切向流轴向流 径向流 在无挡板槽内，流体的流动平行搅拌浆偏心安装时的流型搅拌浆侧面插入时的流型侧面射流混合时的流型第16页/共35页搅拌浆偏心安装时的流型搅

14、拌浆侧面插入时的流型侧面射流混合时的机械搅拌器的类型：旋桨式搅拌器平直叶桨式搅拌器折叶桨式搅拌器开启平直叶涡轮式搅拌器开启弯叶涡轮式搅拌器第17页/共35页机械搅拌器的类型：旋桨式搅拌器平直叶折叶开启平直叶开启弯叶第圆盘弯式涡轮式搅拌器圆盘平直叶涡轮式搅拌器锚式搅拌器框式搅拌器螺带式搅拌器第18页/共35页圆盘弯式圆盘平直叶锚式搅拌器框式搅拌器螺带式搅拌器第18页/搅拌器的特点 桨式搅拌器涡轮式搅拌器推进式搅拌器属于径向流搅拌器，结构简单、叶片数少且尺寸大，搅拌转速低，对流体的剪切作用较弱，适用于搅拌低粘度流体。属于径向流搅拌器，应用范围广、适应性较强，适于搅拌低和中等粘度液体。属于轴向搅拌器

15、，直径小、转速高、循环流量大，适合于低粘度互溶液体混合，沉降速度低的固体悬浮，小容量的固体溶解以及搅拌传热等操作。锚、框式搅拌器螺带式搅拌器与旋桨式相似，液体在搅拌器内作径向流动，此搅拌器同样具有旋转半径、搅动范围广、转速慢、压头低等特点。桨式搅拌器的变形，它们的旋转半径更大、转速更低、产生的压头更小，但叶片搅动的范围很大。第19页/共35页搅拌器的特点 桨式搅拌器涡轮式搅拌器推进式搅拌器属于径向流搅3.2.3 搅拌与混合的方法及原理(1) 搅拌的方法机械 搅 拌：靠机械动力进行的搅拌，有桨式、 涡轮式和推进式；电磁 搅 拌：靠电磁感应施加力于搅拌介质；超声波搅拌：靠超声波振动而施加力于搅拌介

16、质；气力 搅 拌：靠气体带动周围的液体运动形成搅拌第20页/共35页3.2.3 搅拌与混合的方法及原理(1) 搅拌的方法机械 搅气力搅拌的类型喷射式气力搅拌底部弥散式气力搅拌沉没切向式气力搅拌靠空气的射流带动周围的液体流动，达到搅拌的作用。靠气泡上升时带动周围的液体运流动，达到搅拌的作用。靠沉没的空气从切向处流出带动周围的液体流动，达到搅拌的作用。气力搅拌的特点：A 使流体成分和温度均匀；B 提高了固-液相间的传热系数和传质系数；C 改善了两相间的反应速度；D 由于反应气体在金属液中高度弥散，提高了反应速度；或惰性气体气泡改变在气-液相界面上的热力学平衡条件，促进反应；E 若气体夹带所需的元素

17、喷入，可提高和稳定元素收得率。 气力搅拌原理： 用空气的射流或气泡上升时带动周围的液体运动，达到搅拌的作用。气力搅拌：第21页/共35页气力搅拌的类型喷射式气力搅拌底部弥散式气力搅拌沉没切向式气力电磁搅拌：电磁搅拌的组成：感应器、变频电源、冷却系统和拖动系统等组成。电磁搅拌器相当于一个直线电机。感应器相当于电机的定子，铝熔液相当于电机的转子，当感应器线圈内通以交变电流时，产生行波磁场，磁场和熔池中金属液体相互作用产生感应电势和感生电流，进而产生电磁力，推动金属液体定向运动，起到搅拌作用。电磁搅拌的原理：在电磁场作用下金属液体整个地受电磁力的作用，由于磁场梯度不同而产生运动。电磁搅拌的特点：非接

18、触式搅拌。变频器进线及控制柜感应器变压器水泵电解铝使用的电磁搅拌装置设置实例日本神户制钢电机公司开发的用于搅拌金属液电磁搅拌装置，是一种应用电磁感应原理炉底式电磁搅拌装置。 电磁搅拌加热器电磁搅拌A-冶炼中；b-扒渣时超声波搅拌的原理：在超声波场作用下液体整个地受波动力的作用而产生运动。超声波搅拌特点：非接触式搅拌。第22页/共35页电磁搅拌：变频器进线及控制柜感应器变压器水泵电解铝使用的电磁3.1.4 搅拌器的选用： 根据被搅拌介质粘度、搅拌介质温度、被搅拌介质的环境、搅拌器的适用条件选取；搅拌器型式流动状态搅拌目的容积范围m3转速范围r/min最高粘度Pas对流循环湍流循环剪切流低粘度液体

19、混合高粘度液体混合分散固体溶解固体悬浮气体吸收结晶换热液相反应涡轮式浆 式折叶开启涡轮式推进式锚 式1100102001100011000110010300103001030010050011005025050100搅拌器型式适用条件例:低粘度混合推进式机械搅拌； 分散过程涡轮搅拌； 浸出、固体悬浮机械或气力搅拌； 固体溶解蒸汽或涡轮搅拌; 结晶机械搅拌；换热推进搅拌第23页/共35页3.1.4 搅拌器的选用：搅拌器流动状态搅拌目的容积转速范围3.2.5 搅拌设备的组成：容 器：湿法冶金多为罐、釜(立式或卧式)或槽通常为圆柱体；火法冶金多为炉、包和器；搅拌装置：机械式、气动式、感应式、波导式及

20、其他；搅拌附件：挡板、导流筒、制雨器、循环泵及其他。机械搅拌设备的结构1-搅拌器 2-罐体 3-搅拌轴4-搅拌附件 5-轴封 6-传动装置罐体：罐底通常有碟形、椭圆形或平底。除特殊情况外，应避免锥形底、方形或带棱角的容器，容易造成死角区域。第24页/共35页3.2.5 搅拌设备的组成：机械搅拌设备的结构罐体：罐底通常搅拌附件：通常指在搅拌罐内为了改善液体流动状态而增设的部件，如挡板和导流筒等。 (1)挡板：可以消除搅拌罐内液体的打旋现象使被搅拌的液体上下翻腾。(2)导流筒：一方面是搅拌罐内的液体流型得到严格的控制，为循环限定了路线，强化循环流动状态，有助于防止流体短路，消除死区。另一方面是使罐

21、内所有物料均可通过导流筒内的强烈混合区，提高了混合效果。挡板的安装方式导流筒安装方式第25页/共35页搅拌附件：通常指在搅拌罐内为了改善液体流动状态而增设的部件，3.3 机械搅拌的功率计算 搅拌功率的计算是选择电动机的主要依据。3.3.1功率曲线 通过因次分析法，可得出以下功率关联式：标准搅拌装置搅拌功率曲线第26页/共35页3.3 机械搅拌的功率计算标准搅拌装置搅拌功率曲线第26页/(1)Re104后 ： Re300时，无挡板时，Fr不能忽略， ，其中 , 和列于右表中，及为由实验确定的无因次常数。搅拌器的型式d/D 螺旋式涡轮式六平叶涡轮0.480.370.331.300.220.300.

22、32.62.32.11.701.01.018181818184040Re300几种无挡板搅拌装置的和有挡板时第27页/共35页(1)Re10区为层流。搅拌器的型式d/D 螺旋式0.例题:在一标准装置内搅拌溶液，d=0.61m，n=90r/min, =1489kg/m3，=12mPas，求有挡板和无挡板时搅拌功率各为多少？解：(1)有挡板时，该搅拌系统的功率曲线，其雷诺数为:第28页/共35页例题:在一标准装置内搅拌溶液，d=0.61m，n=90r/m(2) 无挡板时，要考虑Fr：由表得知六平叶涡轮(标准装置)时，=1，=40,则: 当Re=6.97104时，查功率曲线2得=1.1可见，有无挡板

23、消耗功率之比为:4.6 第29页/共35页(2) 无挡板时，要考虑Fr：第29页/共35页3.4捏合与固体混合(1)捏合 概念：在混合的物料中，至少有一种是固体，一种是高粘度流体的 混合。 实例：制备均匀的塑性物料或膏状物料：在粉料中加入少量液体 均匀混合物：在高粘稠物料内加入少量粉料或液体添加剂。 特点: 达到均匀所需的时间很长；需要输入更多能；剪切力分散效 果好；过程伴随着加热或冷却。(2)混合 概念：固体与固体的混合，它是一个减少组分，得到混合物非均匀 性的过程。 型式：扩散混合、对流混合和紊流混合。 特点：达到均匀所需的时间不能太长；粒度、物性影响很大。混合 的同时也离析。第30页/共35页3.4捏合与固体混合第30页/共35页本章小结浸出过程的类型还原浸出氧化浸出络合浸出简单