冶金设备基础课件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒体教学课程：冶金设备基础任课教师：徐瑞东了解浸出的概念；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。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。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，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。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。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。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：3.2搅拌与混合—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质；气力搅拌：靠气体带动周围的液体运动形成搅拌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：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。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。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例题:在一标准装置内搅拌溶液，d=0.61m，n=90r/min,ρ=1489kg/m3，μ=12mPa·s，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:(2)无挡板时，要考虑Fr：由表得知六平叶涡轮(标准装置)时，α=1，β=40,则:当Re=6.97×104时，查功率曲线2得φ=1.1可见，有无挡板消耗功率之比为:4.63.4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。本章小结①浸出过程的类型还原浸出氧化浸出络合浸出简单溶液浸出②浸出剂选择原则必须与欲处理矿湿润且选择性溶出浸出后液固分离性能好溶剂易再生利用价格便宜③浸出速度及其影响因素原矿及浸出剂性质浸出剂浓度搅拌强度浸出温度④浸出前对物料的预处理破碎与磨矿(氧化或还原)焙烧(氧化、活化)处理预(1)浸出的基本知识①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(2)常用的浸出方法与典型设备②典型的浸出设备渗透浸出槽立式机械(空气)搅拌罐卧式机械(空气)搅拌罐高压釜(3)搅拌与混合的基本概念①搅拌与混合目的制备均匀混合物促进传质促进传热②混合机理主体对流扩散湍流扩散分子扩散③混合效果调匀度分隔尺度与分隔强度混合时间④流体混合的流型切向流轴向流径向