一種用于NO_X循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法

專利名稱：一種用于NO_X循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法
技術領域：
本發明屬冶金化工中黃金提取預處理技術領域，特別是涉及一種用于NOx循環催化氧 氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法。
背景技術：
隨著黃金資源的多年開發利用，世界上易氰化的黃金礦石資源愈來愈少，人們逐漸轉 向利用難氰化的金礦資源和氰化尾渣二次綜合利用，尤其是黃金價格持續走高，這些資源 更是成為提金的主要原料。但是這些資源直接氰化，提金率很低，必須進行預處理才能提 高它的提金率。預處理工藝主要有焙燒氧化法、加壓氧化法、常壓氧化法、細菌氧化法、 微波焙燒法等。這些預處理工藝主要缺點在于每一種方法只是對某一種或某幾種類似金礦
有較好的預處理效果，應用面較窄；難浸金礦中金、銀、鉑等貴金屬的提取率低，同時金 礦中鐵、硫、砷等元素綜合利用率也低；在工藝的運行中，操作復雜，參數控制多，成本 高，同時產生大量三廢，嚴重污染環境。
硝酸是一種很好的"分子氧載體，是一種能在氣相中再生，又在水中有很高溶解度的 催化劑，它在硫化床表面還原時陰極電位也高，可顯著降低硫化礦氧化酸浸所需的溫度和 氧壓，是濕法冶金的重要研究方向，但是傳統硝酸處理法存在硝酸難再生，而且排放大量 尾氣污染環境，硝酸催化氧化法能否廣泛應用關鍵在于研制提供一種能不排放尾氣，使 NOX循環利用，同時有效提高反應速度的工藝設備。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦 的反應系統和方法，以克服傳統硝酸法預處理難浸金礦的不足同時能使氣一液一固三相融 合在一起，固相在液相中處于懸浮流化狀態，氣相能循環利用不產生"三廢"，提高礦物 氧化速率，用于難浸金礦或氰化尾渣氧化的新型反應系統。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種用于NOx循環催化氧氣氧化 預處理難浸金礦的反應系統和方法主要有進料口 (1)，反應器(4)，溫控儀(8)，氣體
流量計(12)，隔膜式空氣壓縮機(13)，氣體干燥塔(14)，供氧系統(16)和氣體緩沖 罐(19)組成，其特征在于上部有進料口 (1)，通過進料閥門(3)連接到反應器(4) 上，在反應器(4)的下部設置一層氣體分布板(9)，再下接一個帶進氣閥門(10)的進 氣口，在氣體分布板(9)上一點側壁開一個放料口 (11)，在反應器(4)的上側壁開一個出氣口；在氣體分布板(9)以上10cm處設置一個放溫度計的盲管(5)用于插溫度計， 測量液體溫度；溫控儀(8)的加熱帶(6)直接綁在反應器(4)上給體系加熱，反應器 (4)的出氣口連接到氣體緩沖罐(19)的進氣口，氣體緩沖罐(19)的另一個進氣口通 過進氧氣閥門(17)連接到供氧系統(16)，給體系加氧氣，氣體緩沖罐(19)的出氣經 過一個氣體干燥塔(14)連接到隔膜式空氣壓縮機(13)，隔膜式空氣壓縮機(13)的抽 動是氣體循環的動力，隔膜式空氣壓縮機(13)的出氣流過一個氣體流量計(12)連接到 反應器(4)下部的進氣口，形成一個封閉的循環氣路；在反應器(4)上部進料口 (1) 進料，下側壁放料口放料(11)，使反應連續穩定進行。
反應器(4)總長度70cm,筒體長度為45cm，內徑為9cm,進料閥門(9)孔徑1.2cm， 進氣閥門(10)孔徑0.8cm，出氣孔徑化m,放料孔徑2cm,放溫度計的盲管(5)與反 應器(4)的筒體側壁成3(T 。反應器(4)的氣體分布板(9)的孔徑為1-2mm，孔與孔 之間間隔3-5mm。
氣體緩沖罐(19)形狀是圓柱型的，內徑為25cm，長度70cm,下側壁開了兩個進氣口， 一個連接反應器(4)， 一個進氧氣，孔徑為1cm,上側壁開了一個孔徑為1cm的出氣口， 正下面做成一個漏斗狀帶閥門的放料口 (18)，孔徑為1cm，用于回用冷凝水。
氣體千燥塔(14)中的干燥劑是變色硅膠，用于干燥氮氧化物氣體，保護隔膜式空氣 壓縮機(13)。
隔膜式空氣壓縮機(13)是耐硝酸和防氮氧化物氣體氧化的壓縮機。
金礦難浸最主要的原因是硫化物和硫砷化物對金的包裹，從而阻礙金與反應試劑的接 觸。硝酸在酸性條件下預處理難浸金礦的反應方程式
2FeS2 + 10HNO3 —Fe2(S04) 3 + H2S04+ 10NO + 4H2O 6NO + 302 — 6N02 6N02+2H20 —4HN03 + 2NO
總反應為4FeS2 + 1502 + 2H20—2Fe2(S04) 3 + 2H2S04
從以上反應可以看出硝酸是催化劑，氣相中生成的N02很容易在液相中還原成硝酸， 這就為氣相直接循環反復使用，只要補充氧氣，就能用少量的硝酸處理大量的礦提供了可 能。在這個反應過程中存在氣、液、固三相，又由氣-液-固三相流化床具備相間接觸面積 大、相間混合均勻、傳熱傳質效果好和溫度易于控制等密閉的反應系統來預處理難浸金礦。
為實現上述目的，本發明采取的技術方案為
一種用于預處理氧化難浸金礦的密閉的反應系統主要包括流化床反應器、氣體緩沖 罐、氣體循環動力空氣壓縮機、溫度控制儀、供氧系統。其特征是用管道將反應器、緩 沖灌、壓縮機等連接起來構成一個封閉的系統。反應器設計成直立圓拄狀，從底部進氣， 經過氣體分布板，形成氣-液-固三相混合體系，在氣體動力和固體自身重力的作用下，使 固體處于上下流動懸浮中。在分布板以上一定的位置，設置一個內置的盲管，插入溫度計， 把溫控儀的加熱帶直接綁在反應器的表面給反應加熱，通過溫控儀來調節所需的反應溫 度。在反應器的正上部設置個進料系統給體系加料使反應連續進行，在其下側壁設計一個 帶閥門的放料口，在上側壁設計個出氣口，出氣口通過管子連接到氣體緩沖罐，在圓拄狀 緩沖罐正下部設計一個帶闊門的放液口，上側壁開一個口，下側壁開兩個口， 一個進氧氣， 一個接反應器，由于二氧化氮的密度比空氣大以及為了使一氧化氮遇氧生成二氧化氮有一 定的時間，采用下進氣，上出氣。出氣經過干燥系統連接到壓縮機，干燥系統干燥循環氣 體來保護壓縮機，延長其使用壽命。壓縮機一是氣體循環的動力，二是壓縮機抽空氣的時 候，使反應器的上部形成一個負壓的狀態，在進料的時候就能減少二氧化氮逸出。氣體經 過壓縮機再通過一個氣體流量計連接到反應器底部進氣口 。流量計起氣體流量指示和調節 作用。氣體在這個封閉的系統中循環運動，通過在反應器上部進料，下側部出料使反應連 續進行。
所述的氣體分布板為能減少進氣氣徑使之在面上均勻分布，同時能有效減少液體和固
體流下來。孔徑為l-2mm，孔與孔之間間隔3-5mm,實驗中發現采用3號砂心分布板阻力 過大同時孔徑小礦容易睹住給連續反應造成困難。采用上述孔徑比3號砂心分布板更有優 勢。
所述的反應器從分布板到上氣體出口長度45cm，總長度70cm,內徑為9cm。 所述的氣體緩沖罐內徑為25cm,長度為70cm,設計了大小兩種體積的緩沖罐，實驗表明， 緩沖罐體積大小能影響氣體吸收和封閉體系壓力，從而影響連續進料的間隔時間。
所述的空氣壓縮機為能耐硝酸，耐二氧化氮的壓縮機。 本發明用于難浸金礦或氰化尾渣氧化反應器的工作過程為
先將管道連接好，關好閥門，將實驗所需的水通過進料口加入到反應器中，打開溫控 儀加熱，當溫度計指示達到實驗需要的溫度， 一次性加入一定量的硝酸和硫酸，然后加入一定量的氰化尾渣，關上進料閥門，打開反應器進氣闊門，啟動壓縮機，反應持續進行。 間隔加尾渣的時間比較重要，實驗表明間隔短加料，反應產生氣體的速率遠大于吸收速率 時使封閉系統形成正壓，此時加料就有一部分氣體逸出，在實驗中發現， 一次加50g尾渣， 間隔半小時加料是合適的。間隔時間長會增加運行成本，浪費資源。在反應的過程中用供 氧系統給體系通氧氣。
反應結束后，關閉電源停止給體系加熱，關上供氧系統停止給體系通氧氣。然后關上 壓縮機。反應后的礦物從放料口取出來。
有益效果
(1) 設備簡單，用工業氧氣氧化成本低，氣體通過壓縮機加入到反應器中具有強烈攪 拌作用，使礦漿混合均勻，反應效果好，并且省掉了攪拌電機、攪拌槳裝置。
(2) 不使用攪拌槳，加壓釜密封效果更好，維護簡單。
(3) 氧化過程采用低溫常壓，使得操作安全，節省能源。
(4) 采用硝酸氧化，硫、砷元素被氧化成硫酸砷酸化合物，不產生含硫、砷等廢氣， 減少環境污染。
(5) N0X在密閉的系統中循環利用，基本上不排放氮氧化物尾氣，減少環境污染； 同時NOx循環利用，在液相中生成硝酸，延緩了液相中硝酸濃度的下降，提高了氧化速 率，縮短了氧化同量尾渣的時間。
(6) 實驗比較了 N0X循環利用和吸收排空，發現，隨著尾渣的不斷加入，吸收排空 反應，液相硝酸基本沒有，而循環利用的，液相硝酸濃度維持在原硝酸濃度1/3。可見同 樣的硝酸量，循環利用能處理更多的氰化尾渣。


圖1為本發明用于難浸金礦氧化的反應系統的結構示意圖； 圖中標號分別為
1、進料口， 2、貯料室，3、進料閥門，4、反應器，5、放溫度計的盲管，6、加熱帶， 7、溫控儀傳感儀，8、溫控儀，9、氣體分布板，10、進氣閥門，11、放料口， 12、氣體流 量計，13、隔膜式空氣壓縮機，14、氣體干燥塔，15、變色硅膠干燥劑，16、供氧系統， 17、進氧氣閥門，18、放料口， 19、氣體緩沖罐。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術 人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限 定的范圍。
實施例1
一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法主要包括反應 器4、氣體緩沖罐19、干燥塔14、氣體循環動力空氣壓縮機13、供氧系統16和溫度控 制儀8。先用硅膠管子把反應器4的出氣口連接到氣體緩沖罐19的進氣口，緩沖罐19的 出氣口通過干燥塔連接到隔膜式空氣壓縮機13的進氣口，隔膜式空氣壓縮機13的出氣口 經過氣體流量計12連接到反應器4的進氣口，形成一個封閉循環的氣路。供氧系統16 連接到緩沖罐19的另一個進氣口，給體系提供足夠的氧氣。溫控儀加熱帶6纏在反應器 4的筒壁上，溫控儀傳感儀7也綁在其上，通過調空溫控儀8給體系加熱到所需的溫度。 在實驗開始時，先準備好實驗所需，連接好管路，關上反應器4的進氣閥門10和氣體緩 沖罐19的放料口 18，把實驗所用的水通過進料口 1加到貯料室2中，蓋上進料口的塞子， 打開進料闊門3，水流入到反應器4中，關上進料閥門3，打開溫控儀8給水加熱，當溫 度計指示達到預設定的溫度，把硝酸和硫酸一次性加入到反應器4中，然后加入50 ml 水和50g尾渣的混合物，立即關上進料閥門3，打開進氣閥門10，啟動隔膜式空氣壓縮機 13，使氣體在封閉系統中循環運動，氣相、液相和固相在反應器4中混合，形成懸浮流化 狀態，這個過程中催化氧化難浸金礦或氰化尾渣。在反應的過程中，打開進氧氣閥門17， 給體系補充氧氣。間隔半小時，先打開氣體緩沖罐19的放料口 18，把其中的冷凝水回加 到反應器4中，然后從反應器4放料口 11取出一部分的混合液，再加入同樣量的水和尾 渣，使反應持續進行。當達到設定的反應時間，先停止加熱，關上隔膜式空氣壓縮機13 同時關上進氣閥門10，把所有反應液從反應器4放料口 11取出， 一次反應終止。反應液 進行抽濾，濾渣進行氰化提金，濾液萃取鐵制造鐵紅，使資源達到綜合利用。
權利要求
1、一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法主要有進料口(1)，反應器(4)，溫控儀(8)，氣體流量計(12)，隔膜式空氣壓縮機(13)，氣體干燥塔(14)，供氧系統(16)和氣體緩沖罐(19)組成，其特征在于上部有進料口(1)，通過進料閥門(3)連接到反應器(4)上，在反應器(4)的下部設置一層氣體分布板(9)，再下接一個帶進氣閥門(10)的進氣口，在氣體分布板(9)上一點側壁開一個放料口(11)，在反應器(4)的上側壁開一個出氣口；在氣體分布板(9)以上10cm處設置一個放溫度計的盲管(5)用于插溫度計，測量液體溫度；溫控儀(8)的加熱帶(6)直接綁在反應器(4)上給體系加熱，反應器(4)的出氣口連接到氣體緩沖罐(19)的進氣口，氣體緩沖罐(19)的另一個進氣口通過進氧氣閥門(17)連接到供氧系統(16)，給體系加氧氣，氣體緩沖罐(19)的出氣經過一個氣體干燥塔(14)連接到隔膜式空氣壓縮機(13)，隔膜式空氣壓縮機(13)的抽動是氣體循環的動力，隔膜式空氣壓縮機(13)的出氣流過一個氣體流量計(12)連接到反應器(4)下部的進氣口，形成一個封閉的循環氣路；在反應器(4)上部進料口(1)進料，下側壁放料口放料(11)，使反應連續穩定進行。
2、 根據權利要求1所述的一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系 統和方法，其特征在于反應器(4)總長度70cm，筒體長度為45cm，內徑為9cm，進料 閥門(9)孔徑1.2cm，進氣閥門(10)孔徑0.8cm，出氣孔徑lcm，放料孔徑2cm，放溫 度計的盲管(5)與反應器(4)的筒體側壁成30。。反應器(4)的氣體分布板(9)的孔 徑為1 -2mm，孔與孔之間間隔3-5mm。
3、 根據權利要求1所述的一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系 統和方法，其特征在于氣體緩沖罐(19)形狀是圓柱型的，內徑為25cm,長度70cm,下側 壁開了兩個進氣口， 一個連接反應器(4)， 一個進氧氣，孔徑為lcm,上側壁開了一個孔徑 為lcm的出氣口，正下面做成一個漏斗狀帶閥門的放料口 (18)，孔徑為lcm，用于回用 冷凝水。
4、 根據權利要求1所述的一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系 統和方法，其特征在于氣體干燥塔(14)中的干燥劑是變色硅膠，用于干燥氮氧化物氣 體，保護隔膜式空氣壓縮機(13)。
5、 根據權利要求1所述的一種用于NOx循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系 統和方法，其特征在于隔膜式空氣壓縮機(13)是耐硝酸和防氮氧化物氣體氧化的壓縮 機。
全文摘要
本發明涉及一種用于NO_X循環催化氧氣氧化預處理難浸金礦的反應系統和方法，反應系統反應器、氣體緩沖罐、氣體干燥塔、隔膜式空氣壓縮機、供氧系統、溫控儀，各部分用管道串聯，反應器頂部進料口加料，下側壁出料。方法壓縮機出氣經流量計連接到反應器底部進氣口，經分布板使反應器中液、固相混合均勻，形成氣-液-固三相流化狀態，上側壁出氣連接到緩沖罐，再經干燥塔接到壓縮機，形成一個封閉循環系統，供氧系統在反應中給體系補充氧氣，NO_X在這個過程中循環催化氧氣氧化難浸金礦或氰化尾渣以提高其氰化提金率，該設備屬于冶金化工中黃金提取預處理設備技術領域。本發明的優點是能強化傳質和傳熱、NO_X循環利用能延緩液相硝酸濃度下降，提高礦物氧化速率、減少了硝酸用量降低成本，無尾氣排放沒有環境污染、設備簡單可連續操作。
文檔編號C22B3/00GK101624648SQ20091005651
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者劉廣濤, 明 奚, 孫利娜, 李登新, 林 楊, 翟毅杰, 鄢祖喜, 陳曉艷 申請人:東華大學