冶金設(shè)備基礎(chǔ)課件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒體教學(xué)課程：冶金設(shè)備基礎(chǔ)任課教師：徐瑞東了解浸出的概念；浸出過程的類型，浸出劑的選擇原則，浸出速率及其影響因素,浸出前對物料的預(yù)處理;掌握常用的浸出方法與典型設(shè)備；掌握攪拌的目的、方法和原理；了解固體與固體混合和混捏過程的方法、原理和特點(diǎn)。第3章攪拌、混合與浸出學(xué)習(xí)目的與要求濕法冶金焙燒浸出濃密電積化學(xué)沉淀化學(xué)精煉電解精煉金屬金屬金屬濕法冶金焙燒浸出濃密化學(xué)沉淀金屬凈化電積金屬氧化物火法精煉非活性金屬濕法冶金流程圖活性金屬濕法冶金流程圖濕法冶金過程的心臟銅鎳鉛鈷金銀鋁鎂鈦鋅鈾浸出的應(yīng)用實(shí)例：濕法冶金、生物與食品加工工業(yè)及化學(xué)工業(yè)。硫酸或碳酸鈉溶液從礦石中浸出鈾.硫酸或氨溶液從礦石中浸出銅。氰化鈉溶液浸出提金、銀、鉆、錳、鎳、鋅等。一、鹽溶液：硫酸鐵—浸出硫化礦氯化鈉—浸出硫酸鉛碳酸鈉—浸出鈾礦氰化鈉—浸出金和銀硫化鈉—浸出硫化礦物，形成多硫化合物：硫代硫酸鈉—浸出用石鹽焙燒礦石產(chǎn)生的氯化銀二、氯水—浸出硫化礦三、酸—浸出氧化礦四、堿—浸出鋁土礦中的鋁、黑鎢礦和白鎢礦中的鎢等。4.工業(yè)上常用的浸出劑：5.浸出劑的選擇原則：必須與被浸出礦物潤濕且對欲浸出組份的選擇性；浸出后固液分離能力好；浸出劑易再生利用；價格便宜。浸出方法按使用的浸出劑分按固液相接觸方式分按操作的工作壓力分酸法堿法細(xì)菌浸出水浸滲濾浸出拌酸熟化流態(tài)化浸出攪拌浸出常壓浸出高壓浸出原地浸出堆置浸出滲濾槽浸出機(jī)械攪拌浸出空氣攪拌浸出6.浸出方法的分類一、滲濾浸出原地浸出：礦體按一定布局鉆孔，浸出劑通過孔道滲過礦體，并進(jìn)行循環(huán)。在一定位置收集浸出液。適于不宜開采及運(yùn)輸?shù)钠肺惶偷牡V石。地下堆浸：礦體在原地經(jīng)爆破或破碎后，取出少部分礦石，大部分破碎礦石留在原地按一定方法堆置，將浸出劑噴淋于礦石堆上，浸出液從礦石堆底排出，匯集回收。地表堆浸：不需細(xì)破碎的礦石按一定方式構(gòu)筑成礦石堆，礦石堆可用浸出劑噴淋，也可浸沒，從礦石堆底部收集浸出液。滲濾槽浸出：是一種將礦石(被浸物料)置于一個裝有覆蓋著過濾介質(zhì)假底的槽中，浸出劑從頂部加入而滲經(jīng)物料，浸出液從槽下部流出。適合于多孔及砂質(zhì)物料，而不適合于被壓實(shí)成無滲透性塊的物料。層筑式的地表堆浸滲濾槽浸出氣體攪拌在浸出過程中作用：使浸出物料中固液相均勻混合并使相界面不斷更新；防止粗砂沉積；某些物質(zhì)如鈾礦浸出時，空氣能起氧化劑的作用。無中心循環(huán)管巴槽：除工作整體的環(huán)流外，還有局部的渦流作用，可使礦漿混合均勻，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)最簡單，易維修。但是粗砂易沉積槽底，適用于固體物料顆粒較細(xì)的礦漿浸出。中心循環(huán)管低于礦漿液面的巴槽：由于循環(huán)管的作用，空氣在管內(nèi)的流速較高，對礦漿起到一定的提升作用，由此造成上部礦漿向下流動，底部礦漿向上流動，使礦漿沉積底部的現(xiàn)象基本得到克服。礦漿攪拌混合良好。巴秋卡槽巴秋卡槽：是一種空氣提升攪拌的氣液固三相反應(yīng)器。適合于處理量大、含腐蝕性介質(zhì)及含固量高的物料的操作。中心循環(huán)管高于礦漿液面的巴槽：在克服粗砂沉積槽底比前兩者都好，但空氣消耗量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2.加壓攪拌浸出

堿法攪拌浸出：系氫氧化鈉、碳酸鈉溶液和礦石作用而進(jìn)行浸出,過程較緩和，設(shè)備腐蝕問題易解決，為強(qiáng)化浸出，多采用加壓攪拌。硫化礦物的水浸也用加壓設(shè)備。

加壓浸出特點(diǎn)：可在高于水溶液沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行浸出操作，加壓條件下可提高氧分壓，從而增加溶液中氧濃度，強(qiáng)化浸出過程。

加壓浸出設(shè)備：壓力釜：浸出時間縮短、但消耗于壓縮空氣和攪拌礦漿的能量卻要比常壓巴秋卡槽多。臥式機(jī)械攪拌壓力釜流態(tài)化礦漿浸洗塔浸洗塔的工作原理：

1.礦漿通過適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料裝置進(jìn)入“進(jìn)漿濃密段”，將礦漿中大部分水分離并從溢流堰排走。2.濃密了的礦漿，靠重力沉降至“流態(tài)化洗滌段”，經(jīng)“稀相段”下落至一個含礦濃度較高的“濃相段”。3.濃相段下部裝有洗液裝置。洗液主流向上，對下沉礦粒進(jìn)行逆流洗滌，洗后的溶液經(jīng)稀相段、濃密段溢流至所連接的濃密機(jī)，小部分洗液向下流動．隨底流排走。流態(tài)化浸洗的特點(diǎn)和效果：液固無級逆流接觸，傳質(zhì)推動力大處理量大、占地面積小，利于自動控制；全部水力操作，結(jié)構(gòu)簡單低液固比操作，能從貧礦中提取較濃的浸出液：用作礦漿洗滌時，洗水量少、渣品位低；條件適當(dāng)，可在一塔同時實(shí)現(xiàn)浸出、洗滌和分級。浸出液的后處理工藝吸附離子沉淀氣體沉淀離子交換溶劑萃取結(jié)晶電解電積金屬沉淀8.浸出液的后處理工藝：3.2攪拌與混合—強(qiáng)化冶金的手段3.2.1攪拌與混合的目的：(1)制備均勻混合物：如調(diào)和、乳化、固體懸浮、捏合以及固體混合；(2)促進(jìn)傳質(zhì)：如萃取、溶解、結(jié)晶、氣體吸收等；(3)促進(jìn)傳熱：攪拌槽內(nèi)加熱或冷卻。3.2.2攪拌與混合機(jī)理主體對流擴(kuò)散湍流擴(kuò)散分子擴(kuò)散混合機(jī)理攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，使不同液體物料破碎成團(tuán)，并使攪拌器周圍液體產(chǎn)生高速液流后又推動周圍的液體，逐步使攪拌罐內(nèi)的全部液體流動起來。這種大范圍的主體循環(huán)流動，使攪拌罐內(nèi)的整個空間產(chǎn)生全范圍擴(kuò)散，形成主體對流擴(kuò)散。葉輪機(jī)推動高速流體在流動時，與周圍靜止液體的界面處，存在較大的速度梯度，液體受到強(qiáng)烈的剪切，形成大量旋渦，旋渦又迅速向周圍擴(kuò)散，造成局部范圍內(nèi)的物流運(yùn)動從而形成液體的渦流擴(kuò)散。由分子運(yùn)動形成的物質(zhì)傳遞，它是分子尺度上擴(kuò)散宏觀混合微觀混合混合效果：

平均濃度：，調(diào)均度：

分隔尺度：表示液體中分散物的集中程度，或分散物的未分散部分的大小。

分隔強(qiáng)度：描述分子擴(kuò)散混合過程的影響，它表示鄰近流體團(tuán)塊之間分散物組分含量的差異，也表示團(tuán)塊中分散物組分含量與平均組分的差別。

混合時間：使攪拌槽內(nèi)物料的濃度或溫度達(dá)到規(guī)定均勻程度所需要的時間，又稱為均勻化時間。表示樣品與均勻狀態(tài)偏離程度的物理量攪拌漿偏心安裝時的流型攪拌漿側(cè)面插入時的流型側(cè)面射流混合時的流型機(jī)械攪拌器的類型：旋槳式攪拌器平直葉槳式攪拌器折葉槳式攪拌器開啟平直葉渦輪式攪拌器開啟彎葉渦輪式攪拌器圓盤彎式渦輪式攪拌器圓盤平直葉渦輪式攪拌器錨式攪拌器框式攪拌器螺帶式攪拌器3.2.3攪拌與混合的方法及原理(1)攪拌的方法機(jī)械攪拌：靠機(jī)械動力進(jìn)行的攪拌，有槳式、渦輪式和推進(jìn)式；電磁攪拌：靠電磁感應(yīng)施加力于攪拌介質(zhì)；超聲波攪拌：靠超聲波振動而施加力于攪拌介質(zhì)；氣力攪拌：靠氣體帶動周圍的液體運(yùn)動形成攪拌氣力攪拌的類型噴射式氣力攪拌底部彌散式氣力攪拌沉沒切向式氣力攪拌靠空氣的射流帶動周圍的液體流動，達(dá)到攪拌的作用?？繗馀萆仙龝r帶動周圍的液體運(yùn)流動，達(dá)到攪拌的作用?？砍翛]的空氣從切向處流出帶動周圍的液體流動，達(dá)到攪拌的作用。氣力攪拌的特點(diǎn)：A使流體成分和溫度均勻；B提高了固-液相間的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)；C改善了兩相間的反應(yīng)速度；D由于反應(yīng)氣體在金屬液中高度彌散，提高了反應(yīng)速度；或惰性氣體氣泡改變在氣-液相界面上的熱力學(xué)平衡條件，促進(jìn)反應(yīng)；E若氣體夾帶所需的元素噴入，可提高和穩(wěn)定元素收得率。

氣力攪拌原理：用空氣的射流或氣泡上升時帶動周圍的液體運(yùn)動，達(dá)到攪拌的作用。氣力攪拌：電磁攪拌：電磁攪拌的組成：感應(yīng)器、變頻電源、冷卻系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)等組成。電磁攪拌器相當(dāng)于一個直線電機(jī)。感應(yīng)器相當(dāng)于電機(jī)的定子，鋁熔液相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，當(dāng)感應(yīng)器線圈內(nèi)通以交變電流時，產(chǎn)生行波磁場，磁場和熔池中金屬液體相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感生電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力，推動金屬液體定向運(yùn)動，起到攪拌作用。電磁攪拌的原理：在電磁場作用下金屬液體整個地受電磁力的作用，由于磁場梯度不同而產(chǎn)生運(yùn)動。電磁攪拌的特點(diǎn)：非接觸式攪拌。

變頻器進(jìn)線及控制柜感應(yīng)器變壓器水泵電解鋁使用的電磁攪拌裝置設(shè)置實(shí)例日本神戶制鋼電機(jī)公司開發(fā)的用于攪拌金屬液電磁攪拌裝置，是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理爐底式電磁攪拌裝置。

電磁攪拌加熱器電磁攪拌A-冶煉中；b-扒渣時超聲波攪拌的原理：在超聲波場作用下液體整個地受波動力的作用而產(chǎn)生運(yùn)動。

超聲波攪拌特點(diǎn)：非接觸式攪拌。3.2.5攪拌設(shè)備的組成：容器：濕法冶金多為罐、釜(立式或臥式)或槽—通常為圓柱體；火法冶金多為爐、包和器；攪拌裝置：機(jī)械式、氣動式、感應(yīng)式、波導(dǎo)式及其他；攪拌附件：擋板、導(dǎo)流筒、制雨器、循環(huán)泵及其他。機(jī)械攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)1-攪拌器2-罐體3-攪拌軸4-攪拌附件5-軸封6-傳動裝置罐體：罐底通常有碟形、橢圓形或平底。除特殊情況外，應(yīng)避免錐形底、方形或帶棱角的容器，容易造成死角區(qū)域。攪拌附件：通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善液體流動狀態(tài)而增設(shè)的部件，如擋板和導(dǎo)流筒等。(1)擋板：可以消除攪拌罐內(nèi)液體的打旋現(xiàn)象使被攪拌的液體上下翻騰。(2)導(dǎo)流筒：一方面是攪拌罐內(nèi)的液體流型得到嚴(yán)格的控制，為循環(huán)限定了路線，強(qiáng)化循環(huán)流動狀態(tài)，有助于防止流體短路，消除死區(qū)。另一方面是使罐內(nèi)所有物料均可通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，提高了混合效果。擋板的安裝方式導(dǎo)流筒安裝方式例題:在一標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)攪拌溶液，d=0.61m，n=90r/min,ρ=1489kg/m3，μ=12mPa·s，求有擋板和無擋板時攪拌功率各為多少？

解：(1)有擋板時，該攪拌系統(tǒng)的功率曲線，其雷諾數(shù)為:(2)無擋板時，要考慮Fr：由表得知六平葉渦輪(標(biāo)準(zhǔn)裝置)時，α=1，β=40,則:當(dāng)Re=6.97×104時，查功率曲線2得φ=1.1可見，有無擋板消耗功率之比為:4.63.4捏合與固體混合(1)捏合概念：在混合的物料中，至少有一種是固體，一種是高粘度流體的混合。實(shí)例：制備均勻的塑性物料或膏狀物料：在粉料中加入少量液體均勻混合物：在高粘稠物料內(nèi)加入少量粉料或液體添加劑。特點(diǎn):達(dá)到均勻所需的時間很長；需要輸入更多能；剪切力分散效果好；過程伴隨著加熱或冷卻。(2)混合概念：固體與固體的混合，它是一個減少組分，得到混合物非均勻性的過程。型式：擴(kuò)散混合、對流混合和紊流混合。特點(diǎn)：達(dá)到均勻所需的時間不能太長；粒度、物性影響很大?；旌系耐瑫r也離析。本章小結(jié)①浸出過程的類型還原浸出氧化浸出絡(luò)合浸出簡單溶液浸出②浸出劑選擇原則必須與欲處理礦濕潤且選擇性溶出浸出后液固分離性能好溶劑易再生利用價格便宜③浸出速度及其影響因素原礦及浸出劑性質(zhì)浸出劑濃度攪拌強(qiáng)度浸出溫度④浸出前對物料的預(yù)處理破碎與磨礦(氧化或還原)焙燒(氧化、活化)處理預(yù)(1)浸出的基本知識①浸出方法按使用的浸出劑分按固液相接觸方式分按操作的工作壓力分酸法堿法細(xì)菌浸出水浸滲濾浸出拌酸熟化流態(tài)化浸出攪拌浸出常壓浸出高壓浸出原地浸出堆置浸出滲濾槽浸出機(jī)械攪拌浸出空氣攪拌浸出(2)常用的浸出方法與典型設(shè)備②典型的浸出設(shè)備滲透浸出槽立式機(jī)械(空氣)攪拌罐臥式機(jī)械(空氣)攪拌罐高壓釜(3)攪拌與混合的基本概念①攪拌與混合目的制備均勻混合物促進(jìn)傳質(zhì)促進(jìn)傳熱②混合機(jī)理主體對流擴(kuò)散湍流擴(kuò)散分子擴(kuò)散③混合效果調(diào)勻度分隔尺度與分隔強(qiáng)度混合時間④流體混合的流型切向流軸向流徑向