Устройство для выщелачивания твердого вещества из шлама

1 Настоящее изобретение касается устройства для выщелачивания твердого вещества из шлама с помощью газа, содержащего кислород,причем указанное устройство включает трубчатый реактор, оснащенный центральной трубой и направленной вверх мешалкой двойного действия, расположенной в нижней части реактора. Мешалка расположена вблизи нижней кромки центральной трубы. Верхние лопасти мешалки создают нисходящий поток всасывания, вытекающий из центральной трубы. Нижние лопасти мешалки диспергируют газ, подаваемый в шлам, превращая его в мелкие пузырьки, и тем самым предотвращая осаждение твердого материала на дно реактора. При выщелачивании шлама, содержащего твердое вещество, например концентрат металла, важно, чтобы участвующий в выщелачивании кислород, подаваемый в виде чистого кислорода или газа, содержащего кислород, сначала растворялся в содержащем твердые вещества шламе, для того чтобы этот кислород мог принимать участие в реакциях выщелачивания твердого вещества. Для улучшения растворения кислорода используют высокий реактор, в котором, по сравнению с обычными атмосферными реакторами, образуется высокое гидростатическое давление в нижней части реактора (1,5-3,0 атм., т.е. 0,15-0,30 МПа), благодаря чему кислород хорошо растворяется в реакционном растворе и в результате этого катализирует растворение твердого вещества. Из уровня техники известен патент США 4648973, в котором описываемое устройство включает реактор с высотой, во много раз превышающей его диаметр, внутри которого расположена соосная центральной труба. Шлам подают в верхнюю часть центральной трубы,так же, как и кислород. Для обеспечения рециркуляции шлама центральная труба оснащена мешалкой, подвешенной сверху вниз, которая перекачивает шлам вниз по центральной трубе,а затем шлам поступает вверх через пространство между стенками реактора и внутренней трубой. Соотношение между диаметрами центральной трубы и наружной трубы находится в диапазоне от 0,4 до 0,85. Настоящее изобретение касается устройства, включающего высокий реактор для выщелачивания твердого вещества из шлама, такого как концентрат металлов. Высота реактора во много раз больше его диаметра, и реактор оснащен соосной центральной трубой, продолженной до нижней части реактора, причем вблизи нижней части центральной трубы и питателя для подачи содержащего кислород газа расположена мешалка. Вал мешалки направлен вверх от днища реактора. Сама мешалка состоит, по существу,из горизонтальной центральной пластины с изогнутыми лопастями, установленными над ней,и, по существу, прямыми лопастями, установленными под пластиной. Лопасти, расположен 003344 2 ные над центральной пластиной, создают нисходящий поток всасывания шлама из центральной трубы, а содержащий кислород газ, подаваемый в нижнюю часть реактора, диспергируется, превращаясь в мелкие пузырьки за счет работы расположенных под пластиной лопастей в результате чего предотвращается осаждение шлама на дно реактора. Существенные признаки настоящего изобретения излагаются в прилагаемой формуле изобретения. Как упоминалось выше, для этого устройства существенно, что мешалка расположена в непосредственной близости от нижней кромки центральной трубы, в результате чего площадь поперечного сечения выпускного отверстия,остающегося между центральной трубой и мешалкой, составляет менее половины площади поперечного сечения центральной трубы, предпочтительно не более одной трети площади поперечного сечения этой трубы. В результате этого скорость истечения из центральной трубы нисходящего потока шлама увеличивается, по меньшей мере, вдвое, по сравнению со скоростью потока шлама в центральной трубе. Чем ближе расположена мешалка к нижнему концу этой трубы, тем лучшее всасывание создается в центральной трубе. На практике существует предельное значение этой величины, обусловленное допусками, связанными с изгибом вала и с гибкостью и размерами других частей. При вышеуказанном соотношении площадей поперечных сечений достигается такая скорость потока, при которой нисходящий поток раствора движется с более высокой скоростью, чем скорость подъема пузырьков газа, а скорость восходящего потока раствора в корпусе реактора больше, чем скорость оседания частиц твердого материала. Мешалка, используемая для способа по настоящему изобретению, представляет собой мешалку двойного действия, состоящую из двух частей, с расположенной между ними, по существу, горизонтальной пластиной. Над горизонтальной пластиной установлены изогнутые лопасти, которые обеспечивают всасывание шлама за счет создания нисходящего потока в центральной трубе. Установленные под горизонтальной пластиной лопасти образуют турбинную мешалку с прямыми лопастями. Когда содержащий кислород газ подают под установленную в нижней части реактора мешалку,нижняя часть мешалки диспергирует подаваемый газ, превращая его в очень мелкие пузырьки, что способствует растворению газа в шламе. Когда газ подают в шлам в нижней части реактора, пузырьки газа, движущиеся с потоком шлама, имеют максимально возможное время нахождения их в шламе и максимально возможное время реакции до того момента, когда они достигнут поверхности или уйдут вниз с потоком, рециркулируемым через центральную трубу. 3 Оборудование для осуществления способа по настоящему изобретению более подробно описывается с помощью прилагаемых фигур, на которых: фиг. 1 изображает реактор в вертикальном разрезе; фиг. 2 - в вертикальном разрезе часть реактора в месте расположения центральной трубы и мешалки; фиг. 3 - в трехмерной проекции мешалки реактора. На фиг. 1 изображен трубчатый реактор 1,предназначенный для выщелачивания содержащего твердое вещество шлама, оснащенный соосной центральной трубой 2, продолженной до нижней части реактора. Расстояние между центральной трубой и днищем реактора составляет от 0,2 до 1,0 величины диаметра реактора,предпочтительно от 0,3 до 0,5 величины диаметра реактора. Соотношение между площадями поперечного сечения центральной трубы и поперечного сечения окружающего ее корпуса реактора составляет менее 0,1. Выше днища 3 реактора расположена мешалка 5, укрепленная на валу 4, и устройство 6 для подачи содержащего кислород газа. Поскольку входное отверстие для вала расположено в нижней части реактора, то этот вал можно выполнить как можно более коротким и прочным. Мешалка установлена соосно с трубой 2 и расположена в непосредственной близости от нижней кромки 7 центральной трубы. Как видно на фиг. 1, центральная труба 2 может иметь верхний конец 8 и нижний конец 9 с коническими расширениями. В соответствии с фиг. 1,мешалка может также быть расположена частично внутри центральной трубы. Круговое пространство между стенками 10 реактора и центральной трубой 2 может быть обозначено как корпус 11. При необходимости нижняя часть центральной трубы может быть оснащена направляющими перегородками (на фиг. 1 не показаны). Поток шлама, поступающего к реактору, может подаваться обычным способом,например, к центральной трубе, а раствор можно удалить, например, путем переливания через край, либо предпочтительно шлам можно подавать и выгружать через собственные устройства реактора, расположенные под поверхностью 12. Впускное и выпускное устройства более подробно на фигуре не показаны. Как можно видеть из фиг. 2 и 3, конструкция мешалки включает вал 4 мешалки, к которому прикреплена горизонтальная пластина 13,под которой находятся прямые нижние лопасти 14 и над которой расположены изогнутые верхние лопасти 15. Горизонтальная пластина мешалки оказывает сопротивление потоку шлама,поступающему сверху от мешалки по направлению ниже мешалки, и наоборот. Горизонтальная пластина может быть круглой или угловатой. Как нижние лопасти 14, так и верхние лопасти 15 прикреплены к горизонтальной пластине 13 мешалки, по существу, вертикально. Нижние 4 лопасти почти прямоугольные и их назначение состоит в том, чтобы как можно лучше диспергировать в шламе кислород, подаваемый под мешалку, и создать вертикальный вращающийся поток у днища реактора, тем самым предотвращая оседание на дно реактора содержащегося в шламе твердого вещества. Таким образом, в нижней части реактора образуется область хорошего перемешивания, высота которой примерно равна диаметру реактора. Нижние части верхних лопастей предпочтительно имеют прямоугольную форму, а верхние части плавно сужаются. Изогнутые верхние лопасти создают нисходящий поток в центральной трубе, а нижние лопасти создают восходящий противоток в корпусе 11 реактора, то есть между стенками 10 и центральной трубой 2. Из фиг. 2 понятно также, что в данном случае мешалка установлена на такой высоте, что верхние лопасти 15 частично заходят внутрь центральной трубы. Преимущества устройства по настоящему изобретению состоят также в следующем. При использовании данного устройства требуемая интенсивность перемешивания меньше обычной, поскольку наиболее эффективное перемешивание происходит только в нижней части реактора. Благодаря тому, что мешалка в данном устройстве является мешалкой двойного действия, для всего реактора требуется только одна мешалка, которая обеспечивает как диспергирование кислорода, так и циркуляцию раствора. Расположение входного отверстия для вала мешалки в днище реактора позволяет иметь короткий вал мешалки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для выщелачивания шлама,содержащего твердое вещество, с помощью содержащего кислород газа, включающее трубчатый реактор (1), высота которого во много раз больше его диаметра, оснащенный соосной центральной трубой (2) и мешалкой (5), отличающееся тем, что центральная труба (2) продолжена до нижней части реактора, а мешалка (5) двойного действия установлена в непосредственной близости от нижней кромки (7) центральной трубы и выполнена с входным отверстием для вала (4) у днища (3) реактора, и устройство (6) для подачи содержащего кислород газа продолжено до нижней части мешалки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что мешалка (5) двойного действия включает горизонтальную пластину (13), под которой установлены, по существу, прямые нижние лопасти (14) и над которой установлены изогнутые верхние лопасти (15). 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что в мешалке (5) нижние лопасти (14) имеют,по существу, прямоугольную форму. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем,что в мешалке (5) нижняя часть верхних лопастей (15) имеет, по существу, прямоугольную форму с плавно сужающейся верхней частью. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем,что верхняя часть мешалки (5) расположена внутри центральной трубы (2). 6. Устройство по п.1, отличающееся тем,что остающийся между мешалкой (5) и центральной трубой (2) зазор отрегулирован так,чтобы его площадь поперечного сечения составляла менее половины, предпочтительно не более одной трети, от площади поперечного сечения потока в центральной трубе. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем,что нижняя часть центральной трубы имеет коническое расширение (9). 6 8. Устройство по п.1, отличающееся тем,что верхняя часть центральной трубы имеет коническое расширение (8). 9. Устройство по п.1, отличающееся тем,что нижняя кромка центральной трубы (2) расположена над днищем (3) реактора на высоте,составляющей от 0,2 до 1,0 от величины диаметра реактора, предпочтительно между от 0,3 до 0,5 от величины его диаметра. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем,что соотношение поперечного сечения центральной трубы (2) и окружающего его корпуса