Способ выщелачивания металлов из руд, хвостов обогащения и концентратов и установка для его осуществления

 

Использование: в гидрометаллургии для выщелачивания металлов из руд и концентратов и в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых в технологическом оборудовании отработки отвалов добытых забалансовых руд, металлосодержащих пород и хвостов обогатительных фабрик. Сущность: способ выщелачивания металлов основан на перемешивании в герметичной камере твердой и жидкой фаз пульпы, образованной дробленой рудой или концентратом и раствором выщелачивающего реагента. При этом осуществляют циркуляционную перегрузку пульпы из одной камеры в другую путем подачи в заполненную пульпой камеру напорного нисходящего или восходящего потока раствора выщелачивающего реагента в виде спутной или закрученной жидкостной струи. Установка для осуществления способа содержит первую загрузочно-обменную камеру и одну или несколько дополнительных загрузочно-обменных камер. Соседние камеры связаны между собой посредством циркуляционного трубопровода, подсоединенного к патрубку разгрузки пульпы, закрепленному в нижней части корпуса предыдущей камеры, и к патрубку загрузки пульпы, закрепленному в верхней части корпуса последующей камеры. Каждая камера установки содержит патрубок подачи раствора реагента, к которому подсоединен напорный трубопровод, выведенный через насос в емкость с запасом раствора выщелачивающего реагента, и в верхней своей части патрубок слива раствора, к которому подсоединен сливной трубопровод, выведенный в ту же емкость, в качестве которой при эксплуатации установки в составе оборудования для добычи полезных ископаемых может быть использован зумпф. Все патрубки содержат управляемые запорные устройства. Камеры имеют тороидальную или цилиндрическую форму, а их днища преимущественно конусную поверхность, переходящую в при вершине в вогнутую сферическую или плоскую площадку. Патрубки подачи раствора реагента могут быть размещены как в верхней, так и в нижней части камер. Выполнение этих патрубков, место их размещения в камере и взаимное расположение относительно патрубков слива раствора определяется составом и размерами фракций руды или концентрата, требованиями, предъявляемыми к степени выщелачивания металла и к продолжительности выщелачивания. Описано 10 вариантов выполнения и взаимного расположения упомянутых патрубков. Способ и установка позволяют повысить равномерность и интенсивность перемешивания твердой фазы и жидкой фазы реагента, что обеспечивает ускорение процесса выщелачивания и увеличение извлечения из руд металла, а также имеют более широкие области применения, поскольку могут быть использованы как на металлургических предприятиях, так и при добычи полезных ископаемых в естественных условиях. 2 н.п. ф-лы. 24 з.п. ф-лы. 11 ил.

Изобретение относится к гидрометаллургии, а именно к технике выщелачивания металлов из руд и концентратов, и может быть использовано также в горнодобывающей промышленности в технологическом оборудовании отработки отвалов добытых забалансовых руд, металлосодержащих пород и хвостов обогатительных фабрик при добыче полезных ископаемых.

Известны способы выщелачивания металлов, основанные на взаимодействии твердой, жидкой и газовой фаз при их перемешивании, которое осуществляется путем аэрирования пульпы, содержащей жидкий выщелачивающий реагент [1, 2].

Соответствующие этим способам устройства содержат негерметизированную камеру или автоклав с загрузочными и разгрузочными приспособлениями и механизм, выполненный в виде аэролифта, для перемешивания и циркуляции пульпы, содержащей частицы руды и жидкий реагент [1, 2].

Недостаток данных способов и устройств заключается в том, что возможности принципа аэрирования для перемешивания и циркуляции по объему камеры твердой фазы пульпы ограничены размерами (весом) частиц твердой фазы, в результате чего происходит осаждение относительно крупных фракций руды в донной части камеры. Это приводит к снижению интенсивности выщелачивания и степени извлечения из руды металла. Кроме того, возможно и забивание аэролифта выщелачиванием материалом, что снижает надежность работы устройства.

Известен способ для выщелачивания металлов из руд и концентратов, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к настоящему изобретению, также заключающийся в разгрузке камеры пульпой, содержащей жидкий реагент, ее перемешивании и циркуляции по объему камеры путем аэрирования [3]. Отличием этого способа является то, что пульпой загружается не одна, а несколько камер при последовательной перегрузке ее самотеком из одной камеры в другую по мере заполнения пульпой каждой предыдущей камеры до заданного уровня.

Устройство для осуществления этого способа, являющееся наиболее близким к заявленному устройству, содержит в одном корпусе несколько негерметизированных камер с пирамидальным дном, отделенных друг от друга перегородками с отверстиями в их верхней части для перегрузки пульпы самотеком [3]. Каждая камера снабжена аэролифтом, а в стенках первой и последней камер в верхней их части вмонтированы патрубки для загрузки и выгрузки пульпы, соответственно. Первая камера содержит в верхней части патрубок (воронку) для дозируемой подачи раствора выщелачивающего реагента.

Указанные способ и устройство позволяют осуществить непрерывный процесс выщелачивания руд и концентратов путем подбора объема камер, их числа в установке и скорости потока пульпы. Однако увеличение числа камер не устраняет для вышеописанных аналогов недостатки, связанные с применением аэрирования для перемешивания и циркуляции пульпы, поскольку эти недостатки будут присущи каждой взятой в отдельности камере, содержащей аэролифт. Кроме того, способ [3] и устройство для его осуществления в силу тех же причин имеют ограниченные функциональные возможности. Поскольку эффективность перемешивания пульпы посредством аэролифта будет тем ниже, чем большими размерами (весом) будут обладать фракции руды, содержащиеся в пульпе, то для нормального функционирования требуется предварительно размельчать руду на частицы достаточно малых размеров. Это не всегда приемлемо с точки зрения экономической и с точки зрения производительности, например, если речь идет о добыче полезных ископаемых в естественных условиях.

Настоящее изобретение, как в части способа, так и в части устройства, направлено на повышение равномерности и интенсивности перемешивания твердой фазы исходного материала и жидкой фазы реагента в процессе выщелачивания металлов из рудосодержащей пульпы, что обеспечивает ускорение процесса выщелачивания и увеличение извлечения из руд металла. Изобретение позволяет расширить область применения предложенных способа и устройства на добычу полезных ископаемых в естественных условиях.

Указанные технические результаты в части способа достигаются тем, что, как и в известном способе, осуществляют смешение в первой загрузочно-обменной камере дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата с раствором выщелачивающего реагента, перемешивание твердой и жидкой фаз образованной пульпы, перегрузку пульпы из первой загрузочно-обменной камеры после ее заполнения до заданного уровня в одну или последовательно в несколько дополнительных загрузочно-обменных камер, сообщенных между собой, и перемешивание фаз пульпы в загруженных дополнительных камерах.

Отличие заключается в том, что смещение в первой загрузочно-обменной камере осуществляют путем предварительного ее заполнения раствором выщелачивающего реагента и последующей полной загрузки дробленой рудой, хвостами обогащения или концентратом с вытеснением раствора реагента из камеры в емкость, содержащую запас этого раствора. Перемешивание твердой и жидкой фаз пульпы и перегрузку пульпы из камеры в камеру осуществляют путем подачи в заполненные пульпой камеры из упомянутой емкости напорного нисходящего или восходящего потока раствора выщелачивающего реагента в виде спутной или закрученной струи до полной разгрузки камеры от выщелачиваемого материала в соседнюю камеру, которую предварительно заполняют раствором выщелачивающего реагента, вытесненную часть которого при загрузке материала, поступающего из предыдущей камеры, сливают в емкость с раствором. Перегрузку пульпы осуществляют из придонной части разгружаемой камеры в верхнюю часть загружаемой.

В частном варианте предложенной способ отличается тем, что перегрузку пульпы с выщелачиваемым материалом осуществляют циркуляционно по замкнутому контуру между двумя загрузочно-обменными камерами.

При наличии нескольких загрузочно-обменных камер совмещают во времени загрузки одной или более камер дробленой рудой, хвостами обогащения или концентратом с процессами выщелачивания и циркуляционной перегрузки пульпы, осуществляемыми в дополнительных камерах, с дальнейшим переключением загруженных камер к освободившимся дополнительным камерам после завершения в них выщелачивания, удаления пульпы и заполнения раствором выщелачивающего реагента.

В части устройства указанные технические результаты достигаются тем, что в установке, содержащей первую загрузочно-обменную камеру с патрубком в верхней части для загрузки дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата и патрубком подачи раствора выщелачивающего реагента, а также одну или более дополнительные загрузочно-обменные камеры, при этом полости первой и дополнительных камер последовательно гидравлически связаны друг с другом, камеры выполнены герметичными, каждая дополнительная камера содержит патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента и все камеры в верхней своей части содержат патрубок слива раствора, а гидравлическая связь полостей двух соседних камер осуществлена посредством циркулярного трубопровода, подсоединенного к патрубку разгрузки пульпы, закрепленному в нижней части корпуса предыдущей камеры, и к патрубку загрузки пульпы, закрепленному в верхней части корпуса последующей камеры.

Дополнительные камеры также могут содержать патрубок для загрузки выщелачиваемого материала, и камеры содержат также патрубок слива продуктивного раствора. При этом все патрубки снабжены управляемыми запорными устройствами.

В частном варианте установка может содержать одну дополнительную загрузочно-обменную камеру, полость которой связана с полостью первой загрузочно-обменной камеры вторым циркуляционным трубопроводом, подсоединенным к патрубку разгрузки пульпы, закрепленному в нижней части корпуса дополнительной камеры, и к патрубку загрузки пульпы, закрепленному в верхней части корпуса первой камеры.

Предложенная установка отличается также тем, что к патрубкам подачи раствора выщелачиваемого реагента подсоединены напорные трубопроводы, выведенные через единый или отдельные насосы в емкость с запасом раствора и содержащие управляемые запорные устройства, а к патрубкам слива раствора подсоединены сливные трубопроводы, выведенные в ту же емкость, а при эксплуатации установки в составе оборудования для добычи полезных ископаемых в качестве емкости для раствора использован зумпф.

Отличается также тем, что камеры имеют тороидальную или цилиндрическую форму, а их днища имеют конусную поверхность, переходящую при вершине в вогнутую сферическую или плоскую площадку, в оптимальном варианте образующая конусной поверхности днища составляет с горизонтальной плоскостью угол, равный или превышающий угол внутреннего трения материала в его водонасыщенном состоянии. Донная часть камер может быть выполнена съемной.

Установка отличается различным выполнением и взаимным расположением патрубков подачи раствора выщелачивающего реагента и разгрузки пульпы.

В одном из вариантов они выполнены в виде единого патрубка, встроенного в днище камеры, в его стенке выполнено отверстие, которое сопряжено с отверстием, выполненным в площадке днища камеры, при этом единый патрубок может быть расположен перпендикулярно или под острым углом к продольной оси камеры.

В других вариантах в площадке днища также выполнено отверстие, в которое встроен один из патрубков - подачи раствора, либо разгрузки пульпы, а второй из них выполнен изогнутым и содержит направленную по продольной оси камеры ветвь, торец которой расположен напротив отверстия, и ветвь, выведенную через стенку камеры, при этом патрубок подачи раствора реагента может содержать на торце полную коническую насадку с тангенциально расположенными на конической поверхности щелями для создания вращающегося потока раствора.

Эту же цель преследуют и три других варианта. По первому из них площадка днища камеры составляет большую часть днища, патрубок подачи раствора встроен на уровне днища камеры по касательной к ее стенке, а патрубок разгрузки пульпы выполнен по форме и выведен из камеры также, как и по предыдущим вариантам. По второму варианту площадкой днища камеры является дно стакана, встроенного в днище, патрубок подачи раствора встроен на уровне площадки в стакан по касательной к его стенке, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит расположенную по продольной оси камеры ветвь, входящую в стакан, и ветвь, выведенную через стенку камеры. По третьему варианту в нижней части камеры коаксиально с ней расположен конструктивный узел, состоящий из полого цилиндра с отверстием в его боковой поверхности, закрытого по торцам верхним и нижним днищами с центральными отверстиями в них, при этом диаметр отверстия в нижнем днище превышает диаметр отверстия в верхнем, и отрезка трубы, встроенного в отверстие нижнего днища.

Патрубок подачи раствора встроен через стенку камеры со смещением относительно ее продольной оси, полый цилиндр ориентирован относительно этого патрубка так, что торец последнего сопряжен с отверстием в боковой поверхности цилиндра. Патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым, содержит направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную коаксиально внутри упомянутого отрезка трубы с выступающим относительно него торцом ветвь, на которой с тугой посадкой на отверстии в верхнем днище полого цилиндра крепится упомянутый конструктивный узел, и ветвь, выведенную через стенку камеры.

Установка отличается также тем, что патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен в верхней части камеры в ее стенку, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит направленную по продольной оси камеры ветвь, торец которой направлен к днищу камеры, и ветвь, выведенную через стенку камеры. При таком же расположении патрубка подачи отличие другого варианта заключается в том, что внутри камеры коаксиально с ней расположена труба, разделяющая объем камеры на центральную и периферийную зоны, сообщающиеся поверх и ниже торцев трубы, патрубок подачи раствора встроен в верхней части камеры выше верхнего торца трубы. Патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым, содержит направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную внутри трубы ветвь, торец которой выступает за нижний торец трубы в цилиндрический стакан большего внутреннего диаметра, чем внешний диаметр патрубка, и ветвь, выведенную через стенки трубы и камеры. При этом боковая поверхность корпуса камеры в верхней ее части преимущественно выполнена конусной, а патрубок подачи раствора может быть расположен со смещением относительно продольной оси камеры.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для выщелачивания металлов из руд и концентратов, а на фиг. 2-11 варианты выполнения и взаимного расположения в загрузочно-обменных камерах установки патрубков подачи раствора выщелачивающего реагента и разгрузки пульпы, в соответствии с реализацией способа.

Установка содержит герметичные две или более загрузочно-обменные камеры (в дальнейшем по тексту - камера). На фиг. 1 изображен вариант из двух камер - 1 и 2. Камера 1 содержит в верхней части корпуса патрубок 3 с управляемым устройством 4, например задвижкой (в дальнейшем по тексту - задвижка), для загрузки металлосодержащей дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата. К придонным частям камер через патрубок 5 подачи раствора выщелачивающего реагента (в дальнейшем по тексту - раствор) подсоединены напорные трубопроводы 6 и 7, которые через задвижки 8 и 9 и насос 10 связаны с емкостью 11, содержащей выщелачивающий реагент. В установке, содержащей ряд камер, патрубком 3 может быть снабжена каждая камера для обеспечения управляемого непрерывного процесса загрузки руды в установку и ее перегрузки из емкости в емкость в процессе выщелачивания.

В верхней части каждой камеры установки смонтирован узел, состоящий из двух патрубков 12, 13 в камере 1 и 14, 15 в камере 2. К патрубкам 12 и 14 загрузки пульпы, содержащим задвижки 16 и 17, подсоединены циркуляционные трубопроводы 18 и 19. Вторые концы этих трубопроводов подсоединены к патрубкам 20 разгрузки пульпы. К патрубкам 13 и 15 слива раствора, содержащим задвижки 21 и 22, подсоединены сливные трубопроводы 23 и 24, выведенные в емкость 11. В обеих камерах предусмотрены патрубки 25 и 26 с задвижками 27 и 28 для перегрузки пульпы в другие камеры или вывода отработанной массы из камеры. В верхней части камер отдельно либо в конструктивном единстве с другими патрубками предусмотрены патрубки 3 с задвижками 4 для загрузки руды, хвостов обогащения или концентратов. В придонной части камеры могут содержать патрубок слива продуктивного раствора в отдельную емкость или в ту же емкость 11 (на чертеже не показан).

Днище 29 камер имеет преимущественно конусную поверхность, но может иметь, например, форму вогнутой сферической поверхности. Конус при вершине переходит в вогнутую сферическую или плоскую площадку 30. Сами камеры имеют преимущественно тороидальную или цилиндрическую форму.

На фиг. 2-11 представлены различные варианты выполнения и взаимного расположения в отдельно взятой камере патрубков 5 подачи напорного раствора и патрубков 20 разгрузки пульпы.

В соответствии с фиг. 2 и 3 они могут быть выполнены в виде единого патрубка, встроенного в днище камеры так, что патрубок 20 является как бы продолжением патрубка 5, в стенке единого патрубка выполнено отверстие 31, которое сопряжено с отверстием, выполненным в площадке днища. В примере выполнения, приведенном на чертеже, отверстие по своему диаметру перекрывает площадку, по существу вырезая ее. Единый патрубок расположен либо перпендикулярно к продольной оси камеры (фиг. 2), либо под углом, как показано на фиг. 3.

В вариантах, представленных на фиг. 4-6, в днище камеры также выполнено отверстие, в которое вмонтирован либо патрубок 5, либо патрубок 20, обеспечивая разные режимы подачи раствора и разгрузки пульпы. Согласно фиг. 4, в отверстие встроен патрубок 20 разгрузки пульпы, а патрубок 5 подачи раствора выполнен изогнутым и содержит две ветви, одна из которых направлена по продольной оси камеры вниз и торец ее находится напротив отверстия, а вторая выведена из камеры через ее стенку. По фиг. 5 и 6, наоборот, в отверстие встроен патрубок 5, а изогнутую форму имеет патрубок 20. При этом патрубок 5 на своем торце может содержать коническую насадку 32 с тангенциально расположенными на конической поверхности щелями 33, для создания закрученного потока (фиг. 6).

Закрученный поток может быть создан и другим путем. На фиг. 7 представлена конструкция, согласно которой площадка 30 составляет большую часть днища 29, патрубок 5 подачи раствора встроен на уровне днища камеры по касательной к ее стенке, а патрубок 20 разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит расположенную по продольной оси камеры ветвь, торец которой направлен к днищу, и ветвь, выведенную через стенку камеры. В днище камеры может быть встроен цилиндрический стакан, как показано на фиг. 8. При этом патрубок 5 подачи раствора встроен на уровне дна стакана по касательной к его стенке, а вертикальная ветвь патрубка 20 разгрузки входит в полость стакана.

Еще один вариант изображен на фиг. 9. В нижней части камеры коаксиально с ней расположен конструктивный узел, состоящий из полого цилиндра 34 с отверстием 35 в его боковой поверхности, закрытого по торцам верхним 36 и нижним 37 днищами с центральными отверстиями 38 и 39 в них, при этом диаметр отверстия 38 в нижнем днище превышает диаметр отверстия 39 в верхнем, и отрезка трубы 40, встроенного в отверстие 38. Патрубок 5 подачи раствора встроен через стенку камеры со смещением относительно ее продольной оси. Полый цилиндр ориентирован относительно патрубка 5 так, что торец последнего сопряжен с отверстием 35 в цилиндре. Патрубок разгрузки пульпы 20 выполнен изогнутым, содержит направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную коаксиально внутри отрезка трубы 40 с выступающим относительно него торцем ветвь 41, на которой с тугой посадкой на отверстии 39 крепится конструктивный узел. Вторая ветвь патрубка 20 выведена через стенку камеры. Стрелками 42 показаны линии тока раствора на выходе из кольцевого промежутка между вертикальной ветвью 41 патрубка 20 и внутренней поверхностью отрезка трубы 40.

На фиг. 10 и 11 представлены варианты с подачей раствора в камеру сверху. По фиг. 10 патрубок 5 встроен либо в крышку, либо, как показано на чертеже, в ее стенку, а патрубок 20 выполнен аналогично предыдущему варианту. Согласно фиг. 11 внутри камеры коаксиально с ней расположена труба 43, разделяющая объем камеры на центральную 44 и периферийную 45 зоны, сообщающиеся поверх и ниже торцев трубы. Патрубок 5 подачи раствора встроен в верхней части камеры в ее стенку выше верхнего торца трубы. Патрубок 20 разгрузки пульпы выполнен изогнутым, содержит направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную внутри трубы 43 ветвь, ее торец выступает за нижний торец трубы в цилиндрический стакан 46, внутренний диаметр которого превышает внешний диаметр патрубка. Вторая ветвь этого патрубка выведена через стенки трубы и камеры. Боковая поверхность 47 корпуса камеры в верхней ее части выполнена конусной, а патрубок 5 может быть смещен, по варианту фиг. 7 и 8, относительно продольной оси камеры для закручивания потока.

Предложенный способ выщелачивания металлов из руд и концентратов основан на ином принципе, нежели в аналогах и прототипе [3]. В этих способах перемешивание фаз пульпы в камере в процессе вышелачивания осуществляют методом аэрирования, при котором пузырьки вводимого в пульпу газа приводят во взвешенное состояние твердые частицы материала, тем самым способствуя контакту поверхности выщелачивания частиц с выщелачивающей жидкой фазой пульпы. При этом происходит и перемешивание твердой, жидкой и газовой фаз пульпы за счет того, что пузырьки газа увлекают за собой вверх твердые частички выщелачиваемой руды. Возможности такого метода ограничены весом, а значит, и размером этих частичек, поскольку пузырек газа не может увлечь за собой частичку, вес которой превышает подъемную силу, выталкивающую пузырек наверх. Это ограничение требует для осуществления известного способа предварительного мелкого дробления исходной руды. Крупные частицы, не захваченные пузырьками, оседают в одной части, слабо участвуя в процессе выщелачивания и засоряя камеру.

Согласно предложенному способу взвешенное состояние частиц и перемешивание фаз пульпы осуществляют в герметичной камере напорной подачей самого раствора выщелачивающего реагента в виде спутной или закрученной струи. Этим же напором осуществляют разгрузку пульпы из придонной области первой камеры в дополнительную камеру, в ее верхнюю часть. Таким образом, оседающие в придонной части в процессе седиментационного осаждения крупные частицы пульпы в дополнительной камере будут загружаться сверху, и процесс выщелачивания будет продолжаться в том же режиме, что и в первой камере. Далее этот цикл повторяют, используя другие дополнительные камеры установки до достижения требуемой степени выщелачивания.

Перед разгрузкой пульпы камеру, в которую предстоит загрузить пульпу предварительно заполняют раствором выщелачивающего реагента. Реагент, вытесняемый при загрузке камер, транспортируется в общую или в отдельные для каждой камеры емкости. Освободившиеся одну или более камер при осуществлении непрерывного процесса заполняют исходной рудой.

При циклической работе достаточно использовать две камеры, перекачивая указанным образом пульпу из одной камеры в другую. Если же требуются большая производительность или непрерывность технологического процесса, например при использовании установки в составе оборудования при добыче полезных ископаемых методом выщелачивания, то подбирают необходимое число камер, исходя из заданной часовой производительности, состава обрабатываемого материала, требуемой степени выщелачивания (извлечение металла).

Поскольку нет принципиальных ограничений в подборе необходимого напора раствора реагента, снимаются ограничения на размер фракции исходной руды в широких пределах и исключается их осаждение в придонной области камеры, так как разгрузка пульпы осуществляется снизу камеры. Отдельные детали способа будут раскрыты во взаимосвязи с описанием работы установки, предназначенной для его реализации.

Металлосодержащую дробленую руду, хвосты обогащений или концентрат 48 (фиг. 1-11) загружают через патрубок 3 в одну или более герметизированные загрузочно-обменные камеры. На фиг. 1, на которой представлен вариант с двумя камерами, загрузку производят в камеру 1 через патрубок 3 с открытой задвижкой 4. При использовании установки в составе оборудования для добычи полезных ископаемых методом выщелачивания к патрубку 3 подводится трубопровод гидротранспортирования сыпучих материалов (на чертеже не показан). В этом случае в качестве емкости 11, содержащей выщелачивающий реагент, может быть использован зумпф (в горнодобывающей промышленности - емкость, в которую поступают гидросмесь от забоя для перекачивания насосом, горная масса и вода для пульпообразования). Перед загрузкой камеру 1 предварительно заполняют раствором реагента, из отдельной емкости или из общей емкости 11, подача которого производится насосом 10 через напорный трубопровод 6 (при открытой задвижке 8 и закрытой 9), подсоединяемый к патрубку 5 камеры. В процессе заполнения камеры исходным материалом, подлежащим выщелачиванию, часть раствора реагента, находящегося в камере, вытесняется из камеры через патрубок 13 с открытой задвижкой 21 по сливному трубопроводу 23 в емкость 11. После полного заполнения камеры 1 патрубок 3 запирается задвижкой 4. При этом в закрытом состоянии находятся задвижка 16 патрубка 12 и 27 патрубка 25.

Затем посредством насоса 10 через напорный трубопровод 6 при открытой задвижке 8 в камеру 1 подается раствор из емкости 11 (задвижки 4, 16, 21 камеры 1 и задвижки 4, 28 камеры 2 при этом закрыты). При подаче раствора в придонной части камеры происходит локальное псевдоожижение и одновременное вытеснение пульпы через патрубок 20 камеры 1 в циркуляционный трубопровод 19 и далее через патрубок 14 при открытой задвижке 17 в верхнюю часть камеры 2. Это синхронно вызывает необходимость замещения вытесненного объема пульпы таким же количеством раствора из части общего подаваемого по трубопроводу 6 расхода, что ведет к взвешиванию твердых частиц пульпы фильтрующим выщелачиваемый материал потоком реагента по всему объему камеры 1 и последующему псевдоожижению материала. Опорожнение камеры 1 от твердого материала и заполнение им камеры 2 происходит в условиях напорного автомодельного режима интенсивного перемешивания и активного управляемого выщелачивания металлосодержащей руды или концентрата.

Камеру 2 также предварительно заполняют раствором 49 выщелачивающего реагента. При заполнении камеры 2 твердым содержащийся в ней раствор через патрубок 15 с открытой задвижкой 22 по трубопроводу 24 сливается в емкость 1. Когда камера 2 полностью загружена, по напорному трубопроводу 7 при открытой задвижке 9 и закрытой задвижке 8 в эту камеру поступает раствор, который осуществляет те же процессы, которые происходили перед этим в камере 1. Вытеснение пульпы в камеру 1 осуществляется через патрубок 20 камеры 2, циркуляционный трубопровод 18 и патрубок 12 с открытой задвижкой 16 камеры 1. При этом задвижка 22 патрубка 15 слива раствора в камере 2 закрыта, а задвижка 21 патрубка 13 в камере 1 открыта для слива вытесняемого в этой камере раствора по трубопроводу 23 в емкость 11.

Описанный процесс обработки исходного материала, его перегрузки из одной камеры в другую циклически повторяют до достижения требуемой степени его выщелачивания.

Фиг. 2-11 иллюстрируют различные возможные режимы обработки исходного материала и разгрузки камер под действием напорного потока раствора выщелачивающего реагента в зависимости от состава и крупности фракций материала, требуемого времени и степени выщелачивания. С некоторой степенью условности режимы разгрузки пульпы можно подразделить на следующие: гравитационная разгрузка (фиг. 2 и 3), разгрузка нисходящим (фиг. 4) и восходящим (фиг. 5) потокам раствора реагента, закрученным потоком раствора реагента (фиг. 6-9), фильтрационная разгрузка с подачей раствора сверху камеры (фиг. 10 и 11).

При гравитационной разгрузке через отверстие 31 в днище камеры масса непосредственно поступает в полость, связывающую между собой полости патрубка 5 подачи раствора и патрубка 20 разгрузки, которые, как было отмечено, могут быть выполнены в виде единого патрубка, встроенного в днище камеры. При этом в процессе седиментационного осаждения материала в патрубок 20 попадают и перегружаются потоком раствора реагента в верхнюю часть последующей камеры вначале наиболее крупные частички материала, что обеспечивает интенсивное перемешивание фракций и исключает осаждение на дне камеры крупных частичек материала, что характерно для известных способов, использующих аэрирование.

Это достоинство присуще и другим представленным вариантам. По варианту на фиг. 3 наклонное расположение патрубка делает более эффективным увлечение пульпы в патрубок 20 за счет ее скольжения по наклонной в устье отверстия 31. Наибольший эффект будет достигнут, если угол наклона патрубка 20 к горизонтали будет превышать угол внутреннего трения материала в его водонасыщенном состоянии. То же условие накладывается и по отношению к углу, который составляет образующая конусной поверхности днища камеры к горизонтальной плоскости.

Режимы по фиг. 4 и 5 не требуют пояснений.

Повысить эффективность псевдоожижения фракций обрабатываемой массы позволяют выполнение и взаимное расположение патрубков в соответствии с фиг. 6-9. По фиг. 6 выполненные на конической насадке 32 тангенциальные щели 33 создают вращающийся поток раствора и закручивание массы в средней придонной области камеры. Расположение патрубка 5 со смещением относительно продольной оси камеры (фиг. 7) создаст закручивание массы по периферийному участку днища. Развитие этого варианта дано на фиг. 8. Наиболее крупные частички выщелачиваемого материала скапливаются перед торцем патрубка 20 в полости, выполненной в виде стакана, встроенного в днище камеры.

Эффективный результат перемешивания массы достигается в режиме нисходящего закрученного потока раствора (фиг. 9). Подаваемый по патрубку 5 раствор закручивается в полом цилиндре 34 и поступает в кольцевой зазор между поверхностью нисходящей ветви 41 патрубка 20 и внутренней поверхностью отрезка трубы 40. При поступлении в камеру закрученный поток (показан стрелками 42) образует локализованную область пульпоприготовления, в которой происходит интенсивный процесс смешивания твердой и жидкой фаз за счет работы замкнутых высокотурбулентных вихрей, отрывающих твердые частички от массива и вытесняющих их под высоким давлением, как и в предыдущих вариантах, в ветвь 41 патрубка 20 восходящей разгрузки гидросмеси и далее по циркуляционному трубопроводу в верхнюю часть другой камеры. Постоянное поступление под действием сил гравитации твердых частичек из находящейся в камере массы на границу локализованной области пульпоприготовления, обусловленное наклоном конусной стенки днища, способствует перемешиванию всей проходящей через эту область обрабатываемой массы.

Для крупнозернистой горной массы может быть предпочтительней подача раствора выщелачивающего реагента сверху камеры (фильтрационная разгрузка), как изображено на фиг. 10 и 11. В обоих случаях раствор, поступающий через патрубок 5, фильтруется через твердый выщелачиваемый материал 48 с формированием пульпы, разгружаемой через патрубок 20 в циркуляционный трубопровод.

Конструкция по фиг. 11 характерна тем, что позволяет на стадии загрузки твердого или перегрузки пульпы из предыдущей камеры осуществить в определенной степени разделение твердой и жидкой фаз в камере. Такому разделению способствует размещенная внутри камеры труба 43. Если загрузку производить через патрубок 5, встроенный в верхней части камеры в боковую стенку корпуса, или через патрубок, встроенный соосно камере, но по своему конструктивному исполнению позволяющий распылять поступающий материал от оси камеры на периферийный ее участок (на чертеже не показано), то твердая фракция в большей мере будет концентрироваться в периферийной зоне 45 камеры между внутренней поверхностью ее корпуса и поверхностью трубы. Жидкая фаза в этом случае будет заполнять центральную зону 44. Под действием напора раствора, подаваемого через патрубок 5, частички материала поступают не прямо в отверстие патрубка 20 разгрузки, ввиду наличия стакана 46, а выталкиваются вначале в центральную зону 44, где взаимодействуют с раствором и поступают далее через открытый торец стакана в отверстие вертикальной ветви патрубка, входящей в стакан. Таким образом, материал обрабатывается как напорным потоком реагента, который поступает через патрубок 5 и фильтруется материалом 48 в периферийной зоне 45, так и реагентом, находящимся в центральной зоне 44. Конусная поверхность верхней части корпуса камеры способствует направлению напорного реагента в периферийную зону. Если патрубок 5 встроен со смещением относительно оси камеры, то эффект направленного воздействия реагента будет усилен. Такое смещение создает заодно и закрученный поток, как по вариантам фиг. 6-9, что интенсифицирует процесс перемешивания и выщелачивания исходного материала.

Для монтажа патрубков 5 и 20 той или иной конструкции и профилактической чистки камер донная часть камер может быть выполнена съемной.

Выше была описана работа установки на примере двух камер. Для обеспечения большей производительности и непрерывности процесса при использовании установки, например, в составе оборудования при добыче полезных ископаемых методом выщелачивания, подбирается необходимое число камер для загрузки исходного материала и его циркулирования по другим камерам в соответствии с описанным режимом. Для этого в каждой камере предусмотрены патрубок 3 с задвижкой 4 для загрузки исходного материала и патрубок для перегрузки пульпы в другую камеру, подсоединяемый в верхней части циркуляционных трубопроводов (на фиг. 1 - патрубок 25 в камере 1 и патрубок 26 в камере 2). Через эти же патрубки может быть выведен отработанный материал. В каждой камере в донной ее части предусмотрен сливной патрубок с задвижкой (на чертеже не показан) для слива насыщенного раствора в отдельную емкость или в единую для всех камер емкость 11 для дальнейшей его переработки.

За счет создания разности давлений (путем нагнетания в герметично закрытую предварительно заполненную рудной массой загрузочно-обменную камеру раствора реагента) образуется пара неравновесных областей, имеющих между собой гидравлическую связь и стремящихся возвратиться к первоначальному равновесному состоянию, возникает поток пульпы в разгрузочном трубопроводе с определенными расходно-напорными характеристиками смеси. Искомую систему транспортирования можно представить в виде модели сообщающегося сосуда, геометрические и расходные параметры одной ветви определены используемым силовым жидкостным реагентным насосом - другая определяет напорные возможности этого гидротранспортного комплекса (патент США N 4978251 Метод и аппарат для транспортирования материала посредством давления жидкости).

Особенностью процесса интенсивного выщелачивания и последующего вытеснения твердого материала напорным раствором реагента, подаваемый в герметичную емкость с твердым несвязным материалом является непрерывный установившийся взаимообмен равными объемами подаваемого напорного реагента вытесняемого из герметичной емкости твердого материала. Таким образом, часть объема напорного реагента, поступающего в емкость, расходуется на процесс напорной фильтрации через пористое пространство твердого материала восходящими потоками, а оставшийся объем напорного реагента участвует в местном псевдоожижении твердого у разгрузочного отверстия пульпопровода в виде спутной или закрученной струи. Причем поровой обмен реагента в силу закона неразрывности в этом локальном процессе псевдоожижения - пульпоприготовления не участвует.

При небольших расходах раствор реагента фильтруется через слой в промежутках между частицами (через поровое пространство). Как только расход жидкости будет достаточен для создания перепада давления, соответствующего весу слоя (что для каждого выщелачиваемого материала определяется расчетом), то дальнейшее повышение расхода приведет к взвешиванию всего объема твердого в емкости и интенсивному выщелачиванию даже крупных кусков рудной массы. Скорость потока, при повышении которой происходит взвешивание всего объема твердого соответствует режиму оптимального выщелачивания в условиях псевдоожижения при значительном масштабе турбулентности, что создает еще более благоприятные условия напорного перемешивания твердой и жидкой фаз пульпы и перегрузку ее из камеры в камеру.

Формула изобретения

1. Способ выщелачивания металлов из руд, хвостов обогащения и концентратов, включающий смешение в первой загрузочно-обменной камере дробленой руды или концентрата с раствором выщелачивающего реагента, перемешивание твердой и жидкой фаз образованной пульпы, перегрузку пульпы из первой загрузочно-обменной камеры после ее заполнения до заданного уровня в одну или последовательно в несколько дополнительных загрузочно-обменных камер, сообщающихся между собой, и перемешивание фаз пульпы в загруженных дополнительных камерах, отличающийся тем, что смешение в первой загрузочно-обменной камере осуществляют путем предварительного ее заполнения раствором выщелачивающего реагента и последующей полной загрузки дробленой рудой, хвостами обогащения или концентратом с вытеснением раствора реагента из камеры в емкость, содержащую запас этого раствора, а перемешивание твердой и жидкой фаз пульпы и перегрузку пульпы из камеры в камеру осуществляют путем подачи в заполненные пульпой или твердым материалом камеры из упомянутой емкости напорного нисходящего или восходящего потока раствора выщелачивающего реагента в виде спутной или закрученной жидкостной струи до полной разгрузки камеры от выщелачиваемого материала в соседнюю камеру, которую предварительно заполняют раствором выщелачивающего реагента, вытесненную часть которого при загрузке материала, поступающего из предыдущей камеры, сливают в емкость с раствором, при этом перегрузку пульпы осуществляют из придонной части разгружаемой камеры в верхнюю часть загружаемой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перегрузку пульпы с выщелачиваемым материалом осуществляют циркуляционно по напорному замкнутому контуру между двумя загрузочно-обменными камерами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии нескольких загрузочно-обменных камер совмещают во времени загрузку одной или более камер дробленой рудой, хвостами обогащения или концентратом с процессами выщелачивания и циркуляционной перегрузки пульпы, осуществляемыми в дополнительных камерах, с дальнейшим подключением загруженных камер к освободившимся дополнительным камерам после завершения в них выщелачивания, удаления пульпы и заполнения раствором выщелачивающего реагента.

4. Установка для выщелачивания металлов из руд, хвостов обогащения и концентратов, содержащая основную загрузочно-обменную камеру с патрубком в верхней своей части для загрузки дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата и патрубком подачи раствора выщелачивающего реагента, и не менее одной дополнительной загрузочно-обменной камеры, при этом полости основной и дополнительных камер последовательно гидравлически связаны друг с другом, отличающаяся тем, что камеры выполнены герметичными, каждая дополнительная камера имеет патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента, и все камеры в верхней своей части имеют патрубки слива раствора, а гидравлическая связь полостей двух соседних камер выполнена в виде циркуляционного трубопровода, соединяющего патрубок разгрузки пульпы, закрепленный в нижней части корпуса предыдущей камеры, и патрубок загрузки пульпы, закрепленный в верхней части корпуса последующей камеры.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что дополнительные камеры в верхней своей части имеют патрубки для загрузки дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата.

6. Установка по пп. 4 или 5, отличающаяся тем, что камеры в придонной части имеют патрубок слива продуктивного раствора.

7. Установка по пп. 4 - 6, отличающаяся тем, что патрубки загрузки дробленой руды, хвостов обогащения или концентрата, патрубки разгрузки и загрузки пульпы и патрубки слива раствора выщелачивающего реагента и слива продуктивного раствора выполнены с управляемыми запорными устройствами.

8. Установка по п.4, отличающаяся тем, что полость одной из дополнительных загрузочно-обменных камер связана с полостью основной загрузочно-обменной камеры вторым циркуляционным трубопроводом, соединяющим патрубок разгрузки пульпы, закрепленный в нижней части корпуса дополнительной камеры, и патрубок загрузки пульпы, закрепленный в верхней части корпуса основной камеры.

9. Установка по пп. 4 - 6, отличающаяся тем, что к патрубкам подачи раствора выщелачивающего реагента подсоединены напорные трубопроводы, выведенные через единый или отдельные насосы в емкость с запасом раствора выщелачивающего реагента и выполненные с управляемыми запорными устройствами, а к патрубкам слива раствора подсоединены сливные трубопроводы, выведенные в ту же емкость.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что для эксплуатации установки в составе оборудования для добычи полезных ископаемых в качестве емкости для раствора выщелачивающего реагента использован зумпф.

11. Установка по п.4, отличающаяся тем, что все загрузочно-обменные камеры выполнены тороидальной или цилиндрической формы, а их днища - преимущественно конусными, переходящими при вершине в вогнутую, сферическую или плоскую площадку.

12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что образующая конусной поверхности днища составляет с горизонтальной плоскостью угол, равный или превышающий угол внутреннего трения материала в его водонасыщенном состоянии.

13. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что патрубки подачи раствора выщелачивающего реагента и разгрузки пульпы выполнены в виде единого патрубка, встроенного в днище камеры, в его стенке выполнено отверстие, которое сопряжено с отверстием, выполненным в площадке днища камеры.

14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что единый патрубок расположен перпендикулярно продольной оси камеры.

15. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что единый патрубок расположен под углом к горизонтали.

16. Установка по п. 15, отличающаяся тем, что единый патрубок составляет с горизонталью угол, равный или превышающий угол внутреннего трения материала в его водонасыщенном состоянии.

17. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что в площадке днища камеры выполнено отверстие, патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен в нижней части камеры, выполнен изогнутым и содержит направленную по продольной оси камеры ветвь, торец которой расположен напротив отверстия, и ветвь, выведенную через стенку камеры, а патрубок разгрузки пульпы встроен в упомянутое отверстие.

18. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен в отверстие, выполненное в площадке днища камеры, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит направленную по продольной оси камеры ветвь, торец которой расположен напротив отверстия, и ветвь, выведенную через стенку камеры.

19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента имеет на торце полую коническую насадку с тангенциально расположенными на конической поверхности щелями.

20. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что площадка днища камеры составляет большую часть днища, патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен на уровне днища камеры по касательной к ее стенке, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит расположенную по продольной оси камеры ветвь, торец которой направлен к днищу, и ветвь, выведенную через стенку камеры.

21. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что она снабжена расположенными по оси основной камеры кольцевой камерой и кольцевым патрубком, торец которого заглублен в днище, а патрубок подачи раствора установлен тангенциально к кольцевой камере, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и содержит расположенную по продольной оси камеры ветвь, входящую в стакан, и ветвь, выведенную через стенку камеры.

22. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что она снабжена полым цилиндром, расположенным в нижней части камеры коаксиально с ней, и стаканом, полый цилиндр выполнен с отверстием в его боковой поверхности и глухими верхним и нижним днищами с центральными отверстиями в них, при этом диаметр отверстия в нижнем днище превышает диаметр отверстия в верхнем, стакан встроен в отверстие нижнего днища, патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен через стенку камеры со смещением относительно ее продольной оси, полый цилиндр ориентирован относительно этого патрубка так, что торец последнего сопряжен с отверстием в поверхности цилиндра, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым, имеет направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную коаксиально внутри упомянутого отрезка трубы с выступающим относительно него торцем ветвь, на которой с тугой посадкой на отверстии в верхнем днище полого цилиндра крепится стакан, и ветвь, веведенную через стенку камеры.

23. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен в верхней части камеры в ее стенку или крышку, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым и имеет направленную по продольной оси камеры к ее днищу ветвь и ветвь, выведенную через стенку камеры.

24. Установка по пп. 11 или 12, отличающаяся тем, что внутри камеры коаксиально с ней расположен цилиндр, разделяющий объем камеры на центральную и периферийную зоны, патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента встроен в верхней части камеры в ее стенку выше верхнего торца цилииндра, а патрубок разгрузки пульпы выполнен изогнутым, содержит направленную вниз по продольной оси камеры и расположенную внутри трубы ветвь, торец которой выступает за нижний торец трубы в цилиндрический стакан, внутренний диаметр которого превышает внешний диаметр патрубка, а его открытый торец расположен ниже торца цилиндра и ветвь , выведенную через стенки трубы и камеры, при этом боковая поверхность корпуса камеры в верхней ее части выполнена преимущественно конусной.

25. Установка по п. 24, отличающаяся тем, что патрубок подачи раствора выщелачивающего реагента смещен относительно продольной оси камеры.

26. Установка по пп. 4 - 25, отличающаяся тем, что донная часть камер выполнена съемной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11