Устройство для переработки металлосодержащих концентратов

 

Изобретение относится к устройству для переработки металлосодержащих концентратов, содержащему источник излучения, камеру облучения сырья и аппарат выщелачивания. Сущность: оно дополнительно содержит конденсаторный накопитель энергии, пульт управления, датчик уровня жидкости, подводящие и отводящие трубы и насос с приводом, источник излучения выполнен в виде импульсного излучения, размещенного внутри камеры и выполненного в виде коаксиальной лампы с обратным токопроводом, размещенным внутри лампы коаксиально, камера выполнена в виде вертикального цилиндра со входным и выходным патрубками для подачи и отвода пульпы исходного сырья, датчик уровня жидкости расположен в верхней части полости камеры, а патрубки камеры разнесены по высоте один относительно другого и расположены ниже датчика, входной патрубок выполнен у днища камеры, а выходной - у верхнего среза камеры, при этом внутренний диаметр камеры выбирают из соотношения D_к=D_л+2l, где D_к - внутренний диаметр камеры, D_л - внешний диаметр коаксиальной лампы, l - значение пробега излучения, необходимое для максимального выщелачивания, подводящие трубы и патрубки выполнены с одинаковыми сечениями и не более сечения коаксиального зазора между камерой и коаксиальной лампой. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к устройствам для переработки металлосодержащих концентратов и может быть использовано для переработки других редких и редкоземельных концентратов.

Известно устройство для переработки боксита и гидроаргелита воздействием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей в стационарном режиме (Журнал неорганической химии, 1965, т.38, с.65).

Недостатком устройства является незначительность повышения извлечения металлов после обработки.

Это устройство является наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту.

Задачей данного изобретения является создание устройства, обеспечивающего повышение извлечения целевых металлов.

Новый технический результат выражается в повышении степени извлечения металлов без повышения расходов реагентов и энергоносителей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для переработки металлосодержащих концентратов, содержащее источник излучения, камеру облучения сырья и аппарат выщелачивания, согласно изобретению, дополнительно содержит конденсаторный накопитель энергии, пульт управления, датчик уровня жидкости, подводящие и отводящие трубы и насос с приводом; источник излучения выполнен в виде импульсного излучателя, размещенного внутри камеры и выполненного в виде коаксиальной лампы с обратным токопроводом, размещенным внутри лампы коаксиально, камера выполнена в виде вертикального цилиндра со входным и выходным патрубками для подачи и отвода пульпы исходного сырья, датчик уровня жидкости расположен в верхней части полости камеры, а патрубки камеры разнесены по высоте один относительно другого и расположены ниже датчика, входной патрубок выполнен у днища камеры, а выходной у верхнего среза камеры, при этом внутренний диаметр камеры выбирают из соотношения D_к=D_л+2l, где D_к внутренний диаметр камеры, D_л внешний диаметр коаксиальной лампы, l значение пробега излучения, необходимое для максимального выщелачивания, подводящие трубы и патрубки выполнены с одинаковыми сечениями и не более сечения зазора между камерой и коаксиальной лампой.

Выполнение излучателя импульсным обеспечивает более высокую общую и удельную (на 1 см²) импульсную мощность оптического излучения, воздействующего на пульпу. В результате этого пульпа дополнительно подвергается действию еще ряда факторов; кратковременное поглощение импульсного оптического излучения приводит к быстрому неравномерному по объему разогреву твердых частиц пульпы, обеспечивая в них: быстрое повышение температуры и последующее быстрое их охлаждение при контакте с менее разогретой жидкой фазой приводит к образованию в минералах дефектов и трещин; образование кратковременных волн термомеханических напряжений, приводящих к деформациям и образованию дефектов в минералах, а также пространственному разделению частиц минералов в пульпе, что в свою очередь, приводит к повышению площади поверхности металлосодержащих минералов. Образование дефектов, деформаций и трещин в зернах минералов и повышение их площади свободной поверхности приводит к увеличению полноты выщелачивания, что в свою очередь, приводит к повышению извлечения металлов и его производительности.

Выполнение источника импульсного излучения коаксиальным позволяет существенно повысить площадь светящейся поверхности излучателя, обеспечивает больший объем обработки в единицу времени, обеспечивает большую эффективность использования электрической энергии по сравнению с трубчатой конструкцией излучателя. Это следует из того, что для обеспечения плотности энергии излучения E₀, т.е. с 1 см² светящейся поверхности излучателя, в коаксиальной конструкции энергию в электрическом разряде необходимо увеличивать в линейной зависимости, т.е. E₀=f(E_р), где E_р энергия электрического разряда в лампе, а в трубчатой конструкции лампы в квадратичной зависимости, т.е. E₀= f²(E_р). Это объясняется тем, что при сохранении размера зазора между трубами, образующими разрядную полость коаксиальной лампы, повышение внешнего диаметра лампы (т.е. диаметра внешней трубы) в коаксиальной конструкции автоматически влечет за собой такое же повышение диаметра внутренней трубы, вследствие чего площадь сечения разрядного промежутка лампы растет линейно с ростом диаметра лампы. В трубчатой конструкции лампы при повышении ее диаметра площадь сечения разрядного промежутка растет в квадратичной зависимости от диаметра (), так как газоразрядная плазма заполняет все круговое сечение разрядного промежутка. Однако, вследствие неполной прозрачности разрядной плазмы в лампе используется эффективно излучение только от приповерхностного слоя плазмы. В коаксиальном же излучателе при условии, что зазор между трубами, образующими разрядную полость, выбран не более толщины слоя плазмы, полностью отдающего излучение для потребления, коэффициент полезного действия использования электрической энергии максимален.

Размещение импульсной лампы в камере коаксиально обеспечивает значительно более однородную обработку пульпы оптическим излучением.

Размещение датчика уровня жидкости на верхнем срезе камеры обеспечивает подачу первого импульса излучения только после заполнения камеры пульпой, что исключает срабатывание лампы на полную мощность до полного заполнения камеры пульпой.

Выполнение внутреннего диаметра камеры согласно вышеуказанному соотношению приводит к наиболее полной активации всей пульпы, проходящей через камеру, а выполнение площадей сечений подводящих труб и патрубок одинаковыми и не более площади сечения диаметрального коаксиального зазора между камерой и лампой обеспечивает ламинарность потока пульпы при прохождении камеры, что повышает однородность обработки пульпы.

На чертеже представлена конструкция заявляемого устройства.

Она состоит из камеры 1 со входным 2 и выходным 3 патрубками, коаксиальной лампы 4 с обратным токопроводом 5, размещенным внутри лампы коаксиально, датчика уровня 6, конденсаторного накопителя энергии 7, насоса с приводом для подачи пульпы 8, системы регулирования подачей пульпы, содержащей вентили, краны 9, и подводящие трубы 10, пульта управления 11 и аппарата для выщелачивания 12, причем, диаметр камеры выбран из вышеуказанного соотношения, а диаметр источника и его энергообеспечение выбраны в зависимости от необходимой производительности активации.

В процессе работы описанного устройства с помощью системы 9 включают подачу насосом 8 и камеру 1 через входной патрубок 2 и одновременно подачу электроэнергии на конденсаторный накопитель энергии 7 излучателя 4. При достижении уровня пульпы верхнего среза камеры и датчика уровня 6 он срабатывает и подает командный сигнал на пульт 11 для подачи импульсного тока от конденсаторного накопителя 7 на излучатель 4 и открытия клапана слива пульпы системы 9 через выходной патрубок 3, подводящие трубы 10 в аппарат для выщелачивания 12. После вытеснения части обработанной пульпы необработанной пульпой подают второй импульс излучения и т.д. Процесс обработки пульпой импульсно-периодический с частотой, обеспечивающей превышение числа импульсов над числом смен пульпы в камере в 2 и более раз для обеспечения лучшей активации всего пропускаемого через камеру объема пульпы. В случае отказа (например, неподачи импульса излучения) счетчик импульсов подает на пульт команду о прекращении подачи пульпы до устранения неисправности, после чего процесс активации возобновляют.

Пример. При промышленной реализации суточная производительность автоклавного участка 5 тонн концентрата. При Т:Ж=1:4 по объему, это соответствует приблизительно 20 м³ пульпы. Экспериментальная оценка зоны поглощения оптического импульсного излучения дала для пробега излучения значение l≲1 см, а для максимального эффекта для концентрата молибден-шеелитового промежуточного (КМШП) значение концентрации поглощенной энергии ε≥3 Дж/г (или e_v≥10 Дж/см³).

Поэтому для активации V 20 м³ пульпы требуется суммарная энергия ΣE V·Σε= 2·10⁷·10=2·10⁸ Дж импульсного излучения. Выбираем диаметр коаксиальной лампы D_л 20 см, ее длину L 100 см. Тогда, согласно соотношению диаметр камеры D_к D_л + 2l 22 см, откуда площадь кольцевого сечения между камерой и лампой S₁ 69 см². Объем коаксиальной полости между камерой и лампой исходя из D_к, D_л и L, равен V_п≈ 6·10³ см³. Исходя из суточной производительности V= 2·10⁷ см³ при полученном значении V_п суточное число загрузок камеры составляет h=V/V_п≈3,3·10³. С учетом энергии в одном импульсе E=3·10⁴ Дж и суммарного суточного расхода энергии SE=2·10⁸ Дж число импульсов в сутки N=ΣE/E= 2·10⁸/3·10⁴= 6,6·10³. Учитывая, что в сутках приблизительно 86400 секунд, время между импульсами составляет ≈13 с, что больше минимально допустимого времени между импульсами 6 с для используемых конденсаторов ИК 10-50. С учетом суточного числа импульсов и суточного числа загрузок камеры коэффициента перекрытия K= N/h≈2, т. е. одна загрузка камеры обрабатывается двумя импульсами.

Формула изобретения

Устройство для переработки металлосодержащих концентратов, содержащее источник излучения, камеру облучения сырья и аппарат выщелачивания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит конденсаторный накопитель энергии, пульт управления, датчик уровня жидкости, подводящие и отводящие трубы и насос с приводом, источник излучения выполнен в виде импульсного излучателя, размещенного внутри камеры и выполненного в виде коаксиальной лампы с обратным токопроводом, размещенным внутри лампы коаксиально, камера выполнена в виде вертикального цилиндра с входным и выходным патрубками для подачи и отвода пульпы исходного сырья, датчик уровня жидкости расположен в верхней части полости камеры, а патрубки камеры разнесены по высоте один относительно другого и расположены ниже датчика, входной патрубок выполнен у днища камеры, а выходной у верхнего среза камеры, при этом внутренний диаметр камеры выбирают из соотношения D_к D_л + 2l, где D_к внутренний диаметр камеры; D_л внешний диаметр коаксиальной лампы; l значение пробега излучения, необходимое для максимального выщелачивания, подводящие трубы и патрубки выполнены с одинаковыми сечениями и не более сечения коаксиального зазора между камерой и коаксиальной лампой.

РИСУНКИ

Рисунок 1