流体处理装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于处理包括浆料或浆液的流体介质的流体处理装置，更具体地涉及 通过利用壅塞流动增强在过程中发生的化学或物理反应的装置和方法，并且可以提供相关 的水力空化。
[0002] 本发明的应用不仅包括在单个或多个流体相中进行的反应和过程，而且包括一种 或多种流体和气体接触的反应和过程，例如液体和至少一种气体组分参与物理或化学反应 的过程。本发明的应用因此延伸至化学提取过程，例如包括金的贵金属的提取，其中混合浆 料或浆液和氧化气体并且经受壅塞流动;破坏氰化物从而形成废弃过程溶液、浆料和浆液 中的更低水平的残留氰化物;并且从过程溶液、浆料和浆液中除去砷。
[0003] 得益于使用如本发明提供的壅塞流动的过程中进行的大量其它化学和物理反应 将毫无疑问地落入本发明的范围。
【背景技术】
[0004] 氰化物通常用作浸出剂从而从矿石中提取金和其它贵金属。经研磨的矿石与例如 水的液体混合从而形成浆料或浆液，然后在所述浆料或浆液中加入氰化钙或氰化钠。需要 氧化剂来溶解金和其它金属，并且大气空气为用作氧化剂的常规氧气源，尽管有时也可以 使用氧气。
[0005] 然而出现的问题是，难以保证氧气充分扩散至浆料内使得氧化发生从而从矿石中 回收最大量的金。在混合空气或其它化学氧化剂和浆料时存在极大难度，所述浆料可能具 有50%或更多固体的稠度，因此仅一部分空气以气泡的形式溶解在浆料中用于氧化。
[0006] 将氧气注入浆料的最常用的方法是使用喷枪/喷嘴布置从而将空气或氧气注入包 括搅拌器的槽或容器中。然后使用来自搅拌的剪切从而将气体分散至槽内。然而该方法的 缺点是，通过搅拌器的混合作用产生的剪切和雷诺数相对较低。因此产生大气泡，所述大气 泡倾向于迅速闪蒸，造成低持气率，低气体溶解水平和低利用效率。
[0007]其它方法包括栗送浆料使其通过具有背压的管道，以及如下的一者:通过管道或 喷枪注入气体、通过狭槽注入气体和通过多孔介质注入气体，在每种情况下依靠系统内的 湍流将气体打破成气泡。
[0008] 尽管这些系统通常比将气体注入搅拌槽作用更好，然而它们具有若干缺点。例如， 相对持气率和利用效率仍然相对较低;存在高磨损，需要频繁更换;并且待注入的气体必须 加压至高于系统的背压。
[0009] 另一种方法包括使用文丘里管或喷射器，所述文丘里管或喷射器产生抽吸措施从 而将气体引入浆料。然而缺点是系统不受压;产生可能闪蒸的大气泡;并且持气率和气体利 用效率相对较低。
[0010]因此需要一种替代性装置和方法来特别促进气体至浆料的扩散或在过程流体中 产生水力空化。
[0011]在本说明书中，流体被认为是包括液体物质，所述液体物质也可以包含固体材料， 例如浆料或浆液以及夹带的气泡或甚至空气。液体可以是水或任何其它液体，固体材料可 以包括经研磨或经粉碎的矿石、重金属、水污染物、废水、污水、纤维素等。
【发明内容】
[0012] 根据本发明，提供流体处理装置，所述流体处理装置包括至少两个室，第一室和第 二室，流体可以流动通过所述室，两个室通过至少一个壅塞喷嘴分离，所述壅塞喷嘴具有在 第一室中的入口和在第二室中的出口，其中壅塞喷嘴包括在其入口处的汇聚部段、喉部段、 紧邻喉部段之后的后台阶，和在其通往第二室的出口处的出口部段。
[0013] 壅塞喷嘴具有文丘里管的一般性质，具有入口、喉部段和出口部段，所述入口、喉 部段和出口部段各自的横截面为圆形形状，其中出口部段优选发散。
[0014] 流体处理装置特别地被构造成通过壅塞喷嘴忍受壅塞流动条件。壅塞喷嘴的喉部 段的直径被选择成在正常操作条件下壅塞通过壅塞喷嘴的流体的流动。壅塞喷嘴的设计因 此根据需要的体积流速和待处理的液体的性质而变化。通常地，更具挥发性的液体在低至 约5m/s的更低的线速度下壅塞，而水和水浆料在约25m/s范围内的高得多的线速度下壅塞。
[0015] 室可以设置有在竖直方向上位于第二室上方的第一室，其中可以在入口或传送通 道中任选设置一些额外的壅塞喷嘴或混合喷嘴并且使它们的轴线通常水平而非竖直。
[0016] 流体处理装置可以包括混合喷嘴用于在过程流体中混合进入壅塞喷嘴之前或离 开壅塞喷嘴之后的流体和特别是气体，或者混合进入壅塞喷嘴之前和离开壅塞喷嘴之后的 流体和特别是气体，其中混合喷嘴具有在其入口处的汇聚部段、喉部段、紧邻喉部段之后的 后台阶，和在其通往下游室的出口处的出口部段。在水作为基础流体的情况下，通过混合喷 嘴的通常线速度通常在3和12m/s之间，最优选在8和10m/s之间。
[0017] 每个喷嘴的汇聚部段可以具有1至35度，更优选15至30度，最优选约30度的圆锥 角。
[0018] 后台阶可以沿径向向外延伸从而以一定距离超过喉部段，所述距离通常至少在一 定程度上取决于喉直径，特别是在壅塞喷嘴的情况下，所述距离为喉直径的约3%至约 10%，优选4%至8%，最优选约4.5%-5%。关于更小直径的喉，这表示约1至4mm，例如约2至 3mm的台阶。
[0019]出口部段优选发散从而充当扩散部段，并且可以具有1至8度，更优选2至8度，最优 选4至8度的圆锥角。甚至更优选地，圆锥角为约4度。
[0020] 装置可以被设置成使气体扩散至液体(包括浆料或浆液），在该情况下，第二室可 以包括一个或多个气体入口，一个或多个入口的轴线被设置成相对于喷嘴的轴线横向延 伸，使得气体可以朝向相对于喷嘴通常正切的流推进并且具有随之发生的旋涡作用。
[0021] 喷嘴的出口部段可以具有沿着出口部段的额外的连续的后台阶。
[0022] 装置可以以流体相通地方式被构造成与用于分离、纯化、浸出或氧化一种或多种 流体成分的反应器连接。
[0023]本发明还提供一种装置，所述装置包括:至少第一室、第二室和第三室，其中如上 所述的单个壅塞喷嘴或一排多于一个壅塞喷嘴的第一布置从第一室的底部延伸进入第二 室;流体入口，所述流体入口通往第一室，流体入口相对于通过壅塞喷嘴的流体流动方向横 向地设置;和如上所述的单个壅塞喷嘴或一排多于一个壅塞喷嘴的第二布置，所述第二布 置从第二室的底部延伸进入第三室，其中第二布置和下游布置的喷嘴的入口与紧邻上游布 置的喷嘴的出口直接对准;气体或流体入口，所述气体或流体入口通往第二室和第三室的 每一者，每个入口相对于壅塞喷嘴横向地设置并且与喷嘴出口对准或略微位于喷嘴出口的 下游;任选的第四室和额外的室，所述第四室和额外的室通过如上所述的单个壅塞喷嘴或 混合喷嘴或一排多于一个壅塞喷嘴或混合喷嘴的布置相互连接。
[0024]装置可以进一步包括位于上述连续室的上方或之间的额外的室，额外的室具有通 常正切的出口，流体可以流动通过所述出口，出口通常为U形的使得流体正切地返回位于下 方的在其底部具有单个壅塞喷嘴或一排多于一个壅塞喷嘴的室。如上所述的壅塞喷嘴的一 种或多种布置可以设置在入口中，优选靠近入口进入额外的室下方的室的位置。气体或流 体入口可以通往紧邻入口中的喷嘴出口下游的入口。
[0025]本发明还提供通过利用壅塞流动增强过程中发生的化学或物理反应的方法，所述 方法包括使流体通过壅塞喷嘴，所述壅塞喷嘴包括汇聚部段、喉部段、紧邻喉部段之后的后 台阶，和出口部段，其中流体的定向流动、角速度、离心加速度和直线加速度构成通过壅塞 喷嘴提供壅塞流动的条件。
[0026]本发明还提供使气体扩散至流体的方法，所述方法包括在加速通过喉部段的流体 中产生气泡，然后造成气泡内爆并且形成多个更小的气泡。气泡的内爆可以在出口部段中 进行，所述出口部段优选为发散部段或位于壅塞喷嘴下游的区域中。所述方法可以额外包 括在流体排出点处横向地和优选通常正切地将气体注入离开喷嘴的流体射流的步骤，因此 在流体中夹带注入的气体并且赋予流体漩涡运动。
[0027]通过内爆过程形成的气泡的尺寸优选小于50微米;优选小于1微米;甚至更优选小 于1纳米，并且足够小从而夹带在流体中。
[0028] 离开一个喷嘴的流体射流可以进入紧邻的邻近喷嘴并且以此类推，因此增加过程 内气泡内爆和进一步空化的机会。
[0029] 所述方法可以是用于从矿石中分离金和其它金属的过程的一部分，并且更具体 地，所述方法可以保证氧气或空气充分扩散至经研磨矿石、水和氰化钙或氰化钠的浆料从 而充分氧化矿石，用于减少的氰化物消耗和/或改进的金属浸出和/或促进从矿石中浮选金 颗粒。
[0030] 本发明还提供用于减少含氰化物流体中的氰化物的量的方法，所述方法包括如下 步骤:调节如上所述的装置中的流体的pH和Eh(以mV测得的氧化还原电位）；和通过碳催化 氧化流体中的氰化物。
[0031] 可以使用Eh改性剂(例如S02和空气或氧气的组合)和催化剂(例如硫酸铜)进行pH 和Eh的调节。也可以使用其它Eh改性剂，例如过氧化物、二氧化锰、次氯酸钠、高锰酸钾、重 铬酸钾或臭氧。可以使用活性碳或活性炭进行氰化物的氧化。所述方法可以在单个容器或 两个或多个容器中进行。
[0032] 流体可能包含砷或其衍生物，本发明的方法的目的可以是使砷溶解在流体中；然 后以稳定形式从流体中沉淀出溶解的砷。沉淀出砷的流体可以经受进一步处理从而从流体 中除去有价值金属。
[0033] 为了更充分地理解本发明的上述和其它特征，现在将参考附图描述本发明的各个 实施方案。
【附图说明】
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