专利名称：用于在冶金过程中混合矿浆的叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及在湿法冶金过程反应器中用于混合矿浆的涡轮式高能叶轮。
背景技术：
本发明涉及通常在湿法冶金过程中反应器中使用的叶轮。本发明的叶轮与本领域通常使用的直叶片叶轮以及本领域熟知的其他一些高能效叶轮的用途相同。本发明的叶轮例如可代替老的传统叶轮用于大规模应用。反应器是混合罐，为了所需的工序而向该混合罐中供给处理溶液。除了叶轮以外， 反应器通常包括附连到反应器壁上的扰流器。叶轮主要用于处理溶液是固体物质(例如由于沉淀而产生)的场合。在这种操作环境中，重要的是混合模式在整个反应器区域都足够强，以便搅拌固体，使得固体例如不会积聚在底部。此外，有必要在过程中形成紊流，以使过程所需的反应发生。在某些应用环境中， 有必要避免在固体混合物中过大的搅拌能量，以防止过程成分例如絮凝剂分解。例如，在沉淀中产生的固体颗粒的分解以及在过程中可能使用的絮凝剂的分解将大大地降低沉淀效率。当沉淀效率降低时，必须在过程中添加越来越多的絮凝剂以提高效率，这进一步增大了支出。处理溶液例如由水溶液组成，该水溶液含有酸和溶解在其中的物质。此外，在反应需要的情况下还可能将气体吹入反应器。作为可能的处理环境，已提出过沉淀钴和镍、生产石灰乳、溶液处理和大规模污水处理。在沉淀处理中，例如通过大块浸取而使金属进入处理溶液中。在沉淀反应器中，例如通过向反应器中吹送气体(例如硫化氢)来尝试将金属沉淀在处理溶液中。这样，包含在溶液中的金属开始成核。当在溶液中形成核时，它们开始生长，在超过一定的大小后，可以在浓缩装置中将它们从处理溶液分离出。公知现有技术的代表是Chemineer公司的专利公开US5，052，892。所描述的叶轮元件包括2-4个叶片，一般是3个。该叶轮的目的是使产生轴流所用的能量最小化，使得不必关注反应所需的微观混合，并且通过较少数量的叶片来实现该目的。叶轮叶片的总边缘较小，即25-30度，叶轮叶片坯体的形状为矩形，即叶片的前缘和后缘平行。根据该参考公开文献，叶轮的轴向效率是基于径向凹度，径向凹度是通过对角折痕来实现的。根据所述参考公开文献，叶片不是连接到叶轮轴上，而是叶片通过螺栓连接来固定在围绕轴的轮毂上，在这种情况下，轮毂必须设置有用于连接叶片的突出部。在根据公开文献US5，052，892的叶轮中，叶片具有与叶片边缘平行的弯曲线，该弯曲线从叶片根部延伸到顶端并将叶片分成前部和后部。叶片前部还具有另一弯曲线，该另一弯曲线从第一弯曲线的顶端对角地延伸到叶片前缘并终止在大约为叶片长度四分之三的距离处，使得该另一弯曲线的端点在距轮毂为叶片长度1/4的距离处。第一弯曲线的角度为约10-25°，第二弯曲线的角度为约5-15°。在材料方面，整个叶片的厚度并不均勻，但是叶片前缘和后缘都被斜切，以便减小阻力。叶片的前缘是在上侧斜切，以及后缘是在下侧斜切。在公开文献US5，052，892中描述的叶轮的一个缺点是，它在叶片顶端产生强大的能量峰值，即在叶片顶端的搅拌是非常强的。因此，混合效果在反应器中叶轮周围没有均勻分布。具有斜切的叶片结构需要若干连续的生产步骤。发明目的利用根据本发明的新颖叶轮，实现了更加均勻的能量分布和具有紊流的更大尾流区，即，与现有技术描述的叶轮相比，本发明叶轮在反应器中产生的能量分布更加均勻。因此，产生了轻微的搅拌，但同时该搅拌相对于反应和固体搅拌而言又足够有效。除了良好的搅拌性能以外，根据本发明的叶轮设计的目的在于实现尽可能好的强度技术性能。通过这种方式，实现了在开支和制造方面的若干益处。根据本发明的叶轮的目的是消除现有技术描述叶轮以及本领域已经熟知的那些叶轮的缺点，并介绍一种在湿法冶金过程中使用的叶轮，其更好、更节能和更有成本效益。
发明内容
从随附的权利要求将明白本发明的实质特征。本发明涉及一种叶轮，用于在反应器中搅拌在湿法冶金过程中产生的矿浆，该叶轮由至少五个叶片构成，每个叶片包括叶片前缘、尾缘、根部和顶端，叶片根部通过结合部而永久性地连接到轮毂或轴上，以及叶轮叶片的前缘是直的，尾缘被斜切，在这种情况下， 叶片朝顶端变窄；且叶片具有两个平行于叶片前缘的纵向折痕。根据本发明的一个优选实施例，平行于叶轮叶片前缘的折痕彼此相隔大体上相同的距离，并从叶片根部延伸到叶片顶端。根据本发明的一个优选实施例，平行于叶轮叶片前缘的折痕将叶片分成三个等宽度的叶片型面，叶片型面的表面积沿叶片的旋转方向减小。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片型面的表面积彼此不同。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的前缘是水平的。根据本发明的一个优选实施例，叶轮的第一折痕相对于水平面的角度是15-25°。 根据本发明的一个优选实施例，叶轮的第一折痕相对于水平面的角度优选地是20°。根据本发明的一个优选实施例，叶轮的第二折痕相对于水平面的角度是35-45°。根据本发明的一个优选实施例，叶轮的第二折痕相对于水平面的角度优选地是40°。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的尾缘相对于叶片前缘的角度α是 15-25°。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的尾缘相对于叶片前缘的角度α优选地是20°。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的前缘向上倾斜。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的前缘向下倾斜。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的数量是5-7个。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片的数量优选地是5个。根据本发明的一个优选实施例，叶轮叶片由具有均勻结构的板构成。根据本发明的一个优选实施例，叶轮轴上布置有至少两个叶轮。根据本发明的一个优选实施例，叶轮的结合部是焊接结合部。根据本发明的一个优选实施例，叶轮的结合部直接形成在轮毂或轴中。
图1是根据本发明的叶轮的俯视图。图2是根据本发明的叶轮的三维侧视图。图3是在分解视图中从水平横截面上来看根据本发明的叶轮叶片的俯视图。图4是现有技术的叶轮和根据本发明的叶轮在距叶轮轴不同距离处的冲击力(搅拌能量)的曲线图。
具体实施例方式本发明叶轮的用途与本领域惯常已知的直叶片叶轮和本领域其他熟知的高能效叶轮的用途相同。根据本发明的叶轮例如能够用来代替老的传统叶轮用于大型装置。关于在反应器中发生的反应，重要的是根据本发明的叶轮形成所谓的尾流区。通过这种方式，实现了用于冶金反应的更大面积，这通常需要紊流来产生。已经发现，利用根据本发明的叶轮，实现了比现有技术更加均勻的能量分布和更大的具有紊流的尾流区，即，叶轮在反应器中产生的能量分布更加均勻。结果是，为固体的反应以及混合产生了轻微但同时足够有效的搅拌。在例如用所谓的A型叶轮代表的具有四个直叶片的基本叶轮中，搅拌能量主要限制于在叶轮叶片周围产生的能量峰值。根据本发明的叶轮的能量分布的高斯曲线具有非常小的梯度，因为本发明的目的是避免峰值。根据本发明的叶轮能够与叶轮叶片角度为45度的A型叶轮相比较。在新叶轮的研发中，目的是观察在整个反应器中发生的现象，从而目的是获得尽可能好的处理结果。除了叶轮产生的搅拌量以外，还关注的是在正在进行的处理所需的反应中搅拌的效果。可以利用由叶轮产生的泵送程度来评估由叶轮导致的对反应器中处理溶液的总搅拌。这里的泵送表示在反应器中不同高度水平的流动液体体积。当把根据本发明的叶轮与例如具有倾角为45度的四个直叶片的本领域熟知的基本轴流涡轮相比时，通过施加相同的旋转速度，根据本发明的叶轮实现了更好的泵送率。根据本发明的叶轮的优点在于，上述叶轮泵送率的差异在底部区域最大，这在搅拌固体时特别重要。根据本发明的叶轮还适用于在处理溶液中分散气体直到某一极限，但并不是特别地设计用于此用途。这里的术语“分散”表示把供给到反应器中的气体分解成尽可能小的气泡，并使其沿反应器的整个区域尽可能均勻地分布。除了良好的混合特性以外，根据本发明的叶轮的设计还旨在于达到尽可能好的强度技术性能。通过这种方式，在支出和制造过程两方面都获得了益处。根据本发明的叶轮型面由两个平行的折痕实现，该技术不同于通常应用的一个折痕构成的系统或连续变化型面(水翼)构成的系统。在根据本发明的叶轮中，叶轮型面一直延伸到轴处，由于这个特征，实现了固有刚性。根据本发明的叶轮的结构刚度是直叶片叶轮的结构刚度的大约二十倍。即使将直叶片叶轮的结构增强，直叶片叶轮中叶片和轮毂之间的结合部的耐疲劳性也总是低于根据本发明的叶轮的耐疲劳性。所述结合部是限定叶轮使用寿命的最普遍因素。结构刚度减小了每个应力循环的扩展，这自然就防止了疲劳破坏。当把直叶片叶轮和根据本发明的叶轮在反应器的不同水平高度进行比较时，发现利用根据本发明的叶轮实现了相同的泵送效率但能量消耗甚至低50%。这可以直接算为使用叶轮的用户在运行支出方面的节省。更加耐用的叶轮结构也使其使用寿命更长且维护需要较少。通过使用根据本发明的叶轮，实现了制造支出的节省。对能量的更低需要使得可以使用更小的电机，因此也许可以使用更轻的变速箱以及更轻的叶轮轴结构。还可以在同一个轴上同时布置若干个根据本发明的新叶轮，因为这些叶轮提供了均勻的搅拌和平稳的流动。由于不需要为叶轮轴设置单独的支托轮毂，因此根据本发明的叶轮的制造成本例如比现有技术描述的叶轮的制造成本更低。如图1、2和3所示，根据本发明的叶轮1由固定在轴3上或者可借助轮毂(未详细示出)固定的叶片2构成。叶片的结合部13直接形成在轴或者轮毂上，而不需要任何支架或螺栓连接。实现这种结合的典型方式是焊接。因此，在本领域实现所述结合部最普遍的应用方式是直接焊接到轮毂或轴上，或者螺栓连接到焊接在轴或轮毂上的支架。基本上， 根据本发明的叶轮包括能够尽可能多地固定在轴上的叶片，即5-7个，优选地是5个。在根据本发明的叶轮中，叶片2具有在叶片上平行于纵向方向的两个折痕，即具有叶片前缘4、第一折痕5和第二折痕6，它们定位成彼此相隔基本上相同的距离并从叶片根部7延伸到叶片顶端8。叶片折痕越圆，其实际所起的作用越好且越有效。叶片中形成的型面由这两个折痕构成，它们将叶轮叶片划分成三个相等宽度的型面，但是所述叶片的表面积沿叶片的旋转方向减小。在通常情况下，叶片前缘4是水平的，利用折痕使叶片向下弯曲。每个折痕相对水平面的角度为15-25°，优选20°。当叶片前缘4为水平时，叶片的第一叶片型面9相对于前缘的倾角为15-25°，中心倾角为大约20°，最中心的叶片型面10 的倾角为约35-45°，中心倾角优选为40°，并且第三叶片型面11的倾角为约55-65°，相对于叶片前缘的中心倾角优选为60°。这样，叶片的整个中心倾角为约40°。叶片前缘4 也可以向上或向下倾斜最多10度，在这种情况下，叶轮相对于水平面的整个中心倾角为约 30-50°，但是相对于叶轮前缘仍然为约40°。从图3可以看出，根据本发明的叶轮的叶片2由具有均勻结构的板构成，所述板的前缘4在旋转方向上看是直的，但尾缘即后缘12被斜切，使得叶片朝顶端8变窄。尾缘相对于直前缘的角度为α，该角度约为15-25°，即叶片为梯形。叶片顶端相对于前缘成直角，即顶端是直的。这同样适用于叶片根部，但是在必要时叶片根部可以成形成以便适当地固定在轴3上。这里的均勻结构表示叶片不斜切或者不以其它方式沿厚度方向成形。由于尾缘12被斜切，这表示所有叶片型面9、10和11的大小不同。第一叶片型面9的表面积最大，第三叶片型面11的表面积最小。在根据本发明的叶片中所提供的相当大的总角度大大地提高了叶轮的结构刚度。 此外，叶片从轴3和从叶片根部7向叶片顶端8逐渐变窄。利用这种变窄的结构，能量更加均勻地分布，因为表面积随着节线速度增大而减小。在根据本发明的叶轮中，特有的特征不是基于径向凹度。当根据本发明的叶轮中的两个折痕一直延伸到叶轮轴时，与利用螺栓来固定叶片的叶轮相比，本发明的结构变得更加坚固。在根据本发明的叶轮中，叶片结构的耐磨性是基于永久性连接在轴或可拆卸轮毂上的叶片。固有刚性是基于所谓的惯性中心点相对于固定线进一步偏移，每个叶片的载荷随着叶片数量增加而减小。根据本发明的叶轮1旨在使形成轴流所消耗的能量最小化，从而不必考虑反应所需的微观混合，因此根据本发明的叶轮1的目的还在于确保充分的反应速率，即目的在于确保整个过程的功能效率，而不仅仅是确保搅拌步骤的功能效率。利用根据本发明的叶轮1，由于目的是避免峰值，因此能量分布的高斯曲线具有显著更小的梯度。这也将在下面参考单独的实例1进行描述和说明。在能量峰值分解絮凝剂、团块物或滴状物的处理过程中，实质上削弱了回收从处理溶液分离出的产品或废物的能力。另一方面，在反应速率与达到一定饱和点的搅动能量成比例的处理过程中，通过使用根据本发明的叶轮1节省了能量，因为在处理过程中不产生不必要的能量峰值，但搅拌能量在整个反应器容积上尽可能均勻地分布。实例实例1图4中，通过曲线图来把根据本发明的叶轮与根据现有技术(US5，052，892)的叶轮的冲击力分布即搅拌能量分布进行比较。在图中，计算了当叶片最大长度为85mm时由叶轮叶片在距叶轮轴不同距离处产生的冲击力。图中，所用叶轮叶片的表面积在每种情况下都一样。从图中可以看出，现有技术的叶轮叶片产生的冲击力在叶片顶端非常大，而在根据本发明的叶轮中，沿着叶片整个长度上的冲击力明显更均勻。当希望在反应器中的搅拌均勻时，根据本发明的叶轮叶片的模型明显比现有技术描述的叶轮叶片更为有利。
权利要求
1.一种叶轮(1)，用于在反应器中混合在湿法冶金过程中产生的矿浆，所述叶轮(1)由至少五个叶片(2)构成，每个叶片包括叶片前缘(4)、尾缘(12)、根部(7)和顶端(8)，叶片 (2)的根部(7)通过结合部(1 而永久性地连接到轮毂或轴( 上，其特征在于，叶轮叶片的前缘(4)是直的，尾缘(12)被斜切，从而叶片朝顶端(8)变窄，且叶片具有两个平行于叶片前缘⑷布置的纵向折痕(5、6)。
2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，平行于叶片前缘(4)布置的折痕(5、6)彼此相隔大体上相同的距离，并从叶片根部(7)延伸到叶片顶端(8)。
3.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，平行于叶片(2)前缘布置的纵向折痕(5、 6)将叶片(2)分成三个等宽度的叶片型面(9、10、11)，叶片型面的表面积沿叶片(2)的旋转方向减小。
4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，叶片型面(9、10、11)的表面积彼此不同。
5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶轮叶片(2)的前缘⑷是水平的。
6.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，第一折痕( 相对于水平面的角度是 15-25°。
7.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，第一折痕(5)相对于水平面的角度优选地是 20°。
8.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，第二折痕(6)相对于水平面的角度是 35-45° 。
9.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，第二折痕(6)相对于水平面的角度优选地是 40°。
10.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶片(2)的尾缘(12)相对于叶片(2)的前缘的角度α是15-25°。
11.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶片⑵的尾缘(12)相对于叶片(2)的前缘的角度α优选地是20°。
12.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶片(2)的前缘向上倾斜。
13.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶片O)的前缘向下倾斜。
14.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶轮⑴中叶片(2)的数量是5-7个。
15.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶轮⑴中叶片(2)的数量优选地是5个。
16.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶轮⑴的叶片(2)由具有均勻结构的板构成。
17.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，叶轮(1)的轴(3)上布置有至少两个叶轮⑴。
18.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，结合部(13)是焊接结合部。
19.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，结合部(1 直接形成在轮毂或轴(3)中。
全文摘要
本发明涉及在湿法冶金过程反应器中用于混合矿浆的涡轮式高能叶轮。该叶轮由至少五个叶片构成，每个叶片包括前缘、尾缘、根部和顶端；叶轮叶片的根部通过结合部而永久性地连接到叶轮的轮毂或轴上，使得叶轮叶片的前缘是直的，尾缘被斜切，在这种情况下，叶片朝顶端变窄，且叶片具有两个平行于叶片前缘布置的纵向折痕。
文档编号B01F7/00GK102348498SQ201080011081
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月11日
发明者B·内曼, J·佩拉霍, J·瓦尔诺, J·蒂霍宁, L·利加, T·赫尔斯 申请人:奥图泰有限公司