本发明属于电湿法冶金领域，涉及一种矿物微反应器及其处理方法和用途，尤其涉及一种原位观测的矿物微反应器及其处理方法和用途。
背景技术：
浸出是湿法冶金领域的重要工艺过程，浸出过程是一种矿物分解、氧化或还原的反应过程。在反应过程中矿物表观形貌会发生相应的变化，而这种变化与化学反应过程密切相关，因此，研究矿物表面的形貌变化对于研究矿物分解过程具有重要的意义。
常用的矿物表观形貌观测方法为扫描电子显微镜和金相显微镜。金相显微镜由于具有成本低、操作简单和效率高等特点，经常被用于观测矿物表观形貌变化。但在浸出过程中想要观测矿物表面形貌变化，需要停止反应，取出部分矿浆分离得到干燥的矿物粉末方可进行金相显微分析。如果是高温高压浸出过程，则需要降低反应器内温度，释放压力，待降至常压后才可过滤分离固体。由于化学反应环境发生了变化，矿物在分离处理的过程中可能发生其他反应，如粉散、聚并和吸附等现象，矿物表观形貌会发生很大变化，这将不能反应矿物的真实形貌，无法准确把握矿物反应特性。
如果能在反应过程中原位观测矿物表面形貌变化，则可准确的把握矿物反应进程，获取矿物浸出过程的反应规律。但现有的反应装置无法实时观测矿物颗粒表面形貌变化，对于高温高压浸出过程更是束手无策。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种原位观测矿物微反应器及 其处理方法和用途，该装置可实现溶液浸出过程中矿物颗粒表面的形貌在线分析，尤其适用于高温、高碱和高压溶液体系。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种原位观测矿物微反应器，所述矿物微反应器包括反应器主体、搅拌系统、观测系统和加热系统，反应器主体包括釜体和釜盖，搅拌系统包括动力部件和固定于动力部件上的搅拌轴，观测系统包括平面透镜；
其中，搅拌系统的动力部件密封固定于釜盖上，且固定于动力部件上的搅拌轴伸入反应器主体的釜体，平面透镜设置于釜体的底部，加热系统包覆于反应器主体的釜体。
该原位观测矿物微反应器的设计原理为：在矿物微反应器的釜体中加入反应介质，将反应矿物切割成规则形状，固定于搅拌轴上，搅拌轴固定于动力部件上，通过动力部件中电机的高速旋转强化液体传质。将放置有反应矿物块的搅拌轴放入微反应器中，微反应器底部设置有观测系统。使用时，将整个矿物微反应器倒置于观测仪器(如金相显微镜)的物镜窗口上方，透过观测系统观测矿物表面形貌，这样，就可以在反应的同时可以原位观测矿物表面形貌变化，从而有效把握矿物分解过程和反应机理。
作为本发明的优选方案，所述釜体和釜盖之间通过釜盖密封垫圈密封连接。
优选地，所述釜盖上设置有排气口、压力表、进气口和针阀。
优选地，所述排气口、压力表、进气口和针阀通过螺纹与釜盖密封连接。
作为本发明的优选方案，所述搅拌系统的动力部件包括电机和传动轴。
优选地，所述搅拌轴的底部加工成圆柱形凹槽。
优选地，所述圆柱形凹槽侧面加工螺孔，其主要是通过螺母固定置于圆柱形凹槽中的反应矿物。
优选地，所述搅拌轴上放置反应矿物，所述反应矿物为矿物块。
优选地，搅拌系统的动力部件通过机械密封部件密封固定于釜盖上。
优选地，所述搅拌轴的转速为1500～3000r/min，例如1500r/min、1700r/min、2000r/min、2300r/min、2500r/min、2700r/min或3000r/min等。
作为本发明的优选方案，所述平面透镜通过透镜密封垫圈密封设置于釜体的底部。
优选地，所述平面透镜通过透镜密封垫圈通过螺母压紧密封设置于釜体的底部。
优选地，所述透镜密封垫圈为氟橡胶垫圈。
优选地，所述平面透镜为平面光学透镜。
优选地，所述平面透镜的厚度为5～7mm，例如5mm、5.5mm、6mm、6.5mm或7mm等。
优选地，所述平面透镜的材质为氟化钙或蓝宝石。
作为本发明的优选方案，所述加热系统包括热电偶套管、加热套保温层、加热炉丝和温度控制器。
优选地，所述热电偶套管、加热炉丝和加热套保温层依次由内而外包覆于反应器主体的釜体。
优选地，所述热电偶套管为镍材质，如N6镍材质，其耐强碱(pH>14)腐蚀。
优选地，所述加热系统采用电加热的方式进行加热，通过温度控制器进行加热。
作为本发明的优选方案，所述矿物微反应器的设计压力为1～3Mpa，例如1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa或3MPa等，优选为2Mpa。
优选地，所述矿物微反应器的设计温度为150～250℃，例如150℃、170℃、200℃、230℃或250℃等，优选为200℃。
所述设计压力和设计温度可基本满足常规的湿法冶金浸出过程。
作为本发明的优选方案，所述釜体和釜盖为镍材质，如N6镍材质，其耐强碱(pH>14)腐蚀。
第二方面，本发明提供了上述原位观测矿物微反应器的处理方法，其特征在于，所述处理方法为：
在矿物微反应器的反应器主体中加入反应介质，将反应矿物固定于搅拌轴上，再放于釜体中，釜体和釜盖密封连接，通过搅拌系统的动力部件带动搅拌轴旋转，将整个矿物微反应器倒置于观测仪器中(如金相显微镜窗口上方)，即可通过矿物微反应器的观测系统观察反应矿物表面形貌变化。
作为本发明的优选方案，所述搅拌轴的转速为1500～3000r/min，例如1500r/min、1700r/min、2000r/min、2300r/min、2500r/min、2700r/min或3000r/min等。
第三方面，本发明提供了上述原位观测矿物微反应器的用途，其应用于温度为100～200℃的反应体系。
优选地，其应用于压力为0.5～2MPa的反应体系。
优选地，其应用于pH>14的碱性反应体系。
优选地，其应用于温度为，压力为，pH为的反应体系。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的原位观测矿物微反应器可适用于温度为100～200℃，压力为 0.5～2MPa，pH>14的反应体系，结合金相显微镜，可对矿物在反应体系中的氧化、还原和分解过程进行在线观测，获取矿物不同物相成分在反应过程中的表观形貌变化，对矿物的分解过程进行及时掌握，阐述矿物分解机理，在湿法冶金领域具有广泛的应用。
附图说明
图1是本发明所述的原位观测矿物微反应器装置结构示意图；
其中，1-加热炉丝，2-加热套保温层，3-热电偶套管，4-釜体，5-排气口，6-压力表，7-电机，8-传动轴，9-机械密封部件，10-进气口，11-针阀，12-釜盖密封垫圈，13-透镜密封垫圈，14-平面透镜，15-釜盖，16-搅拌轴，17-温度控制器。
具体实施方式
以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种原位观测矿物微反应器，所述矿物微反应器包括反应器主体、搅拌系统、观测系统和加热系统，反应器主体包括釜体4和釜盖15，搅拌系统包括动力部件和固定于动力部件上的搅拌轴16，观测系统包括平面透镜14；搅拌系统的动力部件密封固定于釜盖15上，且固定于动力部件上的搅拌轴16伸入反应器主体的釜体4，平面透镜14设置于釜体4的底部，加热系统包覆于反应器主体的釜体4。
所述釜体4和釜盖15之间通过釜盖密封垫圈12密封连接，所述釜体4和釜盖15为N6镍材质。
所述釜盖15上设置有排气口5、压力表6、进气口10和针阀11，且排气口5、压力表6、进气口10和针阀11通过螺纹与釜盖15密封连接。
所述搅拌系统的动力部件包括电机7和传动轴8。
所述搅拌轴16的底部加工成圆柱形凹槽，圆柱形凹槽侧面加工螺孔，反应矿物镶嵌于圆柱形凹槽中并用螺母压紧固定。
搅拌系统的动力部件通过机械密封部件9密封固定于釜盖15上。
所述搅拌轴16的转速为1500r/min，搅拌轴通过电机快速转动搅拌，以强化反应器内液体传质。
所述平面透镜14通过透镜密封垫圈13通过螺母压紧密密封设置于釜体4的底部，所述透镜密封垫圈为氟橡胶垫圈，平面透镜14为平面光学透镜，其厚度为5mm，材质为氟化钙或蓝宝石，可以耐受30％以下强碱溶液腐蚀。
所述加热系统包括热电偶套管3、加热套保温层2、加热炉丝1和温度控制17，所述热电偶套管3、加热炉丝1和加热套保温层2依次由内而外包覆于反应器主体的釜体4。
所述热电偶套管3为N6镍材质。
所述加热系统采用电加热的方式进行加热，通过温度控制器17进行加热控制釜内温度。
所述矿物微反应器的设计压力为2Mpa，设计温度为200℃。
实施例2：
本实施例提供了一种原位观测矿物微反应器，除了搅拌轴16的转速为2000r/min，平面光学透镜厚度为6mm，平面光学透镜材质为氟化钙，矿物微反 应器的设计压力为1Mpa，设计温度为150℃外，其他结构均与实施例1中相同。
实施例3：
本实施例提供了一种原位观测矿物微反应器，除了搅拌轴16的转速为2000r/min，平面光学透镜厚度为6mm，矿物微反应器的设计压力为3Mpa，设计温度为250℃外，其他结构均与实施例1中相同。
实施例4：
采用实施例1中所述装置进行矿物反应的原位观测，其操作方法如下：
将擦拭干净的蓝宝石平面透镜14固定于釜体4的底部，并用透镜密封垫圈13进行密封，反应器主体中加入反应介质至达到反应器体积的60％，将反应矿物切割成直径5mm且长度为10mm的规则圆柱体镶嵌于搅拌轴16的圆柱形凹槽中并用螺母压紧固定，将釜盖15连同搅拌系统放入反应器内，加釜盖密封垫圈12并用螺母密封固定于釜体14上。
将整个矿物微反应器倒置在金相显微镜上方支架上，调整矿物微反应器底部透镜与金相显微镜物镜的距离，固定反应装置。将釜盖上进气口10连通反应气体，关闭排气阀5，打开进气针阀11，调节釜内压力到设计值。打开温度控制器17进行加热，待温度达到预设值后打开电机7进行搅拌反应，反应一定时间后停止搅拌，打开金相显微镜，调节光路，对矿物表面形貌进行实时在线观测。
实施例5：
采用实施例2中所述的装置进行矿物反应的原位观测，其操作方法与实施例4中相同。
实施例6：
采用实施例3中所述的装置进行矿物反应的原位观测，其操作方法与实施例4中相同。
综合实施例1-6的结果可以看出，本发明提供的原位观测矿物微反应器可适用于温度为100～200℃，压力为0.5～2.0MPa，pH>14的反应体系，结合金相显微镜，可对矿物在反应体系中的氧化、还原和分解过程进行在线观测，获取矿物不同物相成分在反应过程中的表观形貌变化，对矿物的分解过程进行及时掌握，阐述矿物分解机理，在湿法冶金领域具有广泛的应用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。