專利名稱：用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器的制作方法
用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物、冶金反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種結(jié)合了高 效攪拌釜式反應(yīng)器和磁穩(wěn)定床技術(shù)的、用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
采用以微生物為主體的生物技術(shù)對(duì)難以處理的金礦進(jìn)行預(yù)處理的技術(shù)近 年來發(fā)展的很快，并成功的在工業(yè)上得到了應(yīng)用，成為新一代的預(yù)處理工藝 技術(shù)，為高品位硫化礦礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用開拓了新的方向。
我國的硫化礦資源具有"貧"和"雜"的特點(diǎn)，且該資源的開發(fā)易對(duì)生 態(tài)環(huán)境造成影響，要尋找相應(yīng)的有利于資源開發(fā)、有利于環(huán)境保護(hù)、符合可 持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的新技術(shù)，生物技術(shù)是一個(gè)特引人關(guān)注的新的技術(shù)領(lǐng)域。與傳 統(tǒng)工藝相比，生物技術(shù)對(duì)硫化礦資源的利用率高、適合于在復(fù)雜的硫化礦中 提取有價(jià)值的金屬、同時(shí)也有利于環(huán)境的保護(hù)。
硫化礦微生物氧化是利用微生物和溶解氧在硫化礦礦漿顆粒表面所進(jìn)行 的生物氧化反應(yīng)。常見的能氧化硫化礦的微生物主要有(l)排硫桿菌(Thi-obacillus thioparus) 5 (2)蝕陰溝硫桿菌(Thiobacillus concretivoru,s) 5 (3)氧化鐵鐵桿菌(Ferrobacillus ferrooxidans); (4)氧化亞鐵硫桿菌 (Thiobacillus ferrooxidans) 5 (5)氧化硫硫桿菌(Thioballus thiooxidans) 等。而目前應(yīng)用最多的是氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)， 它們屬于化能自養(yǎng)菌，靠氧化培養(yǎng)基中的亞鐵離子或硫化物獲得能量，吸收 空氣中的二氧化碳作為碳源，并吸收培養(yǎng)基中的氮、磷等無機(jī)鹽合成菌體細(xì) 胞；它們?cè)诩?xì)菌代謝時(shí)需要氧氣，屬于好氧菌，廣泛分布于酸性的礦坑水中。
目前，常用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器主要包括攪拌槽(STR)和氣升式反應(yīng)器(ALR)兩種，因?yàn)榻V用的微生物為嗜氧細(xì)菌，為了給微生物 提供足夠的可利用的溶解氧，常常需要借助攪拌和通氣的手段，而增加攪拌 和通氣則會(huì)引起能耗過高，同時(shí)，其剪切力也會(huì)隨著攪拌的增大而增大，而 這樣做對(duì)微生物細(xì)胞是有破損作用的，使微生物的生長環(huán)境惡化；而且，氣 升式反應(yīng)器(ALR)的傳質(zhì)和傳熱效果也不太好。
為取得較好的效果，現(xiàn)在有人將攪拌槽式反應(yīng)器(STR)的螺旋槳改為曲 型槳葉的軸向流動(dòng)螺旋槳，它比一般的透平式螺旋槳的攪拌槽式反應(yīng)器所需 的動(dòng)力低，而且產(chǎn)生的剪切力較小。其它尚處于實(shí)驗(yàn)室或半工業(yè)試驗(yàn)狀態(tài)的 生物氧化浸礦反應(yīng)器有長槽式鼓氣生物反應(yīng)器、低能耗生物反應(yīng)器、斜傾 式反應(yīng)器(DIP)、轉(zhuǎn)筒式生物反應(yīng)器(Biorotor)、密實(shí)床生物反應(yīng)器等等， 它們的效果還沒有得到完全的證實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱、 降低能耗、優(yōu)化微生物生長環(huán)境、提高礦物氧化速率、用于難浸硫化金礦生 物氧化的新型反應(yīng)器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，含有上封頭、筒體、下封頭， 在上封頭上設(shè)有出氣口和人孔，在下封頭底部設(shè)有液體出口，其特征是，與
三葉螺旋槳攪拌器、氣體分布器、亥姆霍茲(Helmholtz)線圈、篩板、液體 循環(huán)管道共同構(gòu)成；篩板位于三葉螺旋槳攪拌器的上方，礦物顆粒出口的下 方，將筒體分為上下兩部分，上部分為磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)，下部分為氣體飽和區(qū)； 筒體壁上設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套套接于筒體的外圍，夾套與筒體壁形成封 閉的空腔，冷卻夾套頂部與筒體頂同高，底部與篩板同高，即與磁穩(wěn)定反應(yīng) 區(qū)等高；在筒體壁與冷卻夾套之間的磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)的左上方設(shè)有與筒體相通 的礦物顆粒入口、右下方設(shè)有與筒體相通的礦物顆粒出口，左下方設(shè)有與夾套相通的冷卻水入口、右上方設(shè)有與夾套相通的冷卻水出口；在筒體的氣體
飽和區(qū)內(nèi)設(shè)有三葉螺旋槳攪拌器和通氣管，通氣管通過筒體的底板與設(shè)置在
下封頭內(nèi)的氣體分布器連接；在上封頭與下封頭上連接有設(shè)于筒體之外的液 體循環(huán)管道，液體循環(huán)管道出口連接在下封頭上，液體循環(huán)管道進(jìn)口連接在 上封頭人孔的下面，液體循環(huán)管道的上部設(shè)有微生物液體培養(yǎng)基加入口和閥 門，液體循環(huán)管道的下部設(shè)有促進(jìn)液體流動(dòng)的流體泵；亥姆霍茲(Helmholtz) 線圈為一維亥姆霍茲線圈，設(shè)置在冷卻夾套的外部，對(duì)磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁 敏性礦物顆粒產(chǎn)生磁穩(wěn)定作用。
所述的三葉螺旋槳攪拌器為能將氣體飽和區(qū)內(nèi)的氣體和液體充分混合、 從而得到被氣體飽和的液體的軸流槳。
所述的氣體分布器為能將進(jìn)氣粒徑減小為微米級(jí)的微孔分布器。 所述液體循環(huán)管道內(nèi)徑為20 30腿，其與筒體內(nèi)徑比為0.05 0.2:1。
所述亥姆霍茲線圈的高度在礦物顆粒進(jìn)口和礦物顆粒出口之間，其產(chǎn)生 軸向磁場的強(qiáng)度是可以調(diào)節(jié)的。
所述篩板為開孔率在0.4 1.4%之間、孔徑為2 3mm的多孔圓形平板，氣 體飽和區(qū)內(nèi)的氣體飽和液體可以通過篩孔進(jìn)入磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)，但是，磁穩(wěn)定 反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固體顆粒不能通過篩孔進(jìn)入氣體飽和區(qū)。
所述的磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)高度為本發(fā)明反應(yīng)器總高度的55 75%。 所述的氣體飽和區(qū)高度為本發(fā)明反應(yīng)器總高度的15 25%。 本發(fā)明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器的工作過程為 將有磁性的、粒徑為0.074mm (占80%)的固體礦物顆粒由礦物顆粒入口 加入到反應(yīng)器的磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)，空氣由通氣管經(jīng)氣體分布器通入，將新鮮 的微生物液體培養(yǎng)基從微生物液體培養(yǎng)基加入口加入液體循環(huán)管道，經(jīng)流體 泵的作用經(jīng)由液體循環(huán)管道出口進(jìn)入反應(yīng)器的氣體飽和區(qū)，在三葉螺旋槳攪 拌器的作用下與空氣充分混合后通過篩板進(jìn)入至磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)；這時(shí)，調(diào)節(jié) 微生物液體流速，使磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固體礦物顆粒膨脹，當(dāng)固體礦物顆粒膨脹到原來體積的2 4倍時(shí)，達(dá)到最大高度，即磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)的頂部時(shí)，打
開亥姆霍茲線圈的電源，使其產(chǎn)生一個(gè)軸向向上的穩(wěn)定磁場，固定并有序排
列膨脹后的固體礦物顆粒；此時(shí)，粒徑為0.074mm (占80%)的顆粒穩(wěn)定在反 應(yīng)區(qū)內(nèi)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢氣從出氣口排出，微生物液體則以平推流的形 式流經(jīng)固體顆粒，從上封頭的液體循環(huán)管道進(jìn)口流出，經(jīng)液體循環(huán)管道、流 體泵進(jìn)行再循環(huán)，流體泵提供一定的液體流動(dòng)動(dòng)力，從而保證微生物液體在 反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，同時(shí)在氣體飽和區(qū)能不斷得到新鮮空氣，以滿 足微生物對(duì)新鮮空氣的需求。
在反應(yīng)(發(fā)酵)過程中，由于礦物顆粒被氧化，其重量發(fā)生變化，這時(shí)， 可以通過調(diào)節(jié)微生物液體的流速和磁場大小使其重新達(dá)到平衡。
反應(yīng)(發(fā)酵)結(jié)束后，關(guān)閉亥姆霍茲(Helmholtz)線圈的電源，將微生 物液體流速降為零；將微生物液體經(jīng)液體出口排出，礦物顆粒則由礦物顆粒 出口取出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是 1 、在傳統(tǒng)的反應(yīng)器中弓I入磁穩(wěn)定床技術(shù)以及高效攪拌槳和氣體分布器等 工程手段將整個(gè)反應(yīng)器分為磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)和氣體飽和區(qū)，硫化金礦通過簡單 的預(yù)處理可增加其磁性而成為磁敏性介質(zhì)，因此有序排列在磁穩(wěn)定床中；氣 體飽和區(qū)主要采用微孔分布器將進(jìn)氣粒徑減小為微米級(jí)，既可提高氣液交換 的表面積，又可以降低攪拌槳的功率；而軸流槳可以將進(jìn)入氣體飽和區(qū)內(nèi)的 氣體和液體充分混合，從而得到被氣體飽和的液體。
2、 床層介質(zhì)穩(wěn)定，不存在擴(kuò)散和返混；液相流動(dòng)近似于平推流，相間接 觸充分；調(diào)節(jié)外加磁場強(qiáng)度和液體相的速度可改善流體的停留時(shí)間分布，獲 得較寬的流速操作范圍，使得同一裝置可適用于不同的處理對(duì)象和處理要求。
3、 在多相接觸中，被磁場固定化的顆?？捎行У匾种坪推茐臍馀莸漠a(chǎn)生， 較好地調(diào)節(jié)相間傳質(zhì)，減少甚至消除顆粒間的摩擦碰撞幾率，降低了菌體因摩 擦力而受損傷。4、 調(diào)節(jié)磁場方向或大小可實(shí)現(xiàn)在床層外部移動(dòng)床層介質(zhì)，能夠連續(xù)地從
反應(yīng)器引進(jìn)和引出填充介質(zhì)，使流固相逆流接觸，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。
5、 氣體飽和區(qū)的低能耗、高效攪拌槳與液體循環(huán)管道可以將液體不斷地 充分飽和，為微生物提供足夠的新鮮空氣，并保證一定的停留時(shí)間。
6、 能強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱、降低能耗、優(yōu)化微生物生長環(huán)境、提高礦物氧化 速率、用于難浸硫化金礦的生物氧化。


附圖為本發(fā)明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中標(biāo)號(hào)分別為
1、出氣口， 2、上封頭，3、礦物顆粒入口， 4、筒體，5、冷卻夾套， 6、冷卻水入口， 7、亥姆霍茲線圈，8、三葉螺旋槳攪拌器，9、通氣管， 10、下封頭，11、氣體分布器，12、液體出口，13、液體循環(huán)管道出口， 14、流體泵，15、篩板，16、礦物顆粒出口， 17、微生物液體培養(yǎng)基加入口， 18、冷卻水出口， 19、液體循環(huán)管道進(jìn)口， 20、人孔，21、磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)， 22、氣體飽和區(qū)，23、液體循環(huán)管道。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器的具體實(shí) 施方式。
一種用于難浸硫化金礦生物氧化的新型反應(yīng)器，含有上封頭2、筒體4、 亥姆霍茲(Helmholtz)線圈7、三葉螺旋槳攪拌器8、下封頭10、氣體分布 器11、篩板15、液體循環(huán)管道23;在上封頭2上設(shè)出氣口 1和人孔20，在 下封頭10底部設(shè)液體出口 12;篩板15位于三葉螺旋槳攪拌器8的上方，礦 物顆粒出口 16的下方，將筒體4分為上下兩部分，上部分為磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)21， 下部分為氣體飽和區(qū)22，篩板15為開孔率在0. 4 1. 4%之間、孔徑為2 3面的多孔圓形平板，氣體飽和區(qū)內(nèi)22的氣體飽和液體可以通過篩孔進(jìn)入磁穩(wěn)定
反應(yīng)區(qū)21，但是，磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)21的固體顆粒不能通過篩孔進(jìn)入氣體飽和 區(qū)22;筒體4壁上設(shè)有冷卻夾套5，冷卻夾套5套接于筒體4的外圍，冷卻 夾套5與筒體4壁形成封閉的空腔，冷卻夾套5頂部與筒體4頂同高，底部 與篩板15同高，即與磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)21等高；在筒體4壁與冷卻夾套5之間 的磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)21的左上方設(shè)有與筒體4相通的礦物顆粒入口 3、右下方設(shè) 有與筒體4相通的礦物顆粒出口 16，左下方設(shè)有與冷卻夾套5相通的冷卻水 入口 6、右上方設(shè)有與冷卻夾套5相通的冷卻水出口 18;在筒體4的氣體飽 和區(qū)22內(nèi)設(shè)有三葉螺旋槳攪拌器8和通氣管9，三葉螺旋槳攪拌器8為軸流 槳，將進(jìn)入氣體飽和區(qū)內(nèi)的氣體和液體充分混合，從而得到被氣體飽和的液 體；通氣管9通過筒體4的底板與設(shè)置在下封頭10內(nèi)的氣體分布器11連接， 氣體分布器為微孔分布器，可將進(jìn)氣粒徑減小為微米級(jí)；在上封頭2與下封 頭10上連接有設(shè)于筒體4之外的液體循環(huán)管道23，液體循環(huán)管道出口 13連 接在下封頭10上，液體循環(huán)管道進(jìn)口 19連接在上封頭2人孔20的下面，液 體循環(huán)管道23的上部設(shè)有微生物液體培養(yǎng)基加入口 17和閥門，液體循環(huán)管 道23的下部設(shè)有促進(jìn)液體流動(dòng)的流體泵14，液體循環(huán)管道內(nèi)徑為20 30mm， 其與筒體內(nèi)徑比約為0.05 0.2:1;亥姆霍茲(Helmholtz)線圈7為一維亥 姆霍茲線圈，設(shè)置在冷卻夾套5的外部，其線圈高度在礦物顆粒進(jìn)口 3和礦 物顆粒出口16之間，其產(chǎn)生的軸向磁場強(qiáng)度是可以調(diào)節(jié)的，對(duì)磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū) 21內(nèi)的磁敏性礦物顆粒產(chǎn)生磁穩(wěn)定作用。
磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)21高度為本發(fā)明反應(yīng)器總高度的55 75%，
氣體飽和區(qū)22高度為本發(fā)明反應(yīng)器總高度的15 25%。
權(quán)利要求
1. 一種用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，含有上封頭、筒體、下封頭，在上封頭上設(shè)有出氣口和人孔，在下封頭底部設(shè)有液體出口，其特征在于，與三葉螺旋槳攪拌器、氣體分布器、亥姆霍茲線圈、篩板、液體循環(huán)管道共同構(gòu)成；篩板位于三葉螺旋槳攪拌器的上方，礦物顆粒出口的下方，將筒體分為上下兩部分，上部分為磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)，下部分為氣體飽和區(qū)；筒體壁上設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套套接于筒體的外圍，夾套與筒體壁形成封閉的空腔，冷卻夾套頂部與筒體頂同高，底部與篩板同高；在筒體壁與冷卻夾套之間的磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)的左上方設(shè)有與筒體相通的礦物顆粒入口、右下方設(shè)有與筒體相通的礦物顆粒出口，左下方設(shè)有與夾套相通的冷卻水入口、右上方設(shè)有與夾套相通的冷卻水出口；在筒體的氣體飽和區(qū)內(nèi)設(shè)有三葉螺旋槳攪拌器和通氣管，通氣管通過筒體的底板與設(shè)置在下封頭內(nèi)的氣體分布器連接；在上封頭與下封頭上連接有設(shè)于筒體之外的液體循環(huán)管道，液體循環(huán)管道出口連接在下封頭上，液體循環(huán)管道進(jìn)口連接在上封頭人孔的下面，液體循環(huán)管道的上部設(shè)有微生物液體培養(yǎng)基加入口和閥門，液體循環(huán)管道的下部設(shè)有促進(jìn)液體流動(dòng)的流體泵；亥姆霍茲線圈為一維亥姆霍茲線圈，設(shè)置在冷卻夾套的外部，對(duì)磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁敏性礦物顆粒產(chǎn)生磁穩(wěn)定作用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述的三葉螺旋槳攪拌器為能將進(jìn)入氣體飽和區(qū)內(nèi)氣體和液體充分混 合、從而得到被氣體飽和的液體的軸流槳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述的氣體分布器為能將進(jìn)氣粒徑減小為微米級(jí)的微孔分布器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述液體循環(huán)管道內(nèi)徑為20 30mm，其與筒體內(nèi)徑比為O. 05 0. 2:1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述亥姆霍茲線圈的高度在礦物顆粒進(jìn)口和礦物顆粒出口之間，其產(chǎn)生軸向磁場的強(qiáng)度是可以調(diào)節(jié)的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征在于，所述所述篩板為開孔率在O. 4 1. 4%之間、孔徑為2 3mm的多孔圓形平 板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)的高度為反應(yīng)器總高度的55 75%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，其特征 在于，所述氣體飽和區(qū)的高度為反應(yīng)器總高度的15 25%。
全文摘要
一種用于難浸硫化金礦生物氧化的反應(yīng)器，含有上封頭、筒體、冷卻夾套、亥姆霍茲線圈、攪拌器、下封頭、氣體分布器、篩板、液體循環(huán)管道；篩板將筒體分為磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)和氣體飽和區(qū)；在氣體飽和區(qū)設(shè)有三葉螺旋槳攪拌器、通氣管和氣體分布器；在上封頭與下封頭上設(shè)有置于筒體之外的液體循環(huán)管道，循環(huán)管道上設(shè)有微生物液體培養(yǎng)基加入口、閥門和流體泵；亥姆霍茲線圈為一維亥姆霍茲線圈，設(shè)置在冷卻夾套的外部，其可調(diào)節(jié)強(qiáng)度的軸向磁場能對(duì)磁穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁敏性礦物顆粒產(chǎn)生磁穩(wěn)定作用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱、降低能耗、優(yōu)化微生物生長環(huán)境、提高礦物氧化速率、用于難浸硫化金礦的生物氧化，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。
文檔編號(hào)C22B3/18GK101285118SQ20081003767
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者旭 張, 朱明龍, 梅艷巧, 譚文松 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)