專利名稱：用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器的制作方法
用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器
技術領域：
本發明涉及生物、冶金反應設備技術領域，具體地說，是一種結合了高 效攪拌釜式反應器和磁穩定床技術的、用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器。
背景技術：
采用以微生物為主體的生物技術對難以處理的金礦進行預處理的技術近 年來發展的很快，并成功的在工業上得到了應用，成為新一代的預處理工藝 技術，為高品位硫化礦礦產資源的開發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，且該資源的開發易對生 態環境造成影響，要尋找相應的有利于資源開發、有利于環境保護、符合可 持續發展戰略的新技術，生物技術是一個特引人關注的新的技術領域。與傳 統工藝相比，生物技術對硫化礦資源的利用率高、適合于在復雜的硫化礦中 提取有價值的金屬、同時也有利于環境的保護。
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行 的生物氧化反應。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。而目前應用最多的是氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)， 它們屬于化能自養菌，靠氧化培養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，并吸收培養基中的氮、磷等無機鹽合成菌體細 胞；它們在細菌代謝時需要氧氣，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器主要包括攪拌槽(STR)和氣升式反應器(ALR)兩種，因為浸礦用的微生物為嗜氧細菌，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 和通氣則會引起能耗過高，同時，其剪切力也會隨著攪拌的增大而增大，而 這樣做對微生物細胞是有破損作用的，使微生物的生長環境惡化；而且，氣 升式反應器(ALR)的傳質和傳熱效果也不太好。
為取得較好的效果，現在有人將攪拌槽式反應器(STR)的螺旋槳改為曲 型槳葉的軸向流動螺旋槳，它比一般的透平式螺旋槳的攪拌槽式反應器所需 的動力低，而且產生的剪切力較小。其它尚處于實驗室或半工業試驗狀態的 生物氧化浸礦反應器有長槽式鼓氣生物反應器、低能耗生物反應器、斜傾 式反應器(DIP)、轉筒式生物反應器(Biorotor)、密實床生物反應器等等， 它們的效果還沒有得到完全的證實。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能強化傳質和傳熱、 降低能耗、優化微生物生長環境、提高礦物氧化速率、用于難浸硫化金礦生 物氧化的新型反應器。
為實現上述目的，本發明采取的技術方案為
一種用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，含有上封頭、筒體、下封頭， 在上封頭上設有出氣口和人孔，在下封頭底部設有液體出口，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 循環管道共同構成；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，上部分為磁穩定反應區，下部分為氣體飽和區； 筒體壁上設有冷卻夾套，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，即與磁穩定反應 區等高；在筒體壁與冷卻夾套之間的磁穩定反應區的左上方設有與筒體相通 的礦物顆粒入口、右下方設有與筒體相通的礦物顆粒出口，左下方設有與夾套相通的冷卻水入口、右上方設有與夾套相通的冷卻水出口；在筒體的氣體
飽和區內設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置在
下封頭內的氣體分布器連接；在上封頭與下封頭上連接有設于筒體之外的液 體循環管道，液體循環管道出口連接在下封頭上，液體循環管道進口連接在 上封頭人孔的下面，液體循環管道的上部設有微生物液體培養基加入口和閥 門，液體循環管道的下部設有促進液體流動的流體泵；亥姆霍茲(Helmholtz) 線圈為一維亥姆霍茲線圈，設置在冷卻夾套的外部，對磁穩定反應區內的磁 敏性礦物顆粒產生磁穩定作用。
所述的三葉螺旋槳攪拌器為能將氣體飽和區內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氣粒徑減小為微米級的微孔分布器。 所述液體循環管道內徑為20 30腿，其與筒體內徑比為0.05 0.2:1。
所述亥姆霍茲線圈的高度在礦物顆粒進口和礦物顆粒出口之間，其產生 軸向磁場的強度是可以調節的。
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 體飽和區內的氣體飽和液體可以通過篩孔進入磁穩定反應區，但是，磁穩定 反應區內的固體顆粒不能通過篩孔進入氣體飽和區。
所述的磁穩定反應區高度為本發明反應器總高度的55 75%。 所述的氣體飽和區高度為本發明反應器總高度的15 25%。 本發明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器的工作過程為 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 加入到反應器的磁穩定反應區內，空氣由通氣管經氣體分布器通入，將新鮮 的微生物液體培養基從微生物液體培養基加入口加入液體循環管道，經流體 泵的作用經由液體循環管道出口進入反應器的氣體飽和區，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入至磁穩定反應區；這時，調節 微生物液體流速，使磁穩定反應區內的固體礦物顆粒膨脹，當固體礦物顆粒膨脹到原來體積的2 4倍時，達到最大高度，即磁穩定反應區的頂部時，打
開亥姆霍茲線圈的電源，使其產生一個軸向向上的穩定磁場，固定并有序排
列膨脹后的固體礦物顆粒；此時，粒徑為0.074mm (占80%)的顆粒穩定在反 應區內，反應過程中產生的廢氣從出氣口排出，微生物液體則以平推流的形 式流經固體顆粒，從上封頭的液體循環管道進口流出，經液體循環管道、流 體泵進行再循環，流體泵提供一定的液體流動動力，從而保證微生物液體在 反應器內有足夠的停留時間，同時在氣體飽和區能不斷得到新鮮空氣，以滿 足微生物對新鮮空氣的需求。
在反應(發酵)過程中，由于礦物顆粒被氧化，其重量發生變化，這時， 可以通過調節微生物液體的流速和磁場大小使其重新達到平衡。
反應(發酵)結束后，關閉亥姆霍茲(Helmholtz)線圈的電源，將微生 物液體流速降為零；將微生物液體經液體出口排出，礦物顆粒則由礦物顆粒 出口取出。
與現有技術相比，本發明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器的優點是 1 、在傳統的反應器中弓I入磁穩定床技術以及高效攪拌槳和氣體分布器等 工程手段將整個反應器分為磁穩定反應區和氣體飽和區，硫化金礦通過簡單 的預處理可增加其磁性而成為磁敏性介質，因此有序排列在磁穩定床中；氣 體飽和區主要采用微孔分布器將進氣粒徑減小為微米級，既可提高氣液交換 的表面積，又可以降低攪拌槳的功率；而軸流槳可以將進入氣體飽和區內的 氣體和液體充分混合，從而得到被氣體飽和的液體。
2、 床層介質穩定，不存在擴散和返混；液相流動近似于平推流，相間接 觸充分；調節外加磁場強度和液體相的速度可改善流體的停留時間分布，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象和處理要求。
3、 在多相接觸中，被磁場固定化的顆粒可有效地抑制和破壞氣泡的產生， 較好地調節相間傳質，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、 調節磁場方向或大小可實現在床層外部移動床層介質，能夠連續地從
反應器引進和引出填充介質，使流固相逆流接觸，可實現連續操作。
5、 氣體飽和區的低能耗、高效攪拌槳與液體循環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間。
6、 能強化傳質和傳熱、降低能耗、優化微生物生長環境、提高礦物氧化 速率、用于難浸硫化金礦的生物氧化。


附圖為本發明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器的結構示意圖； 圖中標號分別為
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、微生物液體培養基加入口， 18、冷卻水出口， 19、液體循環管道進口， 20、人孔，21、磁穩定反應區， 22、氣體飽和區，23、液體循環管道。
具體實施方式

以下結合附圖給出本發明用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器的具體實 施方式。
一種用于難浸硫化金礦生物氧化的新型反應器，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、液體循環管道23;在上封頭2上設出氣口 1和人孔20，在 下封頭10底部設液體出口 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，上部分為磁穩定反應區21， 下部分為氣體飽和區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，氣體飽和區內22的氣體飽和液體可以通過篩孔進入磁穩定
反應區21，但是，磁穩定反應區內21的固體顆粒不能通過篩孔進入氣體飽和 區22;筒體4壁上設有冷卻夾套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，即與磁穩定反應區21等高；在筒體4壁與冷卻夾套5之間 的磁穩定反應區21的左上方設有與筒體4相通的礦物顆粒入口 3、右下方設 有與筒體4相通的礦物顆粒出口 16，左下方設有與冷卻夾套5相通的冷卻水 入口 6、右上方設有與冷卻夾套5相通的冷卻水出口 18;在筒體4的氣體飽 和區22內設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，將進入氣體飽和區內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的底板與設置在下封頭10內的氣體分布器11連接， 氣體分布器為微孔分布器，可將進氣粒徑減小為微米級；在上封頭2與下封 頭10上連接有設于筒體4之外的液體循環管道23，液體循環管道出口 13連 接在下封頭10上，液體循環管道進口 19連接在上封頭2人孔20的下面，液 體循環管道23的上部設有微生物液體培養基加入口 17和閥門，液體循環管 道23的下部設有促進液體流動的流體泵14，液體循環管道內徑為20 30mm， 其與筒體內徑比約為0.05 0.2:1;亥姆霍茲(Helmholtz)線圈7為一維亥 姆霍茲線圈，設置在冷卻夾套5的外部，其線圈高度在礦物顆粒進口 3和礦 物顆粒出口16之間，其產生的軸向磁場強度是可以調節的，對磁穩定反應區 21內的磁敏性礦物顆粒產生磁穩定作用。
磁穩定反應區21高度為本發明反應器總高度的55 75%，
氣體飽和區22高度為本發明反應器總高度的15 25%。
權利要求
1. 一種用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，含有上封頭、筒體、下封頭，在上封頭上設有出氣口和人孔，在下封頭底部設有液體出口，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、液體循環管道共同構成；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，上部分為磁穩定反應區，下部分為氣體飽和區；筒體壁上設有冷卻夾套，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定反應區的左上方設有與筒體相通的礦物顆粒入口、右下方設有與筒體相通的礦物顆粒出口，左下方設有與夾套相通的冷卻水入口、右上方設有與夾套相通的冷卻水出口；在筒體的氣體飽和區內設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置在下封頭內的氣體分布器連接；在上封頭與下封頭上連接有設于筒體之外的液體循環管道，液體循環管道出口連接在下封頭上，液體循環管道進口連接在上封頭人孔的下面，液體循環管道的上部設有微生物液體培養基加入口和閥門，液體循環管道的下部設有促進液體流動的流體泵；亥姆霍茲線圈為一維亥姆霍茲線圈，設置在冷卻夾套的外部，對磁穩定反應區內的磁敏性礦物顆粒產生磁穩定作用。
2、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述的三葉螺旋槳攪拌器為能將進入氣體飽和區內氣體和液體充分混 合、從而得到被氣體飽和的液體的軸流槳。
3、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述的氣體分布器為能將進氣粒徑減小為微米級的微孔分布器。
4、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述液體循環管道內徑為20 30mm，其與筒體內徑比為O. 05 0. 2:1。
5、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述亥姆霍茲線圈的高度在礦物顆粒進口和礦物顆粒出口之間，其產生軸向磁場的強度是可以調節的。
6、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，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、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述磁穩定反應區的高度為反應器總高度的55 75%。
8、 根據權利要求l所述的用于難浸硫化金礦生物氧化的反應器，其特征 在于，所述氣體飽和區的高度為反應器總高度的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、液體循環管道；篩板將筒體分為磁穩定反應區和氣體飽和區；在氣體飽和區設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有置于筒體之外的液體循環管道，循環管道上設有微生物液體培養基加入口、閥門和流體泵；亥姆霍茲線圈為一維亥姆霍茲線圈，設置在冷卻夾套的外部，其可調節強度的軸向磁場能對磁穩定反應區內的磁敏性礦物顆粒產生磁穩定作用。本發明的優點是能強化傳質和傳熱、降低能耗、優化微生物生長環境、提高礦物氧化速率、用于難浸硫化金礦的生物氧化，可實現連續操作。
文檔編號C22B3/18GK101285118SQ20081003767
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月20日 優先權日2008年5月20日
發明者旭 張, 朱明龍, 梅艷巧, 譚文松 申請人:華東理工大學