流体处理装置和方法

摘要

液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。壅塞喷嘴(1)包括在其入口处的汇聚部段(3)、喉部段(4)、紧邻喉部段(4)之后的后台阶(5)，和在其出口处的出口部段(6)，其中出口部段(6)从台阶(5)发散。装置中可以包括相似构造的混合喷嘴(1)。所述装置特别地可用于需要在流体中夹带气体的过程，使得气体为不倾向于合并和闪蒸的极小气泡的形式，例如溶解矿石中的金和其它贵金属的过程和除去矿石中的砷的过程。

权利要求

1.流体处理装置，其用于进行物理或化学反应，其中浆料和气体接触使得浆料和至少一种气体组分参与物理或化学反应，所述流体处理装置包括至少两个室，第一室和第二室，浆料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，其中壅塞喷嘴构造成促进在正常操作条件下由壅塞流动造成的空化，其中所述流体处理装置包括一个或多个气体入口，所述一个或多个气体入口具有其在相对于浆料流动的通常正切的方向上横向延伸的轴，从而产生浆料中扩散气体的旋涡作用。

2.根据权利要求1所述的流体处理装置，其中装置中包括混合喷嘴用于混合进入壅塞喷嘴之前或离开壅塞喷嘴之后的流体，或者混合进入壅塞喷嘴之前和离开壅塞喷嘴之后的流体，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。

3.根据权利要求1所述的流体处理装置，其中喷嘴的汇聚部段具有1至35度的圆锥角。

4.根据权利要求3所述的流体处理装置，其中圆锥角为15至30度。

5.根据权利要求1所述的流体处理装置，其中壅塞喷嘴的后台阶沿径向向外延伸从而以喉直径的3至10％超过喉部段。

6.根据权利要求5所述的流体处理装置，其中后台阶沿径向向外延伸从而以4至8％超过喉部段。

7.根据权利要求1所述的流体处理装置，其中出口部段以1至8度的圆锥角发散。

8.根据权利要求7所述的流体处理装置，其中出口部段以2至8度的圆锥角发散。

9.根据权利要求1所述的流体处理装置，其中喷嘴的发散的出口部段具有沿着出口部段的额外的连续的后台阶。

10.增强在过程中发生的化学或物理反应的方法，其中浆料和气体接触使得至少一种气体组分参与与至少一种浆料组分的物理或化学反应，其中气体为夹带在浆料中的气泡的形式，其中气体气泡的尺寸通过利用壅塞流动而减小，所述方法包括使浆料通过壅塞喷嘴，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，其中浆料的定向流动、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，其中所述方法包括在浆料中扩散气体并在加速通过喉部段的流体中产生气泡，并造成气泡内爆并且形成多个更小的气泡。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法形成用于从矿石中分离金和其它金属的过程的一部分，其中使氧气或空气扩散至经研磨矿石、水和氰化钙或氰化钠的浆料中从而充分氧化矿石，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。

说明书

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] 其它方法包括泵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SO2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

[0034] 图1为在本发明的许多不同的实施方案中可以使用的壅塞喷嘴的立剖面图；

[0035] 图2为在本发明的许多不同的实施方案中可以使用的混合喷嘴的相似的立剖面图，所述混合喷嘴具有多个位于喉部段下游的沿轴向隔开的后台阶；

[0036] 图3为根据本发明的特别旨在增强气体至流体的扩散的装置的一个实施方案的立面图，并且以虚线显示了两个壅塞喷嘴和两个同轴混合喷嘴；

[0037] 图4为图1中显示的装置沿着线II至II所呈现的横截面图；

[0038] 图5为根据本发明的使用额外的喷嘴布置的装置的替代性实施方案的示意性立剖面图；

[0039] 图6为图5中显示的根据本发明的装置的实施方案沿着线VI至VI所呈现的示意性截面平面图；

[0040] 图7为根据本发明的使用单个轴向混合喷嘴作为其入口的装置的替代性实施方案的示意性立剖面图；

[0041] 图8为根据本发明的装置的替代性和简化实施方案的示意性立剖面图；

[0042] 图9为空化气泡的进展的示意图，所述空化气泡接近固定表面内爆并且产生围绕液体的射流；

[0043] 图10为在从左至右的方向上显示声致发光如何发展的示意图；

[0044] 图11显示了呈现间歇性气体夹带的低速射流；

[0045] 图12显示了高速射流，呈现了气体夹带如何通过离开壅塞喷嘴的流体射流内的湍流并且通过围绕离开壅塞喷嘴的射流的剪切层而发生；

[0046] 图13显示了气体夹带如何通过流体从喷嘴的接受杯中溅出而发生；

[0047] 图14显示了通过第拉瓦喷嘴的流动的图表，显示了大致流速(v)连同对温度(T)和压力(P)的作用；

[0048] 图15显示了通过进入静态液体池的液滴造成的气体夹带；

[0049] 图16为使用本发明的装置连同单个槽的可能的两阶段过程的框图；

[0050] 图17为显示实际测试结果的图表，用于证实本发明在用于金浸出时的功效；

[0051] 图18为显示在图17所基于的测试中氰化物消耗的减少的图表；和

[0052] 图19为显示实际测试结果的图表，用于证实本发明在用于溶解来自过程溶液中的砷的功效。

具体实施方式

[0053] 在本发明的将气体分散至流体的过程中，将气体注入流体从而形成优选直径低于1微米，甚至更优选在皮米直径范围内的超细气泡，使得微小气泡在液体中的行为如同实心球并且不合并或闪蒸。超细气泡的产生增加流体中的持气率；增加气体至流体的质量传递；
加速化学反应；并且促进超细颗粒的浮选。

[0054] 尽管在此针对从矿石回收金和针对将氧气溶解至经研磨的矿石、水和氰化物的浆料或浆液详细描述本发明，对本领域技术人员来说显然的是，本发明可以具有许多其它应用。这些应用包括矿物浆料的预氧化；矿物工业中各种有价值金属(例如金、铂系金属和碱金属例如铜、钴、镍、锌、锰和铅以及铀)的加速浸出；例如在难浸金矿的处理中用于各种矿物质的部分或完全的硫化物氧化；在黄金工业中用于氰化物的破坏和砷的修复；用于酸性矿山排水的处理；用于水处理应用；用于造纸工业和浆液工业中的应用；用于生物柴油工业中的应用；用于浮选工业中的调节和超细气泡的产生；和用于气体洗涤。

[0055] 如上所述，将气体注入液体或悬浮体的现有方法的问题之一是这些系统固有的低线速度(低于10m/s)，这限制了剪切和混合并且因此也限制气泡尺寸。

[0056] 对于10m/s的流体速度，计算的预计气泡尺寸(直径)在80和100微米(micron)之间。即使有可能将流体速度增加至25m/s，气泡尺寸仍然仅为约50微米。

[0057] 本发明的方法一方面造成小于50微米，优选在纳米范围或甚至是皮米范围内的气泡的形成。这可以通过如下方式实现：首先通过剪切产生50微米尺寸范围内的气泡，然后通过使用空化能量使气泡内爆至纳米范围或皮米范围。

[0058] 惯性空化是液体中的空隙或气泡迅速塌陷产生冲击波的过程(图9)。由于通过空化形成的冲击波足够强从而显著破坏活动部件，空化通常是不希望的现象。然而，在本发明中，故意产生有利于空化的条件并且使用和利用在空化过程中释放的能量从而产生纳米尺寸或皮米尺寸的气泡(“纳米气泡”或“皮米气泡”)，从而溶解气体并且促进化学反应，否则化学反应不会进行或者非常缓慢地进行(因为由于空化气泡中捕获的蒸汽分解而在过程中产生自由基)。

[0059] 水力空化描述了蒸发、气泡产生和气泡内爆的过程，所述过程在流动的液体中由于压力的降低和之后的增加而发生。如果压力降低至低于液体的饱和蒸气压的点，将仅发生空化。在管道系统中，空化通常由于动能的增加(通过面积收缩)或管道高度的增加而发生。

[0060] 可以通过使液体以特定速度通过收缩通道或者通过液体机械旋转产生水力空化。在本发明中，收缩通道和系统的特定几何形状产生压力和动能的组合，所述组合能够在局部收缩的下游产生水力空穴从而产生高能量的空化气泡。

[0061] 气泡产生、之后的生长和空化气泡的塌陷过程造成非常高的能量密度，在极短时间内造成气泡表面处的非常高的温度和压力。整体液体介质环境因此保持环境条件。

[0062] 本发明可以使用各种不同的壅塞喷嘴和混合喷嘴实施，其中通过加速通过壅塞喷嘴的流体从而在流体中形成气泡，一种类型的壅塞喷嘴显示在图1中。壅塞喷嘴(1)具有流体入口(2)、汇聚入口圆锥(3)、在汇聚入口圆锥的窄端处的喉部段(4)、紧邻喉部段下游的后台阶(5)，和具有流体出口(7)的在一定程度上发散的出口圆锥或扩散部段(6)，在所述喉部段(4)处壅塞喷嘴的横截面积最小。入口圆锥具有约10至约40度，更特别地约15至约35度，甚至更特别地约25至约35度，最特别地约30度的角。

[0063] 喉部段的直径可以被选择成壅塞流体的流动使得在喉部段中流体中的任何气泡的速度变为音速。在h落入喉直径的约4.5–5％的范围内的更小直径的喉的情况下，后台阶(5)可以具有约1至约4mm，更特别地约2至约4mm的台阶高度。扩散部段(6)具有夹角为约1至约9度，更特别地约2至8度，甚至更特别地约4至8度，特别优选约4度的夹角壁。壅塞喷嘴的表面可以粗糙或凹凸不平。壅塞喷嘴可以内衬有耐磨材料，例如熔合的或反应结合的SiSiC、氧化铝、HDPE、聚氨酯或橡胶，内衬通过附图标记(8)表示。

[0064] 在使用中，夹带的气体加速通过后台阶(5)，所述后台阶(5)产生流体射流内的高速涡流和湍流，造成通风空隙气泡的形成和之后的内爆。通过扩散部段(6)的发散角度进一步辅助气泡内爆，所述扩散部段(6)随着喷嘴直径的增加而增加壅塞喷嘴中的局部(静态)压力。取决于气体，气体在最高压缩点处可能相变并且液化。

[0065] 附图的图2在另一方面显示了混合喷嘴，所述混合喷嘴非常细长并且每个混合喷嘴的入口圆锥(11)如上所述。入口圆锥连接至更长的喉部段(12)，所述喉部段(12)的长度等于喉的截面直径的约3至约15倍，更特别地约7至约15倍。紧邻喉部段下游的是第一后台阶(13)，所述第一后台阶(13)的台阶高度在约2至约25mm，更特别地约4至约25mm的范围内。可以存在多个之后的后台阶，在该情况下为两个额外的后台阶(14、15)，所述后台阶(14、
15)沿轴向以一定距离隔开，所述距离等于前一个后台阶的直径的约1至约10倍，更特别地约3至约10倍。后台阶产生扩散部段，所述扩散部段的夹角通常为约2至约30度，更特别地约
4至约30度。混合喷嘴的喉中的流体速度可以在3和12m/s之间，最优选在8和10m/s之间。混合喷嘴可以如上所述具有内衬并且被包住。

[0066] 在每种情况下，可以在各个点处，例如在从喷嘴中排出流体的点处(通过由流体流动产生的轻微真空辅助)将空气或其它气体或甚至液体注入流体，在该点处进一步对空隙进行通风并且在喷嘴下游的高度湍流区域中通过空隙的内爆打破成小气泡。流体的打破大大增加了流体和气体之间的接触面积，从而进一步增强氧气在流体中的溶解。气体的注入可以是正切的并且造成流体的漩涡作用，从而帮助混合和产生离心加速度。在该点处也可以将反应试剂注入流体从而保证最大程度的混合和反应。

[0067] 通过使流体加速通过上述壅塞喷嘴，在接近壅塞喷嘴的出口的中心的点处(离中心约1mm)，流体的角速度可以为约240 000rpm，离心加速度可以为约60 000g(g为重力加速度)。这连同通过壅塞喷嘴的直线加速度(10 000g)产生壅塞喷嘴内的极度空化条件并且通风空隙气泡从外周(由于直线加速度)蔓延至内核(由于离心加速度)。

[0068] 因此，可以通过加速流体将瞬态压力降低至低于流体的蒸汽压而产生真空气泡从而产生纳米尺寸甚至是皮米尺寸的气泡，从而产生空隙气泡；使用气体对空隙气泡进行通风；并且通过将瞬态压力增加至高于流体的蒸汽压使空隙气泡内爆从而形成大量增强尺寸的微小气泡。

[0069] 该加速度通过如下的一者或多者实现：以约0.4m/s至约25m/s通过壅塞喷嘴从而产生的约10 000g(g为重力加速度)的直线加速度；在靠近壅塞喷嘴的中心的点处(离中心约1mm)以约240 000rpm的角速度产生的约60 000g的离心加速度；由于通过壅塞喷嘴中的后台阶造成的涡流形成产生的约60 000g的离心加速度；和通过高度差(大地高度)产生的重力加速度。

[0070] 加速度具有“撕裂”液体中的孔从而形成通风和内爆的空隙的效果。空隙可以种在流体中的疏水颗粒上，种在流体中已经存在的微小空隙上，或种在提供空化“前缘”的固体表面的表面不规则度上。

[0071] 移动通过壅塞喷嘴的流体的整体效果是由于其直线加速度及其离心加速度空化的超高速漩涡射流与超高速涡流的效果。

[0072] 当来自一个喷嘴的自由射流进入下方喷嘴的接收杯或入口圆锥部段时，流体射流内的湍流也是促进气体夹带的重要因素。

[0073] 参考图12，当气体被引入壅塞喷嘴时气体速度为亚音速，但是当其被压缩并且通过最窄直径的点时变成音速。当气体进入直径突然增加的后台阶的区域时，气体膨胀并且加速至超音速，在流体射流内产生冲击波(声波)。该声波的效果是造成射流中的进一步空化，在极端情况下，甚至将流体打破成粗雾从而大大增加与周围气体的最大接触表面积。当气体被流体流夹带和带走时，更多的气体被引入流体从而产生抽吸作用。

[0074] 尽管不一定需要加压气体来进行气体夹带，优选使用加压气体，因为其造成流体中更高的气体速度并且有可能产生通过喷嘴的超音速气体流。

[0075] 由于气体达到超音速而产生的冲击波和喷嘴的扩散部段中的惯性空化，在本发明的过程中可能出现声致发光。图10从左至右显示了气泡的上层(upper echelon)的进展和之后的缓慢膨胀和之后的迅速和突然的收缩和之后的发光。

[0076] 现在参考本发明的实际实施，图3和4显示了一种布置，其中一系列沿轴向隔开的喷嘴(21、22、23、24)同轴地安装在管状装置(25)中。第一喷嘴为混合喷嘴(21)，之后是两个连续的沿轴向隔开的壅塞喷嘴(22、23)和最后的混合喷嘴(24)。在该情况下，存在位于第一混合喷嘴(21)的喉中的四个正切气体入口(26)和同样正切地设置在混合喷嘴(21)的出口(28)处的额外的气体入口(27)。

[0077] 两个壅塞喷嘴(22、23)各自具有四个正切设置的入口(29)从而将空气或其它流体进料至每个壅塞喷嘴的喉(30)。图4清楚显示了气体入口的正切性质。

[0078] 图5和6显示了在更复杂装置中的根据本发明的另一种喷嘴布置。在该布置中，装置具有通往第一室(32)的T形入口管道(31)。入口管道可以具有一个或多个用于压力测量和气体注入和/或液体注入的点(未示出)。第一室(32)通常为长度为约0.3m至约1m，更特别地约0.4m至约1m，甚至更特别地约0.6m至约1m的竖直圆柱形管道。第一室(32)和入口管道(31)可以由HDPE、内衬有橡胶的钢、聚氨酯或任何其它合适材料制成。

[0079] 第一室(32)的顶部段(33)可以带有凸缘从而允许出于维修目的而除去。图1中所示类型的至少一个壅塞喷嘴，在该情况下两个壅塞喷嘴(34)设置在室的底部(35)，所述底部(35)通往与第一室相似的第二室(36)。壅塞喷嘴(37)的相似布置设置在第二室的底部，其轴线位于上游壅塞喷嘴(34)的中心线上并且隔开使得上游喷嘴的出口和下游喷嘴的上部之间的距离等于上游喷嘴出口的直径的约1至3，更特别地约2至3倍。

[0080] 可以在上述室的下方以相似方式连续设置具有壅塞喷嘴或混合喷嘴的额外的室，喷嘴上下依次设置。在每个室的壁中，与每个喷嘴的出口点对准或略微下方，通常存在至少一个入口用于优选以造成漩涡的方向将一种或多种气体或液体加入室中。

[0081] 高度为约0.4m至约1m，更特别地约0.6m至约1m的另一个室(41)接收来自连续喷嘴的最后一个喷嘴的流体。该另一个室(41)在其底部处关闭但是具有一对设置在侧壁中的相反的正切出口(42)。这些正切出口(42)又通过导管(45)和返回正切入口(46)通往另一个串联室(44)，所述导管(45)与第一室和第二室侧向偏离，所述返回正切入口(46)可以具有与上述相同类型的壅塞喷嘴(47)。壅塞喷嘴(47)通常在返回入口(46)内尽可能地靠近串联室(44)设置。根据待调节的流速，可能存在多个平行设置的壅塞喷嘴。

[0082] 在入口(46)的壁中，在设置喷嘴(47)出口的点处或附近，通常存在至少一个入口(48)用于加入一种或多种气体或液体。串联室(44)的高度可以为约0.4m至约1m，更特别地约0.8m至约1m。串联室(44)具有关闭的顶部并且在其底部具有上述类型的壅塞喷嘴(51)，所述底部又通往另一个室。如果需要的话，连续的室(52)可以如上所述具有设置在壅塞喷嘴的出口处的气体入口(53)。最后一组喷嘴可以为上文参考图2所述的细长种类的混合喷嘴。它们可以设置在离上游壅塞喷嘴的出口约2至约10，更特别地约3至约10倍喷嘴出口直径的距离处。

[0083] 混合喷嘴排入相比于之前的室相对较大的室(54)，出口导管(55)从室(54)延伸。出口导管的长度通常为约0.4m至约1m，更特别地约0.5m至约1m。出口导管可以以正切或T形方式进料至出口室(56)，所述出口室(56)具有底部排出口(57)。

[0084] 橡胶波纹管或象鼻软管(未示出)可以安装在将流体进料至本发明的装置和将流体排出装置的管道之间的任何界面处。橡胶波纹管可以吸收不希望的震动并且因此帮助保护焊点或接点的整体性和装置的坚固性。

[0085] 在使用中，可以通过入口管道(31)将经研磨的矿石、水和氰化钙或氰化钠的流体进料至第一室(32)。流体在进入室时的速度应当在约1.5m/s至约25m/s的范围内，更特别地在约2.5m/s至约25m/s的范围内。在紧邻入口点之前的点处，流体的背压应当为约3至约10bar，更特别地约5至约10bar。可以在该点处或附近通过上述入口点将气体或其它液体注入流体。气体或液体应当加压至约5至约20bar，更特别地约10至约20bar的压力，并且可以直接地或通过喷嘴布置注入流体。

[0086] 下游引入的气体或液体也应当加压至约5至约20bar，更特别地约10至约20bar的压力，并且可以直接地或通过喷嘴布置注入流体，或者可以替代性地由于流动通过喷嘴的流体产生的真空而自吸气。

[0087] 气体夹带可以在喷嘴内或喷嘴之间通过一个或多个如下机制产生：通过离开喷嘴的射流内的湍流(图12)；通过围绕离开喷嘴的射流的剪切层(图12)；通过离开喷嘴的射流和位于下方的喷嘴的接收池中的液体/悬浮体之间的再循环涡流；通过位于射流下方的喷嘴的接收杯的壁和接收喷嘴的杯中的液体/悬浮体之间的再循环涡流；通过液体/悬浮体从接受池中溅出(图13)。

[0088] 本发明的其它实施方案显示在图7和8中。图7显示了本发明的简化实施方案，仅合并了多个如图5中所示的壅塞喷嘴从而实现更紧凑的设计。图7还显示了同轴入口(61)，在所述同轴入口(61)中安装混合喷嘴(62)。参考图5，入口室(63)与正切出口(64)和正切入口(65)的布置直接相通。壅塞喷嘴通过附图标记(66)显示。

[0089] 图8显示了更简化的布置，其中在T形入口(68)和T形出口(69)之间简单地存在三层壅塞喷嘴(67)。

[0090] 本发明的方法和装置可以被设置成相比于已知方法造成增加的氰化物破坏速度。

[0091] 商业上接收的用于破坏氰化物的方法在良好搅拌的槽中利用SO2和空气与CuSO4催化剂的组合从而将氰化物氧化成氰酸盐以便“破坏”氰化物。该方法的一个缺点是反应试剂的高消耗。一些矿物质也与SO2竞争，造成将氰化物不成功地破坏成可接受的50ppm的工业标准。

[0092] 本发明的反应器可以用在如下两阶段过程中，在第一阶段中利用反应器(同时将空气或氧气注入反应器)连同Eh改性剂(例如SO2/空气)和催化剂(例如硫酸铜)进行pH和Eh的调节。也可以利用其它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。在第二阶段中利用活性碳(例如碳浸出工厂中所使用的)通过碳催化进行氰化物的氧化。

[0093] 在其最简单的形式中，上述两阶段机制可以在单个槽中同时进行，同时利用合适的筛选技术避免碳进入反应器。碳被泵送通过反应器将造成不希望的增加的碳磨损和碳破坏，同时将可能含金的碳损失至尾矿。

[0094] 当在上述方法中使用SO2/空气与硫酸铜催化剂连同碳催化的氰化物破坏时，其为已知的INCO方法(如美国专利4,537,686中所述)和Maelgwyn方法(美国公开号2010/0307977)之间的组合。该组合方法使用比INCO方法所需的明显更少的反应试剂(仅为INCO反应试剂的十分之一)。所述组合方法还使用活性碳的催化效果从而通过两种不同的机制(SO2/空气和活性碳催化)保证氰化物的破坏。所述方法能够减少Maelgwyn方法中所需的停留时间，具有正的Eh值从而实现成功破坏，并且还通过吸附至碳造成贵金属(例如金)的同时渗出和回收。

[0095] 更重要地，不同于Maelgwyn方法所需的多个阶段，上述组合方法可以在单个阶段中进行。

[0096] 图16显示了本发明的反应器如何并入碳浸出装置的流程图。根据本发明的反应器(71)可以安装在两个第一槽(72)中从而减少反应试剂的消耗并且加速渗出动力学。这可以解放最后两个槽从而用于氰化物的破坏以及砷和重金属的除去。除了催化渗出反应之外，最后一个槽中的碳还确保保持最低的可溶性金损失。

[0097] 使用如美国专利4,537,686中所述的标准SO2/空气氰化物破坏方法在60分钟的单个阶段中通过加入标准反应试剂(2:1化学计量比的SO2与氰化物)(表1)进行测试，并且针对相同的时间段与如上所述的本发明的组合方法进行对比(表2)。从相似的弱酸可分离性氰化物起始值开始，本发明的方法造成比SO2/空气方法更低的最终氰化物值，并且相比于SO2/空气方法仅利用十分之一的反应试剂。

[0098] 表1：使用商业SO2/空气方法的氰化物破坏

[0099]

[0100] 表2：使用本发明方法的氰化物破坏

[0101]

[0102] 在相同的条件下使用具有不同矿物学的进料材料重复这些测试(表3和4)。商业SO2/空气方法不能得到低于50ppm的最终氰化物值，50ppm是污水排放的工业规定标准。

[0103] 表3：使用商业SO2/空气方法的氰化物破坏

[0104]

[0105] 表4：使用本发明方法的氰化物破坏

[0106]

[0107] 相比于现有技术，本发明的方法因此不仅更显著节省成本和环保，而且在技术上是优秀的。

[0108] 然后在20天的时间内进行工业规模的工厂试验，前十天在关闭本发明的反应器的条件下运转，后十天在打开反应器的条件下运转。金残余结果显示在图17中，氰化物消耗结果显示在图18中。存在的明显改进是残余中残留金的无足轻重的0.32g/t的减少，并且氰化物消耗改进了84g/t，即减少36％。

[0109] 上述情况主要与在流体中引入气体(例如氧化气体)相关。然而，本发明存在无需引入气体的其它应用，一种应用是砷除去的破坏。

[0110] 砷以不溶于水的稳定形式在地下岩石中天然出现。然而，当研磨岩石并且暴露矿石表面使其与空气接触时，砷转化成易溶于水的不稳定形式。因此，来自采矿操作的废水通常包含高浓度的砷。由于砷对人类和动物来说是毒性的，需要进行减少地下水被废水污染的风险的步骤，并且来自采矿操作的废水中的砷的国际上可接受的上限目前设定为0.1ppm。产生具有高浓度砷的废水的采矿操作通常需要在其尾矿坝中内衬塑料层从而避免任何可能的环境污染。这不仅非常昂贵，而且不能避免或减少毒性废物的产生。

[0111] 本发明的反应器可以在数小时的相对较短的时间内从本地开采的矿石中渗出砷并且使砷进入溶液。溶解的砷然后可以从溶液中以臭葱石或类臭葱石矿物质的形式沉淀出来，臭葱石为砷的稳定形式并且不溶于水，因此无毒性。

[0112] 砷整治可以作为金属提取之前的初始步骤进行，利用机械搅拌槽和再循环反应器同时将空气或氧气加入反应器(也可以使用臭氧)。为了造成砷的渗出，可以使用如下反应试剂：焦亚硫酸钠(SMBS)或苛性钠(NaOH)；和盐酸(HCl)或硫酸(H2SO4)。

[0113] 可以使用氯化铁造成砷以稳定臭葱石或类臭葱石矿物质的形式沉淀。

[0114] 在包含反应性辉砷镍矿和红砷镍矿的金矿石上进行两个测试，辉砷镍矿和红砷镍矿均为砷的不稳定形式。

[0115] 在如下标准金渗出条件下进行第一个测试从而充当对照或基本情况：24小时的渗出时间；5kg/t的NaCN加入；10g/l的碳加入；40％的固体；测试在搅拌桶中进行。

[0116] 第二个测试利用与第一个测试相同的渗出条件，但是具有在如下条件下进行的预先砷渗出和沉淀阶段：800g/t的SMBS；300g/t的硫酸铜；2kg/t的HCl；50g/t的磷酸；50g/t的矾；300g/t的氯化铁；4小时的停留时间；40％的固体；10次通过反应器并且加入氧气(一次通过等于容器体积翻转一次)；测试在搅拌桶中进行。

[0117] 这些测试的结果显示在表5中。JR691为对照/基本测试，JR689为合并根据本发明的砷渗出和沉淀的测试。

[0118] 表5：金渗出之后的砷和残留金值

[0119]

[0120] 合并砷渗出和沉淀步骤的方法造成溶液中的砷值低于检测值，在渗出结束时小于0.1ppm的砷。然而对照/基本测试显示了在渗出结束时1.30ppm的砷。这是明显的，因为对照/基本测试的砷值不符合环境法规，而本发明的合并砷渗出和沉淀步骤的方法是环境友好的。

[0121] 此外，合并砷渗出和沉淀步骤的方法具有比对照/基本测试低0.38g/t的金残余，这证明了明显的经济益处和金产量水平的有价值的提升。

[0122] 因此，本发明的反应器可以用于从矿物质中渗出和沉淀砷，从而使砷更稳定，并且当沉积在尾矿储存设施上时造成较少或没有进一步的砷渗出。这造成符合与地下水的砷水平和进入天然水路的排放物相关的法规。所述方法也可以提供更高的金回收水平。

[0123] 四个不同条件的工业规模测试的结果显示在图19中，即未处理条件和四个涉及根据本发明的方法的不同的条件，等于在4小时的持续时间内3次通过反应器并且加入不同量的氯化铁和焦亚硫酸钠(SMBS)，如图19中所示。加入2.5kg/t的氯化铁和240g/t的SMBS；1.75kg/t的氯化铁和2.23kg/t的SMBS；1.00kg/t的氯化铁和3.5kg/t的SMBS；和0.00kg/t的氯化铁和5.5kg/t的SMBS。

[0124] 使用本发明的装置和方法无疑可以进行各种其它过程。