一种爆发式酸浸金属合金材料的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种爆发式酸浸金属合金材料的方法与装置，属于资源回收与利用技术领域，可应用于镍、钴、铬、锌、铁等多种材料合金的酸浸回收氢气工艺。本发明专利技术的目的是利用酸浓度与活泼金属置换反应原理，进行蒸汽热触发启动链式反应原理，通过设计暴沸反应器，提高反应速率，合理利用反应放出的热量并利用暴沸过程中产生的高浓度氢气。主要工作为设计酸浸暴沸反应器，膨胀器、蒸汽触发装置和氢气净化与回收装置和联动阀门，在不同合金酸浸中控制爆发程度和频率，通过合理判定链式反应的时间和温度变化，使酸浸工艺反应更迅速，更彻底。可以提高酸浸工作的效率且节约热能，并可实现氢气的资源化利用。

A method and device for an explosive acid leaching of metal alloy materials

The invention provides a method and device for explosive acid leaching metal alloy material, which belongs to the technical field of resource recovery and utilization, and can be applied to acid leaching hydrogen recovery process of nickel, cobalt, chromium, zinc and iron alloy materials. The purpose of the invention is the use of acid and the active metal replacement reaction principle, steam heat triggered a chain reaction principle, through the design of bumping reactor, increase the reaction rate and reasonable utilization of heat and high concentration of hydrogen generated in the process of using bumping. The main work of the reactor design for acid leaching of bumping, expander, steam trigger device and hydrogen purification and recovery device and linkage control valve, the outbreak degree and frequency in different alloys in acid leaching time and temperature change, through the reasonable decision of chain reaction, the acid leaching process more responsive, more thorough. The efficiency of acid leaching can be improved and the heat energy can be saved, and the resource utilization of hydrogen can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种爆发式酸浸金属合金材料的方法与装置
本专利技术属于资源回收与利用的
，具体涉及一种爆发式酸浸金属合金材料的方法与装置，可应用于镍、钴、铬、锌、铁等材料合金的酸浸工艺，同时高效回收氢气的装置。
技术介绍
酸浸作为一种有效的方法应用于金属矿物分离，材料提纯等领域。目前常用的酸浸工艺包括硫酸酸浸、盐酸酸浸、硝酸酸浸等，反应条件多为加热至70～150℃，以提高反应速率。金属与酸反应的过程为放热反应，主要反应方程式为M+2HXy＝MXz+H2+Q(热量)，酸根不同，浓度不同，会根据氧化还原条件不同发生氧化还原的副反应。合理利用酸浸过程中的热量及回收反应产生的氢气可以有效利用能源，具有降低酸浸工艺能耗，资源合理回收利用的实际意义。对于浸出体系，硝酸体系反应速度快，但产生的氮氧化物对环境会造成污染，必须进行后期处理。盐酸体系对难溶金属的浸出损失很小，但存在易挥发、成本高、操作环境差等缺点。硫酸体系对成本低、操作环境好，应用更加广泛。1988年，戴元宁(中国专利，86108798A)用稀硫酸浸出粉碎锌矿，将锌矿湿磨至-100目，常温浸出40～80分钟，出料后过滤洗涤；2007年，胡国华(中国专利，200710034327.0)设计从碳素铬铁中生产三氧化二铬，采用浓度20％～60％的硫酸对碳素铬铁进行溶解，溶解温度80-150℃，溶解时间为0.5-2h。2008年，韩登仑等(中国专利，200810233849.8)用7～8％的稀硫酸溶液，洗涤无钙铬渣，室温搅拌6～8h，另将铬铁粉磨细化至-100目～-20目粉，加入到质量分数为38～40％的稀硫酸溶液中，加热至90～105℃，溶解8～12h，得碳素铬铁溶解液。以往的稀硫酸浸合金材料中，均未考虑反应放热利用，且未进行氢回收工作，主要因为反应周期较长，氢气浓度低、不易收集，且放热反应和外加热能量重叠。现有酸浸合金技术，均将反应控制在合适温度，防止其暴沸溢出，未对暴沸工作进行进一步研究和利用。这些手段尽管前期进入了企业的生产程序，形成了企业标准，但随着我国环境要求提高和节能需求，这些缺点已成为目前企业生产的制约因素。氢气的高效回收和节约能源已经是现代化工业的必严要求，企业转型升级的必要手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用化学反应放热触发链式反应原理，通过设计暴沸反应器，以提高反应速率，合理利用反应放出的热量，同时收集暴沸过程中产生的高浓度氢气。主要工作原理是利用浓硫酸不与合金进行置换反应，而稀硫酸才发生置换反应，设计酸浸暴沸反应器，设置蒸汽式触发装置，在不同合金酸浸中控制爆发程度和频率，通过合理判定链式反应的时间和温度变化，确定最优爆发温度和频率。该装置设有爆发时的膨胀器和氢气外排净化装置，使酸浸工艺反应更迅速，更彻底。可以提高酸浸工作的效率且节约热能，并可实现氢气的资源化利用。方法原理：M+2HXy＝MXz+H2+Q(热量)当金属合金酸浸工艺进行至平衡温度时，采用外部触发器对溶液局部进行升温，引发周边金属合金发生剧烈置换反应释放氢气，同时释放热量，金属合金粉末表面产生的氢气携带粉末向溶液上部漂浮，在运动过程中放热导致周边温度升高，局部温度升高触发附近与酸接触的粉末继续发生剧烈置换反应，释放氢气同时放热，如此循环往复，形成链式反应，导致溶液暴沸；暴沸过程释放大量的热触发自身链式反应，同时释放大量氢气，方便收集。气泡携带粉末逐渐堆积升高，离开了液体表面向反应器上部空区移动，移动到膨胀器内，在膨胀器内不仅由于体积得以释放，同时起到蒸汽用水的余热作用，减少脱离溶液区域带走的水分，对氢气进行初级脱水。随着液体体积增加和温度的降低，溶液中发生反应的基团逐渐减少，链式反应得到控制；同时释放的氢气减少，关闭氢气回收阀。当膨胀器内的溶液和泡沫回落到反应器的底部，待溶液体积基本恢复时，再次通入蒸汽进行下次触发，引发暴沸链式反应，并打开氢气的回收阀门。可实现多次触发，达到提高反应效率并收集氢气的目的。氢气回收经过水冷初级冷却、采用氧化钙二级脱水后回收氢气，浓度可以达到90％以上。基于以上原理，设计爆发反应器及爆发式反应方法。本专利技术的技术方案：一种爆发式酸浸金属合金材料的装置，其特征在于，所述的装置包括蒸汽发生器1、冷凝进水孔2、加料口3、搅拌装置4、气体净化装置5、冷凝器6、消泡桨7、加热套8、曝气头9、电子开关10和出料口11；爆发装置分为下部反应区和上部消泡回落区，下部反应区的截面积为上部消泡回落区的截面积的4倍，下部反应区的总体积是上部消泡回落区的总体积1/4；爆发装置的下部反应区被半包式的加热套8包围；爆发装置底部和侧壁分别设有出料口11和蒸汽发生器入口，蒸汽发生器入口通过第二阀门10b控制由蒸汽发生器1产生的蒸汽流量；爆发装置顶部分别设有冷凝进水孔2和加料口3，冷凝进水孔2连接至冷凝器6；爆发装置内的氢气经过冷凝器6初级脱水后，通过第一阀门10a控制依次进入到碱性填料滤床5a和氧化钙吸附床5b进一步处理后收集；爆发装置底部内壁设有多个曝气头9；搅拌装置4伸入至爆发装置的上部消泡回落区，其上安装有消泡桨7。一种爆发式酸浸金属合金材料的方法，步骤如下：将合金材料粉碎成50～200目粉体，在带有消泡回落区的爆发装置中加入粉体与浓酸，每ml浓酸中添加3g粉体，完全浸渍润湿后；再通入高压蒸汽，启动置换反应；爆发装置通入温度为150～300℃的高温蒸汽，引发链式反应；置换反应启动后瞬间有大量氢气产生，溶液和泡沫增加至原来的3～7倍体积，泡沫层上升至消泡回落区进行消泡，高浓度氢气溢出；消泡回落区内设置的多个消泡桨7，将上升的泡沫打碎；消泡回落区上部设有冷凝器6用于降温，使得氢气中的水蒸气冷凝后初级脱水，初级脱水后的气体通入到碱性填料滤床5a，去除酸性气体，再通过氧化钙吸附床5b二次脱水，使氢气的浓度大于93％后，压缩到集气罐中回收；在收集氢气的管路上设置自动阀门，自动阀门与蒸汽发生器1上的自动阀门联动，利用两者联动可自动多次启动；所述的蒸汽发生器1进水通过消泡回落区的冷凝器6进行余热回收利用，实现较低能耗下快速溶解和高浓度氢气回收的目的。所述的合金材料是铝、铁、锌、锡、铬、钒、锰、镍、钴中的两种以上混合，含有30％以下的惰性物质。所述的合金材料酸浸时所用的酸为硫酸和/或硝酸。本专利技术的有益效果：本专利技术利用浓酸浸渍、蒸汽启动爆发式反应、膨胀器释放回收高浓度氢气；其中装置中除了设有热量回收与氢气干燥系统外，设有蒸汽启动与膨胀冷却控制联动系统运行实现链式爆发反应。该方法采用爆发式反应，可以提高合金浸出效率同时，提高释放氢气的浓度，利于回收氢气；并且能够利用反应放出的热量与蒸汽系统联动进行链式反应，在环境标准提高和节约能源方面具有广泛的推广价值。附图说明图1是爆发式反应器示意图。图2是气相色谱图。图中：1蒸汽发生器；2冷凝进水孔；3加料口；4搅拌装置；5气体净化装置；6冷凝器；7消泡桨；8加热套；9曝气头；10电子开关；11出料口；5a碱性填料滤床；5b氧化钙吸附床；10a第一阀门；10b第二阀门。具体实施方式下面结合技术方案和附图，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1：废铁合金酸浸溶解制氢取120g废铁合金，置于爆炸装置中，加入700ml去离子水，缓慢注入300ml98％硫酸，升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种爆发式酸浸金属合金材料的装置，其特征在于，所述的装置包括蒸汽发生器(1)、冷凝进水孔(2)、加料口(3)、搅拌装置(4)、气体净化装置(5)、冷凝器(6)、消泡桨(7)、加热套(8)、曝气头(9)、电子开关(10)和出料口(11)；爆发装置分为下部反应区和上部消泡回落区，下部反应区的截面积为上部消泡回落区的截面积的4倍，下部反应区的总体积是上部消泡回落区的总体积1/4；爆发装置的下部反应区被半包式的加热套(8)包围；爆发装置底部和侧壁分别设有出料口(11)和蒸汽发生器入口，蒸汽发生器入口通过第二阀门(10b)控制由蒸汽发生器(1)产生的蒸汽流量；爆发装置顶部分别设有冷凝进水孔(2)和加料口(3)，冷凝进水孔(2)连接至冷凝器(6)；爆发装置内的氢气经过冷凝器(6)初级脱水后，通过第一阀门(10a)控制依次进入到碱性填料滤床(5a)和氧化钙吸附床(5b)进一步处理后收集；爆发装置底部内壁设有多个曝气头(9)；搅拌装置(4)伸入至爆发装置的上部消泡回落区，其上安装有消泡桨(7)。

【技术特征摘要】
1.一种爆发式酸浸金属合金材料的装置，其特征在于，所述的装置包括蒸汽发生器(1)、冷凝进水孔(2)、加料口(3)、搅拌装置(4)、气体净化装置(5)、冷凝器(6)、消泡桨(7)、加热套(8)、曝气头(9)、电子开关(10)和出料口(11)；爆发装置分为下部反应区和上部消泡回落区，下部反应区的截面积为上部消泡回落区的截面积的4倍，下部反应区的总体积是上部消泡回落区的总体积1/4；爆发装置的下部反应区被半包式的加热套(8)包围；爆发装置底部和侧壁分别设有出料口(11)和蒸汽发生器入口，蒸汽发生器入口通过第二阀门(10b)控制由蒸汽发生器(1)产生的蒸汽流量；爆发装置顶部分别设有冷凝进水孔(2)和加料口(3)，冷凝进水孔(2)连接至冷凝器(6)；爆发装置内的氢气经过冷凝器(6)初级脱水后，通过第一阀门(10a)控制依次进入到碱性填料滤床(5a)和氧化钙吸附床(5b)进一步处理后收集；爆发装置底部内壁设有多个曝气头(9)；搅拌装置(4)伸入至爆发装置的上部消泡回落区，其上安装有消泡桨(7)。2.一种爆发式酸浸金属合金材料的方法，其特征在于，步骤如下：将合金材料粉碎成50～200目粉体，在带有消泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伟，陈振，柳卓，孟凡庆，吴磊，王墨炎，高健，郭丽燕，段诗博，韦林森，马湘懿，才之涵，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21