用于高压酸浸的系统、设备和方法与流程

本发明涉及一种用于处理褐铁矿型红土镍矿（limonite-type laterite nickelore）或褐铁矿的系统、设备和方法。具体地，本发明涉及一种用于高压酸浸的系统、设备和方法。

背景技术：

1、通过处理褐铁矿型红土镍矿生产混合氢氧化物沉淀(mixed hydroxideprecipitate，mhp)作为中间产品的生产工艺涉及在硫酸溶液中浸出镍矿浆。高压酸浸(high pressure acid leaching，hpal)通常用于该生产工艺。hpal需要使用硫酸来浸出镍矿浆原料，溶解待提取的金属，从而为生产工艺创造腐蚀性环境。

2、使用hpal技术的mhp生产工艺优于其他现有方法，如卡隆法（caron）、常压搅拌浸出(atmospheric agitation leaching，al)或堆浸(heap leaching，hl)。hpal生产工艺的优点包括：经过验证的商业可行性、浸出过程对铁具有选择性从而降低硫酸消耗、镍和钴的回收率高(90-95%)以及工艺时长短(60-90分钟)。

3、然而，传统的hpal工艺存在多个缺点，例如运行和维护费用高昂，以及整体性能存在局限。这源于当前技术的限制，即在预热阶段难以达到足够的温度，通常只能达到200℃。这低于240-260℃的最佳浸出温度范围，需要在浸出阶段在高压釜中进行额外的热量补偿，以达到240-260℃的有效浸出的理想温度。此外，预热过程涉及多个加热阶段来制备镍矿浆，使其能够依次通过每个预热阶段，然后进入高压釜进行浸出。因此，需要大量的泵来输送物料通过预热阶段并进入高压釜。这些泵由于需要处理预热状态的镍矿浆而被设计为耐高温，因此成本显著高昂。

4、另外，工业上用于在高温高压下进行浸出反应的传统高压釜具有庞大、细长的管式设计。在某些部位，它安装了配备有机械密封的搅拌器，这些搅拌器穿过高压釜壁安装，确保没有空气或蒸汽从高压釜泄漏。此外，高压釜配备有注入器，用于将热水蒸气和硫酸从外部引入高压釜的内部腔室(crundwell等人，2011)。hpal工厂中使用的高压釜通常由钛复合钢（titanium-cladded steel）制成，钢和钛的厚度分别约为100mm和10mm。这种高压釜设计用于满足在高温(250-270℃)和高压(45-50巴)下酸性条件下的操作要求。工厂高昂的资本支出(capital expenditure，capex)，尤其是高压釜的capex，驱使研究人员寻找处理镍褐铁矿的替代技术。

5、此外，在当前的hpal技术中，高压釜中的有效浸出需要混合以确保褐铁矿浆和硫酸均匀混合并有效反应。它们需要顺畅流动以防止沉降和导致结垢。另外，连续注入水蒸气和硫酸用于提高温度，促进浸出过程，同时还维持高压釜反应器内镍矿浆中水和硫酸的恒定组成。因此，使用现有hpal技术的mhp生产工艺运行成本高昂，并且在高度腐蚀性的环境中运行。

6、总之，传统的高压釜和hpal技术面临多个缺点，包括由于使用昂贵的结构材料、需要大量设备以及巨大的反应器体积而导致反应器投资成本高昂。浸出过程还需要在多个阶段注入热蒸汽和硫酸，增加了复杂性。此外，系统易受垢沉积(结垢)的影响，这进一步推高了运行和维护费用。

7、因此，希望提供一种能够克服或缓解上述缺点的系统、设备和方法。

技术实现思路

1、在第一方面，本发明提供了一种用于高压酸浸的高压釜，包括：螺旋管，其被设置为接收金属矿浆和酸的混合物；所述螺旋管具有多个螺旋管段，所述螺旋管段相互连接形成螺旋管布置；所述多个螺旋管段中的每一个螺旋管段包括两个细长管段以及弯曲管段；所述两个细长管段通过所述弯曲管段连接；其中，所述弯曲管段的曲率半径被设定为产生所述金属矿浆和所述酸的湍流。

2、在第二方面，本发明提供了一种用于高压酸浸的预热器，包括：多个串联连接的子预热器，其被设置为接收并加热金属矿浆和酸的混合物；所述多个子预热器中的每一个子预热器包括螺旋加热管；所述螺旋加热管包括多个螺旋加热管段，所述螺旋加热管段连续相互连接形成螺旋管布置；所述多个螺旋加热管段中的每一个螺旋加热管段包括两个细长加热管段，所述两个细长加热管段通过弯曲加热管段连接；其中，所述弯曲加热管段的曲率半径被设定为产生所述金属矿浆和所述酸的湍流，所述多个子预热器中的每一个子预热器具有至少一个加热源，所述加热源被设置为加热所述金属矿浆和所述酸的混合物。

1.一种用于高压酸浸的高压釜，包括：

2.根据权利要求1所述的高压釜，其中，所述螺旋管具有垂直的螺旋管布置。

3.根据权利要求1或2所述的高压釜，其中，所述螺旋管的材料包括钛。

4.根据前述权利要求中任一项所述的高压釜，其中，所述细长管段是直管。

5.根据前述权利要求中任一项所述的高压釜，其中，所述弯曲管段具有180度弯道，用于将所述金属矿浆和所述酸的混合物的流动方向反转180度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的高压釜，所述高压釜还包括腔室，其具有由隔热材料制成的壁；所述腔室被配置为包围所述螺旋管。

7.根据前述权利要求中任一项所述的高压釜，所述高压釜还包括加热装置，其用于向所述腔室提供热量以保持所述高压釜的操作温度恒定。

8.根据权利要求7所述的高压釜，其中，所述加热装置包括燃烧器和燃烧器管道；所述燃烧器管道被配置为将来自所述燃烧器的热量输送至所述腔室。

9.一种用于高压酸浸的预热器，包括：

10.根据权利要求9所述的预热器，其中，所述多个子预热器包括第一子预热器、第二子预热器和第三子预热器；所述第一子预热器包括第一喷淋管，其被设置为引入蒸汽以加热所述第一子预热器的整个螺旋加热管；所述第二子预热器包括第二喷淋管，其被设置为引入蒸汽以加热所述第二子预热器的整个螺旋加热管；所述第三子预热器包括锅炉、蒸汽进口管、燃烧器和子预热器管道；所述蒸汽进口管被设置为将来自所述锅炉的蒸汽引入所述第三子预热器，所述子预热器管道被设置为将来自所述燃烧器的热量引入所述第三子预热器。

11.根据权利要求10所述的预热器，其中，所述第一喷淋管被设置为引入来自第二闪蒸罐的蒸汽，所述第二喷淋管被设置为引入来自第一闪蒸罐的蒸汽。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的预热器，所述预热器还包括炉体；其中，所述炉体是具有由隔热材料制成的壁形成多个隔热腔室的结构，用于放置并隔热所述多个子预热器中的每一个子预热器。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的预热器，其中，所述螺旋加热管具有垂直螺旋管布置。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的预热器，其中，所述细长加热管段是直管。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的预热器，其中，所述弯曲加热管段具有180度弯道，用于将所述金属矿浆和所述酸的混合物的流动方向反转180度。

16.一种用于高压酸浸的系统，包括根据权利要求1-8中任一项所述的高压釜和根据权利要求9-15中任一项所述的预热器。

17. 一种用于高压酸浸的方法，包括以下步骤：

18. 根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤：