[发明专利]一种爆发式酸浸金属合金材料的方法与装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于资源回收与利用的技术领域，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。

背景技术

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+2HX_y＝MX_z+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。

发明内容

本发明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+2HX_y＝MX_z+H₂+Q(热量)