转鼓式生物浸出反应器的传递特性和放大规律研究

传统细菌浸矿反应器存在浸出速度慢、效率低等不足，尤其是矿浆浓度难以超过20%(w/w)，根本原因在于传质和剪切的矛盾，尤其在高矿浆浓度下。因此，急需发展新型的高传质速率、低剪切的细菌浸矿反应器。本项目从降低剪切和强化传质两方面入手，提出新型转鼓式生物浸矿反应器。拟通过转鼓及挡板的转动完成固体颗粒直接提升与混合过程，而研制气体分布器则达到气体均匀分布和溶氧供应充分，确定新型转鼓式生物浸矿反应器的基本结构；系统研究矿浆浓度、气液传质、气体分布和溶氧状况等与生物浸出过程的相关性，结合流场与剪切分布的数值模拟，优化反应器的结构和性能；建立反应器结构、操作参数与传质系数的定量关系，计算转鼓式反应器气液固三相体系的剪切与传质系数，获得反应器的放大规律；最终确立适合高矿浆浓度生物浸出和具有高传质、低剪切、气体分布均匀等特点的新型浸矿反应器的设计方法，应用于实际浸出试验。

围绕项目的研究目标，本项目在浸出体系剪切力作用机制、新型转鼓反应器的功耗和传质规律、转鼓反应器的气液固三相体系数值模拟、转鼓反应器生物浸出和转鼓反应器的设计放大等方面均取得了较大进展，具体如下：.（1）根据Couette式反应器的原理，设计了可为浸矿细菌提供一个精确的剪切环境的环隙式均剪切反应器，实现了剪切对细胞活性影响的定量分析，揭示了高矿浆浓度下剪切和颗粒的研磨对菌体生长和氧化活性的作用机理。.（2）阐明了反应器结构、不同操作条件（转速、通气率、固含率等）对转鼓反应器内功耗和传质特性的影响规律，建立了功耗和传质系数与反应器结构及操作参数的定量关系。.（3）采用CFD方法进行了转鼓反应器内流动、剪切分布、传质特性的数值模拟，建立了转鼓反应器内气液固三相复杂体系的数值模拟方法。结果表明，建立的气液固三相体系的数值模拟方法能够准确地模拟转鼓反应器内的流动状况，这为新型高效转鼓反应器的设计和放大奠定了基础。.（4）在新型转鼓反应器和搅拌罐中进行了细菌氧化Fe2+和真实矿物浸出实验，结果表明：低矿浆浓度下转鼓和搅拌罐的浸出效果相当。随矿浆浓度增加，转鼓中生物活性以及浸矿效率明显好于搅拌罐。表明转鼓生物反应器可以处理高固体颗粒浓度的浆态体系，这在生物浸出的工业应用中具有重要的意义。. 截至目前，共发表或接受发表本项目相关论文7篇（均为SCI源刊论文，包括Hydrometallurgy 1篇，Chemical Engineering & Technology 3篇，Minerals Engineering 3篇）；申请专利2件。已培养博士生1名。