权利要求
1.一种多级纠缠流反应系统，微反应器包括顶部进口A和侧部进口B，其特征在于：
进口A在微反应器内部为单通道出口，通道直径为0.5-1mm;
侧部进口B通过内部管道均分为8股流体B1-B8，每股通道直径为0.3-1mm;
8股流体B1-B8从反应器下方侧向延伸，与进口A的流体以22.5°±22.5°夹角交汇于汇聚点C;
通过调节泵速与管路直径，实现液相比范围为1:1至50:1。
2.根据权利要求1所述的多级纠缠流反应系统，其特征在于，微反应器材质选自以下至少一种：ABS树脂、硼硅酸盐玻璃、陶瓷或聚醚醚酮。
3.根据权利要求1所述的多级纠缠流反应系统，其特征在于，所述微反应器出口通道半径与进口通道半径的比例为1:2至1:5，用于调控流体混合效率。
4.一种如权利要求1-3任一所述的一种多级纠缠流反应系统在
湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，其特征在于，具体操作模式包括：
模式一：进口A通入废水，进口B通入硫化剂溶液，添加量为40-60g/t时，
贵金属回收后残留量为Ir 90-120g/t，其余金属<5g/t;
模式二：进口B通入废水，进口A通入硫化剂溶液，添加量为60-80g/t时，贵金属残留量为Ir 120-160g/t，其余金属<5g/t。
5.根据权利要求4所述的多级纠缠流反应系统在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，其特征在于，硫化剂为沉淀剂，选自Na2S、硫酸氢铵、氯化钾中的至少一种，其添加量满足以下化学计量关系：对于Ir3+、Pt2+、Pd2+、Ag+，硫化剂中S2-或HS-的摩尔数与贵金属离子总摩尔数的比例为1.2:1至3:1。
6.根据权利要求4所述的多级纠缠流反应系统在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，其特征在于，废水pH值为3-4，贵金属含量包括：Ir 238g/t、Pt 10g/t、Pd 271g/t、Rh17g/t、Ru 39g/t、Au<5g/t、Ag 22g/t。
7.根据权利要求5所述的多级纠缠流反应系统在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，其特征在于，贵金属回收过程的反应时间为5-30秒，压力为常压，温度根据沉淀剂类型选择，当使用硫酸氢铵时，反应温度控制在60-120℃，且微反应器外壁设置加热套或换热包覆层，当使用Na2S或氯化钾时，反应温度为20-40℃。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种湿法冶金与资源回收技术领域，具体是一种多级纠缠流反应系统及其在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法。
背景技术
[0002]1.传统技术的不足
[0003]现有贵金属回收多采用间歇式反应釜，存在以下问题：
[0004]混合效率低：宏观反应器中流体扩散速率慢，导致沉淀剂(如Na2S)与贵金属离子接触不充分，需过量添加药剂;
[0005]选择性差：多金属共存时竞争沉淀，难以实现Ir(高氧化态)与Pd、Pt的分离;
[0006]反应时间长：常规方法需30分钟以上，能耗高且易产生副反应(如硫化物氧化)。
[0007]2.微反应器技术的局限性
[0008]现有微反应器虽能提升传质效率，但存在以下缺陷：
[0009]液相比受限：单通道设计难以适应大流量比(>10:1)的
工业废水处理需求;
[0010]结构单一：对称式流体交汇导致局部浓度梯度不足，无法定向调控贵金属沉淀顺序;
[0011]材质腐蚀：酸性废水(pH 3-4)下玻璃或金属材质易与S2-反应，污染产物(如FeS)。
[0012]因此，如何在大液相比(1:1-50:1)条件下实现废水与沉淀剂的高效混合、如何通过结构设计调控多金属的选择性沉淀顺序(优先去除Pd、Pt，再处理Ir)、如何避免微反应器材质在酸性含硫环境中的腐蚀问题是本发明亟需解决的技术问题。
发明内容
[0013]本发明的目的在于提供一种多级纠缠流反应系统及其在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0014]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0015]一种多级纠缠流反应系统，微反应器包括顶部进口A和侧部进口B，进口A在微反应器内部为单通道出口，通道直径为0.5-1mm;侧部进口B通过内部管道均分为8股流体B1-B8，每股通道直径为0.3-1mm;8股流体B1-B8从反应器下方侧向延伸，与进口A的流体以22.5°±22.5°夹角交汇于汇聚点C;通过调节泵速与管路直径，实现液相比范围为1:1至50:1。
[0016]作为本发明进一步的方案：微反应器材质选自以下至少一种：ABS树脂、硼硅酸盐玻璃、陶瓷或聚醚醚酮。
[0017]作为本发明进一步的方案：所述微反应器出口通道半径与进口通道半径的比例为1:2至1:5，用于调控流体混合效率。
[0018]一种多级纠缠流反应系统在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，具体操作模式包括：
[0019]模式一：进口A通入废水，进口B通入硫化剂溶液，添加量为40-60g/t时，贵金属回收后残留量为Ir 90-120g/t，其余金属<5g/t;
[0020]模式二：进口B通入废水，进口A通入硫化剂溶液，添加量为60-80g/t时，贵金属残留量为Ir 120-160g/t，其余金属<5g/t。
[0021]作为本发明进一步的方案：硫化剂为沉淀剂，选自Na2S、硫酸氢铵、氯化钾中的至少一种，其添加量满足以下化学计量关系：对于Ir3+、Pt2+、Pd2+、Ag+，硫化剂中S2-或HS-的摩尔数与贵金属离子总摩尔数的比例为1.2:1至3:1。
[0022]作为本发明进一步的方案：废水pH值为3-4，贵金属含量包括：Ir 238g/t、Pt 10g/t、Pd 271g/t、Rh 17g/t、Ru 39g/t、Au<5g/t、Ag 22g/t。
[0023]作为本发明再进一步的方案：贵金属回收过程的反应时间为5-30秒，压力为常压，温度根据沉淀剂类型选择，当使用硫酸氢铵时，反应温度控制在60-120℃，且微反应器外壁设置加热套或换热包覆层，当使用Na2S或氯化钾时，反应温度为20-40℃。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025]1.高效传质与精准控制
[0026]8股流体(B1-B8)与单股流体(A)非对称交汇，形成湍流增强混合(雷诺数>2000)，使S2-在局部区域浓度富集，优先与高反应活性金属(Pd2+、Pt2+)结合;
[0027]通过调节液相比(1:1-50:1)和交汇角度(0°-45°)，控制Ir3+的沉淀动力学(需更高S2-浓度)。
[0028]2.结构创新
[0029]多通道分流：侧部进口B的8股通道(直径0.3-1mm)降低流体阻力，适应高流量废水输入;
[0030]角度优化：22.5°±22.5°交汇角延长两相接触路径，提升反应时间至5-30秒(传统方法的1/60)。
[0031]3.材料适配性
[0032]聚醚醚酮或陶瓷材质耐腐蚀性强，避免S2-与微反应器壁面反应，确保产物纯度(杂质含量<0.1%)。
附图说明
[0033]图1为一种多级纠缠流反应系统的三维结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]请参阅图1，一种多级纠缠流反应系统，微反应器包括顶部进口A和侧部进口B，进口A在微反应器内部为单通道出口，通道直径为0.5-1mm;侧部进口B通过内部管道均分为8股流体B1-B8，每股通道直径为0.3-1mm;8股流体B1-B8从反应器下方侧向延伸，与进口A的流体以22.5°±22.5°夹角交汇于汇聚点C;通过调节泵速与管路直径，实现液相比范围为1:1至50:1。
[0036]优选的，微反应器材质选自以下至少一种：ABS树脂、硼硅酸盐玻璃、陶瓷或聚醚醚酮。
[0037]优选的，所述微反应器出口通道半径与进口通道半径的比例为1:2至1:5，用于调控流体混合效率。
[0038]一种多级纠缠流反应系统在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法，具体操作模式包括：
[0039]模式一：进口A通入废水，进口B通入硫化剂溶液，添加量为40-60g/t时，贵金属回收后残留量为Ir 90-120g/t，其余金属<5g/t;
[0040]模式二：进口B通入废水，进口A通入硫化剂溶液，添加量为60-80g/t时，贵金属残留量为Ir 120-160g/t，其余金属<5g/t。
[0041]优选的，硫化剂为沉淀剂，选自Na2S、硫酸氢铵、氯化钾中的至少一种，其添加量满足以下化学计量关系：对于Ir3+、Pt2+、Pd2+、Ag+，硫化剂中S2-或HS-的摩尔数与贵金属离子总摩尔数的比例为1.2:1至3:1。
[0042]优选的，废水pH值为3-4，贵金属含量包括：Ir 238g/t、Pt 10g/t、Pd 271g/t、Rh17g/t、Ru 39g/t、Au<5g/t、Ag 22g/t。
[0043]优选的，贵金属回收过程的反应时间为5-30秒，压力为常压，温度根据沉淀剂类型选择，当使用硫酸氢铵时，反应温度控制在60-120℃，且微反应器外壁设置加热套或换热包覆层，当使用Na2S或氯化钾时，反应温度为20-40℃。
[0044]实施例一
[0045]模式一操作：
[0046]条件：进口A通入pH=3.5的废水(1吨，含Ir 238g、Pt 10g、Pd 271g)，进口B通入40g Na2S溶液(液相比20:1)。
[0047]化学计量分析：
[0048]贵金属总摩尔量：Ir=238/192.22≈1.24mol，Pt=10/195.08≈0.05mol，Pd=271/106.42≈2.55mol。
[0049]Na2S理论需求：按Ir3++3S2-→Ir2S3、Pt2++S2-→PtS、Pd2++S2-→PdS计算，需S2-总量=1.24×3/2+0.05×1+2.55×1≈3.16mol，对应Na2S=3.16×78.05≈246.5g。
[0050]实际添加量：40g Na2S仅为理论值的16.2%，但微反应器的高效混合使局部浓度富集，优先沉淀Pd、Pt(反应速率快)，残留Ir 90g(回收率62.2%)，其余金属<5g/t。
[0051]实施例二
[0052]模式二操作：
[0053]条件：进口B通入pH=3.8的废水(1吨，进口A通入80g Na2S溶液，液相比30:1)。
[0054]化学计量分析：
[0055]贵金属总摩尔量同实施例1，理论需Na2S≈246.5g。
[0056]实际添加80g Na2S为理论值的32.5%，但因废水从侧部8股进入，与沉淀剂(单股)混合时间缩短至8秒，导致Ir反应不充分(需更高S2-浓度)。
[0057]结果：残留Ir 145g(回收率39.1%)，但Na2S过量部分(80-40=40g)仍确保Pd、Pt完全沉淀(残留<5g/t)。
[0058]实施例三
[0059]材质对比：
[0060]条件：采用聚醚醚酮材质微反应器，液相比40:1，其余同实施例1。
[0061]化学作用：聚醚醚酮耐腐蚀性优于玻璃/陶瓷，避免S2-与反应器壁面反应(如生成FeS杂质)。
[0062]动力学优化：在相同40g Na2S下，聚醚醚酮通道表面粗糙度降低(Ra<0.1μm)，流体阻力减少15%，反应时间从20秒缩短至17秒，Ir回收率提升至65.8%(残留80g/t)。
[0063]关键化学计量关系总结：
[0064]
金属反应式摩尔比(金属:S2-)Ir3+2Ir3++3S2-→Ir2S31:1.5Pt2+Pt2++S2-→PtS1:1Pd2+Pd2++S2-→PdS1:1Ag+2Ag++S2-→Ag2S1:0.5
[0065]通过微反应器结构调控，实现S2-的定向分配，解决多金属竞争沉淀难题。
[0066]实施例四
[0067]扩展应用：
[0068]条件：调整交汇角度至45°，液相比10:1，Na2S添加量60g/t。
[0069]化学计量适配：
[0070]角度增大使混合涡流增强，S2-扩散效率提高，60g Na2S可覆盖理论需求量的24.3%(60/246.5)。
[0071]优先沉淀Ag(Ag++S2-→Ag2S，Ksp=6×10-51)，Ag回收率从95%提升至98%(残留<1g/t)，同时Ir残留量降至75g/t(因反应时间延长至25秒)。
[0072]实施例五
[0073]Na2S沉淀Pd/Pt优先：
[0074]条件：进口A通入废水(pH=3.5，含Pd 271g/t、Pt 10g/t)，进口B通入Na2S溶液(液相比20:1，添加量40g/t)。
[0075]化学计量：
[0076]反应式：Pd2++S2-→PdS(1:1)，Pt2++S2-→PtS(1:1);
[0077]理论需S2-：Pd=271/106.42≈2.55mol，Pt=10/195.08≈0.05mol，总计2.6mol(对应Na2S=2.6×78.05≈203g/t);
[0078]实际效果：仅用40g/t(19.7%理论量)，因微反应器8股B通道增强局部S2-浓度，优先沉淀Pd(回收率>98%)、Pt(>95%)，Ir残留90g/t(反应时间20秒)。
[0079]实施例六
[0080]硫酸氢铵选择性沉淀Ir：
[0081]条件：进口B通入废水(含Ir 238g/t)，进口A通入硫酸氢铵溶液(液相比15:1，添加量120g/t，pH=2)。
[0082]化学计量：
[0083]反应式：Ir3++3NH4HSO4→Ir(HSO4)3↓+3NH4+;
[0084]理论需NH4HSO4：Ir=238/192.22≈1.24mol，需3×1.24=3.72mol(对应447g/t);
[0085]实际效果：添加120g/t(26.8%理论量)，因微反应器高剪切力加速Ir3+与HSO4-络合，Ir沉淀率58%(残留100g/t)，其他金属未参与反应(残留量不变)。
[0086]实施例七
[0087]氯化钾沉淀Au：
[0088]条件：进口A通入含Au 4.8g/t的废水，进口B通入KCl溶液(液相比10:1，添加量50g/t，pH=1.5)。
[0089]化学计量：
[0090]反应式：Au3++4Cl-→AuCl4-→KCl过量时析出K[AuCl4-]↓;
[0091]理论需Cl-：Au=4.8/197≈0.024mol，0.096mol(对应KCl=0.096×74.55≈7.16g/t);
[0092]实际效果：添加50g/t(7倍理论量)，因微反应器快速混合避免Cl-局部耗尽，Au回收率99%(残留<0.1g/t)，反应时间8秒。
[0093]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0094]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
说明书附图(1)
声明：
“多级纠缠流反应系统及其在湿法冶金中硫化沉淀分离金属离子的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
552
编辑：北方有色网
来源：昆明理工大学
咨询细节
2026年08月06日 ~ 08日 
