Металлургия благородных металлов. Производство благородных металлов

Москва 2023

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС

ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра цветных металлов и золота

И.Р. Бобоев 
Е.С. Васильева 
Р.С. Сельницын

МЕТАЛЛУРГИЯ БЛАГОРОДНЫХ 
МЕТАЛЛОВ. ПРОИЗВОДСТВО 
БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Учебное пособие для практических занятий

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4429

УДК 669.01/09
 
Б72

Р е ц е н з е н т
канд. техн. наук, доц. А.С. Игнатов

Бобоев, Икромджон Рахмонович.
Б72  
Металлургия благородных металлов. Производство 
благородных металлов : учеб. пособие для практ. 
занятий / И.Р. Бобоев, Е.С. Васильева, Р.С. Сельни-
цын. – Москва : Издательский Дом НИТУ МИСИС, 
2023. – 50 с.

В учебном пособии по курсу «Металлургия благородных металлов. 
Производство благородных металлов» рассматриваются 
некоторые из наиболее распространенных областей применения 
агитаторов и миксеров в металлургии благородных металлов. 
На основе анализа современных иностранных источников, опубликованных 
от имени ведущих производителей агитаторов/
миксеров, даются рекомендации по определению критериев эффективного 
выбора этого оборудования.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 
22.04.02 «Металлургия».

УДК 669.01/09

 Бобоев И.Р., Васильева Е.С., 
Сельницын Р.С., 2023
 НИТУ МИСИС, 2023

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1. Агитаторы. Основные положения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2. Типы импеллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3. Режимы подачи в агитатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
3.1. Число Рейнольдса и турбулентность  . . . . . . . . . . . . . 13
3.2. Мощность и значения мощности. . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3. Смешивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4. Ньютоновские жидкости в турбулентном 
или переходном потоке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.5. Жидкости, разжижаемые при сдвиге . . . . . . . . . . . . . 19
3.6. Режим ламинарного течения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.7. Распульповка, выщелачивание  . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.8. Конечная скорость осаждения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.9. Уровень перемешивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.10. Количество и расположение рабочих 
импеллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.11. Скорость перемешивания рабочего импеллера 
и производительность агитатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.12. Барботажные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.13. Встроенные миксеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.14. Миксеры с высоким сдвигом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.15. Смешивание твердых веществ (шихтовка, 
агломерация, 
разделение и т.д.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.16. Механическая конструкция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.17. Масса рабочего импеллера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.18. Критическая скорость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

ВВЕДЕНИЕ

В гидрометаллургии благородных металлов агитаторы 
используются для распульповки, выщелачивания, растворения, 
экстракции, осаждения, цементации и других процессов, 
протекающих в жидкофазной среде. При сухом перемешивании 
в процессах, протекающих при шихтовке и 
частично агломерации, применяются миксеры.
Агитаторы, т.е. системы с перемешивающим устройством, 
чаще всего обозначаются как емкости с перемешиванием 
или лопаты периодического действия.
Поставщики традиционно предоставляют расчеты и конструкции 
агитаторов в соответствии с требованиями заказчика. 
Однако ответственность за установление поддающихся 
количественной оценке требований лежит на заказчике. 
Хотя поставщики используют запатентованные методы для 
проектирования своего оборудования, инженеры могут применять 
уравнения, такие как представленные здесь, для 
предварительной оценки и проверки предоставленных характеристик 
агитаторов поставщика.
Развитие вычислительной гидродинамики позволило 
проводить сложный анализ систем перемешивания. Однако 
эмпирические подходы, разработанные в середине ХХ века, 
остаются полезными для приблизительной расчета, особенно 
если используются стандартные рабочие импеллеры (например, 
пропеллеры, турбины со скошенными лопастями). 
Производители агитаторов вложили значительные средства 
в свои запатентованные конструкции; коэффициенты, необходимые 
для эмпирических уравнений, обычно недоступны 
в открытой литературе.

1. АГИТАТОРЫ. ОСНОВНЫЕ 
ПОЛОЖЕНИЯ

У агитаторов много проблем с безопасностью, как и у любого 
оборудования с вращающимся устройством. Кроме того, 
при использовании системы агитатора-автоклава, работающего 
при высоких давлениях, имеются особые проблемы, 
которые следует учитывать для безопасного использования, 
и некоторые из них перечислены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 
Условия безопасности, необходимые для учета 
при использовании агитатора-автоклава

Параметр
Рекомендации к эксплуатации

Размеры 
и технические 
характеристики


Убедитесь, что расчеты теплопередачи должным образом 
учитывают параметры агитатора, включая конструкцию 
рабочего импеллера, размер, расположение в емкости, 
скорость и свойства жидкости.
Используйте результаты тестирования реакционного калориметра 
для определения опасностей реакции, включая 
потерю перемешивания.
Используйте перегородки, если мешалка установлена вертикально 
и расположена по центру вертикальной емкости.
Укажите смачиваемые детали, включая муфты, болты, 
прокладки и уплотнения, которые химически совместимы 
с используемыми реагентами

Установка

Установите датчик под муфтой вала, чтобы остановить 
работу двигателя в случае отказа муфты.
Заблокируйте запорные клапаны для реагентов с помощью 
мешалки, чтобы избежать потенциально неконтролируемой 
реакции из-за недостаточного перемешивания.
Блокируйте давление и/или расход жидкости в уплотнении, 
чтобы остановить работу в случае отказа.
Сбалансируйте вал и лопасть, выровняйте компоненты, 
чтобы избежать вибраций во время работы

Операция

Разработайте аварийные процедуры при выходе из строя 
мешалки (т.е. какие действия следует предпринять в случае 
выхода из строя).
Избегайте работы на критических скоростях

Поддержка Убедитесь, что уплотнительные жидкости и смазочные 
материалы одобрены к использованию

Агитаторы, включая автоклавы, используются для решения 
различных задач в золотодобывающей отрасли начиная 
со смешивания двух растворителей и заканчивая процессами 
цементации. Конструкция агитатора с номенклатурой 
представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Конструкция агитатора с номенклатурой

В табл. 1.2 и 1.3 приведены некоторые важнейшие параметры 
емкостей для агитации и контроль принимаемых решений 
на стадии проектирования [2].

Таблица 1.2
Руководство по параметрам агитаторов

Процесс
Мощность, кВт
Скорость наконечника, 
м/с
Смешивание (экстракция)
0,2…0,5
–
Однородная реакция 
(цементация)
0,5…1,5
7,5…10,0

Реакция с теплопередачей 
(дистилляция, концентрирование)

1,5…5,0
10…15

Экстракция. Жидкостно-
жидкостные смеси
5
15…20

Барботажные процессы. 
Жидко-газовые смеси
5…10
15…20

Выщелачивание (пульпа)
10
–

Таблица 1.3
Ответственность за спецификацию и конструкцию агитаторов, 
возлагаемая на заказчика или производителя

Спецификация агитаторов или 
элемент конструкции
Покупатель
Заказчик

Общее описание касательно требований 
обрабатываемой среды
Определяет
Предоставляет 
консультации
Характеристика обрабатываемой 
среды (вид: жидкое/твердое вещество; 
взаимодействие: смешивающееся/
несмешивающееся;
свойства: температура, плотность, 
вязкость, размер частиц).
Характеристика вязкости (ньютоновская, 
разжижение при сдвиге 
и т.д.). Опасности
(воспламеняемость, токсичность 
и т.д.)

Определяет
Используется 
для расчетов

Тип агитатора (смешивание, растворение, 
диспергирование, рас-
пульповка, эмульгирование и т.д.)
Задает
Исполняет

Спецификация агитаторов или 
элемент конструкции
Покупатель
Заказчик

Степень перемешивания (время 
смешивания, химический состав, 
содержание твердых частиц в 
суспензии, интенсивность диспергирования 
газа, высокий сдвиг 
и т.д.)

Указывает
Предоставляет 
консультации

Оборудование для смешивания 
(емкость и ее размеры; периодичный 
тип смешивания/непрерывный; 
встроенный)

Определяет
Предоставляет 
консультации

Тип смесителя (переносной, верхний 
вход, боковой вход, нижний 
вход, статический)
Определяет
Предоставляет 
консультации

Приборы (тахометр, измеритель 
крутящего момента, мощности и 
т.д.)
Указывает
Исполняет

Условия на объекте (доступная 
зона для демонтажа/технического 
обслуживания мешалки, 
внутри/снаружи, отапливаемая/
неотапливаемая без подогрева, 
пыльная, солнечная и т.д.)

Указывает
Исполняет

Размер емкости, доступ для рабочего 
импеллера
Зависит от проекта
Зависит от проекта

Материалы для изготовления, 
отделки
Определяет
Исполняет

Выбор рабочего импеллера (тип, 
количество, размер, расположение)


Утверждает (иногда 
уточняет)

Определяет 
(подтверждает 
и соответствует) 

Перегородки (количество, размер, 
расположение)

Указывает, имеется 
ли в наличии 
резервуар с перегородками


Определяет

Требуемая рабочая скорость 
Одобряет
Определяет
Диаметр и тип вала (сплошной, 
полый), характеристики (муфты, 
устойчивые подшипники)
Одобряет
Определяет

Продолжение табл. 1.3

Спецификация агитаторов или 
элемент конструкции
Покупатель
Заказчик

Критические скорости
Одобряет
Определяет
Устойчивый подшипник и муфты 
в баке; закрепленные болтами 
лопатки рабочего импеллера

Разрешает/запрещает

Определяет 
требование

Силы реакции (прогиб вала, 
монтажный фланец, уплотнение, 
подшипники)

Предоставляет поставщику 
резервуаров, 
если применимо


Определяет

Первичный двигатель (электродвигатель, 
пневмомотор, гидромотор, 
турбина)

Определяет тип, 
требования к 
электрике и частоту 
вращения с фиксированной 
частотой 
вращения или ЧПУ

Размер, корпус, 
монтаж

Система привода (коробка передач, 
подшипники)
Одобряет
Определяет

Уплотнение (сальниковое, одно-
механическое, двухмеханическое, 
картриджное, манжетное, гидравлическое, 
бесшовное)

Указывает
Определяет

Для вертикальных емкостей с установленными по центру 
мешалками обычно требуются перегородки для предотвращения 
закручивания жидкости в емкости. Смещенные 
от центра или расположенные под углом мешалки создают 
асимметричный поток, поэтому перегородки не требуются. 
Ширина перегородки обычно составляет 8…10 % от диаметра 
емкости (B = T/12 или B = T/10) или меньше. Расстояние 
между перегородкой и стенкой емкости обычно составляет 
около 1,5 % от диаметра емкости (Т/72). Между нижней частью 
перегородок и дном резервуара оставляется расстояние 
от ¼ до 1 полной ширины перегородки. Как правило, в вертикальных 
емкостях устанавливаются четыре перегородки 
с шагом 90.
Первичными двигателями обычно являются электродвигатели. 
Другими первичными двигателями являются 

Окончание табл. 1.3

двигатели с пневматическим приводом, гидромоторы, паровые 
турбины, а также дизельные или газовые двигатели. 
Для привода агитатора используются редуктор или ремни, 
или первичные двигатели с переменной скоростью, которые 
могут приводить вал непосредственно в движение. Приводы 
с фиксированной скоростью обычно состоят из комбинации 
винтовых и спирально-конических зубчатых лопастей или 
прямоугольного червяка шестерни. Редукторы изготавливаются 
с определенными комбинациями передач. Приводы работают 
со скоростями, указанными в табл. 1.4.

Таблица 1.4
Частота вращения мешалки с использованием редукторов 
классификации AGMA (5 %)

Тип редуктора
Фиксированные скорости, 
об/мин
Винтовые или комбинированные 
винтовые и спирально-конические 
зубчатые колеса

350, 230, 190, 155, 125, 100, 84, 
68, 56, 45, 37, 30, 25 или 20

Червячные (прямоугольные) 
шестерни
350, 233, 175, 146, 117, 88, 70, 58, 
44, 35, 29 или 25

2. ТИПЫ ИМПЕЛЛЕРОВ

В табл. 2.1 перечислены несколько классов рабочих импеллеров, 
которые используются в агитаторах. Для каждого 
класса приведены типичные области применения.

Таблица 2.1
Классы импеллеров и конкретные типы, используемые 
в переходных и турбулентных условиях течения [1]

Класс рабочего 
импеллера
Типы импеллера
Приложение

C осевым потоком


Пропеллер, турбина 
с наклонными лопастями (
ТНЛ), гидрокрыло

Смешивание жидкостей, рас-
пульповка, теплопередача. Осевые 
рабочие импеллеры иногда 
устанавливаются в вытяжных 
трубах емкости

С радиальным 
потоком

Турбина с плоской 
лопаткой, дисковая 
турбина (Rushton), турбина 
с полой лопаткой 
(Smith), вогнутый диск

Барботаж и смешивание двух 
жидкостей. Более высокий 
сдвиг и турбулентность при 
меньшей прокачке по сравнению 
с осевым потоком. При 
соотношении D/T 0,55 турбины 
со скошенными лопастями становятся 
рабочими импеллерами 
с радиальным потоком

С высоким 
сдвигом

Кожухи, диск, стержень, 
рабочий импеллер 
с заостренными 
лопастями, ротор-статор


Работает на высокой скорости 
для измельчения, растворения, 
диспергирования, гомогенизации, 
эмульгирования и разрушения 
клеток при обработке 
продуктов после бактериального 
окисления. Низкая перекачка, 
поэтому часто используется 
вместе с осевыми рабочими 
импеллерами

Специальный

Рабочий импеллер с отступающей 
кривой или 
со стреловидным обратным 
ходом, пружинный 
рабочий импеллер, 
турбина со стеклянной 
облицовкой

Сосуды, облицованные стеклом. 
Пружинные рабочие импеллеры, 
используемые для твердых 
частиц, которые часто оседают 
на дно резервуара