陳龍義

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410019）

調(diào)節(jié)槽冒槽機(jī)理分析及解決方案

陳龍義

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410019）

硫化鋅精礦直接加壓浸出生產(chǎn)過程中，較常見調(diào)節(jié)槽冒槽事故，尤其高海拔地區(qū)沸點(diǎn)低，更容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)槽冒槽。該問題制約了加壓浸出工藝的推廣應(yīng)用以及規(guī)模的擴(kuò)大。文章通過對加壓浸出濕法煉鋅過程中調(diào)節(jié)槽冒槽機(jī)理的分析，提出解決方案：合理控制閃蒸槽操作條件、合理設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)槽攪拌強(qiáng)度及直徑，可有效避免冒槽事故的發(fā)生，對加壓浸出這種清潔、高效、環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)的推廣意義重大。

加壓浸出；調(diào)節(jié)槽；能量聚集；冒槽

硫化鋅精礦加壓浸出工藝是將硫化鋅精礦在高壓釜內(nèi)氧壓浸出的全濕法清潔生產(chǎn)煉鋅工藝，與常規(guī)濕法煉鋅工藝相比，加壓浸出工藝具有流程短、原料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保、綜合回收效果好等特點(diǎn)，是國家鼓勵(lì)的鋅冶煉生產(chǎn)工藝，近年來該工藝也得到快速推廣［1］。該工藝加壓浸出礦漿從高壓釜自流排入閃蒸槽，控制閃蒸槽溫度約120℃，壓力約100 kPa，再從閃蒸槽自流排入調(diào)節(jié)槽。調(diào)節(jié)槽為常壓槽，液面壓力降為常壓，溫度降為當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)溫度。

硫化鋅精礦加壓浸出過程中，直接產(chǎn)出硫酸鋅溶液和單質(zhì)硫磺，硫磺的結(jié)晶在調(diào)節(jié)槽內(nèi)完成，調(diào)節(jié)槽的正常運(yùn)行是后續(xù)硫浮選工序成功的重要因素［2］。但在硫化鋅精礦加壓浸出生產(chǎn)過程中，較常見調(diào)節(jié)槽冒槽事故。高溫高腐蝕礦漿從調(diào)節(jié)槽頂部冒出，極易發(fā)生高溫燙傷等安全事故，且腐蝕性礦漿冒槽易造成設(shè)備和廠房腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人力和物力的損耗。因此，通過對加壓浸出濕法煉鋅過程中調(diào)節(jié)槽冒槽機(jī)理的分析并提出合理可行的解決方案非常必要。

1 調(diào)節(jié)槽冒槽機(jī)理分析

調(diào)節(jié)槽是一種礦漿下進(jìn)上出的溢流槽，溢流口距槽頂尚有一段距離，正常情況下，從閃蒸槽進(jìn)來的礦漿應(yīng)全部從調(diào)節(jié)槽溢流口排出。由于進(jìn)入調(diào)節(jié)槽的礦漿溫度達(dá)到約120℃，壓力達(dá)到約100 kPa，即調(diào)節(jié)槽實(shí)際上是一臺降溫降壓槽。在降溫降壓槽內(nèi)礦漿液面會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，從而導(dǎo)致假液位現(xiàn)象的產(chǎn)生，礦漿沸騰越劇烈，假液位越高，當(dāng)?shù)V漿劇烈沸騰導(dǎo)致假液位高度超過調(diào)節(jié)槽溢流口上部空段高度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生冒槽事故。產(chǎn)生劇烈沸騰導(dǎo)致假液位過高的原因分析如下。

1.1 閃蒸槽工藝參數(shù)控制不合理

1.閃蒸槽溫度過高。閃蒸槽溫度過高導(dǎo)致礦漿帶入更多的熱量進(jìn)入調(diào)節(jié)槽內(nèi)，從而加劇調(diào)節(jié)槽內(nèi)礦漿的沸騰。

2.閃蒸槽溫度過低。斜方硫（又稱α－硫）熔點(diǎn)為112.8℃，而熔融硫的粘度隨溫度而變化，一般是初熔時(shí)的粘度隨溫度升高而下降，當(dāng)閃蒸槽溫度低至113℃以下時(shí)，硫磺粘度較大，礦漿流動(dòng)性較差，導(dǎo)致調(diào)節(jié)槽內(nèi)高溫礦漿不能及時(shí)平穩(wěn)上升，熱量在槽底聚集產(chǎn)生高能勢區(qū)，當(dāng)能量聚集到一定量時(shí)，會(huì)急劇向上噴射，導(dǎo)致冒槽事故發(fā)生。

3.閃蒸槽液位過低，排料口未浸沒在液面以下，導(dǎo)致閃蒸槽內(nèi)高溫氣體從排料管排入調(diào)節(jié)槽，氣體從調(diào)節(jié)槽底上升過程快速攪動(dòng)礦漿，從而加劇調(diào)節(jié)槽內(nèi)礦漿的沸騰。

1.2 調(diào)節(jié)槽設(shè)計(jì)不合理

1.閃蒸槽過來的高溫高壓礦漿從底部進(jìn)入調(diào)節(jié)槽，礦漿在上升過程中溫度和壓力不斷降低，礦漿上升至液面時(shí)溫度達(dá)到沸點(diǎn)溫度，壓力為常壓。但當(dāng)調(diào)節(jié)槽攪拌器攪拌強(qiáng)度不夠，不能使過熱礦漿及時(shí)平穩(wěn)地上升時(shí)，大量的能量會(huì)聚集在調(diào)節(jié)槽底部無法釋放出來，當(dāng)能量在調(diào)節(jié)槽底部過度聚集時(shí)，會(huì)在底部形成高能勢區(qū)，礦漿溫度也會(huì)上升，在礦漿里面會(huì)產(chǎn)生高壓氣泡，氣泡壓力達(dá)到臨界值時(shí)會(huì)破裂，產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象。氣泡在底部破裂會(huì)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，對設(shè)備造成損傷；當(dāng)氣泡上升到液面后破裂則會(huì)導(dǎo)致液面劇烈沸騰，產(chǎn)生假液位，導(dǎo)致冒槽現(xiàn)象的發(fā)生。

2.調(diào)節(jié)槽主要功能是控制硫黃結(jié)晶過程，此外還要實(shí)現(xiàn)礦漿的降溫降壓。礦漿在調(diào)節(jié)槽內(nèi)要從約120℃、壓力約100 kPa降至常溫常壓，在此過程中要釋放巨大的熱量，這些熱量大部分要并通過降溫降壓過程中產(chǎn)生的蒸汽帶走。

根據(jù)降溫降壓槽設(shè)計(jì)原理，降溫降壓槽的直徑計(jì)算公式如下［3］：

式中：d為降溫降壓槽直徑／m；W為降溫蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量／kg·h－1；V為沸點(diǎn)飽和水蒸汽的比容，常數(shù)／m3·kg－1；s為水蒸氣上升速度／m·s－1，一般取0.3。

從上述公式可以看出，降溫降壓槽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵尺寸為槽子的直徑。礦漿量越多、降溫越多，蒸汽量越大，要求降溫降壓槽直徑越大。因此，如果調(diào)節(jié)槽設(shè)計(jì)尺寸偏小，會(huì)導(dǎo)致槽內(nèi)礦漿能量不能及時(shí)釋放，槽內(nèi)液面劇烈沸騰形成假液位，最終導(dǎo)致冒槽現(xiàn)象的發(fā)生。

2 調(diào)節(jié)槽冒槽解決方案

綜合上述冒槽機(jī)理分析，調(diào)節(jié)槽冒槽的主要原因是調(diào)節(jié)槽底部高溫礦漿帶入熱量大，能量聚集在槽底部不能及時(shí)平穩(wěn)地排出，導(dǎo)致槽底部形成高勢能區(qū)，進(jìn)而導(dǎo)致液面劇烈沸騰，并形成假液位而發(fā)生冒槽現(xiàn)象。

基于上述分析，要避免調(diào)節(jié)槽冒槽，關(guān)鍵是要使調(diào)節(jié)槽內(nèi)能量快速平穩(wěn)地釋放，防止調(diào)節(jié)槽液面劇烈沸騰而導(dǎo)致假液位的產(chǎn)生。經(jīng)分析提出以下解決方案。

2.1 合理控制閃蒸槽工藝參數(shù)

1.溫度及壓力不能太高，礦漿溫度太高，通過礦漿帶入調(diào)節(jié)槽的能量也大，槽內(nèi)礦漿劇烈沸騰從而易導(dǎo)致冒槽現(xiàn)象發(fā)生。

2.溫度和壓力也不能太低，當(dāng)溫度接近硫磺熔點(diǎn)時(shí)，硫磺粘度加大，導(dǎo)致礦漿流動(dòng)性下降，高溫礦漿進(jìn)入調(diào)節(jié)槽底部后不利于及時(shí)上升，易導(dǎo)致能量聚集。

3.閃蒸槽液位必須高于閃蒸槽排料口上方，從而避免高溫高壓蒸汽通過閃蒸槽排料管排入調(diào)節(jié)槽，加劇調(diào)節(jié)槽液面的沸騰。

2.2 合理設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)槽

1.調(diào)節(jié)槽攪拌器強(qiáng)度要足夠大，能將過熱礦漿快速抬升，從而避免能量在槽底部聚集。

2.調(diào)節(jié)槽直徑選擇要合理，在可能的情況下盡量將調(diào)節(jié)槽直徑擴(kuò)大。

3 結(jié) 論

本文通過對調(diào)節(jié)槽冒槽機(jī)理的分析，提出一系列有效的解決方案，可杜絕加壓浸出濕法煉鋅過程中調(diào)節(jié)槽冒槽現(xiàn)象的發(fā)生。我國青藏高原地區(qū)采用加壓浸出生產(chǎn)工藝的某濕法鋅冶煉廠在試生產(chǎn)過程中發(fā)生較嚴(yán)重的調(diào)節(jié)槽冒槽現(xiàn)象，對工廠的正常生產(chǎn)造成較大影響，同時(shí)產(chǎn)生一定的安全隱患。通過合理控制閃蒸槽壓力和溫度、加大調(diào)節(jié)槽攪拌強(qiáng)度，目前該廠調(diào)節(jié)槽冒槽現(xiàn)象得到徹底解決。

此外，調(diào)節(jié)槽冒槽問題的解決，對其它金屬硫化礦加壓浸出過程中調(diào)節(jié)槽的設(shè)計(jì)有重大借鑒意義，對加壓浸出這種清潔、高效、環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)的推廣意義重大。

［1］ 仝一喆.鋅氧壓浸出工藝的應(yīng)用及推廣［J］.礦冶，2011，20（4）：94－97.

［2］ 孫香，袁學(xué)敏，何強(qiáng).一種調(diào)節(jié)槽［P］.中國專利：201793684，2011－04－13.

［3］ 《重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì).重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊（銅鎳卷）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

The M echanism and Solution of the Conditioning Tank Overswelling

CHEN Long-yi
（CINF Engineering Corporation Limited，Changsha 410019，China）

In the zinc pressure leading of zinc sulphide concentrate，the conditioning tank overswelling is common.Especially in high-altitude areas，it ismore likely to lead to the conditioning tank overswelling.The problem restricts the popularization and application of pressure leading process and the expansion of scale.Based on the analysis of the mechanism of the conditioning tank overwelling，this paper proposed solution：with the help of reasonable control of flash tank operating conditions and reasonable design of the conditioning tank＇s stirring intensity and diameter，overswelling accidents can be effectively avoided.Besides，it is of great significance to the promotion of the pressure leaching technology which is clean，efficient and environmental friendly.

pressure leaching；conditioning tank；energy focus；overswelling

TF803.2＋1

A

1003－5540（2017）06－0044－02

陳龍義（1983－），男，工程師，主要從事有色冶金工程設(shè)計(jì)與咨詢工作。

2017－10－13