戴光明 丁成 蘭馨輝 張宇

摘要：黃金礦山在利用因科法處理氰化尾礦漿時(shí)，一般采用傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器，存在曝氣彌散效果差、氧利用率低、對(duì)環(huán)境造成二次污染等問(wèn)題。將傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器優(yōu)化為旋流微泡曝氣反應(yīng)器，使氰化尾礦漿反應(yīng)器具備pH調(diào)節(jié)、藥劑投加與混勻、旋流微泡曝氣與負(fù)壓氣體吸收等功能。反應(yīng)器優(yōu)化后，節(jié)省電力30 %，氧利用率超過(guò)25 %，可以高效、安全、環(huán)保地處理氰化尾礦漿。

關(guān)鍵詞：因科法;氰化尾礦漿;敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器;密閉承壓式反應(yīng)殼體;旋流微泡曝氣

中圖分類號(hào)：TD463文章編號(hào)：1001-1277（2021）10-0059-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20211012

因科法是一種純消耗性的氰化物氧化分解方法，在一定pH范圍和銅離子催化作用下，利用SO 2和空氣的協(xié)同作用氧化廢水中的氰化物，也稱為SO 2-空氣氧化法[1]。采用因科法對(duì)氰化尾礦漿進(jìn)行處理，反應(yīng)原料中氧以空氣的形式提供，利用焦亞硫酸鈉替代 SO 2[2] 。目前，黃金生產(chǎn)企業(yè)在使用因科法進(jìn)行氰化尾礦漿處理工程中一般采用傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器，反應(yīng)器中的氣體逸出會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，為達(dá)到環(huán)保要求，對(duì)因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化，采用微孔曝氣、負(fù)壓密閉引風(fēng)等結(jié)構(gòu)，提高反應(yīng)器的處理能力，并降低對(duì)環(huán)境的污染。

1 工程背景

因科法能把廢水中總氰化合物質(zhì)量濃度處理至0.5 mg/L以下，滿足GB 8978—1996 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直排工業(yè)廢水中總氰化合物質(zhì)量濃度的限值要求，且工藝成熟，基建費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用相對(duì)較低[3]。

一般情況下，在進(jìn)行氰化尾礦漿處理時(shí)，企業(yè)會(huì)選擇傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、操作與維護(hù)方便，但是存在曝氣系統(tǒng)曝氣彌散效果差、氧利用率低等問(wèn)題。常規(guī)的穿孔管曝氣器或傳統(tǒng)微孔曝氣器容易被氰化尾礦堵塞，且反應(yīng)過(guò)程中SO 2和HCN氣體逸出造成環(huán)境二次污染，導(dǎo)致生產(chǎn)操作安全性差。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證工業(yè)生產(chǎn)安全、高效和環(huán)保。

2 反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 反應(yīng)器工作原理

優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器采用旋流微泡曝氣器配合高速機(jī)械攪拌混勻裝置實(shí)現(xiàn)焦亞硫酸鈉、氧氣與礦漿的充分溶解、混勻、氧化，具有防堵塞、微氣泡、彌散好、氧化效果更佳的優(yōu)點(diǎn)。密閉承壓式反應(yīng)器殼體設(shè)計(jì)保證處理過(guò)程產(chǎn)生的有害氣體及時(shí)得到收集處理，避免了環(huán)境二次污染。

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為立式圓柱形槽式殼體，上部設(shè)置承壓支撐封頭，內(nèi)置紊流板，攪拌系統(tǒng)通過(guò)密閉傳動(dòng)支座固定在承壓支撐封頭上，攪拌器置于立式圓柱形槽式殼體內(nèi)，旋流微泡曝氣器布置在攪拌器底部，立式圓柱形槽式殼體上分別設(shè)進(jìn)漿與pH調(diào)節(jié)口、空氣進(jìn)口、硫酸銅溶液投加口、焦亞硫酸鈉溶液投加口、出漿口和尾氣收集排放口，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

礦漿由反應(yīng)器進(jìn)漿口給入，同時(shí)pH調(diào)節(jié)藥劑通過(guò)pH調(diào)節(jié)口給入礦漿實(shí)現(xiàn)pH調(diào)節(jié)，經(jīng)pH調(diào)節(jié)后的礦漿給入攪拌系統(tǒng)負(fù)壓區(qū)攪拌器上部，硫酸銅溶液與焦亞硫酸鈉溶液同時(shí)投加，與此同時(shí)壓縮空氣由曝氣系統(tǒng)經(jīng)旋流微泡曝氣器進(jìn)入礦漿，在攪拌器的攪拌混勻作用下實(shí)現(xiàn)微小氣泡與硫酸銅溶液、焦亞硫酸鈉溶液及礦漿的快速均勻混合，使其充分反應(yīng)氧化去除氰化物，完成氧化除氰反應(yīng)后的礦漿由出漿口自流排出。整個(gè)除氰過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定量的SO 2和HCN氣體，逸出的未參與反應(yīng)的氣體富集在立式圓柱形槽式殼體上部的承壓支撐封頭內(nèi)，啟動(dòng)負(fù)壓吸收裝置，通過(guò)尾氣收集排放口將SO 2和HCN氣體無(wú)害化吸收處理。攪拌系統(tǒng)的密閉傳動(dòng)支座結(jié)合承壓支撐封頭實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的密閉，旋流微泡曝氣器結(jié)合攪拌器的使用充分利用空氣中的氧。因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)氰化尾礦漿安全、高效、環(huán)保的處理。

2021年第10期/第42卷機(jī)電與自動(dòng)控制機(jī)電與自動(dòng)控制黃 金

2.2 反應(yīng)器選型

因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)核心在于攪拌系統(tǒng)的選型與曝氣設(shè)備的選擇。

2.2.1 攪拌系統(tǒng)

機(jī)械攪拌有2方面的作用：一是使礦粒處于懸浮狀態(tài);二是使鼓入的空氣和投加的破氰藥劑充分彌散于尾礦漿中。攪拌器設(shè)計(jì)采用折葉推進(jìn)式[4]，槽體高徑比小于等于1.25，槳葉層數(shù)為1。電動(dòng)機(jī)攪拌功率由式（1）確定。

p=Nρn3d5（1）

式中：p為電動(dòng)機(jī)攪拌功率（W）;N為攪拌功率準(zhǔn)數(shù);ρ為介質(zhì)密度（kg/m3）;n為槳葉轉(zhuǎn)速（r/min）;d為攪拌直徑（m）。

2.2.2 曝氣設(shè)備

曝氣設(shè)備的選擇是因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，空氣中的氧通過(guò)曝氣裝置溶入到氰化尾礦漿內(nèi)，結(jié)合破氰藥劑氧化分解氰化物實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。曝氣器選擇設(shè)計(jì)時(shí)，曝氣服務(wù)面積過(guò)小，氣壓過(guò)低，曝氣量、溶解氧過(guò)小，影響破氰藥劑氧化效果;曝氣服務(wù)面積過(guò)大，氣壓過(guò)高，曝氣量、溶解氧過(guò)大，影響反應(yīng)器內(nèi)部固液氣三相混合，特別是礦漿流動(dòng)狀態(tài)，浪費(fèi)曝氣功率，增大攪拌混勻功耗，也影響破氰藥劑氧化效果[5]，所以需根據(jù)礦漿的溶氧度、破氰氧化耗氧量和地區(qū)環(huán)境的含氧量合理計(jì)算曝氣量，選擇合適的曝氣器形式。

目前，工業(yè)生產(chǎn)中氰化尾礦漿無(wú)害化處理采用的曝氣器形式主要有直線管或環(huán)形管穿孔曝氣器、燒結(jié)棒或燒結(jié)盤(pán)微孔曝氣器、管道射流式曝氣器等。管道射流式曝氣器主要與攪拌槳配合使用，氣體通過(guò)管道射流到攪拌槳底部，通過(guò)攪拌實(shí)現(xiàn)氣體在液相的彌散。

穿孔曝氣器由主氣管和支氣管構(gòu)成，支氣管可為圓環(huán)式或直線列管式，開(kāi)孔方向向下，穿孔曝氣器開(kāi)放式曝氣設(shè)計(jì)制作加工方便，服務(wù)面積大，氣體彌散相對(duì)均勻，成本低，運(yùn)行管理方便，但停止曝氣時(shí)礦漿倒流容易堵塞管孔。

微孔曝氣器主體由鈦粉、陶瓷、碳化硅等高純材料高溫?zé)Y(jié)而成，微孔曝氣器孔隙率達(dá)50 %，平均孔徑達(dá)到微米級(jí)，氣體彌散均勻、效果最佳[6]。

旋流微泡曝氣器節(jié)能效果顯著，比穿孔、射流曝氣器節(jié)省電力30 %以上，氧利用率超過(guò)25 %，使用壽命10 a以上，空氣流經(jīng)大口徑噴嘴，無(wú)堵塞免清洗。氧利用率高，高速空氣流經(jīng)內(nèi)部切割器經(jīng)過(guò)多層碰撞形成大量微細(xì)氣泡;攪拌效果好，高速的1∶1.3氣水混合流形成強(qiáng)大上升力，卷吸底部污泥攪拌漿體，防止沉槽;大口徑噴嘴壓力損失小，風(fēng)壓損失小，溶氧度穩(wěn)定[7]。因此，選用旋流微泡曝氣器作為優(yōu)化后的曝氣設(shè)備，可根據(jù)曝氣需求選用不同型號(hào)的旋流微泡曝氣設(shè)備，設(shè)備參數(shù)如表1所示。

3 優(yōu)化后反應(yīng)器的應(yīng)用及效果

以某黃金生產(chǎn)企業(yè)氰化尾礦漿無(wú)害化工程應(yīng)用為例，對(duì)比在同等處理量、相同工藝參數(shù)條件下，優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器（優(yōu)化反應(yīng)器）與傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器（傳統(tǒng)反應(yīng)器）氰化物去除效果，工業(yè)試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

氰化尾礦漿無(wú)害化試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。為反映不同反應(yīng)器對(duì)周圍環(huán)境中空氣的影響，氰化尾礦漿無(wú)害化處理試驗(yàn)期間，采用HL-2A泵吸式氣體檢測(cè)報(bào)警儀，對(duì)反應(yīng)器槽體周圍空氣進(jìn)行HCN監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示。

通過(guò)圖3和表3的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，在相同處理時(shí)間、同等處理能力和相同工藝參數(shù)條件下，優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器總氰化合物處理的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器，去除率可達(dá)96.4 %。同時(shí)，由于優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器采用負(fù)壓密閉引風(fēng)設(shè)計(jì)，反應(yīng)器周圍環(huán)境空氣中HCN濃度低于傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，在因科法處理氰化尾礦漿實(shí)踐中，應(yīng)用優(yōu)化后的因科法氰化尾礦漿反應(yīng)器進(jìn)行氰化尾礦漿無(wú)害化處理，可以提高處理效率，降低周圍環(huán)境中有害氣體濃度。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用微孔曝氣、負(fù)壓密閉引風(fēng)等結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器，將傳統(tǒng)的敞開(kāi)式曝氣槽反應(yīng)器優(yōu)化成旋流微泡曝氣反應(yīng)器，可以節(jié)省電力30 %，氧利用率超過(guò)25 %。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)得出：優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器總氰化合物去除率可達(dá)到96.4 %，優(yōu)于傳統(tǒng)反應(yīng)器;與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比，可將反應(yīng)器周圍環(huán)境中的有害氣體濃度降低至0～0.3 mg/m3，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應(yīng)器是一種高效、安全、環(huán)保的氰化尾礦漿處理設(shè)備，應(yīng)用前景廣闊，對(duì)同行業(yè)具有積極的借鑒意義。

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Optimized design and application of reactor for INCO method to treat cyanidation tailings pulp

Dai Guangming1，Ding Cheng2，Lan Xinhui2，Zhang Yu2

（1.Guizhou Jinfeng Mining Limited; 2.Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：When INCO method is used to treat cyanidation tailings pulp in gold mines，generally，conventional open aeration tank reactor is adopted，leading to poor effect of aeration dispersion，low utilization rate of oxygen，and secondary pollution to environment.In light of that，the conventional open aeration tank reactor is optimized into cyclone microfoam aeration reactor，adding functions to the reactor forcyanidation tailings pulp such as pH adjustment，reagent addition and mixing，cyclone microfoam aeration and negative pressure gas absorption.With the optimized reactor，power consumption is saved by 30 %，oxygen utilization rate is improved by 25 %，the cyanidation tailings pulp can be treated in an efficient，safe and environmental way.

Keywords：INCO;cyanidation tailings pulp;open aeration tank reactor;sealed pressure-bearing reactor shell;cyclone microfoam aeration