因科法處理氰化尾礦漿反應器優(yōu)化設計及應用

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，一般采用傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器，存在曝氣彌散效果差、氧利用率低、對環(huán)境造成二次污染等問題。將傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器優(yōu)化為旋流微泡曝氣反應器，使氰化尾礦漿反應器具備pH調(diào)節(jié)、藥劑投加與混勻、旋流微泡曝氣與負壓氣體吸收等功能。反應器優(yōu)化后，節(jié)省電力30 %，氧利用率超過25 %，可以高效、安全、環(huán)保地處理氰化尾礦漿。

關鍵詞：因科法;氰化尾礦漿;敞開式曝氣槽反應器;密閉承壓式反應殼體;旋流微泡曝氣

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

文獻標志碼：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]。采用因科法對氰化尾礦漿進行處理，反應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)在使用因科法進行氰化尾礦漿處理工程中一般采用傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器，反應器中的氣體逸出會對環(huán)境造成二次污染。因此，為達到環(huán)保要求，對因科法處理氰化尾礦漿反應器進行優(yōu)化，采用微孔曝氣、負壓密閉引風等結構，提高反應器的處理能力，并降低對環(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 《污水綜合排放標準》一級標準對直排工業(yè)廢水中總氰化合物質(zhì)量濃度的限值要求，且工藝成熟，基建費用和運營費用相對較低[3]。

一般情況下，在進行氰化尾礦漿處理時，企業(yè)會選擇傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器，其結構如圖1所示。傳統(tǒng)敞開式曝氣槽反應器特點是結構簡單、投資小、操作與維護方便，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，且反應過程中SO 2和HCN氣體逸出造成環(huán)境二次污染，導致生產(chǎn)操作安全性差。針對上述問題，對因科法處理氰化尾礦漿反應器進行優(yōu)化設計，以保證工業(yè)生產(chǎn)安全、高效和環(huán)保。

2 反應器優(yōu)化設計

2.1 反應器工作原理

優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器采用旋流微泡曝氣器配合高速機械攪拌混勻裝置實現(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。密閉承壓式反應器殼體設計保證處理過程產(chǎn)生的有害氣體及時得到收集處理，避免了環(huán)境二次污染。

反應器結構為立式圓柱形槽式殼體，上部設置承壓支撐封頭，內(nèi)置紊流板，攪拌系統(tǒng)通過密閉傳動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進漿與pH調(diào)節(jié)口、空氣進口、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，其結構如圖2所示。

礦漿由反應器進漿口給入，同時pH調(diào)節(jié)藥劑通過pH調(diào)節(jié)口給入礦漿實現(xiàn)pH調(diào)節(jié)，經(jīng)pH調(diào)節(jié)后的礦漿給入攪拌系統(tǒng)負壓區(qū)攪拌器上部，硫酸銅溶液與焦亞硫酸鈉溶液同時投加，與此同時壓縮空氣由曝氣系統(tǒng)經(jīng)旋流微泡曝氣器進入礦漿，在攪拌器的攪拌混勻作用下實現(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，使其充分反應氧化去除氰化物，完成氧化除氰反應后的礦漿由出漿口自流排出。整個除氰過程會產(chǎn)生一定量的SO 2和HCN氣體，逸出的未參與反應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)，啟動負壓吸收裝置，通過尾氣收集排放口將SO 2和HCN氣體無害化吸收處理。攪拌系統(tǒng)的密閉傳動支座結合承壓支撐封頭實現(xiàn)反應器的密閉，旋流微泡曝氣器結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器結構優(yōu)化設計可以實現(xiàn)氰化尾礦漿安全、高效、環(huán)保的處理。

2021年第10期/第42卷機電與自動控制機電與自動控制黃 金

2.2 反應器選型

因科法處理氰化尾礦漿反應器結構優(yōu)化設計核心在于攪拌系統(tǒng)的選型與曝氣設備的選擇。

2.2.1 攪拌系統(tǒng)

機械攪拌有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。攪拌器設計采用折葉推進式[4]，槽體高徑比小于等于1.25，槳葉層數(shù)為1。電動機攪拌功率由式（1）確定。

p=Nρn3d5（1）

式中：p為電動機攪拌功率（W）;N為攪拌功率準數(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 曝氣設備

曝氣設備的選擇是因科法處理氰化尾礦漿反應器優(yōu)化設計與實踐的重要環(huán)節(jié)，空氣中的氧通過曝氣裝置溶入到氰化尾礦漿內(nèi)，結合破氰藥劑氧化分解氰化物實現(xiàn)無害化處理。曝氣器選擇設計時，曝氣服務面積過小，氣壓過低，曝氣量、溶解氧過小，影響破氰藥劑氧化效果;曝氣服務面積過大，氣壓過高，曝氣量、溶解氧過大，影響反應器內(nèi)部固液氣三相混合，特別是礦漿流動狀態(tài)，浪費曝氣功率，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、燒結棒或燒結盤微孔曝氣器、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，氣體通過管道射流到攪拌槳底部，通過攪拌實現(xiàn)氣體在液相的彌散。

穿孔曝氣器由主氣管和支氣管構成，支氣管可為圓環(huán)式或直線列管式，開孔方向向下，穿孔曝氣器開放式曝氣設計制作加工方便，服務面積大，氣體彌散相對均勻，成本低，運行管理方便，但停止曝氣時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燒結而成，微孔曝氣器孔隙率達50 %，平均孔徑達到微米級，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25 %，使用壽命10 a以上，空氣流經(jīng)大口徑噴嘴，無堵塞免清洗。氧利用率高，高速空氣流經(jīng)內(nèi)部切割器經(jīng)過多層碰撞形成大量微細氣泡;攪拌效果好，高速的1∶1.3氣水混合流形成強大上升力，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)化后的曝氣設備，可根據(jù)曝氣需求選用不同型號的旋流微泡曝氣設備，設備參數(shù)如表1所示。

3 優(yōu)化后反應器的應用及效果

以某黃金生產(chǎn)企業(yè)氰化尾礦漿無害化工程應用為例，對比在同等處理量、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器（優(yōu)化反應器）與傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器（傳統(tǒng)反應器）氰化物去除效果，工業(yè)試驗參數(shù)如表2所示。

氰化尾礦漿無害化試驗結果如圖3所示。為反映不同反應器對周圍環(huán)境中空氣的影響，氰化尾礦漿無害化處理試驗期間，采用HL-2A泵吸式氣體檢測報警儀，對反應器槽體周圍空氣進行HCN監(jiān)測，監(jiān)測結果如表3所示。

通過圖3和表3的試驗結果對比可知，在相同處理時間、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器總氰化合物處理的敞開式曝氣槽反應器，去除率可達96.4 %。同時，由于優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器采用負壓密閉引風設計，反應器周圍環(huán)境空氣中HCN濃度低于傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器?，F(xiàn)場試驗證明，在因科法處理氰化尾礦漿實踐中，應用優(yōu)化后的因科法氰化尾礦漿反應器進行氰化尾礦漿無害化處理，可以提高處理效率，降低周圍環(huán)境中有害氣體濃度。

4 結 語

采用微孔曝氣、負壓密閉引風等結構，優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器，將傳統(tǒng)的敞開式曝氣槽反應器優(yōu)化成旋流微泡曝氣反應器，可以節(jié)省電力30 %，氧利用率超過25 %。通過工業(yè)試驗得出：優(yōu)化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器總氰化合物去除率可達到96.4 %，優(yōu)于傳統(tǒng)反應器;與傳統(tǒng)反應器相比，可將反應器周圍環(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器是一種高效、安全、環(huán)保的氰化尾礦漿處理設備，應用前景廣闊，對同行業(yè)具有積極的借鑒意義。

[參 考 文 獻]

[1] 高大明.氰化物污染及其治理技術（續(xù)六）[J].黃金，1998，19（7）：58-60.

[2] 劉影，王瑩，郭雪婷，等.因科法—亞鐵鹽聯(lián)合處理某黃金礦山含氰尾礦試驗研究[J].黃金，2019，40（9）：71-74.

[3] 海光寶.黃金礦山尾液的綜合回收與無害化治理[J].云南冶金，2000，29（3）：60-62，47.

[4] 王凱，虞軍.攪拌設備[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[5] 梅治福，丁成，王瑩，等.SO 2/Air法處理含氰尾礦漿氧化反應器的設計與應用[J].黃金，2015，36（12）：44-47.

[6] 劉新亭，竇傳玉.曝氣設備性能與選型[J].山東環(huán)境，1996（2）：22-23.

[7] 王會敏，王少艮.新型高效旋流曝氣器在污水處理中的應用[J].給水排水動態(tài)，2012（4）：26-27.

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