氰化浸出工藝中浸出槽串漿管徑的選擇

胡緒剛，張廣彬，胡洪濤，苑仁財(cái)

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氰 化浸出提取金銀是目前國(guó)內(nèi)外處理金銀礦物的常用方法。氰化法提金工藝成熟，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較理想。浸出槽是氰化浸出工藝中浸出反應(yīng)的主要設(shè)備，但對(duì)浸出槽串漿管徑的研究卻很少。筆者就串漿管徑的選擇進(jìn)行分析，以供氰化廠設(shè)計(jì)浸出槽時(shí)作參考。

1 浸出槽串漿管徑的計(jì)算

1.1 影響因素

計(jì)算串漿管徑時(shí)，需要考慮以下 3 個(gè)方面的因素：

(1)總水頭，促使流動(dòng)發(fā)生的動(dòng)力；

(2)管道阻力損失，包括沿程阻力損失和局部阻力損失；

(3)管道中的礦漿充滿度。

1.2 具體分析

1.2.1 總水頭和管道阻力

相鄰 2 個(gè)浸出槽的布置如圖 1 所示。礦漿從外部進(jìn)入上游槽(1 號(hào)槽)內(nèi)，經(jīng)過攪拌和氰化反應(yīng)后從串漿管道進(jìn)入下游槽(2 號(hào)槽)，如此依次向下流動(dòng)，直到浸出結(jié)束，礦漿從最后一個(gè)槽內(nèi)排出。該流動(dòng)過程為典型的自由流動(dòng)，且主要作用力為重力。

圖1 浸出槽布置示意

在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，相鄰兩浸出槽的高差一般為0.3～0.5 m，H=Z1-Z2，并且H是促使流動(dòng)發(fā)生的總水頭。

礦漿在串漿管內(nèi)的阻力損失為沿程阻力損失和局部阻力損失之和，局部阻力損失包括進(jìn)出口阻力損失和彎頭阻力損失。串漿管長(zhǎng)度由具體工程確定，一般長(zhǎng)幾米至十幾米，且管道出口在液面以下，屬于淹沒出流。

通過以上分析，以地面為基準(zhǔn)面，列浸出槽自由面①和②伯努利方程得

式中：H為相鄰兩浸出槽的高差，m；λ為管道綜合泥漿阻力系數(shù)；L為串漿管長(zhǎng)度，m；d為串漿管內(nèi)徑，m；ξe為管道入口阻力系數(shù)，ξe=0.5；ξo為管道出口阻力系數(shù)，ξo=1；ξb為管道彎頭阻力系數(shù)，ξb=0.3；v為串漿管內(nèi)礦漿流速，m/s；g為重力加速度，g=9.8 m/s2。

孫東坡等人[1]對(duì)鋼制管道輸送現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及分析指出：鋼制管道輸送砂漿 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 35%～57%；流量為 537～812 m3/h) 在正常工作條件下，管道綜合泥漿阻力系數(shù)λ一般為 0.015～0.035。在總水頭一定的情況下，如果沿程損失增大，那么其他各水頭之和就會(huì)減小。根據(jù)式 (1)，λ在 0.015～0.035 之間由小到大取值時(shí)，v的大小也在變化，但變化趨勢(shì)與λ相反，v是由大變小。若流量一定時(shí)，v變小了，需要增大過流面積，相應(yīng)的管徑也變大?？梢姦巳≈荡髸r(shí)，管徑也是一個(gè)相應(yīng)的最大值。因此，λ值取上限，即λ=0.035。

1.2.2 管道中礦漿充滿度

假如礦漿滿管流動(dòng)，由連續(xù)性方程得

式中：Q為浸出系統(tǒng)礦漿流量，m3/s；A為串漿管截面積，m2。

浸出槽的結(jié)構(gòu)決定串漿管入口礦漿的淹沒深度，約 0.2 m。管道內(nèi)有可能產(chǎn)生夾氣漩渦，對(duì)串漿管道的過流量產(chǎn)生影響[2-4]，用礦漿充滿度η來衡量這種影響。

由式 (2) 得

充滿度的精確計(jì)算非常困難，通過查閱資料[5]得知，在自流狀態(tài)下，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與管道內(nèi)礦漿的深徑比如表1 所列，通過這種關(guān)系計(jì)算充滿度η。

表1 礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與自流管深徑比的關(guān)系

由表1 可以計(jì)算出礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與η的關(guān)系，如表2 所列。

表2 礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與自流管礦漿充滿度的關(guān)系

將式(1)和式(4)合并得

代入已確定的數(shù)值并化簡(jiǎn)得

式(6)中g(shù)取 9.8 m/s2，H、η、Q和L可由具體工程進(jìn)行確定，即可解出d(d＞0)。將d圓整至大一級(jí)管徑值，即為最終的串漿管直徑。

2 應(yīng)用舉例

(1)某處理量為 1 000 t/d 金礦氰化炭漿廠，浸出槽規(guī)格為 SJ7.0×7.5，相鄰兩浸出槽的高差是 0.5 m，最長(zhǎng)的一根串漿管長(zhǎng)度為 8.1 m，浸出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。

由式(6)可得d≈0.195 m，圓整至大一級(jí)管徑為0.203 m。因此，該廠浸出槽串漿管選用φ203 的管道合適。

(2)某處理量為 1 500 t/d 炭漿廠，浸出槽規(guī)格為SJ8.0×8.5，相鄰兩浸出槽的高差是 0.5 m，最長(zhǎng)的一根串漿管長(zhǎng)度為 9.8 m，浸出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%，計(jì)算流量時(shí)考慮了 20% 的波動(dòng)系數(shù)。

由式(6)可得d≈0.259 m，圓整至大一級(jí)管徑為0.273 m。因此，該廠浸出槽串漿管選用φ273 的管道合適。

3 結(jié)論

(1)影響λ的因素很多，包括管道參數(shù)、礦漿參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，特別是在管道未定的情況下，更是無從計(jì)算。將λ取上限值 0.035，此時(shí)管道計(jì)算結(jié)果偏于安全。

(2)如果串漿管有多個(gè)長(zhǎng)度值，應(yīng)選取最大值。局部阻力只考慮了進(jìn)出口及 2 個(gè) 40°彎頭，若有其他局部阻力應(yīng)統(tǒng)一考慮。L為管道實(shí)際長(zhǎng)度而不是當(dāng)量長(zhǎng)度。