精金礦生物氧化反應(yīng)器固體懸浮及能耗研究

嚴(yán)佐毅，郭家順，鄭成輝

（福州大學(xué)石油化工學(xué)院，福建 福州 350116）

目前，工業(yè)上常用的難處理金精礦預(yù)處理方法有焙燒氧化法、生物氧化法、加壓氧化法和化學(xué)氧化法等四種[1,2]。其中生物氧化法通常采用攪拌釜式生物反應(yīng)器作為主要裝置[3]。本文分別以石英砂和含砷難處理精金礦固體顆粒為研究對象，對臨界離底懸浮轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗裝置與方法

實(shí)驗裝置如圖1所示，圖1中，攝像頭用來直接觀察釜底臨界懸浮狀態(tài)，扭矩傳感器用來測量攪拌扭矩。攪拌釜直徑T=226mm，擋板為標(biāo)準(zhǔn)擋板B=T/10，曝氣環(huán)開26孔且直徑D=0.44T，攪拌槳采用徑向槳RT和軸向槳6PBT45°。

實(shí)驗所用液相為去離子水，固相為石英砂和廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司提供的金精礦。其中金精礦密度ρ=3548.2kg/m3，其中粒徑小于5.963μm大約占10%、粒徑小于37.17μm大約占50%、粒徑小于97.11μm大約占90%，平均粒徑為45.42μm，石英砂粒徑為45μm，測量方法如下:

1）臨界懸浮轉(zhuǎn)速。采用Zwietering[5]提出的目測法，即固體顆粒在攪拌釜底的停留時間不超過1-2s。

1.攪拌電機(jī)2.扭矩傳感器3.轉(zhuǎn)速測量儀4.攪拌軸5.攪拌槳6.曝氣環(huán)7.取樣點(diǎn) 8.熱式氣體流量計9.擋板10.攝像頭11.扭矩顯示儀12.計算機(jī)。

2）攪拌輸出功率。攪拌扭矩和攪拌轉(zhuǎn)速分別由扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速測量儀來測定，其中扭矩傳感器為上海隆旅電子科技有限公司定制的動態(tài)微扭矩傳感器，型號為LONGLV-WTQ1050D-5Nm，量程為0～5Nm，精度3‰，計算公式為:

式中，T為扭矩，Nm，ω為攪拌槳轉(zhuǎn)動角速度，s-1，N為攪拌槳轉(zhuǎn)速，r/min。

2 結(jié)果討論

2.1 臨界懸浮轉(zhuǎn)速

實(shí)驗所用RT槳和6PBT45°槳直徑均為D=0.40T，槳離底高度分別取C/T=0.20、0.22、0.25、0.29、0.33、0.37和0.40，懸浮體系為石英砂/難處理精金礦-水懸浮液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為w=5%、10%、15%和20%，結(jié)果如圖2、圖3所示。

從圖2分析可知，無論是軸向槳還是徑向槳，均隨著槳離底高度和固含量的減小而降低。不同的是，隨著槳離底高度C/T的增大，徑向槳的增大速率逐漸減小，而軸向槳增大速率逐漸增大。隨著通氣速率的增加，徑向槳幾乎不變，而軸向槳的受氣相的影響較大。對于徑向槳，液體在槳平面水平運(yùn)動，其方向與氣相運(yùn)動方向垂直，對固相懸浮影響較小，因此基本無影響。

圖2 金精礦RT槳臨界Njs

從圖3看出，對于同一槳型（PBT槳），難處理精金礦和石英砂的臨界懸浮轉(zhuǎn)速變化規(guī)律基本一致。不同的是，在同一固含率和槳離底高度，金礦的臨界懸浮轉(zhuǎn)速比石英砂要大，這是由于石英砂雖然粒徑上與金礦基本一致，而其密度要小于金礦，其達(dá)到離底懸浮需要更高的能量，也就是攪拌轉(zhuǎn)速較大。

2.2 輸出功率

針對工業(yè)應(yīng)用攪拌釜涉及到大量快速反應(yīng)，物料輸入時會快速反應(yīng)并于壁面處產(chǎn)生大量氣泡。本實(shí)驗采用側(cè)面進(jìn)氣和底部進(jìn)氣兩種方式考察系統(tǒng)輸出功率問題，兩種進(jìn)氣軸向高度一致都為0.18T，槳為RT槳，直徑D=0.44T，離底高度定位C=T/3，轉(zhuǎn)速分別為 300r/min、400r/min、500r/min，通氣速率依次為0L/min、2 L/min、4 L/min、6 L/min。

系統(tǒng)輸出功率隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增大而增大，這是由于系統(tǒng)內(nèi)流體流動所需的能量全部來自于電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)速越大，系統(tǒng)輸出功率也就越大；當(dāng)進(jìn)氣方式采用側(cè)面開孔式時，隨著通氣速率Qg的增大，輸出功率P變化不大，而采用底部進(jìn)氣時，輸出功率P隨著通氣速率Qg而減小，這是由于底部進(jìn)氣時，氣相由釜底上升至槳葉，其運(yùn)動方向與液體一致，能夠促進(jìn)液相循環(huán)渦流的產(chǎn)生，而側(cè)面進(jìn)氣時，液相由槳葉流向壁面，在壁面處氣相的運(yùn)動方向與液相相互垂直，對液相循環(huán)渦流的產(chǎn)生沒有產(chǎn)生貢獻(xiàn)，因此考慮到節(jié)能環(huán)保，氣液固三相攪拌釜宜采用底部進(jìn)氣方式引入氣體。

圖3 石英砂PBT槳臨界懸浮轉(zhuǎn)速Njs

3 結(jié)論

1）在本文的研究范圍內(nèi)，Nis隨著固含率的增大，軸向槳Nis隨通氣量的增大而減小，而徑向槳Nis隨通氣量的增大變化不大；

2）隨著轉(zhuǎn)速的增大，系統(tǒng)輸出功率逐漸增大，采用側(cè)面進(jìn)氣時，氣體的引入對輸出功率基本無影響。