精金矿生物氧化反应器固体悬浮及能耗研究

2019-05-16严佐毅郭家顺郑成辉

云南化工 2019年2期

严佐毅，郭家顺，郑成辉

（福州大学石油化工学院，福建福州 350116）

目前，工业上常用的难处理金精矿预处理方法有焙烧氧化法、生物氧化法、加压氧化法和化学氧化法等四种[1,2]。其中生物氧化法通常采用搅拌釜式生物反应器作为主要装置[3]。本文分别以石英砂和含砷难处理精金矿固体颗粒为研究对象，对临界离底悬浮转速和功率进行研究。

1 实验装置与方法

实验装置如图1所示，图1中，摄像头用来直接观察釜底临界悬浮状态，扭矩传感器用来测量搅拌扭矩。搅拌釜直径T=226mm，挡板为标准挡板B=T/10，曝气环开26孔且直径D=0.44T，搅拌桨采用径向桨RT和轴向桨6PBT45°。

实验所用液相为去离子水，固相为石英砂和厦门紫金矿冶技术有限公司提供的金精矿。其中金精矿密度ρ=3548.2kg/m3，其中粒径小于5.963μm大约占10%、粒径小于37.17μm大约占50%、粒径小于97.11μm大约占90%，平均粒径为45.42μm，石英砂粒径为45μm，测量方法如下:

1）临界悬浮转速。采用Zwietering[5]提出的目测法，即固体颗粒在搅拌釜底的停留时间不超过1-2s。

1.搅拌电机2.扭矩传感器3.转速测量仪4.搅拌轴5.搅拌桨6.曝气环7.取样点 8.热式气体流量计9.挡板10.摄像头11.扭矩显示仪12.计算机。

2）搅拌输出功率。搅拌扭矩和搅拌转速分别由扭矩传感器和转速测量仪来测定，其中扭矩传感器为上海隆旅电子科技有限公司定制的动态微扭矩传感器，型号为LONGLV-WTQ1050D-5Nm，量程为0～5Nm，精度3‰，计算公式为:

式中，T为扭矩，Nm，ω为搅拌桨转动角速度，s-1，N为搅拌桨转速，r/min。

2 结果讨论

2.1 临界悬浮转速

实验所用RT桨和6PBT45°桨直径均为D=0.40T，桨离底高度分别取C/T=0.20、0.22、0.25、0.29、0.33、0.37和0.40，悬浮体系为石英砂/难处理精金矿-水悬浮液，质量分数分别为w=5%、10%、15%和20%，结果如图2、图3所示。

从图2分析可知，无论是轴向桨还是径向桨，均随着桨离底高度和固含量的减小而降低。不同的是，随着桨离底高度C/T的增大，径向桨的增大速率逐渐减小，而轴向桨增大速率逐渐增大。随着通气速率的增加，径向桨几乎不变，而轴向桨的受气相的影响较大。对于径向桨，液体在桨平面水平运动，其方向与气相运动方向垂直，对固相悬浮影响较小，因此基本无影响。

图2 金精矿RT桨临界Njs

从图3看出，对于同一桨型（PBT桨），难处理精金矿和石英砂的临界悬浮转速变化规律基本一致。不同的是，在同一固含率和桨离底高度，金矿的临界悬浮转速比石英砂要大，这是由于石英砂虽然粒径上与金矿基本一致，而其密度要小于金矿，其达到离底悬浮需要更高的能量，也就是搅拌转速较大。

2.2 输出功率

针对工业应用搅拌釜涉及到大量快速反应，物料输入时会快速反应并于壁面处产生大量气泡。本实验采用侧面进气和底部进气两种方式考察系统输出功率问题，两种进气轴向高度一致都为0.18T，桨为RT桨，直径D=0.44T，离底高度定位C=T/3，转速分别为 300r/min、400r/min、500r/min，通气速率依次为0L/min、2 L/min、4 L/min、6 L/min。

系统输出功率随着搅拌转速的增大而增大，这是由于系统内流体流动所需的能量全部来自于电机来实现的，转速越大，系统输出功率也就越大；当进气方式采用侧面开孔式时，随着通气速率Qg的增大，输出功率P变化不大，而采用底部进气时，输出功率P随着通气速率Qg而减小，这是由于底部进气时，气相由釜底上升至桨叶，其运动方向与液体一致，能够促进液相循环涡流的产生，而侧面进气时，液相由桨叶流向壁面，在壁面处气相的运动方向与液相相互垂直，对液相循环涡流的产生没有产生贡献，因此考虑到节能环保，气液固三相搅拌釜宜采用底部进气方式引入气体。