富氧常壓浸出設(shè)備的改進劉平;趙景龍;李輝【摘要】鋅精礦常壓富氧浸出設(shè)備存在較多缺陷，引進富氧加壓浸出的理念對常壓富氧浸出設(shè)備進行改造，在保證設(shè)備安全的條件下，基本達到加壓浸出技術(shù)經(jīng)濟指標,達到投資節(jié)省，設(shè)備優(yōu)化，操作安全，生產(chǎn)實際可行.【期刊名稱】《湖南有色金屬》【年(卷)，期】2019(035)003【總頁數(shù)】4頁(P38-40,67)【關(guān)鍵詞】鋅精礦;常壓浸出;加壓浸出;改造【作者】劉平;趙景龍;李輝【作者單位】桂林理工大學(xué)南寧分校廣西南寧530001;桂林理工大學(xué)南寧分校廣西南寧530001;湖南有色金屬研究院，湖南長沙410100【正文語種】中文【中圖分類】TF803.2+1經(jīng)過十年多的生產(chǎn)，株洲冶煉廠常壓富氧直接浸出生產(chǎn)線關(guān)停了，原因雖然多方面，但富氧直接浸出仍不失為一種值得探討和研究的技術(shù)。富氧直接浸出技術(shù)為金屬硫化礦直接浸出，特別是硫化鋅礦生產(chǎn)電解鋅提供了一種新的途徑。它擺脫了傳統(tǒng)電解鋅生產(chǎn)必須產(chǎn)生二氧化硫，并生產(chǎn)硫酸的限制，為沒有硫酸銷路的地域提供便利。硫化鋅精礦中的硫，是以固態(tài)形式的元素硫進入浸出渣，可以單獨回收，也可堆積存放，對環(huán)境影響小。且富氧直接浸出技術(shù)相對傳統(tǒng)鋅生產(chǎn)技術(shù)，工藝流程相對短、設(shè)備密閉、易自動化電氣化、綜合回收或富集高、少三廢［1,2］。1富氧浸出的現(xiàn)狀富氧直接浸出技術(shù)目前有加壓富氧浸出和常壓富氧浸出兩種實際生產(chǎn)。加壓富氧浸出煉鋅技術(shù)約于20世紀60年代投入工業(yè)化生產(chǎn)，其先進性、成熟度和超優(yōu)的環(huán)保效果得到行業(yè)普遍認同。根據(jù)各國的生產(chǎn)實際來看，鋅浸出率已基本達到了極限值，進一步提高的空間較小，但在安全性、在相對較低的溫度和壓力下運行等方面仍然有較大的潛力可挖掘。在高壓釜內(nèi)襯材料、管道及管件材料等改進和成本降低方面仍存在較大的可能性。我國韶關(guān)丹霞冶煉廠目前是采用該技術(shù)進行生產(chǎn)，效果較好。加壓富氧浸出技術(shù)是在高溫145~150°C、總壓1.1~1.3MPa、氧分壓約0.7MPa條件下進行，浸出時間約1.5~2h。對于設(shè)備材料和控制儀表、操作安全性等條件的要求較高。20世紀90年代針對富氧加壓浸出的各種問題，出現(xiàn)了富氧常壓直接浸出技術(shù)，在溫度95~100C、氧分壓0.1~0.2MPa的溫和條件下進行，浸出時間約22~24h［3~5］。在設(shè)備選型、安全可靠性上具有極大的優(yōu)點，規(guī)避了氧壓浸出高壓釜設(shè)備制作要求高、操作控制難度大等問題，同樣達到鋅浸出回收率高的目的。其基本反應(yīng)過程仍基于把氧作為強氧化劑的機理，屬氧壓浸出的范疇，只是核心設(shè)備用立式反應(yīng)器取代加壓浸出的高壓臥式反應(yīng)釜［3］。2富氧常壓浸出的缺陷株洲冶煉廠采用的是常壓富氧直接浸出工藝技術(shù)。株州冶煉廠的高、低酸浸出立式反應(yīng)器規(guī)格：①7.5mx26m,反應(yīng)器槽體采用FRP材料，中間設(shè)置有導(dǎo)流筒，反應(yīng)器和導(dǎo)流筒內(nèi)壁設(shè)置有防礦漿旋轉(zhuǎn)擋板，反應(yīng)器內(nèi)的擋板設(shè)置比較有特點，擋板高度設(shè)計只有反應(yīng)器高度的1/4左右，在攪拌器的圓周運動影響范圍，即能達到攪拌效果，又節(jié)省制造成本，而國內(nèi)常規(guī)設(shè)計擋板都接近液面［3］。也可理解該廠立式反應(yīng)器約有3/4左右容積是用來盛裝漿料的，不在反應(yīng)區(qū)域，無任何意義。其保持較高的高度，應(yīng)該可理解為增加漿料高度，來維持立式反應(yīng)器底部有一定的釜底壓力，保持一定的氧分壓。由于反應(yīng)器高度達二十多米，頂入式攪拌的攪拌軸過長，因此采用攪拌器從釜底伸入的方式。攪拌器采用六彎曲葉片加六直葉的復(fù)合結(jié)構(gòu)，礦漿流向應(yīng)該是中心向下，彎曲葉片將礦漿向下壓，直立葉片再將礦漿沿切向甩出去，氧氣從下部進入，直射攪拌器的中心，在礦漿的帶動下，經(jīng)直立葉片打散，達到比較好的分散效果［3］。常壓浸出主要設(shè)備裝置為常壓立式罐。從該廠引進情況看，反應(yīng)器設(shè)備高聳、龐大，高26m,體積近1000m3，尤其要采用底部攪拌，要求設(shè)備密封難度較大，芬蘭OUTOTEC公司控制該技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，所以必須引進主要設(shè)備，引進費用高［3］；從安全性角度考慮，常壓浸出反應(yīng)器基本無危險性，操作也不難，但其它的缺陷明顯：氧氣消耗高：從釜底通氧自然氧化，氧分壓低，氧化速度慢，氧化效率低，造成反應(yīng)時間長，達22-24h;長時間通氧，氧氣利用率也低，氧耗高。熱耗高：單臺反應(yīng)釜近千立方體積的漿液，維持95°C以上溫度，反應(yīng)20多小時，本身就需大量的熱，再加上釜體敞開散熱，氧氣和水蒸氣帶走熱，不易回收，熱損失非常大。動力消耗大：單臺反應(yīng)釜近千立方體積的漿液，相對175kW/臺攪拌設(shè)備，24h不停攪拌驅(qū)動，設(shè)備作業(yè)效率是非常低的。另攪拌槳在釜下密封，需要定期更換、清洗、補漏，需要備個大槽子周轉(zhuǎn)近千立方體積的漿液，不盡合理。罐體高聳、龐大，制作、運輸、安裝等費用高，單臺反應(yīng)釜近千立方體積的漿液及自重，對基礎(chǔ)建設(shè)要求也高；反應(yīng)釜多，對物料的積壓也比較多。同等規(guī)模設(shè)備臺套數(shù)多，需氧耗、熱耗、動力耗總量大，相應(yīng)投資也大。表1國內(nèi)加壓、常壓富氧浸出設(shè)備比較images/BZ_44_219_1435_2253_1494.png立式罐有效容積280m3/臺900m3/臺反應(yīng)容器較小較大數(shù)量3臺套，其中1臺套備用8臺套攪拌系統(tǒng)及功率頂置式：雙端面密封.國產(chǎn)底置式：175kW/臺，需引進動力消耗低大反應(yīng)釜規(guī)格①4.2mx32m臥式釜①7.5mx26m一次性投資適中較高3富氧常壓浸出優(yōu)化和改進由上可知，常壓富氧直接浸出的浸出反應(yīng)只發(fā)生在反應(yīng)釜底部攪拌器的影響范圍內(nèi)，足巨反應(yīng)器底部只有反應(yīng)器高度的1/4左右的區(qū)域，約250m3容積，接近丹霞冶煉廠浸出加壓釜280m3的有效容積，可把此區(qū)域看成加壓富氧浸出的一個臥式密閉加壓釜。經(jīng)過分析比較，提出如下常壓富氧直接浸出的設(shè)備優(yōu)化和改進：3.1反應(yīng)釜體優(yōu)化和改進因加壓浸出的各項經(jīng)濟技術(shù)指標比較好，對常壓浸出反應(yīng)器作出改進，采用類似丹霞冶煉廠加壓浸出常用的多室臥式密閉加壓釜做反應(yīng)器。整個外型、原理、構(gòu)造，與加壓浸出常用的多室臥式加壓釜完全一樣，因為密閉，這樣即可以適當(dāng)提高浸出反應(yīng)溫度，又可以適當(dāng)提高反應(yīng)所需的氧分壓。換個角度看，也就是把常壓浸出用的常壓立式罐旋轉(zhuǎn)90°水平橫置［6］，并縮小常壓立式罐體積至250m3左右，避免無用容積，減少物料積壓。3.2進料方式的優(yōu)化和改進常壓浸出用的常壓立式罐中間設(shè)置有導(dǎo)流筒，礦漿料從立式罐頂部由導(dǎo)流筒導(dǎo)入底部攪拌器的圓周運動影響的攪拌區(qū)域。導(dǎo)流筒高度較常壓立式罐高，約30m多。同理，改進后的反應(yīng)器可采取用公稱直徑①200~600mm、高30-50m的管作為進料管，樹立連接在多室臥式加壓釜的進料端，替代導(dǎo)流筒進料，并形成料柱壓力，達到增壓效果，滿足釜內(nèi)氧分壓需求和設(shè)備安全性需求，進料口高度必須高于排料管排口一定高度。管的直徑，需考慮礦漿流量、料淤積、材料結(jié)構(gòu)強度等因素而定。另外，也可考慮不用進料管進料，沿用加壓浸出常用的加壓隔膜泵進料，但需對壓力和流量做要求，采用變頻技術(shù)滿足工藝、生產(chǎn)需求和安全要求。因此改進后的反應(yīng)器，可以有兩種進料方式：管進和泵入［6］。3.3出料方式的優(yōu)化和改進株洲冶煉廠的高、低酸浸出反應(yīng)器規(guī)格：①7.5mx26m,中間設(shè)置有導(dǎo)流筒，物料由反應(yīng)器槽體內(nèi)壁和導(dǎo)流筒之間溢流出來，整個反應(yīng)器槽體相當(dāng)于排料管，形成物料積壓，不盡合理。改進后的反應(yīng)器擬采取用公稱直徑①200~600mm、高30-50m的倒U型管作為排料管，樹立連接在多室臥式加壓釜的出料端，替代W.5mx26m反應(yīng)器槽體溢流出料。排料管排口漿液高度的取值，以形成料柱壓力、達到增壓效果、滿足反應(yīng)釜內(nèi)氧分壓工藝需求和排料方便為準，省去了降壓設(shè)施，解決了安全問題。考慮排口高度過高時，有物料淤積的可能，可在排料管底部安裝脈沖氣動裝置沖於或者利用反應(yīng)釜內(nèi)的排放廢氣沖於。3.4攪拌裝置的優(yōu)化和改進株洲冶煉廠的高、低酸浸出反應(yīng)器規(guī)格：①7.5mx26m,由于反應(yīng)器高度達二十多米，頂入式攪拌的攪拌軸過長，因此采用攪拌器從釜底伸入的方式?，F(xiàn)已對浸出反應(yīng)器、進出料方式做了改進。采用臥式加壓釜，可考慮用頂置式攪拌裝置取代底置式攪拌，替代引進和避免技術(shù)障礙，降低投資費用，并方便維修。另頂置式攪拌裝置在國內(nèi)制造已很成熟，相對造價低，維修也很方便。圖1為常壓浸出設(shè)備改良的過程示意圖。圖1常壓浸出設(shè)備改良過程示意圖1-進料口；2-進料管；3-釜下驅(qū)動電機；4-出料口；5-反應(yīng)釜；6-攪拌槳；7-頂置式驅(qū)動電機；8-高壓泵；9-電控自動電磁閥圖1中左上圖為株洲冶煉廠的浸出反應(yīng)器示意圖，用管替代反應(yīng)器，簡化成右上圖所示，礦漿為上進上出，反應(yīng)器縮小到1/4,礦漿全部通過攪拌區(qū)域；左下圖為底置式攪拌改為頂置式攪拌，反應(yīng)器用臥式高壓反應(yīng)釜替代，礦漿為上進上出；右下圖進料管用高壓泵替代，出料管改成倒U型，中間可以通過電控閥開合控制礦漿高度。圖2為常壓浸出設(shè)備改良圖。圖2常壓浸出設(shè)備改良圖1-高壓泵；2-頂置式驅(qū)動電機；3-隔板；4-臥式高壓反應(yīng)釜；5-倒U型出料管；6、7、8-電控自動電磁閥；9-事故閥；10-出料管4結(jié)論改進后的富氧常壓浸出反應(yīng)在反應(yīng)釜內(nèi)與加壓浸出相似，基本上所有物料及其反應(yīng)處于同一氧壓力場和溫度場內(nèi)，反應(yīng)速度快，浸出效率高，需要2~4h就能達到97%以上的浸出率。浸出時間接近加壓浸出1.5-2h,遠低于常壓浸出的22~24h?？纱蟠蟮毓?jié)省時間、氧耗、熱耗和動力消耗。改進后，通過控制電磁閥，調(diào)整排料口漿液高度即可以較方便調(diào)整釜內(nèi)氧分壓，氧分壓可從0.3MPa到0.7MPa任意調(diào)整，甚至更高。因為密閉，操作溫度范圍可從95°C至115°C任意調(diào)整，達到縮短反應(yīng)時間的目的，又保證了工藝及設(shè)備的安全性和可操作性。另外，硫化鋅精礦的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱，可維持礦漿保持100-115C，減少額外補熱，好于富氧常壓浸出。因密閉，氧耗可以達到氧壓浸出的水平。以管代罐進、出料，取消高聳、巨大的反應(yīng)桶體，降低制作費用和物料積壓；以國產(chǎn)頂置式攪拌裝置取代反應(yīng)釜底大功率釜下密封攪拌裝置，省去引進費用，也便于養(yǎng)護和維修。同等生產(chǎn)規(guī)模下，可減少反應(yīng)釜體臺套數(shù)量，也縮小了反應(yīng)釜體尺寸和大小，降低各方面的生產(chǎn)和投資成本。改進后的設(shè)備可以作為傳統(tǒng)焙燒浸出工藝的浸出釜和常壓富氧浸出釜，也可作加壓富氧浸出釜。通過適當(dāng)?shù)呐渲茫倪M后的設(shè)備可作為通用釜，也可作為其它元素浸出的反應(yīng)器。參考文獻：【相關(guān)文獻】[1]陳永強，邱定蕃，王成彥，等.常壓裝置富氧浸出閃鋅礦[J].過程工程學(xué)報，2009,9:60-64.[2]趙景龍.閃鋅礦精礦中低壓富氧浸出[J].湖南有色金屬，2012,28(6):30-33,57.[3]趙愛君，蔡燕妮，張曉濤.FRP設(shè)備在株冶富氧直接