因科法處理氰化尾礦漿反應器優化設計及應用

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、對環境造成二次污染等問題。將傳統的敞開式曝氣槽反應器優化為旋流微泡曝氣反應器，使氰化尾礦漿反應器具備pH調節、藥劑投加與混勻、旋流微泡曝氣與負壓氣體吸收等功能。反應器優化后，節省電力30 %，氧利用率超過25 %，可以高效、安全、環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，黃金生產企業在使用因科法進行氰化尾礦漿處理工程中一般采用傳統的敞開式曝氣槽反應器，反應器中的氣體逸出會對環境造成二次污染。因此，為達到環保要求，對因科法處理氰化尾礦漿反應器進行優化，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，并降低對環境的污染。

1 工程背景

因科法能把廢水中總氰化合物質量濃度處理至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廢水中總氰化合物質量濃度的限值要求，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，企業會選擇傳統的敞開式曝氣槽反應器，其結構如圖1所示。傳統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，但是存在曝氣系統曝氣彌散效果差、氧利用率低等問題。常規的穿孔管曝氣器或傳統微孔曝氣器容易被氰化尾礦堵塞，且反應過程中SO 2和HCN氣體逸出造成環境二次污染，導致生產操作安全性差。針對上述問題，對因科法處理氰化尾礦漿反應器進行優化設計，以保證工業生產安全、高效和環保。

2 反應器優化設計

2.1 反應器工作原理

優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、氧化效果更佳的優點。密閉承壓式反應器殼體設計保證處理過程產生的有害氣體及時得到收集處理，避免了環境二次污染。

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，內置紊流板，攪拌系統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，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調節口、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調節藥劑通過pH調節口給入礦漿實現pH調節，經pH調節后的礦漿給入攪拌系統負壓區攪拌器上部，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經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，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。攪拌系統的密閉傳動支座結合承壓支撐封頭實現反應器的密閉，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化設計可以實現氰化尾礦漿安全、高效、環保的處理。

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化設計核心在于攪拌系統的選型與曝氣設備的選擇。

2.2.1 攪拌系統

機械攪拌有2方面的作用：一是使礦粒處于懸浮狀態;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;ρ為介質密度（kg/m3）;n為槳葉轉速（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化設計與實踐的重要環節，空氣中的氧通過曝氣裝置溶入到氰化尾礦漿內，結合破氰藥劑氧化分解氰化物實現無害化處理。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，影響反應器內部固液氣三相混合，特別是礦漿流動狀態，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]，所以需根據礦漿的溶氧度、破氰氧化耗氧量和地區環境的含氧量合理計算曝氣量，選擇合適的曝氣器形式。

目前，工業生產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]。

旋流微泡曝氣器節能效果顯著，比穿孔、射流曝氣器節省電力30 %以上，氧利用率超過25 %，使用壽命10 a以上，空氣流經大口徑噴嘴，無堵塞免清洗。氧利用率高，高速空氣流經內部切割器經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，溶氧度穩定[7]。因此，選用旋流微泡曝氣器作為優化后的曝氣設備，可根據曝氣需求選用不同型號的旋流微泡曝氣設備，設備參數如表1所示。

3 優化后反應器的應用及效果

以某黃金生產企業氰化尾礦漿無害化工程應用為例，對比在同等處理量、相同工藝參數條件下，優化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器（優化反應器）與傳統的敞開式曝氣槽反應器（傳統反應器）氰化物去除效果，工業試驗參數如表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監測，監測結果如表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條件下，優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，反應器周圍環境空氣中HCN濃度低于傳統的敞開式曝氣槽反應器。現場試驗證明，在因科法處理氰化尾礦漿實踐中，應用優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，優化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器，將傳統的敞開式曝氣槽反應器優化成旋流微泡曝氣反應器，可以節省電力30 %，氧利用率超過25 %。通過工業試驗得出：優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 %，優于傳統反應器;與傳統反應器相比，可將反應器周圍環境中的有害氣體濃度降低至0～0.3 mg/m3，避免對環境造成二次污染。優化后的因科法處理氰化尾礦漿反應器是一種高效、安全、環保的氰化尾礦漿處理設備，應用前景廣闊，對同行業具有積極的借鑒意義。

[參 考 文 獻]

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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