精金礦生物氧化反應器固體懸浮及能耗研究

嚴佐毅，郭家順，鄭成輝

（福州大學石油化工學院，福建 福州 350116）

目前，工業上常用的難處理金精礦預處理方法有焙燒氧化法、生物氧化法、加壓氧化法和化學氧化法等四種[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，對臨界離底懸浮轉速和功率進行研究。

1 實驗裝置與方法

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

實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2.扭矩傳感器3.轉速測量儀4.攪拌軸5.攪拌槳6.曝氣環7.取樣點 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。

2）攪拌輸出功率。攪拌扭矩和攪拌轉速分別由扭矩傳感器和轉速測量儀來測定，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為攪拌槳轉動角速度，s-1，N為攪拌槳轉速，r/min。

2 結果討論

2.1 臨界懸浮轉速

實驗所用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，質量分數分別為w=5%、10%、15%和20%，結果如圖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動，其方向與氣相運動方向垂直，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速變化規律基本一致。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，其達到離底懸浮需要更高的能量，也就是攪拌轉速較大。

2.2 輸出功率

針對工業應用攪拌釜涉及到大量快速反應，物料輸入時會快速反應并于壁面處產生大量氣泡。本實驗采用側面進氣和底部進氣兩種方式考察系統輸出功率問題，兩種進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。

系統輸出功率隨著攪拌轉速的增大而增大，這是由于系統內流體流動所需的能量全部來自于電機來實現的，轉速越大，系統輸出功率也就越大；當進氣方式采用側面開孔式時，隨著通氣速率Qg的增大，輸出功率P變化不大，而采用底部進氣時，輸出功率P隨著通氣速率Qg而減小，這是由于底部進氣時，氣相由釜底上升至槳葉，其運動方向與液體一致，能夠促進液相循環渦流的產生，而側面進氣時，液相由槳葉流向壁面，在壁面處氣相的運動方向與液相相互垂直，對液相循環渦流的產生沒有產生貢獻，因此考慮到節能環保，氣液固三相攪拌釜宜采用底部進氣方式引入氣體。

圖3 石英砂PBT槳臨界懸浮轉速Njs

3 結論

1）在本文的研究范圍內，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）隨著轉速的增大，系統輸出功率逐漸增大，采用側面進氣時，氣體的引入對輸出功率基本無影響。