紅土鎳礦加壓浸出釜的攪拌設(shè)計及選型

紅土鎳礦加壓浸出釜的攪拌設(shè)計及選型張曉濤【摘要】紅土鎳礦HPAL工藝的攪拌設(shè)計選型時，主要考慮混合和固體懸浮的效果.在選用攪拌器時，應(yīng)選用能有效地產(chǎn)生軸向流的推進式攪拌器，并配備相應(yīng)的機械密封系統(tǒng)以保證系統(tǒng)的安全運行.【期刊名稱】《有色設(shè)備》【年(卷)，期】2017(000)002【總頁數(shù)】4頁(P10-12,33)【關(guān)鍵詞】紅土鎳礦;加壓釜;攪拌;混合;懸浮【作者】張曉濤【作者單位】中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038【正文語種】中文【中圖分類】TF815世界上可開采的鎳資源主要有兩類：一類是硫化礦床、另一類是氧化礦床?，F(xiàn)在大多數(shù)鎳是從硫化礦中提取的，但隨著硫化鎳礦貯量的減小，低品位氧化鎳礦已成為鎳冶煉的主要資源。氧化鎳礦由于鐵的氧化，礦床呈紅褐色，所以又稱紅土鎳礦。已發(fā)現(xiàn)的紅土鎳礦多分布在澳大利亞、巴布亞新幾內(nèi)亞、印尼、菲律賓等地。處理紅土鎳礦的工藝流程很多，大體可分為火法、濕法兩類工藝?；鸱ㄒ睙挼膫鹘y(tǒng)流程包括：干燥-焙燒/還原-電爐熔煉。濕法工藝主要有Caron工藝和HPAL(加壓酸浸)工藝［1］。鑒于HPALT藝能耗低、碳排放量少、有價金屬綜合利用率高以及能處理低品位礦石等特點，越來越多紅土鎳礦采用HPALT藝。加壓釜是HPALT藝的核心設(shè)備，據(jù)報道，在西澳某冶煉廠就曾因加壓釜攪拌裝置的嚴重故障造成整個系統(tǒng)的停車檢修。因此，加壓釜的攪拌裝置對于HPALT藝的正常操作、安全運行至關(guān)重要。攪拌設(shè)備在有色金屬冶煉中應(yīng)用廣泛，尤其是濕法工藝中。大部分工藝過程都是在立式機械攪拌槽中進行的。立式機械攪拌槽的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點如下[2]:攪拌軸中心線與槽體中心線相重合；攪拌軸可裝設(shè)單層、雙層或多層攪拌器；可根據(jù)需要裝設(shè)攪拌附件。HPAL方法的理想工藝是采用分段浸出式，每段礦漿上部進料、溢流出料，見圖2。從工藝角度來說，分段浸出方式最有效，但這種方式所需設(shè)備、閥門、管道數(shù)量較多且造價很高，經(jīng)濟性上不夠合理，因此該方式很少被采用。取而代之的方法是多隔室臥式容器，見圖3。臥式加壓釜在黃金氧壓浸出(POX)H藝中使用廣泛，HPAL與POX兩種工藝，雖都是在高溫、高壓下進行浸出反應(yīng)，但兩者的最大區(qū)別是POX工藝需要釜內(nèi)有氣體存在，因此在設(shè)計攪拌器時，兩種工藝的影響因素也不盡相同，見表1。就攪拌器設(shè)計而言，氣體分散和氣液傳質(zhì)要求的功率消耗最大，POX工藝常選用圓盤渦輪式攪拌器(見圖4),該攪拌器能將底部進氣快速分散并使固體顆粒達到懸浮。HPAL!藝中沒有通氣，不需要使用圓盤渦輪槳或類似大功率消耗的攪拌器。HPAL工藝所選用的攪拌器應(yīng)能有效地產(chǎn)生軸向流，用來混合溶液和懸浮固體顆粒，常用的攪拌器如圖5所示，且均為推進式攪拌器，其槳葉前表面(推壓液體的表面)是螺旋面，能有效產(chǎn)生軸向流，較好地促進液液混合和固體懸浮。在選用攪拌器時，除了要求它應(yīng)能達到工藝要求的攪拌效果外，還應(yīng)保證所需的功率較小、制造和維修容易、費用較低。攪拌槳葉的幾何形狀、尺寸大小、旋轉(zhuǎn)速度及礦漿的物理特性(如粘度、密度)等，都決定著攪拌程度和功率消耗。在加壓釜設(shè)計過程中，釜體設(shè)計者必須與攪拌供應(yīng)商密切配合，以實現(xiàn)滿足工藝要求的最終目的。紅土鎳礦的HPALT藝為了獲取鎳和鉆的高浸出率，必須保證浸出后有一定量的余酸，反應(yīng)過程中需要不斷地加入濃硫酸。加入硫酸后，必須與礦漿充分混合均勻。由于HPAL工藝的高溫高壓、硫酸有腐蝕性等特點，攪拌器材料一般選用鈦合金，如果局部硫酸濃度太高，對鈦合金的腐蝕就會加劇。為達到均勻混合，攪拌系統(tǒng)設(shè)計時需考慮以下因素：容器幾何尺寸及擋板寬度、數(shù)量；攪拌器型式、位置及槳葉數(shù)量；⑶硫酸進料口的位置及進口管的伸入長度；⑷礦漿的物理特性(粘度、密度、粒度等)。實驗證明，攪拌擋板的寬度、數(shù)量以及安裝方式都影響釜內(nèi)礦漿的流動狀態(tài)，也影響攪拌器的功率大小。為達到〃全擋板條件”，加壓釜每個隔室內(nèi)通常取4塊擋板，擋塊寬度為筒體直徑的1/12~1/10。擋板距離釜內(nèi)壁的距離，一般為擋板寬度的1/4~1/2，對于高粘度礦漿，能有效減小流動死區(qū)。由于紅土鎳礦HPAL過程中浸出液始終處于過飽和狀態(tài)，溶液中不斷有固體沉淀產(chǎn)生，大部分沉淀形成浸出渣，少部分在加壓釜內(nèi)形成結(jié)垢［3］。盡管礦漿在釜內(nèi)需要一定的停留時間，但有些顆粒會停留更長時間，逐漸結(jié)垢、長大。當這些顆粒變得太大時，攪拌器的速度和循環(huán)流量不能使大顆粒懸浮起來并翻過隔板墻。隨著時間推移，越來越多的固體大顆粒積累下來，最終導(dǎo)致加壓釜故障停車。為了減小大顆粒的沉積，保證固體懸浮的效果，近年來設(shè)計加壓釜時，會在隔板底部設(shè)置〃鼠洞”，讓大顆粒通過〃鼠洞”從底部流進下一級隔室，而不是從隔板頂部流入。通過幾個冶煉廠的實際情況來看，設(shè)置〃鼠洞”的效果比較明顯?？傊?，當選擇合適的攪拌器和擋板型式后，加壓釜基本上能達到要求的固體懸浮效果如果希望達到”全溢流"，那么隔板底部的〃鼠洞”就很有必要，并能避免因攪拌故障造成的加壓釜停車檢修。根據(jù)工況條件及工藝要求確定攪拌器型式后，為實現(xiàn)攪拌裝置的長期連續(xù)無故障運行，就需要選擇合適的密封系統(tǒng)以提供可靠的操作安全性，防止泄漏。加壓釜攪拌系統(tǒng)是HPAL工藝的重要組成部分。加壓釜攪拌裝置的軸封應(yīng)選用能承受高溫、高壓及徑向軸偏擺的機械密封，密封系統(tǒng)主要包括：機械密封、緩沖液系統(tǒng)、壓力補償器、潤滑液系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)及沖洗液系統(tǒng)等。這些輔助系統(tǒng)可以由多家公司提供，但需攪拌供應(yīng)商統(tǒng)一考慮，并對整個攪拌系統(tǒng)的安全運行負責(zé)。紅土鎳礦HPALT藝的攪拌系統(tǒng)設(shè)計選型時，主要考慮混合和固體懸浮的效果?；旌线^程要滿足工藝要求的平均停留時間，使硫酸與礦漿混合均勻。固體懸浮過程要關(guān)注釜內(nèi)結(jié)垢形成的大顆粒，保證固體大顆粒在釜內(nèi)不積累，全部進入下一隔室。在選用攪拌器時，除了要求它應(yīng)能達到工藝要求的攪拌效果外，還應(yīng)保證所需的功率較小、制造和維修容易、費用較低。HPALT藝可以選用能有效地產(chǎn)生軸向流的推進式攪拌器，以實現(xiàn)礦漿混合、