一種新型生物氧化反應器的研制

1、一種新型生物氧化反應器的研制一種新型生物氧化反應器的研制董干國，李曄，楊麗君，劉巍，馮天然（北京礦冶研究總院無污染有色金屬提取及節(jié)能技術國家工程研究中心，北京100160）摘要：摘要：根據生物氧化的工藝特點和目前工業(yè)應用的生物氧化反應器存在的問題，并結合實驗室試驗數(shù)據，提出了外置充氣系統(tǒng)的創(chuàng)新結構，研制了一臺30m3新型生物氧化反應器。工業(yè)試驗結果表明，在給礦性質完全相同、精礦指標基本一樣的條件下，新型生物氧化反應器的生產效率提高了約3

2、0%。關鍵詞：關鍵詞：生物氧化；生物冶金；反應器；溶氧量中圖分類號：中圖分類號：TF351.5文獻標志碼：文獻標志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2013）09000000DevelopmentofaNewTypeofBiologicalOxidationReactDONGGanguoLIYeYANGLijunLIUWeiFENGTianran(NationalEngineeringResearchCenterfCleanE

3、xtractionbiologicalmetallurgyreactdissolvedoxygen生物氧化是預處理難浸金礦的方法之一，與傳統(tǒng)的焙燒氧化和加壓氧化相比，具有環(huán)境污染小、設備投資少、流程簡單、操作方便等優(yōu)點[12]。20世紀80年代難處理金礦的生物氧化首先在南非的Fairview金礦實現(xiàn)了工業(yè)化應用[3]，目前世界上已經有數(shù)十家礦山企業(yè)的生物氧化廠在運行，并取得了較好的效益。目前國內外工業(yè)生產中應用的生物氧化反應器主要有攪拌

4、槽式和氣升式兩種。基本是化工和冶金反應器的簡單延伸，沒有充分考慮細菌在礦漿條件下的生長環(huán)境，存在氧化速度慢、反應器運行效率低、氧化周期長、液面波動大易冒槽等缺點。因此，針對生物氧化的工藝特點，研究高效生物氧化反應器，開發(fā)新型的高傳質速率、高溶解氧量、低剪切力的高效生物氧化反應器具有重要意義[4]。1設計原則及思路設計原則及思路工業(yè)生產實踐表明，目前廣泛采用的生物氧化反應器存在的問題是充氣方式和機械結構的缺陷導致反應器氧的傳質系數(shù)低、攪拌

5、葉輪剪切力高、氧化效率低[57]。因此，新型生物氧化反應器設計要求是高傳質速率、高溶解氧量、低剪切力、有效而柔和的攪拌混合。針對生物氧化工藝特點及要求，提出了強化充氣混合弱化機械攪拌的設計思路，采用新型高效的充氣系統(tǒng)，在提高氧傳質速率的同時降低葉輪攪拌剪切力。根據亨利定律，空氣在水中的平衡溶解量與溶氣壓力成正比，且與溫度有關[8]。增加溶氣壓力可以增加溶解氧量，而通過增加反應器柱體高度，可以提高溶氣壓力；溶氣效率與溫度、溶氣壓力及氣液兩

6、相的動態(tài)接觸面積有關。在一定的溫度和溶氣壓力下，減小氣泡直徑、增大氣液界面、增加氣液傳質面積、增大液相總傳質系數(shù)，有利于提高溶氣效率。因此，提出新型生物氧化反應器的設計原則是：1）增大溶氣壓力；2）增加氣液界面，提高溶氣效率；3）充氣系統(tǒng)兼具攪拌功能，葉輪攪拌僅起混合傳質的作用，減小剪切力，利于生物氧化反應。2實驗室試驗實驗室試驗為驗證新型生物氧化反應器的設計原則及思路，首先進行了大量的實驗室試驗，探討充氣壓力、充氣量、氣泡大小、柱體高

7、度與溶解氧量的關系，為工業(yè)試驗樣機設計提供數(shù)據支持。實驗室試驗裝置如圖1所示，為便于觀察，柱體材質選用有機玻璃。收稿日期收稿日期：20130218基金項目基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）項目（2012AA061503，2007AA060904）作者簡介作者簡介：董干國（1978），男，河南洛陽人，碩士，高級工程師.doi：10.3969j.issn.10077545.2013.09.014生物氧化反應器，主要包括電機減速機

8、、減速機支架、換熱器部件、槽體部件、主軸、葉輪、充氣系統(tǒng)。為了適應強酸性礦漿，槽體和主軸材質采用316L不銹鋼。4工業(yè)試驗工業(yè)試驗工業(yè)試驗在新疆某金礦進行，處理含S27.06%、Fe26.29%、As3.96%的難處理浮選金精礦，包括清水試驗和帶礦試驗兩部分。在給礦性質完全相同的條件下，通過與現(xiàn)場工業(yè)生產用的一臺360m3生物氧化反應器平行對比試驗來考察30m3新型生物氧化反應器的工藝性能。4.1清水試驗清水試驗清水試驗主要考察不同充氣

9、壓力、不同噴嘴直徑條件下反應器內的溶解氧量，進一步驗證設計思路，給帶礦試驗提供參數(shù)。為準確測量清水中的溶氧量，在整個測量截面均勻分布6個測量點，在高度方向，距溢流堰高度0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0m處布置測量點。溶氧量采用DO110便攜式溶解氧測量儀，測量時將溶氧儀的測量探頭浸入不同測量點，待數(shù)據穩(wěn)定后測量不同測量點的溶氧量。測定結果見圖3~4。圖30.4MPa充氣壓力下溶解氧量與測量深度的關系

10、充氣壓力下溶解氧量與測量深度的關系Fig.3Relationshipbetweendissolvedoxygenmeasuringlocationunderdifferentspargernozzlediameterwithpneumaticpressureof0.4MPa圖4不同壓力下不同噴嘴直徑時反應器內的溶解氧量不同壓力下不同噴嘴直徑時反應器內的溶解氧量Fig.4Relationshipbetweendissolvedoxygen

11、pneumaticpressureatdifferentspargernozzlediameter圖3~4表明，在各個充氣壓力下，溶氧量隨著深度的增加而增大，基本成線性關系；噴嘴直徑1.5mm時溶氧量最大，且分散度最高；充氣壓力對溶氧量的影響不大，溶氧量隨著充氣壓力的增大略有提高。另外，在各個充氣壓力下，不同葉輪線速度下的溶氧量基本相當，說明溶氧量與葉輪線速度關系不大。但溶氧量分散度隨著葉輪線速度的增大先增大后減小，當葉輪線速度為2.8