一種新型生物氧化反應(yīng)器的研制

1、一種新型生物氧化反應(yīng)器的研制一種新型生物氧化反應(yīng)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(shù)國家工程研究中心，北京100160）摘要：摘要：根據(jù)生物氧化的工藝特點(diǎn)和目前工業(yè)應(yīng)用的生物氧化反應(yīng)器存在的問題，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了外置充氣系統(tǒng)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，研制了一臺30m3新型生物氧化反應(yīng)器。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，在給礦性質(zhì)完全相同、精礦指標(biāo)基本一樣的條件下，新型生物氧化反應(yīng)器的生產(chǎn)效率提高了約3

2、0%。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：生物氧化；生物冶金；反應(yīng)器；溶氧量中圖分類號：中圖分類號：TF351.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2013）09000000DevelopmentofaNewTypeofBiologicalOxidationReactDONGGanguoLIYeYANGLijunLIUWeiFENGTianran(NationalEngineeringResearchCenterfCleanE

3、xtractionbiologicalmetallurgyreactdissolvedoxygen生物氧化是預(yù)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(shè)備投資少、流程簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)[12]。20世紀(jì)80年代難處理金礦的生物氧化首先在南非的Fairview金礦實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用[3]，目前世界上已經(jīng)有數(shù)十家礦山企業(yè)的生物氧化廠在運(yùn)行，并取得了較好的效益。目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的生物氧化反應(yīng)器主要有攪拌

4、槽式和氣升式兩種?；臼腔ず鸵苯鸱磻?yīng)器的簡單延伸，沒有充分考慮細(xì)菌在礦漿條件下的生長環(huán)境，存在氧化速度慢、反應(yīng)器運(yùn)行效率低、氧化周期長、液面波動(dòng)大易冒槽等缺點(diǎn)。因此，針對生物氧化的工藝特點(diǎn)，研究高效生物氧化反應(yīng)器，開發(fā)新型的高傳質(zhì)速率、高溶解氧量、低剪切力的高效生物氧化反應(yīng)器具有重要意義[4]。1設(shè)計(jì)原則及思路設(shè)計(jì)原則及思路工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，目前廣泛采用的生物氧化反應(yīng)器存在的問題是充氣方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)的缺陷導(dǎo)致反應(yīng)器氧的傳質(zhì)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(yīng)器設(shè)計(jì)要求是高傳質(zhì)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(diǎn)及要求，提出了強(qiáng)化充氣混合弱化機(jī)械攪拌的設(shè)計(jì)思路，采用新型高效的充氣系統(tǒng)，在提高氧傳質(zhì)速率的同時(shí)降低葉輪攪拌剪切力。根據(jù)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(guān)[8]。增加溶氣壓力可以增加溶解氧量，而通過增加反應(yīng)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(dòng)態(tài)接觸面積有關(guān)。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(zhì)面積、增大液相總傳質(zhì)系數(shù)，有利于提高溶氣效率。因此，提出新型生物氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)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(zhì)的作用，減小剪切力，利于生物氧化反應(yīng)。2實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為驗(yàn)證新型生物氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原則及思路，首先進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，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(guān)系，為工業(yè)試驗(yàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置如圖1所示，為便于觀察，柱體材質(zhì)選用有機(jī)玻璃。收稿日期收稿日期：20130218基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)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(yīng)器，主要包括電機(jī)減速機(jī)

8、、減速機(jī)支架、換熱器部件、槽體部件、主軸、葉輪、充氣系統(tǒng)。為了適應(yīng)強(qiáng)酸性礦漿，槽體和主軸材質(zhì)采用316L不銹鋼。4工業(yè)試驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)在新疆某金礦進(jìn)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(yàn)和帶礦試驗(yàn)兩部分。在給礦性質(zhì)完全相同的條件下，通過與現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)用的一臺360m3生物氧化反應(yīng)器平行對比試驗(yàn)來考察30m3新型生物氧化反應(yīng)器的工藝性能。4.1清水試驗(yàn)清水試驗(yàn)清水試驗(yàn)主要考察不同充氣

9、壓力、不同噴嘴直徑條件下反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧量，進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路，給帶礦試驗(yàn)提供參數(shù)。為準(zhǔn)確測量清水中的溶氧量，在整個(gè)測量截面均勻分布6個(gè)測量點(diǎn)，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(diǎn)。溶氧量采用DO110便攜式溶解氧測量儀，測量時(shí)將溶氧儀的測量探頭浸入不同測量點(diǎn)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后測量不同測量點(diǎn)的溶氧量。測定結(jié)果見圖3~4。圖30.4MPa充氣壓力下溶解氧量與測量深度的關(guān)系

10、充氣壓力下溶解氧量與測量深度的關(guān)系Fig.3Relationshipbetweendissolvedoxygenmeasuringlocationunderdifferentspargernozzlediameterwithpneumaticpressureof0.4MPa圖4不同壓力下不同噴嘴直徑時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧量不同壓力下不同噴嘴直徑時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧量Fig.4Relationshipbetweendissolvedoxygen

11、pneumaticpressureatdifferentspargernozzlediameter圖3~4表明，在各個(gè)充氣壓力下，溶氧量隨著深度的增加而增大，基本成線性關(guān)系；噴嘴直徑1.5mm時(shí)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(gè)充氣壓力下，不同葉輪線速度下的溶氧量基本相當(dāng)，說明溶氧量與葉輪線速度關(guān)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(dāng)葉輪線速度為2.8