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1、红土镍矿加压浸出釜的搅拌设计及选型张晓涛 【摘要】红土镍矿HPAL工艺的搅拌设计选型时，主要考虑混合和固体悬浮的效果. 在选用搅拌器时，应选用能有效地产生轴向流的推进式搅拌器，并配备相应的机械密 封系统以保证系统的安全运行.【期刊名称】有色设备 【年(卷)，期】2017(000)002 【总页数】4页(P10-12,33) 【关键词】红土镍矿;加压釜;搅拌;混合;悬浮 【作者】张晓涛【作者单位】中国恩菲工程技术有限公司，北京100038【正文语种】中文【中图分类】TF815 世界上可开采的镍资源主要有两类：一类是硫化矿床、另一类是氧化矿床。现在大 多数镍是从硫化矿中提取的，但随着硫化镍矿贮量的
2、减小，低品位氧化镍矿已成为 镍冶炼的主要资源。氧化镍矿由于铁的氧化，矿床呈红褐色，所以又称红土镍矿。 已发现的红土镍矿多分布在澳大利亚、巴布亚新几内亚、印尼、菲律宾等地。处理红土镍矿的工艺流程很多，大体可分为火法、湿法两类工艺。火法冶炼的传统 流程包括：干燥-焙烧/还原-电炉熔炼。湿法工艺主要有Caron工艺和HPAL(加压 酸浸)工艺1。鉴于HPALT艺能耗低、碳排放量少、有价金属综合利用率高以及 能处理低品位矿石等特点，越来越多红土镍矿采用HPALT艺。加压釜是HPALT艺的核心设备，据报道，在西澳某冶炼厂就曾因加压釜搅拌装 置的严重故障造成整个系统的停车检修。因此，加压釜的搅拌装置对于H
3、PALT 艺的正常操作、安全运行至关重要。搅拌设备在有色金属冶炼中应用广泛，尤其是湿法工艺中。大部分工艺过程都是在 立式机械搅拌槽中进行的。立式机械搅拌槽的结构如图1所示，其特点如下2:(1) 搅拌轴中心线与槽体中心线相重合；(2) 搅拌轴可装设单层、双层或多层搅拌器；(3) 可根据需要装设搅拌附件。HPAL方法的理想工艺是采用分段浸出式，每段矿浆上部进料、溢流出料，见图2。 从工艺角度来说，分段浸出方式最有效，但这种方式所需设备、阀门、管道数量较 多且造价很高，经济性上不够合理，因此该方式很少被采用。取而代之的方法是多 隔室卧式容器，见图3。卧式加压釜在黄金氧压浸出(POX)H艺中使用广泛，
4、HPAL与POX两种工艺，虽 都是在高温、高压下进行浸出反应，但两者的最大区别是POX工艺需要釜内有气 体存在，因此在设计搅拌器时，两种工艺的影响因素也不尽相同，见表1。就搅拌器设计而言，气体分散和气液传质要求的功率消耗最大，POX工艺常选用 圆盘涡轮式搅拌器(见图4),该搅拌器能将底部进气快速分散并使固体颗粒达到悬 浮。HPAL!艺中没有通气，不需要使用圆盘涡轮桨或类似大功率消耗的搅拌器。HPAL工艺所选用的搅拌器应能有效地产生轴向流，用来混合溶液和悬浮固体颗粒， 常用的搅拌器如图5所示，且均为推进式搅拌器，其桨叶前表面(推压液体的表面) 是螺旋面，能有效产生轴向流，较好地促进液液混合和固体
5、悬浮。在选用搅拌器时，除了要求它应能达到工艺要求的搅拌效果外，还应保证所需的功 率较小、制造和维修容易、费用较低。搅拌桨叶的几何形状、尺寸大小、旋转速度 及矿浆的物理特性(如粘度、密度)等，都决定着搅拌程度和功率消耗。在加压釜设 计过程中，釜体设计者必须与搅拌供应商密切配合，以实现满足工艺要求的最终目 的。红土镍矿的HPALT艺为了获取镍和钻的高浸出率，必须保证浸出后有一定量的 余酸，反应过程中需要不断地加入浓硫酸。加入硫酸后，必须与矿浆充分混合均匀。 由于HPAL工艺的高温高压、硫酸有腐蚀性等特点，搅拌器材料一般选用钛合金， 如果局部硫酸浓度太高，对钛合金的腐蚀就会加剧。为达到均匀混合，搅拌
6、系统设计时需考虑以下因素：(1) 容器几何尺寸及挡板宽度、数量；(2) 搅拌器型式、位置及桨叶数量；硫酸进料口的位置及进口管的伸入长度；矿浆的物理特性(粘度、密度、粒度等)。实验证明，搅拌挡板的宽度、数量以及安装方式都影响釜内矿浆的流动状态，也影 响搅拌器的功率大小。为达到全挡板条件”，加压釜每个隔室内通常取4块挡 板，挡块宽度为筒体直径的1/12 1/10。挡板距离釜内壁的距离，一般为挡板宽 度的1/4 1/2，对于高粘度矿浆，能有效减小流动死区。由于红土镍矿HPAL过程中浸出液始终处于过饱和状态，溶液中不断有固体沉淀 产生，大部分沉淀形成浸出渣，少部分在加压釜内形成结垢3。尽管矿浆在釜内
7、需要一定的停留时间，但有些颗粒会停留更长时间，逐渐结垢、长大。当这些颗粒 变得太大时，搅拌器的速度和循环流量不能使大颗粒悬浮起来并翻过隔板墙。随着 时间推移，越来越多的固体大颗粒积累下来，最终导致加压釜故障停车。为了减小大颗粒的沉积，保证固体悬浮的效果，近年来设计加压釜时，会在隔板底 部设置鼠洞”，让大颗粒通过鼠洞”从底部流进下一级隔室，而不是从隔板顶 部流入。通过几个冶炼厂的实际情况来看，设置鼠洞”的效果比较明显。总之，当选择合适的搅拌器和挡板型式后，加压釜基本上能达到要求的固体悬浮效 果如果希望达到”全溢流，那么隔板底部的鼠洞”就很有必要，并能避免因搅 拌故障造成的加压釜停车检修。根据工况
8、条件及工艺要求确定搅拌器型式后，为实现搅拌装置的长期连续无故障运 行，就需要选择合适的密封系统以提供可靠的操作安全性，防止泄漏。加压釜搅拌系统是HPAL工艺的重要组成部分。加压釜搅拌装置的轴封应选用能 承受高温、高压及径向轴偏摆的机械密封，密封系统主要包括：机械密封、缓冲液 系统、压力补偿器、润滑液系统、冷却液系统及冲洗液系统等。这些辅助系统可以 由多家公司提供，但需搅拌供应商统一考虑，并对整个搅拌系统的安全运行负责。 红土镍矿HPALT艺的搅拌系统设计选型时，主要考虑混合和固体悬浮的效果。混合过程要满足工艺要求的平均停留时间，使硫酸与矿浆混合均匀。固体悬浮过程 要关注釜内结垢形成的大颗粒，保证固体大颗粒在釜内不积累，全部进入下一隔室。 在选用搅拌器时，除了要求它应能达到工艺要求的搅拌效果外，还应保证所需的功 率较小、制造和维修容易、费用较低。HPALT艺可以选用能有效地产生轴向流的 推进式搅拌器，以实现矿浆混合、悬浮的目的。【相关文献】1 徐庆新.红土矿的过去与未来J.中国有色冶金,2005，：1-8.2 徐智，肖世刚，等.有色金属冶炼设备（第二卷）M.北京：冶金工业出版社，1993.3 蒋继波，王吉坤.红土镣矿湿法冶金工艺研究进展J.湿法冶金,2009，：3-11.
红土镍矿加压浸出釜的搅拌设计及选型
