氰化浸出工艺中浸出槽串浆管径的选择

胡绪刚，张广彬，胡洪涛，苑仁财

1烟台东方冶金设计研究院有限公司 山东烟台 264006

2山东合信安全技术服务有限公司 山东烟台 264001

3烟台市百恒金矿有限公司 山东烟台 264100

氰 化浸出提取金银是目前国内外处理金银矿物的常用方法。氰化法提金工艺成熟，技术经济指标较理想。浸出槽是氰化浸出工艺中浸出反应的主要设备，但对浸出槽串浆管径的研究却很少。笔者就串浆管径的选择进行分析，以供氰化厂设计浸出槽时作参考。

1 浸出槽串浆管径的计算

1.1 影响因素

计算串浆管径时，需要考虑以下 3 个方面的因素：

(1)总水头，促使流动发生的动力；

(2)管道阻力损失，包括沿程阻力损失和局部阻力损失；

(3)管道中的矿浆充满度。

1.2 具体分析

1.2.1 总水头和管道阻力

相邻 2 个浸出槽的布置如图 1 所示。矿浆从外部进入上游槽(1 号槽)内，经过搅拌和氰化反应后从串浆管道进入下游槽(2 号槽)，如此依次向下流动，直到浸出结束，矿浆从最后一个槽内排出。该流动过程为典型的自由流动，且主要作用力为重力。

图1 浸出槽布置示意

在设计和生产中，相邻两浸出槽的高差一般为0.3～0.5 m，H=Z1-Z2，并且H是促使流动发生的总水头。

矿浆在串浆管内的阻力损失为沿程阻力损失和局部阻力损失之和，局部阻力损失包括进出口阻力损失和弯头阻力损失。串浆管长度由具体工程确定，一般长几米至十几米，且管道出口在液面以下，属于淹没出流。

通过以上分析，以地面为基准面，列浸出槽自由面①和②伯努利方程得

式中：H为相邻两浸出槽的高差，m；λ为管道综合泥浆阻力系数；L为串浆管长度，m；d为串浆管内径，m；ξe为管道入口阻力系数，ξe=0.5；ξo为管道出口阻力系数，ξo=1；ξb为管道弯头阻力系数，ξb=0.3；v为串浆管内矿浆流速，m/s；g为重力加速度，g=9.8 m/s2。

孙东坡等人[1]对钢制管道输送现场观测及分析指出：钢制管道输送砂浆 (质量分数为 35%～57%；流量为 537～812 m3/h) 在正常工作条件下，管道综合泥浆阻力系数λ一般为 0.015～0.035。在总水头一定的情况下，如果沿程损失增大，那么其他各水头之和就会减小。根据式 (1)，λ在 0.015～0.035 之间由小到大取值时，v的大小也在变化，但变化趋势与λ相反，v是由大变小。若流量一定时，v变小了，需要增大过流面积，相应的管径也变大。可见λ取值大时，管径也是一个相应的最大值。因此，λ值取上限，即λ=0.035。

1.2.2 管道中矿浆充满度

假如矿浆满管流动，由连续性方程得

式中：Q为浸出系统矿浆流量，m3/s；A为串浆管截面积，m2。

浸出槽的结构决定串浆管入口矿浆的淹没深度，约 0.2 m。管道内有可能产生夹气漩涡，对串浆管道的过流量产生影响[2-4]，用矿浆充满度η来衡量这种影响。

由式 (2) 得

充满度的精确计算非常困难，通过查阅资料[5]得知，在自流状态下，矿浆质量分数与管道内矿浆的深径比如表1 所列，通过这种关系计算充满度η。

表1 矿浆质量分数与自流管深径比的关系

由表1 可以计算出矿浆质量分数与η的关系，如表2 所列。

表2 矿浆质量分数与自流管矿浆充满度的关系

将式(1)和式(4)合并得

代入已确定的数值并化简得

式(6)中g取 9.8 m/s2，H、η、Q和L可由具体工程进行确定，即可解出d(d＞0)。将d圆整至大一级管径值，即为最终的串浆管直径。

2 应用举例

(1)某处理量为 1 000 t/d 金矿氰化炭浆厂，浸出槽规格为 SJ7.0×7.5，相邻两浸出槽的高差是 0.5 m，最长的一根串浆管长度为 8.1 m，浸出质量分数为40%。

由式(6)可得d≈0.195 m，圆整至大一级管径为0.203 m。因此，该厂浸出槽串浆管选用φ203 的管道合适。

(2)某处理量为 1 500 t/d 炭浆厂，浸出槽规格为SJ8.0×8.5，相邻两浸出槽的高差是 0.5 m，最长的一根串浆管长度为 9.8 m，浸出质量分数为 40%，计算流量时考虑了 20% 的波动系数。

由式(6)可得d≈0.259 m，圆整至大一级管径为0.273 m。因此，该厂浸出槽串浆管选用φ273 的管道合适。

3 结论

(1)影响λ的因素很多，包括管道参数、矿浆参数及环境参数，特别是在管道未定的情况下，更是无从计算。将λ取上限值 0.035，此时管道计算结果偏于安全。

(2)如果串浆管有多个长度值，应选取最大值。局部阻力只考虑了进出口及 2 个 40°弯头，若有其他局部阻力应统一考虑。L为管道实际长度而不是当量长度。