難處理金礦或金精礦的不銹鋼反應(yīng)釜氧化工程首先要考慮生產(chǎn)安全。為了不銹鋼反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全性，必須了解不銹鋼反應(yīng)釜安全的危害因素，并制定防止事故發(fā)生的預(yù)防措施和避免發(fā)生事故的辦法。
反應(yīng)釜氧化系統(tǒng)的安全危害因素
反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全危害因素比較多，主要可分為反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故、反應(yīng)釜?dú)んw發(fā)生破裂、反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕、反應(yīng)釜?dú)んw磨損4個(gè)方面進(jìn)行討論。
反應(yīng)釜爆炸事故
反應(yīng)釜的爆炸事故國(guó)內(nèi)確有先例：某冶煉廠設(shè)計(jì)建造的反應(yīng)釜，在開始投料試車運(yùn)行期間發(fā)生了爆炸。反應(yīng)釜爆炸導(dǎo)致釜蓋飛起，沖破了車間天花板。所幸發(fā)生爆炸時(shí)正值用餐時(shí)間，車間內(nèi)外沒(méi)人，無(wú)人員受傷。反應(yīng)釜爆炸主要是由精礦中的浮選藥劑積累引起的。捕收劑和起泡劑等浮選藥劑大多為小分子有機(jī)化合物，在反應(yīng)釜中的強(qiáng)酸性溶液及加熱條件下，發(fā)生化學(xué)分解并蒸發(fā)進(jìn)入氣相，比如丁基黃藥在酸性介質(zhì)中可分解為丁烷基化合物(丁醇)和二硫化碳，這二者均易于蒸發(fā)并可燃。當(dāng)釜內(nèi)液面以上氣相中可燃?xì)怏w積累到爆炸濃度下限就會(huì)發(fā)生爆炸。
反應(yīng)釜?dú)んw發(fā)生破裂
一般來(lái)說(shuō)，難處理金礦熱壓氧化的溫度為180～ 225℃ ，釜內(nèi)總壓力為1．6～3．35 MPa，氧分壓為 0．5—1．5 MPa。因溫度遠(yuǎn)高于水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，加之釜內(nèi)礦漿量大，一旦發(fā)生釜壁的破裂，釜內(nèi)壓力使礦漿瞬間噴出裂口同時(shí)變?yōu)檎羝?，急速噴出并急劇膨脹的沖擊能量很大，產(chǎn)生巨大的破壞力，稱之為“物理爆炸”。加之礦漿溶液為熱酸性溶液，對(duì)廠房設(shè)備和人員的危害很嚴(yán)重，因此，反應(yīng)釜外殼發(fā)生破裂會(huì)導(dǎo)致重大事故，需要充分認(rèn)識(shí)其危害性。為防止發(fā)生反應(yīng)釜破裂事故，需要了解發(fā)生反應(yīng)釜破裂的規(guī)律和原因，才能制定防止發(fā)生事故的措施。反應(yīng)釜外殼發(fā)生破裂的因素有以下4個(gè)方面。
1)反應(yīng)釜外殼破裂與反應(yīng)釜制造材料的選擇有關(guān)。反應(yīng)釜外殼的破裂即為外殼材料斷裂破壞，根據(jù)斷裂的發(fā)生形式可分為延性斷裂、脆性斷裂、蠕變斷裂、疲勞斷裂等。
延性斷裂：對(duì)于常用來(lái)制造反應(yīng)釜的碳鋼和低合金鋼，延性斷裂首先發(fā)生在塑性變形嚴(yán)重的部位，故又稱“塑性斷裂”。延性斷裂的發(fā)生機(jī)理是由于材料承受過(guò)高應(yīng)力，很過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，以致產(chǎn)生塑性變形，在塑性變形嚴(yán)重處的脆性?shī)A雜物斷裂或與基體界面脫離形成空洞，空}同發(fā)展和集聚形成裂紋，較后導(dǎo)致斷裂破壞。反應(yīng)釜設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤、材料選擇不當(dāng)、操作應(yīng)用不當(dāng)?shù)瓤芍卵有詳嗔选?/p>
脆性斷裂：脆性斷裂是由于材料的低溫脆性和制造裂紋引起，多發(fā)生于水壓試驗(yàn)階段。材料的韌性不足、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)和制造缺陷等可致脆性斷裂。疲勞斷裂：材料在長(zhǎng)期交變負(fù)荷下，沒(méi)有明顯塑性變形而突然發(fā)生的斷裂。疲勞斷裂一般從應(yīng)力集中處開始。設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)原因的應(yīng)力集中和操作運(yùn)行條件不穩(wěn)定(溫度或壓力波動(dòng)大)、頻繁停機(jī)開機(jī)和頻繁加壓卸壓均為加大疲勞斷裂的不利因素。
蠕變斷裂：材料在高于一定的溫度下，受到小于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力作用，隨時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢產(chǎn)生塑性變形，并較后致斷裂破壞。產(chǎn)生蠕變的材料金相組織有明顯變化，如晶粒粗大、珠光體球化等，有時(shí)還出現(xiàn)晶界裂紋。碳鋼溫度很過(guò)300—350℃ ，低合金鋼溫度很過(guò)350～400℃就有可能發(fā)生蠕變斷裂。長(zhǎng)期的高溫運(yùn)行是導(dǎo)致蠕變斷裂的因素。
為了防止發(fā)生上述材料原因產(chǎn)生的斷裂，必須依據(jù)反應(yīng)釜的操作條件選擇適用的優(yōu)質(zhì)材料。
2)制造過(guò)程產(chǎn)生的微小裂隙導(dǎo)致破裂。主要有材料缺陷所產(chǎn)生的微小裂隙；簡(jiǎn)體鍛制產(chǎn)生微小裂隙；電焊條、焊劑和空氣中的水汽在電弧高溫作用下分解出氫氣，積聚于焊接焊口，可致焊口“氫裂”裂隙；筒體不圓度大，在釜內(nèi)壓力下筒體變形產(chǎn)生裂隙；簡(jiǎn)體表面有加工缺陷或厚度不均，局部厚度小處產(chǎn)生裂隙；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或制造原因產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中所致微小裂隙。
在生產(chǎn)應(yīng)用反應(yīng)釜的過(guò)程中，在釜內(nèi)壓力的作用下，微小裂隙逐漸擴(kuò)大，裂隙擴(kuò)大到一定程度使釜壁突然破裂造成事故。
3)操作不當(dāng)導(dǎo)致破裂。違規(guī)操作，溫度、壓力大幅很過(guò)安全規(guī)程可導(dǎo)致嚴(yán)重事故。
4)不及時(shí)維修或違規(guī)維修改造導(dǎo)致破裂。不及時(shí)維修或違規(guī)維修反應(yīng)釜安全附件和相關(guān)部件(包括壓力表、溫度傳感器、安全閥、排氣閥、氧氣壓力減壓閥)，以致不能正確檢測(cè)和控制。
反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕
腐蝕是危害反應(yīng)釜安全的重要因素。腐蝕可分為均勻腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、氫腐蝕等多種形式。
難處理金礦的反應(yīng)釜預(yù)處理，可采用強(qiáng)堿性介質(zhì)或強(qiáng)酸性介質(zhì)的氧化工藝。堿性介質(zhì)對(duì)釜壁的腐蝕作用相對(duì)較小，但是，堿濃度高于5％時(shí)，可發(fā)生反應(yīng)釜的“堿脆”破裂 j。酸性介質(zhì)的腐蝕作用強(qiáng)，但是不同酸成分腐蝕強(qiáng)度有差別：僅有硫酸的酸性溶液腐蝕性相對(duì)較小，加硝酸后溶液的腐蝕性有所強(qiáng)化，而加了NaC1的酸性溶液的腐蝕性尤其的強(qiáng)。因此，反應(yīng)釜的內(nèi)壁防腐是保證安全性的很其重要的措施。掛件試驗(yàn)結(jié)果表明，鈦材和聚四氟乙烯材料均可作為防腐材料。
反應(yīng)釜?dú)んw磨損
目前，國(guó)外用于難處理金礦預(yù)處理的反應(yīng)釜大多為臥式反應(yīng)釜，沿著長(zhǎng)度分隔為4～6室，每個(gè)室各有 1個(gè)攪拌葉輪。反應(yīng)釜工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的葉輪將礦漿攪起并流動(dòng)，礦漿沖擊反應(yīng)釜內(nèi)壁產(chǎn)生磨損作用，攪拌強(qiáng)度越大和礦粒越大，礦漿中顆粒的沖蝕磨損作用也越大。磨損一般分布不均，礦漿直接沖擊的部位磨損較大。
腐蝕和磨損的聯(lián)合作用將大幅加快釜內(nèi)壁的浸蝕破壞
防止反應(yīng)釜發(fā)生安全事故的預(yù)防措施
在熱壓氧化難浸金礦或金精礦的生產(chǎn)操作中，為了確保反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全性，應(yīng)采取科學(xué)嚴(yán)密的安全措施。
反應(yīng)釜爆炸事故的預(yù)防
用反應(yīng)釜進(jìn)行金精礦的氧化預(yù)處理時(shí)，可導(dǎo)致爆炸危害的主要因素為浮選藥劑。防止反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故的主要措施有如下3方面：
1)金精礦給入反應(yīng)釜之前預(yù)先脫藥，減少有機(jī)藥劑進(jìn)入反應(yīng)釜。
2)釜內(nèi)氣體節(jié)流排出，避免可燃?xì)怏w在釜內(nèi)積累。
3)采用二段氧化流程，氣體與礦漿逆流運(yùn)行。新鮮氧氣給予第二段反應(yīng)釜，將第二段反應(yīng)釜的排氣給到段反應(yīng)釜。這樣可保持第二段反應(yīng)釜的氧濃度，使碳質(zhì)充分氧化，并將第二段反應(yīng)釜中產(chǎn)生的 CO 傳給段反應(yīng)釜，降低段反應(yīng)釜?dú)怏w中氧濃度，降低發(fā)生爆炸事故的可能性。
反應(yīng)釜破裂事故的預(yù)防
難處理金礦或金精礦反應(yīng)釜預(yù)處理的操作溫度一般在180—225℃ ，此溫度與水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)相比較高，但是對(duì)于鋼材的力學(xué)強(qiáng)度影響很小。難處理金礦或金精礦反應(yīng)釜預(yù)處理的操作壓力一般在1．6—3．35 MPa，此壓力屬于中壓壓力容器的范圍內(nèi)偏小壓力。壓力容器按工作壓力劃分，壓力范圍在1．6～10 MPa 為中壓壓力容器 J。用于難處理金礦或金精礦熱壓氧化預(yù)處理的中壓反應(yīng)釜一般屬于二類壓力容器。防止發(fā)生反應(yīng)釜破裂事故的預(yù)防措施有以下幾方面：
1)反應(yīng)釜設(shè)計(jì)應(yīng)委托具有二類壓力容器設(shè)計(jì)資格的設(shè)計(jì)單位 J，該單位的設(shè)計(jì)資格應(yīng)符合《壓力容器設(shè)計(jì)單位資格管理和監(jiān)督規(guī)則》并已取得A1或 A2級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)證；反應(yīng)釜的制造亦應(yīng)委托具有二類壓力容器制造資格的廠家，該廠家制造資格應(yīng)符合《壓力容器制造單位資格認(rèn)可與管理規(guī)則》的規(guī)定，并已取得AR1或AR2級(jí)壓力容器制造許可證的廠家，要確保設(shè)計(jì)水平和制造水平。
2)把好反應(yīng)釜制造鋼材的進(jìn)料關(guān)，嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保材料無(wú)缺陷。
3)筒體和封頭鍛造過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)制造工藝條件，確保鍛造和熱處理過(guò)程不產(chǎn)生影響安全的微小裂隙，并在每道工序前后都按照工藝卡嚴(yán)格檢驗(yàn)。
4)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝和熱處理工藝，消除“氫裂”事故的發(fā)生，并在每道工序前后都按照工藝卡嚴(yán)格檢驗(yàn)。
5)反應(yīng)釜制造完成之后，嚴(yán)格檢驗(yàn)制造精度，確保制造精度合格，尤其是不圓度、壁厚均勻度不可很差。
6)反應(yīng)釜出廠之前必須進(jìn)行打壓試驗(yàn)，在打壓試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)再次進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)局部變形或整體變形，重點(diǎn)檢驗(yàn)焊接處和變形處附近有無(wú)微小裂紋。
7)反應(yīng)釜運(yùn)到應(yīng)用單位安裝完畢之后，在試車運(yùn)行之前再次進(jìn)行打壓試驗(yàn)和加溫試驗(yàn)，并再次進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)加溫加壓下局部變形或整體變形，重點(diǎn)檢驗(yàn)焊接處和變形處附近有無(wú)微小裂紋。
8)反應(yīng)釜應(yīng)配備完善的安全附件和計(jì)算機(jī)檢控系統(tǒng)。
9)反應(yīng)釜使用單位應(yīng)建立科學(xué)的安全管理制度和生產(chǎn)操作規(guī)程，并嚴(yán)格管理、嚴(yán)格執(zhí)行，建立反應(yīng)釜技術(shù)檔案，詳細(xì)記錄及存檔反應(yīng)釜的制造、安裝、定期檢驗(yàn)、使用操作、維修等資料。
10)反應(yīng)釜使用單位應(yīng)配備和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行生產(chǎn)和安全管理，這些技術(shù)人員應(yīng)具備壓力容器專業(yè)知識(shí)，了解壓力容器有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。
11)反應(yīng)釜，L產(chǎn)操作人員必須經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)和考核，持證上崗，乍產(chǎn)操作必須嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，不可很溫、很壓操作。
12)反應(yīng)釜生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中必須進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，使反應(yīng)釜、安全附件和檢控系統(tǒng)(包括壓力表、溫度傳感器、安全閥、排氣閥、氧氣壓力調(diào)整系統(tǒng)等)保持完好狀態(tài)，但是不得擅自提高操作壓力或溫度，不得擅自修改或改造反應(yīng)釜及其安全附件。
13)反應(yīng)釜使用過(guò)程中按照GB 5044-1999《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》定期進(jìn)行檢驗(yàn)(如有了新版本的規(guī)程應(yīng)執(zhí)行新版本規(guī)程)。
反應(yīng)釜?dú)んw防腐防磨
目前，應(yīng)用于酸性熱壓氧化的臥式反應(yīng)釜大多采用2層內(nèi)襯防腐防磨：反應(yīng)釜鋼殼內(nèi)鋪設(shè)一層防腐層 (鉛板或有機(jī)膜)；然后砌筑耐酸磚層。耐酸磚層起著3重作用：①支撐防腐層(鉛板或有機(jī)膜)；②防止磨損防腐層；③隔熱保溫。耐酸磚層的缺點(diǎn)：① 由于耐酸磚砌筑于鉛板或有機(jī)膜之上，耐酸磚層穩(wěn)固性差，易于發(fā)生脫落或倒塌事故；② 耐酸磚層厚度達(dá) 230 mm，致使反應(yīng)釜鋼殼的直徑增加460 mm以上，鋼殼厚度也相應(yīng)增加(約5 mm)，鋼殼的質(zhì)量增加 (約14 t)，造價(jià)增加(約10％)；③耐酸磚的質(zhì)量達(dá) 300～400 t，不僅大幅增加設(shè)備質(zhì)量，而且大幅增加了反應(yīng)釜造價(jià)。
采用鈦材作為反應(yīng)釜防腐內(nèi)襯具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)鈦材的防腐性非常優(yōu)良，遠(yuǎn)比鉛板、不銹鋼強(qiáng)。鈦材可承受含有硫酸、硝酸、氯化物和硫酸鐵的稀溶液(前三者各自濃度不大于4％ ，硫酸鐵濃度不大于20％)加熱至220 oC，并給人氧氣(氧分壓不大于2 MPa)反應(yīng)的長(zhǎng)期防腐考驗(yàn)。而鉛板只能用于應(yīng)溶液只含有硫酸和硫酸鹽的反應(yīng)釜防腐。
2)鈦材為密度較小(4．5 g／cm )且強(qiáng)度較大的金屬材料，作為反應(yīng)釜內(nèi)襯材料，具備較大的強(qiáng)度和剛度，可承受釜內(nèi)壓力不變形保持內(nèi)襯形狀，因此鈦材防腐層內(nèi)鋪設(shè)的耐酸磚較穩(wěn)固，而且可在鈦板上設(shè)置固定耐酸磚的構(gòu)件來(lái)增加耐酸磚的安裝穩(wěn)固性，防止脫落或倒塌。而鉛板或有機(jī)膜材質(zhì)軟弱、強(qiáng)度低，鋪設(shè)的內(nèi)襯需要鋼殼和耐酸磚來(lái)支撐，而且因釜內(nèi)壓力和耐酸磚的重力下易于變形壓扁，以致耐酸磚脫落或倒塌。
3)鈦材具有較大硬度和耐磨性，反應(yīng)釜內(nèi)可不設(shè)耐酸磚防磨損，可設(shè)置防磨構(gòu)件來(lái)防磨損。這樣一來(lái)，反應(yīng)釜鋼殼直徑可減小約450 mm，不僅減小鋼殼造價(jià)，而且可免去鋪設(shè)耐酸磚的高昂費(fèi)用。
保持反應(yīng)釜熱平衡
熱平衡是反應(yīng)釜安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要因素：當(dāng)反應(yīng)熱過(guò)大時(shí)，釜內(nèi)溫度將上升，如控制不當(dāng)可發(fā)生很溫事故；當(dāng)反應(yīng)熱過(guò)小時(shí)，釜內(nèi)溫度將下降，精礦的氧化浸出指標(biāo)也將下降。
為了保持反應(yīng)釜反應(yīng)的熱平衡，需要在設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理上均要采取如下措施：
1)生產(chǎn)管理上要采取配礦制度，保持金精礦氧化發(fā)熱量較穩(wěn)定。
2)每班測(cè)定金精礦的發(fā)熱量，為反應(yīng)釜的生產(chǎn)操作提供依據(jù)。
3)反應(yīng)釜設(shè)計(jì)及制造時(shí)，反應(yīng)釜中設(shè)置冷卻／加溫管。冷卻／加溫管的設(shè)計(jì)要充分考慮局部過(guò)熱和冷熱不均而致熱膨脹應(yīng)力的影響。
結(jié)語(yǔ)
反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全危害因素主要有反應(yīng)釜爆炸、殼體破裂、殼體腐蝕和殼體磨損。反應(yīng)釜應(yīng)用操作中應(yīng)充分認(rèn)識(shí)反應(yīng)釜安全的危害因素，制定科學(xué)嚴(yán)密的反應(yīng)釜操作規(guī)程和安全管理制度，并嚴(yán)格執(zhí)行嚴(yán)格管理，以確保生產(chǎn)安全。
