難處理金礦或金精礦的不銹鋼反應釜氧化工程首先要考慮生產安全。為了不銹鋼反應釜應用操作的安全性，必須了解不銹鋼反應釜安全的危害因素，并制定防止事故發(fā)生的預防措施和避免發(fā)生事故的辦法。
反應釜氧化系統(tǒng)的安全危害因素
反應釜應用操作的安全危害因素比較多，主要可分為反應釜發(fā)生爆炸事故、反應釜殼體發(fā)生破裂、反應釜殼體腐蝕、反應釜殼體磨損4個方面進行討論。
反應釜爆炸事故
反應釜的爆炸事故國內確有先例：某冶煉廠設計建造的反應釜，在開始投料試車運行期間發(fā)生了爆炸。反應釜爆炸導致釜蓋飛起，沖破了車間天花板。所幸發(fā)生爆炸時正值用餐時間，車間內外沒人，無人員受傷。反應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化合物，在反應釜中的強酸性溶液及加熱條件下，發(fā)生化學分解并蒸發(fā)進入氣相，比如丁基黃藥在酸性介質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。當釜內液面以上氣相中可燃氣體積累到爆炸濃度下限就會發(fā)生爆炸。
反應釜殼體發(fā)生破裂
一般來說，難處理金礦熱壓氧化的溫度為180～ 225℃ ，釜內總壓力為1．6～3．35 MPa，氧分壓為 0．5—1．5 MPa。因溫度遠高于水的標準沸點，加之釜內礦漿量大，一旦發(fā)生釜壁的破裂，釜內壓力使礦漿瞬間噴出裂口同時變?yōu)檎羝?，急速噴出并急劇膨脹的沖擊能量很大，產生巨大的破壞力，稱之為“物理爆炸”。加之礦漿溶液為熱酸性溶液，對廠房設備和人員的危害很嚴重，因此，反應釜外殼發(fā)生破裂會導致重大事故，需要充分認識其危害性。為防止發(fā)生反應釜破裂事故，需要了解發(fā)生反應釜破裂的規(guī)律和原因，才能制定防止發(fā)生事故的措施。反應釜外殼發(fā)生破裂的因素有以下4個方面。
1)反應釜外殼破裂與反應釜制造材料的選擇有關。反應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：對于常用來制造反應釜的碳鋼和低合金鋼，延性斷裂首先發(fā)生在塑性變形嚴重的部位，故又稱“塑性斷裂”。延性斷裂的發(fā)生機理是由于材料承受過高應力，很過材料的屈服強度，以致產生塑性變形，在塑性變形嚴重處的脆性夾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，較后導致斷裂破壞。反應釜設計計算錯誤、材料選擇不當、操作應用不當?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)生于水壓試驗階段。材料的韌性不足、結構設計不當和制造缺陷等可致脆性斷裂。疲勞斷裂：材料在長期交變負荷下，沒有明顯塑性變形而突然發(fā)生的斷裂。疲勞斷裂一般從應力集中處開始。設計或結構原因的應力集中和操作運行條件不穩(wěn)定(溫度或壓力波動大)、頻繁停機開機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，受到小于屈服強度的應力作用，隨時間的延長緩慢產生塑性變形，并較后致斷裂破壞。產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，有時還出現(xiàn)晶界裂紋。碳鋼溫度很過300—350℃ ，低合金鋼溫度很過350～400℃就有可能發(fā)生蠕變斷裂。長期的高溫運行是導致蠕變斷裂的因素。
為了防止發(fā)生上述材料原因產生的斷裂，必須依據(jù)反應釜的操作條件選擇適用的優(yōu)質材料。
2)制造過程產生的微小裂隙導致破裂。主要有材料缺陷所產生的微小裂隙；簡體鍛制產生微小裂隙；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，在釜內壓力下筒體變形產生裂隙；簡體表面有加工缺陷或厚度不均，局部厚度小處產生裂隙；結構設計或制造原因產生的局部應力集中所致微小裂隙。
在生產應用反應釜的過程中，在釜內壓力的作用下，微小裂隙逐漸擴大，裂隙擴大到一定程度使釜壁突然破裂造成事故。
3)操作不當導致破裂。違規(guī)操作，溫度、壓力大幅很過安全規(guī)程可導致嚴重事故。
4)不及時維修或違規(guī)維修改造導致破裂。不及時維修或違規(guī)維修反應釜安全附件和相關部件(包括壓力表、溫度傳感器、安全閥、排氣閥、氧氣壓力減壓閥)，以致不能正確檢測和控制。
反應釜殼體腐蝕
腐蝕是危害反應釜安全的重要因素。腐蝕可分為均勻腐蝕、局部腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、氫腐蝕等多種形式。
難處理金礦的反應釜預處理，可采用強堿性介質或強酸性介質的氧化工藝。堿性介質對釜壁的腐蝕作用相對較小，但是，堿濃度高于5％時，可發(fā)生反應釜的“堿脆”破裂 j。酸性介質的腐蝕作用強，但是不同酸成分腐蝕強度有差別：僅有硫酸的酸性溶液腐蝕性相對較小，加硝酸后溶液的腐蝕性有所強化，而加了NaC1的酸性溶液的腐蝕性尤其的強。因此，反應釜的內壁防腐是保證安全性的很其重要的措施。掛件試驗結果表明，鈦材和聚四氟乙烯材料均可作為防腐材料。
反應釜殼體磨損
目前，國外用于難處理金礦預處理的反應釜大多為臥式反應釜，沿著長度分隔為4～6室，每個室各有 1個攪拌葉輪。反應釜工作時，旋轉的葉輪將礦漿攪起并流動，礦漿沖擊反應釜內壁產生磨損作用，攪拌強度越大和礦粒越大，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壁的浸蝕破壞
防止反應釜發(fā)生安全事故的預防措施
在熱壓氧化難浸金礦或金精礦的生產操作中，為了確保反應釜應用操作的安全性，應采取科學嚴密的安全措施。
反應釜爆炸事故的預防
用反應釜進行金精礦的氧化預處理時，可導致爆炸危害的主要因素為浮選藥劑。防止反應釜發(fā)生爆炸事故的主要措施有如下3方面：
1)金精礦給入反應釜之前預先脫藥，減少有機藥劑進入反應釜。
2)釜內氣體節(jié)流排出，避免可燃氣體在釜內積累。
3)采用二段氧化流程，氣體與礦漿逆流運行。新鮮氧氣給予第二段反應釜，將第二段反應釜的排氣給到段反應釜。這樣可保持第二段反應釜的氧濃度，使碳質充分氧化，并將第二段反應釜中產生的 CO 傳給段反應釜，降低段反應釜氣體中氧濃度，降低發(fā)生爆炸事故的可能性。
反應釜破裂事故的預防
難處理金礦或金精礦反應釜預處理的操作溫度一般在180—225℃ ，此溫度與水的標準沸點相比較高，但是對于鋼材的力學強度影響很小。難處理金礦或金精礦反應釜預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處理的中壓反應釜一般屬于二類壓力容器。防止發(fā)生反應釜破裂事故的預防措施有以下幾方面：
1)反應釜設計應委托具有二類壓力容器設計資格的設計單位 J，該單位的設計資格應符合《壓力容器設計單位資格管理和監(jiān)督規(guī)則》并已取得A1或 A2級壓力容器設計證；反應釜的制造亦應委托具有二類壓力容器制造資格的廠家，該廠家制造資格應符合《壓力容器制造單位資格認可與管理規(guī)則》的規(guī)定，并已取得AR1或AR2級壓力容器制造許可證的廠家，要確保設計水平和制造水平。
2)把好反應釜制造鋼材的進料關，嚴格檢驗，確保材料無缺陷。
3)筒體和封頭鍛造過程嚴格執(zhí)行設計制造工藝條件，確保鍛造和熱處理過程不產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格檢驗。
4)嚴格執(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格檢驗。
5)反應釜制造完成之后，嚴格檢驗制造精度，確保制造精度合格，尤其是不圓度、壁厚均勻度不可很差。
6)反應釜出廠之前必須進行打壓試驗，在打壓試驗過程中應再次進行檢驗，檢測局部變形或整體變形，重點檢驗焊接處和變形處附近有無微小裂紋。
7)反應釜運到應用單位安裝完畢之后，在試車運行之前再次進行打壓試驗和加溫試驗，并再次進行檢驗，檢測加溫加壓下局部變形或整體變形，重點檢驗焊接處和變形處附近有無微小裂紋。
8)反應釜應配備完善的安全附件和計算機檢控系統(tǒng)。
9)反應釜使用單位應建立科學的安全管理制度和生產操作規(guī)程，并嚴格管理、嚴格執(zhí)行，建立反應釜技術檔案，詳細記錄及存檔反應釜的制造、安裝、定期檢驗、使用操作、維修等資料。
10)反應釜使用單位應配備和培養(yǎng)專業(yè)技術人員進行生產和安全管理，這些技術人員應具備壓力容器專業(yè)知識，了解壓力容器有關法規(guī)和標準。
11)反應釜，L產操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓和考核，持證上崗，乍產操作必須嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，不可很溫、很壓操作。
12)反應釜生產應用過程中必須進行定期檢查和維護，使反應釜、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釜及其安全附件。
13)反應釜使用過程中按照GB 5044-1999《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》定期進行檢驗(如有了新版本的規(guī)程應執(zhí)行新版本規(guī)程)。
反應釜殼體防腐防磨
目前，應用于酸性熱壓氧化的臥式反應釜大多采用2層內襯防腐防磨：反應釜鋼殼內鋪設一層防腐層 (鉛板或有機膜)；然后砌筑耐酸磚層。耐酸磚層起著3重作用：①支撐防腐層(鉛板或有機膜)；②防止磨損防腐層；③隔熱保溫。耐酸磚層的缺點：① 由于耐酸磚砌筑于鉛板或有機膜之上，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 230 mm，致使反應釜鋼殼的直徑增加460 mm以上，鋼殼厚度也相應增加(約5 mm)，鋼殼的質量增加 (約14 t)，造價增加(約10％)；③耐酸磚的質量達 300～400 t，不僅大幅增加設備質量，而且大幅增加了反應釜造價。
采用鈦材作為反應釜防腐內襯具有如下優(yōu)點：
1)鈦材的防腐性非常優(yōu)良，遠比鉛板、不銹鋼強。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)反應的長期防腐考驗。而鉛板只能用于應溶液只含有硫酸和硫酸鹽的反應釜防腐。
2)鈦材為密度較小(4．5 g／cm )且強度較大的金屬材料，作為反應釜內襯材料，具備較大的強度和剛度，可承受釜內壓力不變形保持內襯形狀，因此鈦材防腐層內鋪設的耐酸磚較穩(wěn)固，而且可在鈦板上設置固定耐酸磚的構件來增加耐酸磚的安裝穩(wěn)固性，防止脫落或倒塌。而鉛板或有機膜材質軟弱、強度低，鋪設的內襯需要鋼殼和耐酸磚來支撐，而且因釜內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，反應釜內可不設耐酸磚防磨損，可設置防磨構件來防磨損。這樣一來，反應釜鋼殼直徑可減小約450 mm，不僅減小鋼殼造價，而且可免去鋪設耐酸磚的高昂費用。
保持反應釜熱平衡
熱平衡是反應釜安全平穩(wěn)運行的重要因素：當反應熱過大時，釜內溫度將上升，如控制不當可發(fā)生很溫事故；當反應熱過小時，釜內溫度將下降，精礦的氧化浸出指標也將下降。
為了保持反應釜反應的熱平衡，需要在設備設計和生產管理上均要采取如下措施：
1)生產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)每班測定金精礦的發(fā)熱量，為反應釜的生產操作提供依據(jù)。
3)反應釜設計及制造時，反應釜中設置冷卻／加溫管。冷卻／加溫管的設計要充分考慮局部過熱和冷熱不均而致熱膨脹應力的影響。
結語
反應釜應用操作的安全危害因素主要有反應釜爆炸、殼體破裂、殼體腐蝕和殼體磨損。反應釜應用操作中應充分認識反應釜安全的危害因素，制定科學嚴密的反應釜操作規(guī)程和安全管理制度，并嚴格執(zhí)行嚴格管理，以確保生產安全。
