銅萃取過程中三相絮凝物的生成與處理

鄭明臻， 王瑞梅

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

銅萃取過程中三相絮凝物的生成與處理

鄭明臻， 王瑞梅

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

介紹銅萃取過程中三相絮凝物的生成原因及處理方法，列舉了五個典型的絮凝物災(zāi)難性例子，重點介紹了利用臥式沉降離心機離心法分離絮凝物的試驗過程。

萃?。?三相絮凝物； 離心機分離

銅萃取過程中的三相絮凝物是一種由固體、有機相和水相組成的混合物,外形似豆腐腦，隨著量的增加而凝聚成大塊，懸浮在萃取箱澄清室的兩相界面間。

生成三相絮凝物的主要原因是：浸出液中含有懸浮物(微泥、MnO2、硅膠、腐植酸….)及萃取劑被氧化降解。

萃取過程中生成三相絮凝物不可避免，只是量的多少而已，只要定時清除處理，不會影響萃取作業(yè)的進行。但當三相絮凝物大量積累而不及時清除時，則會阻礙萃取分相、降低凈銅傳遞量、影響銅質(zhì)量、增加有機相消耗、嚴重時會影響萃取作業(yè)的正常進行,甚至帶來災(zāi)難性后果。

1 三相絮凝物影響萃取作業(yè)的典型例子

1.1 因腐植酸生成絮凝物

德興銅礦堆浸廠投產(chǎn)初期，萃取箱的浸出液通量120 m3/h(設(shè)計312 m3/h),開始三個月內(nèi)絮凝物很少，之后稍有增加，但到了四個月后絮凝物急劇增加，在浸出液進入的萃取箱E1級澄清室(16 m×12 m)相界面形成密實的厚約10～12 cm的絮凝物隔離層，嚴重影響分相，需每日從E1澄清室抽出絮凝物10～12 m3才能維持作業(yè)。

為了加大浸出液通量，在操作上把E1級有機相連續(xù)改為水相連續(xù)，使絮凝物變得松散，并大部分跟隨有機相進入12 m×10 m的有機循環(huán)槽再澄清，用泵從槽底抽出絮凝物。此方法使萃取能力逐步上升到312 m3/h浸出液量，但絮凝物也隨之增加并穩(wěn)定在每日抽取15 m3左右，持續(xù)約一年時間后絮凝物量開始下降，抽取絮凝物頻率由每日延至每周再延至每月抽取一次，又持續(xù)半年后絮凝量趨于正常，每年抽取3～4次。

當絮凝物量急劇增加階段，現(xiàn)場相關(guān)人員曾努力尋找原因，但限于知識面窄、無經(jīng)驗等，未有答案，直至后期絮凝物較快減少至完全正常，才比較一致的認為是大量樹葉在堆底腐爛形成的腐植酸所致(堆場的茂密樹林與植被沒有清除)。這種腐植酸呈淺綠色、無定形、很稀散、懸浮在浸出液中。

1.2 因二氧化錳生成絮凝物

隨著錳被氧化，有機相的凈銅傳遞量減少，浸出液進入的萃取箱E1級澄清室絮凝物大增而分相困難，如不及時抽出，萃取很難進行。為此，采用化學沉淀法除掉浸出液中的大部分Mn2+后，萃取作業(yè)才轉(zhuǎn)入正常。

1.3 因可溶硅生成絮凝物

營口某廠從國外進口的氧化銅礦雜料中含可溶硅較高，設(shè)計工藝流程為：礦漿攪拌浸出并快速脫硅—過濾后液—萃取—反萃液生產(chǎn)硫酸銅。原本生產(chǎn)正常，但為加大產(chǎn)量，操作者自行取消了快速脫硅作業(yè)過程并加大絮凝劑用量，不幾日萃取分相開始減慢至完全不分相。原因分析：認為絮凝劑是可與溶解的二氧化硅結(jié)合，形成含硅的長鏈膠態(tài)聚合物而影響分相?；謴?fù)快速脫硅作業(yè)后，萃取逐漸轉(zhuǎn)入正常。

1.4 因萃取劑被降解生成絮凝物

浙江某企業(yè),從銅鈷礦浸出液中萃取—電積銅，在一次向電貧液中補加硫酸時忘關(guān)閥門，電貧液中(尤其槽底)的硫酸濃度遠遠超出200 g/L，高酸、高溫(向電貧液中加硫酸時的放熱)下的電貧液進入反萃箱，萃取劑中的部分C9醛肟被硝化生成硝化醛肟或被水解生成醛，形成大小、形態(tài)不一的黑色瀝青狀產(chǎn)物，在跟隨料液前移的過程中，大部分瀝青狀產(chǎn)物粘掛在反萃箱的柵板、有機堰壁及水堰板上，小部分進到電積槽粘掛在陰、陽極板上。被迫采取了停產(chǎn)，將瀝青狀產(chǎn)物清除、恢復(fù)反萃液酸濃度、補加萃取劑后，生產(chǎn)得以正常進行。

某國企在非洲剛果建有一廠，原料為非洲銅鈷礦，設(shè)計工藝流程：礦漿攪拌浸出—過濾—浸出液萃取—電積銅—萃余液氧化中和除鐵—中和沉鈷。原本生產(chǎn)正常，但為了利用浸出液中的余熱，把流程改為浸出液先氧化中和除鐵，后萃取銅，由于浸出液中殘余的氯酸鈉氧化劑與萃取劑發(fā)生反應(yīng)(肟類銅萃取劑抗氧化性差)，萃取劑被氧化降解生成絮凝物，很短時間內(nèi)，萃取箱澄清室內(nèi)絮凝物多到不能分相，有機相的凈銅傳遞量也大大降低，導致生產(chǎn)癱瘓，最終只能把有機相全部清除，改換新的有機相，恢復(fù)先萃銅后除鐵工藝，才使生產(chǎn)恢復(fù)正常。

2 三相絮凝物的處理方法

2.1 攪拌法

攪拌法是由美國Magma銅業(yè)公司San Manuel分公司和智利Codelco公司Chuquicamata分公司發(fā)展起來的，資料報導見上世紀九十年代，基本的技術(shù)要點是：①以有機相作連續(xù)相進行混合，②高效率的攪拌，③加入適量活性粘土用以除去有機相中的極性化合物。工藝操作過程：在一個攪拌槽內(nèi)，加入干凈的有機相(負載有機相更好)蓋過攪拌葉輪，開啟攪拌，加入三相絮凝物，之后按2 kg/m3絮凝物量加入活性粘土，繼續(xù)攪拌4 h以上，靜置澄清4～6 h。固體渣泥沉于槽底，水相在槽中間，有機相在上面，通過槽底排放管，依次放出固體渣泥棄之，水相返回E1澄清室，有機相返回有機循環(huán)槽。

攪拌法工藝可行、投資省，適用于三相絮凝物穩(wěn)定而量又不多的中小型銅萃取廠。德興銅礦堆浸廠的設(shè)計中采用了此法，在投產(chǎn)初期半年間及投產(chǎn)2年后至今，應(yīng)用得很成功。

2.2 離心法

上世紀90年代，國外多家銅萃取工廠采用蝶式離心分離機分離三相絮凝物，可以直接產(chǎn)出有機油相、水相和渣泥固相，這對于從三相絮凝物中回收大部分有機相是十分有效的。然而，因蝶式離心機價格昂貴，維修頻繁、維護費用高昂而沒能推廣。

德興銅礦堆浸廠在投產(chǎn)半年后的一年半時間內(nèi)，因前述腐植酸原因，生成大量三相絮凝物期間，需每天一班六人，在沉降7～10天后的三相絮凝物中加入活性粘土，用手工攪拌處理，勞動強度大、耗費粘土多。在此情況下，相關(guān)人員還是想到采用離心法分離。不過想采用的不是三相蝶式離心分離機，而是兩相臥式螺旋沉降離心機。設(shè)計院與堆浸廠的相關(guān)人員，對此展開了試驗研究。

2.2.1 小試

把三相絮凝物裝入試管，在臺式離心機上高速旋轉(zhuǎn)分離后，三相絮凝物被分離成水相、渣泥固相和油相，其體積約各占三分之一，水相在試管底部，固相在中部，油相在上部。

據(jù)此，通過離心(機)力可達到分離三相絮凝物的目的。

2.2.2 擴試

1998年11月運輸1.2 m3澄清濃縮后的三相絮凝物到上海離心機研究所，選用該所LW220x660型號的兩相臥式螺旋沉降離心機做試驗，試驗兩次，從機內(nèi)放出的渣泥固相約50%體積，有機相和水相共約50%體積。試驗基本可行，但因加料通量偏大而離心停留時間短，渣泥固相沒有壓實到最密實，從機內(nèi)放出的水、渣泥、有機三相，需用澄清槽再沉降分離。

2.2.3 工業(yè)試驗

2000年，恩菲在為福建紫金山金銅礦設(shè)計500 t/a陰極銅的堆浸-萃取-電積試驗廠時，選用了一臺LW220x660型號的兩相臥式螺旋沉降離心機，用于三相絮凝物分離?，F(xiàn)場開車兩次，每次處理澄清2 h后的三相絮凝物1 m3,從機內(nèi)放出的渣泥固相約44%體積，油相和水相共約56%體積,比在“上離所”的試驗稍好，但還是因加料通量偏大而離心停留時間短，渣泥固相沒有壓實到最密實。從機內(nèi)放出的水、渣泥、有機三相，仍需用澄清槽再沉降分離。

為了給金堆浸讓場地，銅堆浸-萃取-電積試驗廠只生產(chǎn)了四年被停產(chǎn)拆除，其間離心機分離三相絮凝物的情況未再跟蹤。

2.2.4 工業(yè)應(yīng)用

2006年，恩菲為國內(nèi)某廠設(shè)計銅萃取時，甲方進口一臺污泥脫水沉降離心機，用于處理三相絮凝物。該機的規(guī)格和結(jié)構(gòu)尺寸與“上海離研所”的LW220x930型號相近似。產(chǎn)品說明的應(yīng)用介紹可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和城市污水處理廠；工作原理介紹可分離發(fā)生在水平圓柱體轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，……由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使固體污泥沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上。

處理三相絮凝物不同于處理工業(yè)廢水和城市污水，三相絮凝物在離心過程中，渣泥固相懸浮在水相和油相之間。因為有機相密度<渣泥固相密度<水相密度，只要離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁有水，渣泥固相就不可能貼到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上去。為此，在生產(chǎn)應(yīng)用初期，先在三相絮凝物中加入適量活性粘土并攪拌后再離心分離，使渣泥固相密度>水相密度，達到了用臥式離心機分離三相絮凝物的目的：不加活性粘土，直接離心分離產(chǎn)出干泥。

臥式沉降離心機的轉(zhuǎn)鼓是個圓柱錐型，分離作用主要在圓柱段內(nèi)，三相絮凝物送入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓后，隨著轉(zhuǎn)鼓內(nèi)同心裝配的螺旋差速轉(zhuǎn)動，夾在水相和油相中間的渣泥固相，被推向圓錐段后，固相貼到了錐壁，并被繼續(xù)推向錐的小端，直至從圓錐端口排出；而油相和水相反其道從轉(zhuǎn)鼓的大端流出(圖1示)。

圖1 臥式沉降離心機

離心機的自控系統(tǒng)能根據(jù)螺旋的扭矩，自動調(diào)節(jié)螺旋的差速，適應(yīng)不同絮凝物濃度的固相負載、流量等進料情況的變化，保證排出渣泥的最佳含固量。

3 結(jié)語

原本用于固液兩相分離的臥式沉降離心機，經(jīng)過多年試驗、摸索，現(xiàn)已成功應(yīng)用于國內(nèi)外銅萃取過程中的三相絮凝物分離，過程簡便，效率高。

同類型的國產(chǎn)臥式沉降離心機，已在國內(nèi)外銅萃取項目中應(yīng)用或已訂貨。

Formationandtreatmentofcrudincopperextractionprocess

ZHENG Ming-zhen, WANG Rui-mei

The formation reasons and treatment method of crud in the copper extraction process were introduced. It was listed 5 typical examples about crud, incluced serious incident. The test process of separating crud with horizontal centrifugation was mainly introduced.

extraction; crud; separation of centrifuge

鄭明臻(1980—)，碩士，工程師,參與了多項銅、鎳、鈷、鋅、銦萃取設(shè)計。

TF811

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