高銅礦濕法冶金全流程過程檢測分析

楊全濤，曹海宙，萬 孟

（浙江遂昌匯金有色金屬有限公司，浙江 麗水 323300）

目前資源緊張已經(jīng)成為困擾世界各國的難題，嚴(yán)重阻礙著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其中礦產(chǎn)資源屬于重要的戰(zhàn)略物資，占據(jù)關(guān)鍵地位。一方面，工業(yè)化進(jìn)程的加快將礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用推向了一個(gè)全新的高度，隨之而來的就是高品位礦石儲藏量的減少，黃金是最典型的代表，金價(jià)一路攀上就是最直接的體現(xiàn)；另一方面，低品位礦石像銅礦等開發(fā)利用程度較低，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

1 濕法冶金全過程檢測的綜合概述

1.1 濕法冶金的先進(jìn)性以及發(fā)展現(xiàn)狀

濕法冶金工藝是一種新興的技術(shù)，流程相對比較復(fù)雜，和傳統(tǒng)冶煉手段相比優(yōu)勢明顯，因此推廣以來深受業(yè)界的追捧，應(yīng)用較為廣泛。濕法冶金主要借助的是液態(tài)溶劑實(shí)現(xiàn)對黃金的提取，液態(tài)溶劑可以分為兩種，一種是無機(jī)水溶劑；還有另一種是有機(jī)溶劑。主要原理是通過礦石浸出、礦石分離以及金屬提取等步驟，將需要的金屬分離出來，并在此基礎(chǔ)上再經(jīng)過打磨、脫水調(diào)漿以及壓濾洗滌等眾多環(huán)節(jié)，達(dá)到冶金的目的。從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，濕法冶金技術(shù)即使面對較為復(fù)雜的礦石或者是低品位礦石都可以輕松處理，將其中有用的物質(zhì)提取出來，從而提高礦藏的利用率。與此同時(shí)，濕法冶金還是一種比較環(huán)保的冶金工藝，除了高利用率之外，在環(huán)境保護(hù)方面作用比較明顯，基于這樣的情況，近年來，濕法冶金得到了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，并取得了大規(guī)模的推廣。其實(shí)在國外，濕法冶金技術(shù)相對比較成熟，許多低品位礦石得到了很好的利用，但是在中國濕法冶金還處于發(fā)展階段，還存在很大的進(jìn)步空間。目前在國內(nèi)的濕法冶金還無法像國外一樣，借助優(yōu)化控制來全面控制資源消耗，隨著礦物資源尤其是黃金需求量的不斷攀升，單純憑借改進(jìn)工藝是無法達(dá)到增強(qiáng)濕法冶金經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)要求的?；谶@樣的現(xiàn)狀，在可持續(xù)發(fā)展方針的指引下，為了可以有效發(fā)揮低品位礦物資源的巨大價(jià)值，掌握濕法冶金的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制已經(jīng)成為目前最需解決的首要問題。

1.2 濕法冶金全過程檢測的必要性

濕法冶金在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，會伴隨大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)都可以統(tǒng)一歸屬于運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，主要包括溫度、pH 值等一些運(yùn)行參數(shù)，為了可以確保濕法冶金的實(shí)際應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制，首先需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的收集，并在此基礎(chǔ)上充分利用數(shù)據(jù)信息，最終達(dá)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)全過程監(jiān)測的主要目的。通過全過程檢測可以不斷優(yōu)化冶金工藝流程，并為相關(guān)決策提供可靠依據(jù)，從而提升濕法冶金的技術(shù)水平，為智能化運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

2 濕法冶金全流程檢測的內(nèi)容

濕法冶金工藝相對比較復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容比較多，工藝全流程主要包括了磨礦、浮選、置換、洗滌等典型工藝。在選礦階段，要結(jié)合實(shí)際的黃金品位高低，將礦石分為不同的等級，等級劃分是按照硫成分的具體含量來作為標(biāo)準(zhǔn)的，分別是低、高硫礦以及本文重點(diǎn)介紹的高銅礦。根據(jù)礦石的天然成分，將其按照不同的流程進(jìn)行處理，針對低硫礦要通過碳吸附氰化的方法，而高硫礦則要經(jīng)過置換流程，高銅礦作為三者中品位相對較高的礦石，要經(jīng)過高品位氰化浸出，這里值得注意的是，高銅礦想要達(dá)到理想的處理效果，需要經(jīng)過兩次浸出和洗滌，才可以將成分完全過濾干凈。本文將以高銅礦為例，重點(diǎn)介紹冶金全流程的檢測手段，因?yàn)楦咩~礦與其他兩種礦石相比，產(chǎn)金量是最多的，是一條非常重要的生產(chǎn)線。

2.1 浸出工藝流程

浸出是濕法冶金比較重要的一個(gè)步驟，主要借助溶液來完成有價(jià)金屬的提取，使其從固體物料中分離出來，這樣的過程就是浸出工藝的具體流程。在此過程中經(jīng)常伴隨化學(xué)反應(yīng)，因此浸出工藝也被看作是基本單元操作。濕法冶金主要是通過氰化浸出的原理，先將粒度和溶液進(jìn)行充分混合，將其調(diào)配成礦漿，在此環(huán)節(jié)中一定要注意礦漿的濃度，最好以25%～30%為宜。當(dāng)?shù)V漿調(diào)配好之后，需要向其中添加一定比例的氰化鈉，在此基礎(chǔ)上充入空氣，讓添加劑和金屬充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終可以得到金氰離子。在浸出階段，氰化鈉是重要介質(zhì)，是氰化浸出金之所以會實(shí)現(xiàn)的重要反應(yīng)試劑，因此在氰化鈉的選擇上一定要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，并且注重氰化鈉的使用量，確保反應(yīng)可以足夠充分[1]。而在整個(gè)過程中，空氣的補(bǔ)充也是十分關(guān)鍵的，其主要作用是 為了提供攪拌動(dòng)力以及確保氧化還原電位充足，通過這樣的方法，來加快反應(yīng)速度，推進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。除此之外，在浸出階段為了有效避免氰化鈉產(chǎn)生水解現(xiàn)象，進(jìn)而釋放出大量的氰化氫，這種氣體是含有極大毒素的，如果不能進(jìn)行有效控制，將會危及人身安全，所以在實(shí)際的操作過程，一定要加強(qiáng)這方面的保護(hù)，參照以往的經(jīng)驗(yàn)，通過加入石灰漿，可以將礦漿pH 值控制在11左右，從而避免有害氣體的生成。金氰化浸出反應(yīng)式，可以用以下形式表示：

金礦中銅成分極易和氰化物發(fā)生反應(yīng)得到銅氰絡(luò)合物，這樣會在一定程度上增加氰化物的過分消耗。另外，最終生成的銅氰絡(luò)合物會阻礙溶解速度，影響降低浸出率。為了有效解決這一問題，前文已經(jīng)提到高銅礦需要進(jìn)行兩次浸出操作，以此來達(dá)到可以最大程度實(shí)現(xiàn)金回收的目的。在濕法冶金的全流程中，兩次浸出分別匹配四個(gè)浸出槽，在擺放上要呈現(xiàn)由高至低的順序，這樣擺放可以讓礦漿按照由高至低的順序自然溢流[2]。在實(shí)際的浸出過程中，需要將氰化鈉分別加入浸出槽中，并通入空氣。

2.2 壓濾洗滌工藝

壓濾洗滌也是濕法冶金的關(guān)鍵步驟和重要環(huán)節(jié)，在具體的操作階段，氰化浸出作業(yè)要完成兩次浸出程序，才能夠最大程度實(shí)現(xiàn)金回收。其中一浸作業(yè)后，為了可以將得到的金氰離子第一時(shí)間分離出去，避免金氰離子的堆積，需要借助壓濾機(jī)來實(shí)現(xiàn)，將浸出作業(yè)完成后的礦漿，通過壓濾機(jī)完成貴液和礦漿的全部分離，這個(gè)過程叫做一洗。當(dāng)一洗作業(yè)結(jié)束后，濾餅由渣漿泵抽入再次攪拌溶金，當(dāng)?shù)诙谓鲎鳂I(yè)完成后，將浸出礦漿重新抽入壓濾機(jī)（和第一臺壓濾機(jī)要合理區(qū)分開）完成二次分離。這里要特別強(qiáng)調(diào)，一洗作業(yè)和二洗作業(yè)得到的貴液就可以作為黃金的主要提取原液，被送去置換提金，除了一部分貴液之外，還會有一些礦渣存在，這些礦渣不易發(fā)生溶解，可以將其送到金屬分離環(huán)節(jié)繼續(xù)加工[3]。就目前的情況來看，立式壓濾機(jī)在濕法冶金中比較常見，在全流程管理中要確保壓濾機(jī)的性能和運(yùn)行狀態(tài)，定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，雖然立式壓濾機(jī)處理量小，但是在洗滌效率方面表現(xiàn)比較優(yōu)越，其中機(jī)型19 使用較多，效果也比較理想。

2.3 置換過程工藝

置換過程是濕法冶金的最后一道工序，通常在氰化法提金完成后，就要考慮選擇合適的金回收方法，目前金回收的方法比較多，例如：電解法以及吸附法等，本文將重點(diǎn)討論鋅粉置換還原技術(shù)。鋅粉置換的方法是建立在鋅絲置換沉積的理論基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展起來的，在濕法冶金中占據(jù)重要地位，是比較重要的提金手段。鋅粉置換沉淀技術(shù)主要是依靠電化學(xué)反應(yīng)，將含金氰化液中加入適量的鋅粉，其化學(xué)反應(yīng)式如下。

關(guān)于鋅粉置換也是由多種工藝組成，包括凈化、脫氧等，以及最后的鋅粉置換。在實(shí)際工作中需要嚴(yán)格遵循具體的工藝流程，掌握每道工序的關(guān)鍵步驟和相關(guān)操作規(guī)程，每道工序都是必不可少的，例如：貴液凈化。凈化的主要目的是為了確保沉降率，通過礦漿浸出以及壓濾洗滌作業(yè)后，在最終得到的貴液中依然會存在少量礦泥，這種懸浮顆粒會污染鋅粉，加快鋅粉消耗，從而使沉淀率大幅度下降。而通過凈化可以將貴液中難以分解的顆粒物澄清掉，可以從源頭避免大量顆粒物進(jìn)入置換環(huán)節(jié)，防止其對置換效果產(chǎn)生影響，最終損害金泥品質(zhì)[4]。在實(shí)際的冶金制作中，懸浮物越少，則代表冶金效果越理想。

3 具體檢測方法的應(yīng)用

隨著金礦資源的日益緊缺，黃金需求量的逐年增加，濕法冶金技術(shù)得到了長足的發(fā)展，與之相關(guān)的研究越來越多。但是因?yàn)闈穹ㄒ苯鹣鄬Ρ容^復(fù)雜，想要達(dá)到理想的冶金效果需要一定的技術(shù)支持，并且嚴(yán)格控制工藝流程，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確無誤，才能實(shí)現(xiàn)高品位金的回收。并且濕法冶金涉及到的設(shè)備類型眾多，在整個(gè)操作流程存在諸多變量，并且變量間強(qiáng)耦合關(guān)系復(fù)雜，很多特性會因?yàn)樯a(chǎn)條件的改變而發(fā)生本質(zhì)性的變化。與此同時(shí)，極易受到原料以及工況等因素的影響，不確定因素普遍存在，機(jī)理模型很難建立。針對這樣的情況，PCA 方法得到了廣泛的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高全流程檢測水平。

3.1 PCA方法的原理

PCA 方法是一種比較先進(jìn)的建模方法，在建立模型時(shí)，不需要借助過程機(jī)理知識，單純依靠工況歷史數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)冶金過程的全方位檢測。在實(shí)際的應(yīng)用中，要深入挖掘生產(chǎn)過程中的有用信息，并進(jìn)行科學(xué)有效分析和充分利用，將信息的最大價(jià)值體現(xiàn)出來。與此同時(shí)，采用PCA 建模的方法還可以在一定程度上剔除冗余信息，數(shù)據(jù)維數(shù)也因此可以得到有效的控制，并且將運(yùn)行狀態(tài)直接呈現(xiàn)出來，顯示在監(jiān)測圖中，這樣就可以一目了然掌握濕法冶金的全流程，并對每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量控制與檢測，由于PCA 方法的便捷性與可靠性，近幾年越來越得到大家的青睞，在多個(gè)生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出色。

PCA 方法的主要實(shí)現(xiàn)過程如下：二維數(shù)據(jù)矩陣X 作為主成分分析的針對對象，經(jīng)過分析，矩陣X 可以被分解為多個(gè)不同的子空間。

3.2 PCA方法遵循的原則

濕法冶金在整個(gè)實(shí)施過程中存在多個(gè)關(guān)聯(lián)子過程，并且這些子過程都是相互依存的，想要實(shí)現(xiàn)全流程檢測不僅要控制整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，其中的各子過程也要加強(qiáng)管理，并且以此作為基本前提，通過科學(xué)有效的計(jì)算，找到各子過程存在的內(nèi)在聯(lián)系以及子過程和整體運(yùn)行狀態(tài)的聯(lián)系，梳理出關(guān)系網(wǎng)。借助關(guān)系網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)濕法冶金的動(dòng)態(tài)管理以及全流程監(jiān)測。不但如此，還可以借助內(nèi)在關(guān)系為故障診斷提供依據(jù)，時(shí)刻保持冶金工藝的最佳狀態(tài)，確保冶金的效率和質(zhì)量，同時(shí)為各子過程的全力配合和協(xié)調(diào)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在整個(gè)系統(tǒng)中，主成分個(gè)數(shù)至關(guān)重要，直接決定了監(jiān)測性能。因此主成分個(gè)數(shù)的確定必須要秉持一定的原則，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)一般都會存在一定的噪聲，將這些噪聲去除掉就意味著不僅對噪聲進(jìn)行了有效過濾，還可以控制數(shù)據(jù)空間維數(shù)，以此來提高建模的精準(zhǔn)性。如果在這個(gè)階段選用的主成分在數(shù)量上過少就有可能引發(fā)過程數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失情況，導(dǎo)致模型誤差變大；如果個(gè)數(shù)過多那么其中難免會夾雜數(shù)據(jù)噪聲，從而增加診斷的復(fù)雜性。

4 結(jié)論

綜上所述，濕法冶金因?yàn)槠滹@著的優(yōu)勢，目前被廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)冶金技術(shù)相比，具有高效和環(huán)保的特征，深受大家的追捧。但是因?yàn)楦咩~礦采用濕法冶金，其工藝流程比較復(fù)雜，為了保證冶金的實(shí)際效果，實(shí)現(xiàn)全流程檢測是十分必要的。