某黃金氰化液體硫酸鈉冷凍結(jié)晶實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用

李光勝，鄧洪瑞，卞小冬，朱金超

（山東黃金冶煉有限公司，山東 萊州 261441）

根據(jù)原液體系相數(shù)據(jù)和Na2SO4結(jié)晶特性，將原料液冷凍結(jié)晶至小于0℃，得到芒硝結(jié)晶產(chǎn)品。

由于氰化系統(tǒng)含氰廢水“零排放”，在生產(chǎn)過程中，不斷加入氰化鈉、氫氧化鈉、硫酸，使得硫酸根[1，2]以及鈉離子一直在系統(tǒng)中富集。冬季溫度較低時(shí)，氰化系統(tǒng)中富集的硫酸根離子及鈉離子以硫酸鈉的形式析出，硫酸根濃度經(jīng)常達(dá)到55g/L以上，硫酸根濃度的持續(xù)增加，進(jìn)一步“惡化”冬季氰化系統(tǒng)的生產(chǎn)，引起設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)結(jié)晶，從而導(dǎo)致冬季生產(chǎn)不能穩(wěn)定運(yùn)行，因此通過冷凍結(jié)晶把流程中硫酸鈉排出對(duì)氰化生產(chǎn)指標(biāo)的穩(wěn)定有重要意義。

1 硫酸鈉冷凍結(jié)晶實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行半工業(yè)實(shí)驗(yàn)，考察冷凍結(jié)晶系統(tǒng)對(duì)貧液降溫后，結(jié)晶的析出量及硫酸根濃度的變化；根據(jù)冷凍結(jié)晶系統(tǒng)運(yùn)行情況，降溫過程中有無(wú)管路堵塞問題；對(duì)冷凍后貧液中析出的結(jié)晶進(jìn)行化驗(yàn)分析，為后續(xù)結(jié)晶的處理做準(zhǔn)備。

2 冷凍結(jié)晶實(shí)驗(yàn)方案

本次實(shí)驗(yàn)采用低品位貧液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品取自低品位1#柜出口貧液管路。

在實(shí)驗(yàn)前，先用貧液灌滿分離室、換熱器及循環(huán)泵、管路，灌滿液體后，開啟循環(huán)泵，使液體在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)。

開啟冷凍機(jī)組，冷凍機(jī)組內(nèi)的冷凍液通過壓縮機(jī)進(jìn)行降溫，降溫后的冷凍液通過泵在冷凍機(jī)組及換熱器之間循環(huán)，從而在換熱器內(nèi)與貧液進(jìn)行接觸從而降低貧液溫度。

當(dāng)貧液溫度降低至10℃左右時(shí)，觀察循環(huán)泵的電流有所降低，通過出料口放料觀察發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出結(jié)晶。此時(shí)開啟離心機(jī)，對(duì)分離室底部的晶漿進(jìn)行脫水，離心后產(chǎn)生十水硫酸鈉[3]及母液，母液外排。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的溫度降低至0℃時(shí)，開始進(jìn)料，進(jìn)料流量為150L/h～200L/h，由于進(jìn)料量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于循環(huán)量，故進(jìn)料過程中，分離室內(nèi)的溫度一直維持在0℃，進(jìn)料過程中，連續(xù)對(duì)分離室晶漿進(jìn)行固液分離，以維持分離室內(nèi)的固含量，排出母液，保證分離室內(nèi)液位平衡。開始進(jìn)料后，每隔1h對(duì)原液及母液取樣化驗(yàn)硫酸根，考察硫酸根的變化情況。對(duì)離心后產(chǎn)生的十水硫酸鈉化驗(yàn)金、銀、銅、鉛、游離氰、總氰。

3 冷凍結(jié)晶實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施及使用步驟

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施

實(shí)驗(yàn)過程中采用的冷凍結(jié)晶系統(tǒng)，主要有冷凍機(jī)組、循環(huán)泵、換熱器、離心機(jī)等組成，具體設(shè)備明細(xì)，見表1，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置照片，見圖1。

表1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備設(shè)施明細(xì)表

圖1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用步驟

（1）檢查入料閥門、稠厚器閥門等是否處于正確的位置，流量計(jì)、溫度計(jì)的顯示是否正常，攪拌的旋轉(zhuǎn)方向是否符合要求，制冷機(jī)設(shè)定初始溫度是否與貧液溫度一致。

（2）開啟循環(huán)水泵和涼水塔風(fēng)機(jī)；待運(yùn)行穩(wěn)定后開啟進(jìn)料閥門，調(diào)節(jié)進(jìn)料流量。

（3）待結(jié)晶器頂端有溢流產(chǎn)生后依次開啟結(jié)晶循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵和制冷機(jī)，并關(guān)閉進(jìn)料閥。

（4）每間隔約0.5h將制冷機(jī)設(shè)定溫度下降2℃。

（5）待冷凍循環(huán)水出水口溫度降到0℃以下，結(jié)晶器溫度降至2℃以下，再次開啟入料閥門注入貧液。

（6）開啟結(jié)晶器出料泵，調(diào)節(jié)出料泵流量，待貧液沒過稠厚器攪拌葉輪時(shí)開啟稠厚器攪拌機(jī)。

（7）待稠厚器出現(xiàn)溢流后開啟母液泵和離心機(jī)，稠厚器開始向離心機(jī)注料，產(chǎn)出結(jié)晶。

4 冷凍結(jié)晶實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

4.1 貧液硫酸根去除情況

實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行兩組，第一組將分離室內(nèi)的貧液降溫至0℃后，取母液1，繼續(xù)維持分離室內(nèi)的溫度為0℃0.5h后，取母液2，化驗(yàn)硫酸根含量，第一組實(shí)驗(yàn)液體化驗(yàn)結(jié)果，見表2。

表2 第一組實(shí)驗(yàn)液體化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

從上表可以看出，將貧液冷凍至0度后，排出的母液中硫酸根含量能夠降低至20g/l以下，與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果吻合。

第二組實(shí)驗(yàn)將分離室內(nèi)的貧液溫度降低至0度后，取樣，編號(hào)為母液1，此時(shí)開始進(jìn)料，進(jìn)料量為100l/h，進(jìn)料1小時(shí)后，取樣編號(hào)為母液2，將進(jìn)料量調(diào)整為200l/h，1h后，取樣，編號(hào)為母液3，繼續(xù)按照200l/h的進(jìn)料量進(jìn)料1h，取樣，編號(hào)為母液4。在進(jìn)料過程中，由于產(chǎn)生的結(jié)晶量較多，離心機(jī)連續(xù)離心，進(jìn)料過程中分離室內(nèi)的溫度一直維持在0度。第二組實(shí)驗(yàn)液體化驗(yàn)結(jié)果，見表3。

表3 第二組實(shí)驗(yàn)液體化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

從上表可以看出，經(jīng)過冷凍結(jié)晶后，母液的硫酸根含量能穩(wěn)定維持在20g/l以下。本次實(shí)驗(yàn)共處理貧液1.7m3，產(chǎn)出十水硫酸鈉235kg，將十水硫酸鈉烘干后，重量減少59.56%，故產(chǎn)生硫酸鈉95.03kg。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，硫酸根含量降低38.63g/l，處理貧液1.7m3，則可產(chǎn)出硫酸鈉1.7*142/96*38.63=97.13kg。通過硫酸根降低計(jì)算出的硫酸鈉產(chǎn)出量與實(shí)際的硫酸鈉產(chǎn)出量基本吻合。

4.2 結(jié)晶中金銀損失情況

對(duì)貧液冷凍后產(chǎn)生的結(jié)晶進(jìn)行化驗(yàn)，硫酸鈉結(jié)晶化驗(yàn)結(jié)果，見表4。

表4 硫酸鈉結(jié)晶化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

從上表可以看出，結(jié)晶中金、銀含量較低，故通過冷凍結(jié)晶系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)晶后，金、銀損失量較低。

結(jié)晶中含游離氰及總氰，故產(chǎn)生的硫酸鈉不能做為產(chǎn)品，還需后續(xù)進(jìn)行處理。從化驗(yàn)結(jié)果可以看出，產(chǎn)生1t十水硫酸鈉，含游離氰200g左右，產(chǎn)生1000t十水硫酸鈉，損失游離氰根200kg左右，損失量較小。

5 冷凍結(jié)晶工藝運(yùn)行特點(diǎn)及選型

5.1 冷凍結(jié)晶工藝運(yùn)行特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，結(jié)晶器內(nèi)物料溫度及其它相關(guān)參數(shù)維持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，結(jié)晶器通過外置冷卻器形式將溶液顯熱及結(jié)晶熱移出體系。通過特定的工藝手段有效避免高溫溶液快速降溫導(dǎo)致爆發(fā)成核而影響產(chǎn)品粒度情況的發(fā)生。

（2）結(jié)晶器無(wú)需配備攪拌，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠多組外冷器相互獨(dú)立并可隨時(shí)開停，停車檢修清理方便。

（3）通過增加管道泵減小循環(huán)水和溶液的溫度差，避免了外冷器結(jié)疤堵管事故的發(fā)生。

（4）該物料的冷卻結(jié)晶具有共性，又具有其特殊性，在工藝設(shè)計(jì)方面做了多方面的考慮，具體表現(xiàn)為：

①結(jié)晶管路設(shè)計(jì)盡量考慮了采用直管道，減少?gòu)濐^；②溶液含有氯離子,選擇設(shè)備時(shí)考慮了耐腐蝕材料；③結(jié)晶管路設(shè)計(jì)上采用了大曲率半徑彎頭；④合理布置設(shè)備，盡量縮短了帶晶物料管道；⑤對(duì)含固流體的管道流速設(shè)計(jì)上采用了適宜的流速；⑥對(duì)泵的選型適合帶結(jié)晶物料。

5.2 冷凍結(jié)晶設(shè)備選型

本工藝采用單級(jí)冷凍結(jié)晶，結(jié)晶是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程，是獲得高純度固體物質(zhì)的基本操作。本方案中溶液成分主要為十水合硫酸鈉，由于冷卻結(jié)晶過程中，溫度降低使溶液變成過飽和溶液從而析出晶體，但結(jié)晶過程中如果溫差過大，會(huì)導(dǎo)致外冷器晶體掛壁，影響傳熱效果。故本裝置有管道泵強(qiáng)制循環(huán)以減少換熱器管內(nèi)外溫差。

5.3 冷凍結(jié)晶工藝選型

原料先進(jìn)入到預(yù)冷器中將物料冷卻從10℃冷卻至6℃～8℃，冷卻后的原料再進(jìn)入到結(jié)晶器中，原料經(jīng)過冷卻結(jié)晶后，經(jīng)出料泵輸送至離心機(jī)進(jìn)行離心，得到產(chǎn)品。預(yù)熱器的冷流體測(cè)及熱流體測(cè)均增設(shè)軸流泵，以加強(qiáng)換熱的殼程和管程的內(nèi)部溫度場(chǎng)的均勻分布一級(jí)增加換熱器的傳熱效果。結(jié)晶器的外冷器冷流體測(cè)和熱流體測(cè)均增設(shè)軸流泵，以加強(qiáng)換熱的殼程和管程的內(nèi)部溫度場(chǎng)的均勻分布一級(jí)增加換熱器的傳熱效果。

預(yù)熱器和結(jié)晶器的外冷器設(shè)置在自動(dòng)清洗裝置，總動(dòng)清洗采用蒸汽直接通入到系統(tǒng)中與溶液直接換熱換熱，自動(dòng)清洗裝置每天自動(dòng)打開2h～4h。

6 結(jié)語(yǔ)

貧液經(jīng)過冷凍結(jié)晶系統(tǒng)后，排出母液硫酸根含量能穩(wěn)定維持在20g/L以下，有效降低了貧液中硫酸根含量。結(jié)晶中金、銀含量較低，故通過冷凍結(jié)晶系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)晶后，金、銀損失量較低。實(shí)驗(yàn)過程中冷凍結(jié)晶系統(tǒng)未發(fā)生管路堵塞問題。貧液經(jīng)過冷凍結(jié)晶系統(tǒng)，可以有效排出氰化生產(chǎn)流程中硫酸鈉，對(duì)氰化冬季生產(chǎn)指標(biāo)的穩(wěn)定有重要意義，具有重要推廣價(jià)值。