淺談臥螺沉降離心機(jī)在銅萃取三相污物處理中的應(yīng)用

劉雪飛

（中國(guó)黃金集團(tuán)剛果（布）黑角索瑞米股份有限公司，湖北 黃石 435100）

剛果（布）黑角索瑞米股份有限公司是集采、選、冶一體的現(xiàn)代化礦山，年產(chǎn)電積銅2 萬噸，公司位于剛果（布）布恩扎?。˙ouenz）姆富瓦提鎮(zhèn)（M'fouati），于2016 年10 月建成投產(chǎn)。項(xiàng)目資源由兩個(gè)礦區(qū)組成：博科松湖礦區(qū)（簡(jiǎn)稱BK 礦區(qū)），主要是孔雀石形式的氧化銅礦；雅閣庫班澤多金屬礦區(qū)（簡(jiǎn)稱YK 礦區(qū)），主要是鉛鋅銅多金屬氧化礦，礦石均在地層淺表泥化嚴(yán)重并含有大量的有機(jī)物。項(xiàng)目采用碎磨-硫酸攪浸-CCD 洗滌-萃取-電積回收金屬銅工藝，在酸浸和洗滌固液分離過程中會(huì)產(chǎn)生部分固體懸浮物伴隨料液進(jìn)入澄清池，即使采用料液精濾，還是會(huì)有部分固體懸浮物進(jìn)入萃取系統(tǒng)形成三相污物，如不及時(shí)清除，會(huì)嚴(yán)重破壞萃取系統(tǒng)，最終導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停運(yùn)，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。但清除后的三相污物沒有科學(xué)有效的處理辦法不但會(huì)污染環(huán)境，而且會(huì)造成萃取劑和溶劑油的浪費(fèi)使生產(chǎn)成本增加。原設(shè)計(jì)是采用傳統(tǒng)的固- 液二相離臥式離心機(jī)，使用后發(fā)現(xiàn)該設(shè)備根本不能有效地處理三相污物，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)堆積大量的三相污物。后期我們采用福樂偉固- 液- 液三相臥螺沉降離心機(jī)，成功地實(shí)現(xiàn)了萃取劑和溶劑油的回收以及水相的循環(huán)利用和固渣排放，同時(shí)，也降低了萃取劑和溶劑油的消耗。

1 三相污物

1.1 組成及成因

三相污物主要成分是浸出液中懸浮的細(xì)微顆粒、溶解的鹽類、含硅物（膠狀二氧化硅）、空氣中的灰塵以及細(xì)小的昆蟲尸體和不潔凈的溶劑油。浸出時(shí)石英、黏土類礦物及一些未分解的礦石細(xì)顆粒會(huì)殘留在浸出液中進(jìn)入萃取系統(tǒng)，這些固體細(xì)粒具有特定的潤(rùn)濕性，易在界面強(qiáng)烈吸附，被有機(jī)相絮凝后在界面乳化物中聚集成懸浮狀的乳劑，銅電貧液中有高價(jià)錳也會(huì)造成萃取劑降解,這部分固體懸浮物、降解的萃取劑、溶劑油以及掉入的昆蟲尸體和水混合形成三相污物。一般情況下，三相污物含5%～15%固相，40%水相，40%有機(jī)物，還有5%～10%的第四相，第四相主要成分是非常細(xì)微的顆粒，包裹了有機(jī)降解物的顆粒，含硅物(膠狀二氧化硅)，還有細(xì)小的昆蟲，均在萃取箱澄清室內(nèi)的有機(jī)相和水相之間。將三相污物進(jìn)行烘干制樣送檢分析，從分析結(jié)果看，固相污物主要成分是二氧化硅，其次是鐵、錳、鋁等。

1.2 存在影響

（1）三相會(huì)占用澄清室體積，造成澄清效率低，分相困難，降低萃取效率；（2）夾帶至電解液中造成電解液被污染、出現(xiàn)燒板或影響產(chǎn)品質(zhì)量；（3）增加萃取各段的夾帶、加快有機(jī)相流失，增加材料消耗；（4）打撈過程中對(duì)澄清室的擾動(dòng)嚴(yán)重影響澄清效果，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工人勞動(dòng)量增大，人力成本投入增加。

1.3 打撈后不處理的危害

（1）如果三相不能及時(shí)處理長(zhǎng)時(shí)間存放會(huì)導(dǎo)致里面萃取劑降解失效造成經(jīng)濟(jì)損失；（2）污物里面含有溶劑油，如長(zhǎng)期不處理在太陽下暴曬易揮發(fā)容易發(fā)生火災(zāi)；（3）影響現(xiàn)場(chǎng)管理，如果泄露會(huì)造成環(huán)境污染。

2 三相污物的處理方法

2.1 傳統(tǒng)的處理辦法

傳統(tǒng)工藝中，主要使用板框壓濾機(jī)，但隨著生產(chǎn)中萃取劑污物的第四相的增加，第四相物質(zhì)（有黏度的細(xì)小顆粒）很容易把濾布堵住。效率會(huì)越來越低，經(jīng)常需要更換濾布。污物除渣后回到萃取系統(tǒng)中，隨時(shí)間變化第四相浮渣越積越多，會(huì)產(chǎn)生如下的問題：（1）影響萃取劑循環(huán)中pH 值的波動(dòng)；（2）降低萃取的效率；（3）引起冶煉中陽極的燒壞；（4）造成有機(jī)物的損失；（5）甚至影響銅板的質(zhì)量。

2.2 主流的處理方法

目前，國(guó)際上濕法銅項(xiàng)目處理三相污物主要采用固-液-液三相臥螺沉降離心機(jī)，成功的案例非常多，而且都是超大型濕法銅項(xiàng)目，該離心機(jī)在石油開采行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)等也有相關(guān)應(yīng)用。我們項(xiàng)目的固-液-液臥螺沉降式離心機(jī)于2019 年10 月正式投運(yùn)。

2.3 臥螺沉降式離心機(jī)主要工藝參數(shù)

型號(hào)：Z3E-4/441SP3.09；處理量：3 ～4m3/h；溫度≤40℃；H2SO4≈（max.180g/L）；氯離子≤0.2g/l；

H2SO4≤180g/l；有機(jī)物：50 ～70%v/v SG ＜0.85；水溶液：25 ～40%v/v SG ＞1.11；懸浮顆粒：＜10%v/vSG ＞2.6；有機(jī)相回收＞97%～98%；水中的有機(jī)物≤3%v/v。

2.4 臥螺沉降式離心機(jī)工作原理

水平圓柱/圓錐式離心分離機(jī)可以使兩種不同比重的液體和一種更高比重的三相混合液連續(xù)分離，重相液體通過在柱段端部的可調(diào)葉輪壓力排除，輕相液體通過柱段段端部的配液盤重力流出，被脫水的固體被輸送至轉(zhuǎn)鼓的錐型端在那里由離心力排除。在運(yùn)行過程中，可變?nèi)~輪可以精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)調(diào)整液面深度和液液分離區(qū)。

2.5 臥螺沉降式離心機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）對(duì)物料的適用性較大，能分離的固相粒度范圍廣0.005 ～2mm，固相粒度不均勻時(shí)也能正常分離；

（2）可以一次性連續(xù)分離有機(jī)相、水相和固相，不但簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，確保原料最短時(shí)間內(nèi)得到最佳分離，更好地保證分離效果和料液的品質(zhì)，非常好地回收有機(jī)相和水相，而且顯著地減少設(shè)備的投資。

（3）單機(jī)生產(chǎn)能力大結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)DCS 控制、能自動(dòng)連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）葉片采用堆焊碳化鎢合金，噴焊碳化鎢硬質(zhì)合金，粘接陶瓷片耐磨性能好維修周期長(zhǎng)。

2.6 三相污物處理后的效果

（1）實(shí)踐證明，三相臥螺沉降離心機(jī)固渣干度能達(dá)到75%以上（大約含15%～25%液體），有機(jī)相能保證含固量低于0.3%，有機(jī)相能保證含水量低于1%，水和第四相雜質(zhì)中含有機(jī)物低于1%～3%，這樣能得到非常純凈的有機(jī)物。對(duì)后續(xù)萃取工藝有保證，不會(huì)降低萃取效率。

（2）通過實(shí)踐證明黏土能凈化有機(jī)相中的雜質(zhì)，然后，使用離心機(jī)能成功分離出純凈的有機(jī)相，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)相活化再生。

2.7 臥螺沉降式離心機(jī)注意事項(xiàng)

（1）開機(jī)要緩慢,防止受熱不勻；（2）嚴(yán)格按規(guī)定的開機(jī)和停機(jī)清洗程序操作；（3）隨時(shí)注意機(jī)器的振動(dòng)和噪音，及時(shí)排除，不能帶病工作；（4）長(zhǎng)期停用時(shí)，必須每半個(gè)月盤車一次。

3 經(jīng)濟(jì)分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)的萃取污物處理設(shè)備會(huì)導(dǎo)致大量有機(jī)物的損失產(chǎn)生較高的運(yùn)行成本，濕法銅冶煉工藝每生產(chǎn)1 噸電積銅就要消耗2 ～3kg 的萃取劑。使用福樂偉（Flottweg）三相臥螺沉降離心機(jī)可產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)電積銅2 萬噸，可控單耗萃取劑2.5kg/t.Cu，溶劑油單耗15kg/t.Cu，如果不處理三相會(huì)消耗萃取劑0.6kg/t.Cu，溶劑油3kg/t.Cu。按公司年產(chǎn)銅2 萬噸計(jì)算可節(jié)約萃取劑11.8t，溶劑油60t。萃取劑按8.0 萬/t 計(jì)可年節(jié)約94.4 萬人民幣，溶劑油按1.0 萬/t 計(jì)可年節(jié)約60 萬人民幣，2 ～3 年內(nèi)可以收回投入成本。

3.2 環(huán)境效益

大量的三相污物被科學(xué)有效地處理后，有機(jī)相返回萃取系統(tǒng)再次利用，水相和第四相被返回CCD 洗滌系統(tǒng)循環(huán)在利用，固渣經(jīng)綜合處理后直接排放至尾礦庫，也可以直接烘干后尾礦干堆，避免焚燒和填埋對(duì)環(huán)境造的破壞，避免了溶劑油揮發(fā)引發(fā)火災(zāi)的隱患，安全環(huán)保效益顯著。

3.3 運(yùn)行成本低

（1）日常的維護(hù)中需要每12 小時(shí)自動(dòng)定量加注一次專用潤(rùn)滑油脂，每6 個(gè)月更換一次專用齒輪油，年維護(hù)費(fèi)用約1.2 萬元。離心機(jī)正常運(yùn)行20000 小時(shí)后需做一次專業(yè)維修，主要是更換軸承和密封，維修費(fèi)用在2 ～3 萬元。

（2）福樂偉（Flottweg）三相臥螺沉降離心機(jī)整機(jī)控制自動(dòng)化程度較高，DCS 集中控制全過程人機(jī)對(duì)話，遠(yuǎn)程一鍵啟動(dòng)后自動(dòng)運(yùn)行，多路保護(hù)功能確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，同比傳統(tǒng)的三相污物處理方法可以節(jié)省人力成本投入。

4 結(jié)語

采用福樂偉（Flottweg）三相臥螺沉降離心機(jī)可高效處理銅萃取工序產(chǎn)生的三相污物，三相污物經(jīng)處理后的有機(jī)相返回了生產(chǎn)流程重復(fù)利用，降低了消耗，減少了損失，萃取劑消耗達(dá)到了較好水平（2.5kg/t.Cu），溶劑油消耗為10kg/t.Cu，產(chǎn)出合格的陰極銅產(chǎn)品。既能有效處理三相污物回收了有機(jī)相，又能降低對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)，還可以在有機(jī)相中添加活化黏土實(shí)現(xiàn)有機(jī)相再生，雖然前期投入稍大，但在有限的時(shí)間內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)成本回收，該處理設(shè)備及工藝可以在同行業(yè)中推廣應(yīng)用。