國外某銅鈷礦銅電積液除油工藝應用分析

張鵬，陳燕杰，張海寶，朱英傳

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

全球已探明鈷的資源量為25 000 kt，儲量7 200 kt，集中在剛果（金）、澳大利亞和古巴，其中，剛果（金）銅鈷礦資源豐富，銅儲量和鈷儲量分別占全球儲量的2.7%和50%以上[1]。剛果（金）東南部的加丹加高原銅鈷資源豐富，是世界上銅金屬的生產(chǎn)地和鈷金屬的生產(chǎn)地。該國某大型銅鈷礦每年采選礦石量約8 000 kt，年設計產(chǎn)陰極銅（LME A級銅）105 kt，產(chǎn)粗制氫氧化鈷約55.5 kt（其中鈷金屬約21 kt）。

該銅鈷礦廠設計提銅工藝采用“浸出—萃取—電積”方式，銅萃取—電積過程是銅濕法冶煉過程的重要環(huán)節(jié)[1]，萃取后的富銅液進入電積槽后發(fā)生電化學反應，在陰極析出金屬銅，并在陽極放出氧氣[2]。然而在銅電積生產(chǎn)過程中，由萃取工藝夾帶至電積液中的有機物（油）會對陰極銅產(chǎn)生不良的影響，主要會引起陰極沉積物變色（有機燒斑），物理性能變壞(麻點、疏松等)和化學成分改變，從而導致電積效率降低、電積能耗增加、陰極銅表面與質量不達標等情況[3]，針對上述問題，采用“前端凝聚吸附+末端雙介質過濾”兩段深度除油凈化工藝，以期達到電積液脫油、有機相回收、節(jié)能降耗等效果[4]。

2 工藝流程

來自銅萃取系統(tǒng)的電積富液經(jīng)過溶液池儲存與澄清后，首先泵送至前端電富液儲槽中經(jīng)過凝聚吸附，然后由泵送至末端雙介質過濾器進行深層除油，除油后的富液與電積貧液在電積液槽中調(diào)配濃度后再泵送至各電積槽內(nèi)，其兩段除油過程中的有機相都可回收利用。其工藝流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場工藝流程

該工藝具有以下特點：1）通過減少進入電積系統(tǒng)中的有機相，提升了陰極板表觀質量與美觀度，減少了貼水；2）通過減少電積液中被氧氣降解的量，減少了電積貧液返回萃取系統(tǒng)的有機相小分子數(shù)量，從而有利于減少萃取系統(tǒng)中的三相物；3）在除油過程中不引入任何藥劑，具有除油率高、無污染、低能耗、有機相回收率高的特點。

凝聚吸附主要設計在溶液儲槽中利用凝聚介質以除去水相中非乳化、游離和分散的油相，促進有機溶劑中的有機相和夾帶水溶液的分離[5]。其主要材質為PVC，在設計限定的除油區(qū)域內(nèi)形成高密度表面積的層網(wǎng)，具體如圖2所示，可根據(jù)不同項目要求設計方形與柱形等，同時也可將凝聚介質分成小段裝入Raschel高密度網(wǎng)袋中，而后根據(jù)現(xiàn)場實際情況再設定周期取出反洗以回收吸附介質中的油相。

圖2 凝聚吸附介質放大后裝置

溶液經(jīng)過凝聚吸附后泵至雙介質過濾器中進行深層凈化，電積富液進入雙介質過濾容器中，首先經(jīng)過設置的過濾層，然后再進入電積液槽罐中，最后進入電積槽內(nèi)。過濾層由兩層介質組成，頂層的無煙煤介質除去溶液中含有的有機相，保護了下一層石榴石介質不被殘余的有機相覆蓋，從而過濾溶液中細固顆粒。該雙介質層可以除去電積富液中95%的大于10μm夾帶的有機相微粒，同時也除去95%的大于10 μm的懸浮固體顆粒。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可設定周期對過濾器進行反洗，反洗過濾器收集到的石榴石介質中積累的懸浮固體與無煙煤介質中過量的有機相可以回收利用。雙介質過濾裝置如圖3所示。

圖3 雙介質過濾裝置

3 現(xiàn)場分析

3.1 工藝設備與參數(shù)

該銅鈷礦廠用萃取反萃后電積富液經(jīng)過除油工序后進入電積車間，其溶液初始參數(shù)如表1所示，其除油主要設備如表2所示，工藝整個系統(tǒng)除油主體設備為凝聚吸附介質與雙介質過濾器，通過泵使溶液連續(xù)凈化除油，通過鼓風機反洗收集有機相，以上各項均由控制系統(tǒng)操作，其工藝參數(shù)如表3所示。

表1 銅電積液初始參數(shù)

表2 工藝設備及參數(shù)

表3 除油工藝參數(shù)

3.2 工藝過程

1）來自萃取系統(tǒng)的電積富銅在溶液池中在儲存與澄清。經(jīng)現(xiàn)場測定，其溶液的含油量進行160×10-6~200×10-6之間。由溶液池將電積富液泵至電積富液槽中進行凝聚吸附，如圖4所示，其凝聚介質充填于溶液表面以下0.3 m深，同時將電積富液由槽內(nèi)泵送至下一工序的溶液中進行取樣分析。結果表明，經(jīng)凝聚吸附工藝后溶液含油量處于50×10-6~100×10-6。再將電積富液打至雙介質過濾設備中，如圖5所示，其凝聚介質無煙煤與石榴石在設備中都充填0.45 m，然后對該設備出口溶液進行取樣分析。結果表明，經(jīng)雙介質過濾工藝后溶液含油量處于5×10-6~20×10-6。最后溶液進入電積槽，其槽面見不到漂浮油，陰極銅在出槽后其表面光滑。

圖4 電積富液槽內(nèi)凝聚吸附

圖5 雙介質過濾除油

2）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選定周期對凝聚介質淋洗以回收油相；而雙介質過濾設備則根據(jù)控制器顯示的檢測周期對過濾器進行反洗以收集石榴石介質中積累的懸浮固體與無煙煤介質中過量的油相。這兩種油相可以經(jīng)地坑泵送至三相離心機回收使用。經(jīng)過現(xiàn)場實踐證明，該除油工藝的有機相回收率可達到85%左右。

“前端凝聚吸附+末端雙介質過濾”兩段深度除油凈化工藝在該銅鈷礦廠的電積車間運行兩年多來，工藝流程順暢，設備運行穩(wěn)定，所生產(chǎn)的陰極銅銅品位99.997%以上，形貌較好，產(chǎn)品質量達到并超過了《陰極銅標準》（GB／T 467—2010）現(xiàn)行。其生產(chǎn)過程工藝技術指標如表4所示。

表4 過程工藝技術指標

4 結語

采用電積液“前端凝聚吸附+末端雙介質過濾”兩段深度除油凈化新工藝，可有效消除電積液中有機相對電積工藝、陰極銅產(chǎn)品質量的影響。兩段深度凈化工藝在除油過程中不引入任何藥劑，電積液脫油率>90%，有機相回收率達到85%，具有除油率高、無污染，低能耗，有機相回收率高的特點。經(jīng)實踐證明，該銅鈷礦廠電積車間除油系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有效地解決了電積液中有機相脫除與回收的難題。