鋅粉置換工藝中脫氧塔填料改良研究

摘要：為解決某黃金冶煉廠鋅粉置換工藝中脫氧塔長期運(yùn)行后產(chǎn)生的脫氧貴液含氧量偏高問題，對(duì)脫氧塔填料類型和裝填方式開展了一系列改良研究。通過對(duì)脫氧率、置換貧液、金泥品位等多項(xiàng)工藝指標(biāo)進(jìn)行深入對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用聚丙烯鮑爾環(huán)替代塑料點(diǎn)波填料，可明顯緩解填料結(jié)鈣后縫隙易被堵塞的問題，較好地改善脫氧塔的脫氧性能，鋅粉消耗量明顯降低，置換貧液貴金屬品位降低，金泥品位得到提升。填料的改良延長了脫氧塔的使用周期，減少了賤金屬元素對(duì)金泥冶煉過程的干擾，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：脫氧塔；填料；鮑爾環(huán)；鋅粉置換；氰化提金

中圖分類號(hào)：TF831""""""""""文章編號(hào)：1001-1277（2024）08-0081-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240813

引"言

氰化提金過程中，溶解在貴液中的氧對(duì)鋅粉置換過程是不利的，必須最大限度的將其分離出去［1］。脫氧塔是貴液脫氧的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于黃金選冶行業(yè)，該設(shè)備具有底錐圓柱形塔體，排氣管與射流真空系統(tǒng)相連形成了塔內(nèi)負(fù)壓環(huán)境，使得溶解在貴液中的氧氣能夠從液相轉(zhuǎn)移到氣相，從而實(shí)現(xiàn)脫氧。脫氧塔對(duì)貴液的脫氧效果直接影響鋅粉置換工藝的多項(xiàng)指標(biāo)，是黃金選冶行業(yè)不可或缺的一種重要設(shè)備［2］。

某黃金冶煉廠在鋅粉置換工藝中出現(xiàn)了貧液指標(biāo)偏高，鋅粉消耗量增加，金泥中金、銀品位偏低等問題，排查后發(fā)現(xiàn)是脫氧塔內(nèi)塑料點(diǎn)波填料因結(jié)鈣造成脫氧貴液含氧量偏高，從而影響了工藝指標(biāo)。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，塑料點(diǎn)波填料由于結(jié)鈣后縫隙易被堵塞，使得液體比表面積減小，從而降低脫氧效率，且填料再生效果差［3］，并不適合長期做脫氧塔填料。基于此，該黃金冶煉廠通過采用聚丙烯鮑爾環(huán)替代塑料點(diǎn)波填料的方法，使脫氧貴液含氧量降至0.058 mg/L，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)得以提高。

1"生產(chǎn)流程介紹

該黃金冶煉廠生產(chǎn)流程為外購金精礦經(jīng)配礦后進(jìn)行磨礦、浮選、氰化浸出、洗滌、置換、冶煉［4］。其中，浮選產(chǎn)品分為高銅精礦、高硫精礦、低硫精礦，3種浮選產(chǎn)品分別進(jìn)入高銅、高硫、低硫氰化浸出系統(tǒng)提取金、銀，得到的貴液經(jīng)鋅粉置換工藝置換后產(chǎn)出金泥，再經(jīng)冶煉獲得高純度金、銀制品［5］。低硫、高硫金精礦浸出的貴液混合后得到低品位貴液，其指標(biāo)參數(shù)為：金品位2.3～2.6 mg/L，銀品位4.0～4.5 mg/L。鋅粉置換工藝流程為低品位貴液經(jīng)二級(jí)廂式壓濾機(jī)凈化除雜、脫氧塔脫氧、與鋅粉混合后用臥式化工泵給入液壓板框壓濾機(jī)中發(fā)生反應(yīng)，所獲得的濾餅即為金泥。鋅粉置換流程主要設(shè)備見表1。

2"脫氧塔結(jié)構(gòu)及工作原理

脫氧塔主體結(jié)構(gòu)呈底錐圓柱形，高度通常不小于3 m，由塔體、塔蓋、噴淋器、填料、液面調(diào)節(jié)裝置及管式液位計(jì)等組成。塔蓋位于塔體頂部，通過螺栓緊固，便于維護(hù)和檢修；噴淋器、填料、液面調(diào)節(jié)裝置在塔體內(nèi)部，其中上部為噴淋器，中部為塑料點(diǎn)波填料，由塔內(nèi)下部篩板支撐，構(gòu)成塔內(nèi)整個(gè)填料層，下部為脫氧貴液儲(chǔ)存室，并設(shè)有液面控制裝置。液面控制裝置根據(jù)液面高低調(diào)節(jié)進(jìn)液口閥門開啟程度，實(shí)現(xiàn)液面自主控制。脫氧塔基本工作原理是依靠真空設(shè)備提供的真空壓力，降低塔內(nèi)氣體分壓，使液體中溶解的氣體逸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體中溶解氣體的去除。具體操作過程中，液體在真空作用下被吸入塔頂，由噴淋器均勻地噴灑到填料層表面，液體流經(jīng)填料層過程中，氣液兩相接觸面積增加，配合真空壓力作用，使得液體內(nèi)溶解的氣體得以釋放，達(dá)到脫氧目的。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)脫氧塔的計(jì)示壓力維持在0.005～0.011 MPa時(shí)，其脫氧率可達(dá)95 %以上。脫氧塔結(jié)構(gòu)見圖1。

3"生產(chǎn)問題分析

3.1"工藝參數(shù)

2021年上半年，該黃金冶煉廠置換工藝指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)，貧液跑高，鋅粉消耗量增加。對(duì)歷年鋅粉消耗量、貴液置換率等變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。歷年工藝參數(shù)見表2。

由表2可知：2020年鋅粉消耗量開始增加，2021年1—5月出現(xiàn)較大幅度增長，較前3年鋅粉消耗量增加39.14 %，造成生產(chǎn)成本急劇增加。同時(shí)，較前3年金置換率下降1.14百分點(diǎn)，銀置換率下降1.08百分點(diǎn)。

3.2"脫氧塔運(yùn)行參數(shù)

歷年脫氧塔運(yùn)行參數(shù)見表3。

由表3可知：近3年貴液含氧量保持在5 mg/L左右，但脫氧率逐年下滑，2021年1—5月脫氧貴液含氧量達(dá)到了0.130 mg/L。脫氧塔相對(duì)真空度一直保持正常狀態(tài)，可以排除射流真空系統(tǒng)的原因。

3.3"化學(xué)分析

歷年金泥主要元素分析結(jié)果見表4。

由表4可知：近年來，金泥中賤金屬成分如銅、鉛、鋅和鐵含量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。與此同時(shí)，金、銀品位逐年下降。在預(yù)浸處理階段，鹽酸能有效去除有害元素鋅和鐵，但銅和鉛對(duì)金泥冶煉過程構(gòu)成較大威脅。銅的主要影響在摻雜于金粉還原過程中，影響成品金純度。鉛因與銀具有相近電位，在電解過程中會(huì)伴隨銀一同在陰極被還原，影響銀質(zhì)量。金泥中賤金屬含量不僅受貴液中金屬離子的影響，也與鋅粉消耗量關(guān)系密切。2021年1—5月，鋅粉消耗量的急劇增加導(dǎo)致賤金屬元素大量置換進(jìn)入金泥，給后續(xù)的金泥冶煉帶來了很大干擾。

4"脫氧塔問題查找與改良

生產(chǎn)中出現(xiàn)貴液脫氧率不達(dá)標(biāo)問題往往是脫氧塔內(nèi)真空度低造成的，通常將脫氧塔的真空度作為衡量脫氧塔工作狀況的重要指標(biāo)。然而，即便真空度符合標(biāo)準(zhǔn)，也不能確保貴液含氧量滿足工藝要求，脫氧率還受脫氧塔內(nèi)部填料工作狀態(tài)、貴液噴淋的分散效果等多重因素影響。根據(jù)現(xiàn)場脫氧塔安裝的真空表運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)前的真空度已達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，由此可以排除射流真空系統(tǒng)性能不佳的可能。鑒于此，技術(shù)人員將排查方向轉(zhuǎn)向了脫氧塔內(nèi)部，重點(diǎn)檢查填料狀況與貴液噴淋形態(tài)，旨在找出導(dǎo)致脫氧效率低的真正原因。

4.1"脫氧塔拆解

對(duì)于脫氧塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的脫氧效果差問題，往往在生產(chǎn)中較難判斷。2021年6月，技術(shù)人員對(duì)脫氧塔進(jìn)行了拆解，檢查內(nèi)部噴淋裝置和塑料點(diǎn)波填料情況（見圖2）。

由圖2可知：噴淋裝置和填料因長時(shí)間使用表面出現(xiàn)結(jié)垢，其中，塑料點(diǎn)波填料板間的縫隙和孔洞堵塞最為嚴(yán)重。通過噴淋模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，貴液經(jīng)過填料區(qū)后因結(jié)垢堵塞水道，貴液流出位置發(fā)生偏移，有明顯的溝流和壁流現(xiàn)象，填料增大氣-液接觸面的功能喪失。

4.2"填料選擇

塑料點(diǎn)波填料長期使用后因結(jié)垢而導(dǎo)致縫隙堵塞，這不僅減小了液體的比表面積，還大大降低了脫氧塔的脫氧效果，因此不適合作為長期使用的脫氧塔填料。故研究決定采用50 mm聚丙烯鮑爾環(huán)代替塑料點(diǎn)波填料［6-9］，其特點(diǎn)有：①聚丙烯材質(zhì)輕盈，成形性能優(yōu)異，成本低廉，兼?zhèn)淞己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性和出色的耐沖擊強(qiáng)度；②具有較高的單位容積表面和孔隙率，可增大氣-液相接觸面積，提高傳質(zhì)系數(shù)；③氣液流經(jīng)小窗時(shí)，阻力顯著減小，允許更高的氣流速度，同時(shí)減少泡沫攜帶；④在-15 ℃～120 ℃，依然保持良好的機(jī)械強(qiáng)度；⑤小窗彎向環(huán)內(nèi)，且中間相連，改善了液體分布，減少了液體的不均勻流動(dòng)和死角；⑥聚丙烯鮑爾環(huán)具有耐酸（除氧化性酸外）堿的性能；⑦可采用亂堆方式填充，簡化作業(yè)流程，節(jié)省時(shí)間。

4.3"填充方法

為避免填料因液體沖擊而移動(dòng)，造成短路現(xiàn)象，需將聚丙烯鮑爾環(huán)置于網(wǎng)袋中，隨后采用亂堆法填充。在填充填料前，先將錐體下水管管路斷開，再對(duì)脫氧塔內(nèi)的異物進(jìn)行清理，以防異物進(jìn)入管路堵塞貴液泵及板框。由于聚丙烯鮑爾環(huán)質(zhì)地輕盈，一旦網(wǎng)袋破損，極易被氣流或水流卷走，導(dǎo)致管道及系統(tǒng)堵塞，因此在填料區(qū)域的上、下表面增設(shè)攔截板，其孔徑設(shè)計(jì)為聚丙烯鮑爾環(huán)直徑的2/3左右［10］；填充填料后，為確保清理掉裝填過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，并檢驗(yàn)填料填充質(zhì)量，應(yīng)用水沖洗填料，通過脫氧塔孔觀察下方淋水狀態(tài)，檢查是否存在空穴，以免影響脫氧效果。在封閉脫氧塔時(shí)，務(wù)必仔細(xì)清潔所有法蘭面，并加裝橡膠墊片，以防漏氣。

4.4"聚丙烯鮑爾環(huán)填料應(yīng)用效果

4.4.1"工藝參數(shù)

在應(yīng)用聚丙烯鮑爾環(huán)填料后，待工藝指標(biāo)穩(wěn)定，技術(shù)人員開展了一系列數(shù)據(jù)采集、分析工作，生產(chǎn)中的各項(xiàng)參數(shù)逐步恢復(fù)正常，并達(dá)到較好狀態(tài)。改造后工藝參數(shù)見表5。

由表5可知：2021年8—12月，應(yīng)用聚丙烯鮑爾環(huán)填料后，鋅粉消耗量明顯下降，較2021年1—5月降低了9.9 g/m3，極大降低了成本；貴金屬置換率也恢復(fù)到2018年水平，較2021年1—5月金置換率提高了0.98百分點(diǎn)，銀置換率提高了1.63百分點(diǎn)。

4.4.2"脫氧塔運(yùn)行參數(shù)

聚丙烯鮑爾環(huán)填料投入使用后，鋅粉消耗量逐年降低。主要?dú)w因于2方面：一是貴液中金、銀品位逐年下降；二是聚丙烯鮑爾環(huán)填料出色的分散性能，有效減少了脫氧貴液含氧量，進(jìn)而降低了鋅粉因氧化及賤金屬置換而產(chǎn)生的消耗。改造后脫氧塔運(yùn)行參數(shù)見表6。

由表6可知：使用聚丙烯鮑爾環(huán)填料后，脫氧塔內(nèi)部的相對(duì)真空度沒有太大變化，但脫氧效果明顯提升。2021年8—12月，脫氧貴液含氧量降低至0.058 mg/L，較同年1—5月和2018年分別降低了0.072 mg/L、0.021 mg/L，脫氧率分別提高了1.44百分點(diǎn)、0.42百分點(diǎn)，且連續(xù)使用3年后脫氧效果依然穩(wěn)定。

4.4.3"置換貧液參數(shù)

置換貧液參數(shù)見表7。

由表7可知：在2021年完成脫氧塔填料更換后，置換貧液中Au3+和Ag+含量明顯降低，貧液指標(biāo)好轉(zhuǎn)。同時(shí)，貧液中Zn2+含量減少，Cu2+、Pb2、Fe3+等金屬離子含量均有了較大幅度的提高，主要原因是鋅粉消耗量減少，賤金屬離子被鋅粉置換作用減弱，同時(shí)也促進(jìn)了金泥品位的提高。

4.4.4"金泥化學(xué)成分分析

對(duì)改造后金泥化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表8。

由表8可知：在2021年8—12月，產(chǎn)出金泥中金+銀品位由33.97 %恢復(fù)至40.07 %的水平，在2022年和2023年金泥中金+銀品位又出現(xiàn)小幅度提升，并穩(wěn)定在42 %左右。各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均優(yōu)于歷史水平。

5"結(jié)"論

1）脫氧塔內(nèi)部填料狀態(tài)對(duì)貴液脫氧效能有著直接且顯著的影響。長時(shí)間使用的塑料點(diǎn)波填料表面易形成結(jié)垢，這會(huì)減小貴液分散面積，影響脫氧效果，增加鋅粉消耗量。

2）在實(shí)際生產(chǎn)中，以聚丙烯鮑爾環(huán)填料替代傳統(tǒng)的塑料點(diǎn)波填料，具有顯著優(yōu)勢(shì)。聚丙烯鮑爾環(huán)填料便于更換，可亂堆式裝填，顯著減少了維修工作量。其脫氧效果較好，不僅符合現(xiàn)場生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，而且能夠持續(xù)保持穩(wěn)定，為脫氧工藝提供了可靠的保障。

3）聚丙烯鮑爾環(huán)填料在化工行業(yè)中應(yīng)用普遍，尚未發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用于金銀貴液脫氧的案例，該冶煉廠的經(jīng)驗(yàn)給黃金氰化企業(yè)解決類似問題提供了借鑒。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］"練建.黃金冶煉廠鋅粉置換系統(tǒng)的條件優(yōu)化及應(yīng)用［J］.中國金屬通報(bào)，2021（11）：9-10.

［2］"孫曉，薛長山．鋅粉置換工藝中脫氧塔維護(hù)實(shí)踐［J］．黃金，2004，25（8）：34-36．

［3］"陳希龍．新型脫氧塔填料的應(yīng)用［J］．黃金，1992，13（8）：45-46．

［4］"常超，金永朋，趙曉康，等．旋流-靜態(tài)微泡浮選柱在金精礦浮選中的半工業(yè)試驗(yàn)研究［J］．黃金，2023，44（11）：39-43．

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［10］"王自升．聚丙烯鮑爾環(huán)在聚氯乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．中國氯堿，1989（9）：30．

Improvement of deoxygenation tower packing in zinc powder replacement process

Li Meili，Li Ning，Chen Mingze，Liang Bingzheng

（Shandong Gold Smelting Co.，Ltd.）

Abstract：To solve the problem of high oxygen content in the deoxygenated pregnant liquid after long-term use of the deoxygenation tower in the zinc powder replacement process，this paper mainly conducts a series of studies on the packing types and loading methods of the deoxygenation tower in a gold smelting plant.Through in-depth comparison and analysis of multiple process indicators such as deoxygenation rate，replacement of barren liquid，and grade of gold mud，it was found that using polypropylene Pall Ring packing instead of plastic point wave packing can significantly alleviate the problem of clogging of gaps after calcium deposition of the packing，improve the deoxygenation performance of the deoxygenation tower，significantly reduce zinc powder consumption，lower the grade of precious metals in replacement barren liquid，and improve the grade of gold mud.The improvement of packing has extended the service life of the deoxygenation tower，reduced the interference of base metal elements on the gold mud smelting process，and achieved significant economic benefits.

Keywords：deoxygenation tower；packing；Pall Ring；zinc powder replacement;cyanide leaching of gold