自控系統(tǒng)在復(fù)雜金精礦濕法冶煉工藝中的應(yīng)用

李海濤，譚長(zhǎng)有

(1.北京礦冶研究總院，北京 100160;2.沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110869)

1 引言

含砷金礦是公認(rèn)的難處理金礦，如何合理、高效、環(huán)保地開(kāi)發(fā)利用難處理金礦資源己成為世界各產(chǎn)金國(guó)家面對(duì)的主要技術(shù)問(wèn)題。常規(guī)的氰化提金工藝采用機(jī)械磨礦方法對(duì)含砷金精礦進(jìn)行預(yù)處理。這種方法的缺點(diǎn)是很難使金顆粒解離，其中絕大部分的金仍包裹在黃鐵礦和毒砂中，在氰化反應(yīng)過(guò)程中難以與氰化物直接接觸，最終影響金的浸出率，金浸出率一般在20%～50%，并且消耗大量的氰化鈉［1］。由此可見(jiàn)，砷已經(jīng)成為氰化提金工藝主要的影響因素，有必要在氰化提金工藝前對(duì)含砷金精礦進(jìn)行有效的預(yù)處理。新疆阿希金礦復(fù)雜金精礦綜合開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目采用兩段焙燒對(duì)含砷復(fù)雜金精礦進(jìn)行預(yù)處理，有效的消除了砷對(duì)氰化提金的影響，通過(guò)煙氣制酸收硫、濕法收砷、酸浸－萃取－電積提銅、氰化提金工藝，最終實(shí)現(xiàn)金、銅、砷、硫等有價(jià)金屬資源的綜合利用。為了滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的控制要求，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了先進(jìn)、實(shí)用、可靠的檢測(cè)儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)。本文重點(diǎn)介紹阿希金礦復(fù)雜金精礦綜合開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

2 工藝流程簡(jiǎn)介

復(fù)雜含砷金精礦通過(guò)抓斗起重機(jī)加入調(diào)漿槽調(diào)成礦漿濃度約70%漿料，經(jīng)軟管泵送到焙燒爐的料漿分配器，通過(guò)噴槍噴入焙燒爐進(jìn)行兩段焙燒預(yù)處理，為了消除有礙于提金的雜質(zhì)，在第一段爐內(nèi)弱氧化焙燒脫砷，在第二段爐內(nèi)氧化焙燒脫硫，焙燒產(chǎn)生的煙氣含有SO2和AS2O3，采用“兩轉(zhuǎn)兩吸”制酸工藝回收煙氣中的SO2，并采用濕法收砷工藝回收AS2O3。焙燒尾渣進(jìn)行酸浸洗滌處理，洗滌濃密機(jī)的溢流經(jīng)過(guò)萃取－電積工藝回收陰極銅;洗滌濃密機(jī)的底流經(jīng)過(guò)再磨濃密處理后，經(jīng)氰化處理工藝得到含金貴液。含金貴液經(jīng)過(guò)凈化、脫氧和鋅粉置換后產(chǎn)生的金泥送至金泥精煉車間提金［2－4］。

3 自控系統(tǒng)在復(fù)雜金精礦濕法冶煉流程中的應(yīng)用

為了滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的控制要求，采用先進(jìn)的檢測(cè)儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沸騰焙燒、煙氣制酸、濕法收砷、酸浸－萃取－電積提銅、氰化提金等工藝過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)與過(guò)程自動(dòng)控制。考慮工藝流程長(zhǎng)，控制上采取分區(qū)控制、中央控制室集中監(jiān)視的原則，結(jié)合廠區(qū)總體布置圖，在焙燒車間、制酸工段、酸浸－萃取－電積車間、氰化提金工段分別設(shè)置分控室，在生產(chǎn)辦公樓附近設(shè)置中央控制室。自控系統(tǒng)配置圖如圖1所示，分控室通過(guò)光纖與中央控制室連接，構(gòu)成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。在分控室設(shè)置操作員站，操作員員在分控室對(duì)該工段生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和聯(lián)鎖控制;在中央控制室設(shè)置工程師站、監(jiān)控站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、設(shè)備及能源管理主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)備及能源管理。工藝設(shè)備配套控制柜通過(guò)PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線接入自控系統(tǒng)。下面重點(diǎn)介紹各工段關(guān)鍵的控制內(nèi)容。

圖1 自控系統(tǒng)配置圖

(1)兩段焙燒

焙燒爐是冶煉廠的核心，焙燒爐系統(tǒng)的穩(wěn)定、控制的好壞直接影響后續(xù)工段的穩(wěn)定和金屬的回收率［5］。其中焙燒爐的溫度控制和空氣量控制是關(guān)鍵。兩段焙燒的檢測(cè)與控制流程圖如圖2所示。在兩段焙燒爐的沸騰層、中間層、擴(kuò)大層、爐頂設(shè)置多組溫度檢測(cè)點(diǎn)，根據(jù)一段焙燒爐頂部出口溫度控制礦漿分配器加水量，控制一段焙燒溫度在550℃;根據(jù)二段爐頂部出口溫度控制二段爐的加水量，控制二段焙燒溫度在600℃。焙燒爐底部通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)將一定量的空氣經(jīng)風(fēng)口鼓入焙燒爐內(nèi)，在一段爐鼓風(fēng)機(jī)和二段爐鼓風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)管的直管段上分別安裝熱式流量計(jì)，用于檢測(cè)入爐風(fēng)量，并通過(guò)風(fēng)機(jī)出口回流管的閥門(mén)調(diào)節(jié)入爐風(fēng)量，確保一段焙燒為弱氧化氣氛，二段焙燒為氧化氣氛。這樣既有利于一段焙燒脫砷，減少了SO3的生成;也使得二段焙燒中的硫盡可能多的形成SO2或可溶性硫酸鹽，最終得到的疏松多孔的焙砂。

圖2 兩段焙燒的檢測(cè)與控制流程圖

(2)煙氣制酸

來(lái)自焙燒爐的SO2煙氣經(jīng)過(guò)冷卻塔、斜管沉淀器、高效洗滌器、填料塔、電除霧器進(jìn)行處理和凈化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化器、一吸塔、二吸塔進(jìn)行轉(zhuǎn)換和吸收得到高濃度硫酸。整個(gè)制酸生產(chǎn)工藝流程具有高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性的特點(diǎn)［6］，為了確保安全生產(chǎn)，溫度和壓力的檢測(cè)與控制是最基本的。從二段焙燒爐出來(lái)的高溫SO2煙氣經(jīng)過(guò)爐氣冷卻器降溫后仍有300℃左右，經(jīng)過(guò)凈化降溫后的氣體溫度低至40℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器后，氣體溫度又要升高至觸媒反應(yīng)溫度420℃;SO2風(fēng)機(jī)的主要作用是輸送煙氣和保持焙燒制酸系統(tǒng)的壓力，確保煙氣管道在微負(fù)壓的工作狀態(tài)，為此，在生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)都設(shè)置了相應(yīng)的溫度和壓力儀表進(jìn)行檢測(cè)和控制，確保溫度和壓力在有效范圍內(nèi)。為了保證產(chǎn)品合格，在干燥循環(huán)槽安裝了檢測(cè)93%酸的超聲波酸濃度分析儀，在一吸、二吸循環(huán)槽安裝了檢測(cè)98%酸的電導(dǎo)酸濃度分析儀，用于閉環(huán)串酸控制。焙燒出來(lái)的煙氣含SO2較高，通過(guò)凈化、轉(zhuǎn)化、吸收后SO2煙氣含量已經(jīng)很少，為了達(dá)到環(huán)保要求，采用SO2分析儀對(duì)煙氣含量進(jìn)行分析。

(3)濕法收砷

焙燒產(chǎn)生的煙氣含有AS2O3和SO2，煙氣經(jīng)過(guò)制酸凈化處理后，AS2O3溶于酸性廢水，酸性廢水送至污水處理車間采用二段中和除砷。一段中和采用石灰乳沉砷－水泥固砷法，固定后的亞砷酸鈣尾渣進(jìn)行填埋處理;由于一段除砷后廢水中砷含量仍然較高，二段中和采用石灰乳－硫酸亞鐵混凝沉降法，同時(shí)鼓入空氣進(jìn)行氧化處理。處理過(guò)程中pH值控制是廢水處理能否達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)鍵。當(dāng)廢水的pH值大于10時(shí)，砷酸根、亞砷酸根與氫氧根置換，使一部分砷溶于水中，所以應(yīng)控制廢水的pH值小于10。為了高效的除砷，在添加石灰乳的中和槽安裝pH分析儀，用于控制中和反應(yīng)槽石灰乳的添加量，確保中和反應(yīng)槽的pH值在7.5～9.5的范圍內(nèi)。

(4)酸浸－萃取－電積提銅

復(fù)雜金精礦通過(guò)焙燒后送去酸浸，影響銅浸出率的因素包括浸出時(shí)間、浸出溫度、浸出酸度。工藝確定的最佳浸出條件是浸出溫度在70～80℃，水淬槽的H2SO4含量約10g/L，二段浸出槽的H2SO4含量1～5g/L。其中浸出酸度控制好壞直接影響銅的浸出率。為了確保酸浸工段處于最佳浸出條件，在水淬槽頂部安裝溫度傳感器，用于控制水淬槽的加水量;在水淬槽及二段浸出槽頂部分別安裝了pH分析儀，用于控制水淬槽硫酸的加入量，使得浸出液的終點(diǎn)pH值在1.0～1.5范圍。萃取－電積過(guò)程中，有機(jī)相與水相的體積比為相比，有機(jī)相與水相的流量比為流比，保持合理的相比和流比非常關(guān)鍵，在開(kāi)車時(shí)相比等于1，在反萃取時(shí)相比大于2。在生產(chǎn)過(guò)程中有機(jī)相和水相都是連續(xù)加入的，為此，分別在洗水泵出口管道安裝電磁流量計(jì)，在有機(jī)相泵出口管道安裝渦街流量計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)相回流，確保相比在合理的范圍內(nèi)。

(5)全泥氰化－鋅粉置換提金

礦漿采用“兩浸兩洗”的氰化流程，通過(guò)添加氰化鈉溶液、充入富氧空氣，使得礦漿中的金銀充分溶解，得到貴液。該工段主要控制浸出礦漿中氰根離子濃度和氧含量。為此，在氰化鈉溶液管道安裝流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，用于控制氰化鈉溶液的添加量，確保浸出礦漿氰根離子的濃度在0.05% ～0.08%的范圍內(nèi);在各氰化槽充氣管道安裝流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，用于控制各氰化槽的充氣量為0.02m3/min。由于氰化鈉水解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生劇毒氰化氫氣體，為了防止氰化物的揮發(fā)與損失，在一段1#氰化槽與二段6#氰化槽添加適量的Na2CO3溶液，并在槽頂部安裝pH分析儀，用于控制Na2CO3的添加量，保持氰化槽的pH值在10～12的范圍內(nèi)。為了保證人員的安全，在氰化槽頂部設(shè)置氰化氫氣體檢測(cè)儀及聲光報(bào)警裝置;由于含砷金精礦焙燒時(shí)，會(huì)有微量的砷未能揮發(fā)進(jìn)入煙氣，使得在鋅粉置換階段可能產(chǎn)生砷化氰氣體，因此在鋅粉加藥機(jī)與壓濾機(jī)周邊設(shè)置砷化氰氣體檢測(cè)報(bào)警裝置。

4 結(jié)論

新疆阿希金礦復(fù)雜金精礦綜合開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目自2012年9月開(kāi)始投料試車，截至目前為止，已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行1年多的時(shí)間，該項(xiàng)目日處理復(fù)雜含砷金精礦200t，年產(chǎn)黃金2t。自控系統(tǒng)投產(chǎn)至今運(yùn)行穩(wěn)定，在保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、設(shè)備及人員安全、提高金屬回收率等方面作用顯著，在處理復(fù)雜含砷金精礦領(lǐng)域具有一定的推廣意義。

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