一個典型銅萃取三相物處理技術應用實踐研究

(中國中鐵資源集團有限公司，北京 100039)

剛果（金）近年來銅鈷礦濕法冶煉企業(yè)絕大多數(shù)采用浸出（L）-萃取（SX）-電積工藝（EW）生產(chǎn)銅，其萃取系統(tǒng)經(jīng)長期運轉都必然產(chǎn)生一些絮凝狀的污物（俗稱三相物[1-4]）當其量逐漸增加后，可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，如果隨水相或是有機相進入下一工序，不僅浪費有機相還可能會導致富銅液質(zhì)量下降，進而影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。基于此本文重點針對某礦企萃取車間生產(chǎn)實踐進行研究，分析萃取三相物產(chǎn)生的原因及不同處理方法的應用，推薦采用合理措施，旨在為行業(yè)相關技術人員參考。

1 現(xiàn)場工藝流程及年度運行狀況

1.1 現(xiàn)場工藝流程

該車間采用典型的5級萃取工藝：兩級串聯(lián)萃取、一級洗滌、兩級串聯(lián)反萃工藝流程，萃余液經(jīng)隔油槽除油后返回浸出系統(tǒng)，富銅液經(jīng)隔油槽除油后送至電積系統(tǒng)。工藝流程如圖1所示。系統(tǒng)收集的三相物采用臥式離心機處理，流程如圖2所示。

圖1 五級萃取工作工藝流程

1.2 某一年內(nèi)萃取系統(tǒng)運行狀況

該車間萃取采用巴斯夫公司的Lix984N，萃取劑體積濃度約25%，每級均運行有機相連續(xù)。萃取前采用了兩級溶液池自然澄清方式降低料液固體懸浮物含量。其跨年度運行情況如表1所示。系統(tǒng)主要問題表現(xiàn)在萃取料液澄清池底部淤泥沉積；PE管道結晶阻塞管道；混合室內(nèi)壁、攪拌軸處（包含淤泥、硫酸鎂等）結晶沉積；澄清室底部存在大量相間污物，澄清室格柵內(nèi)堵塞、變形，進而導致澄清液面不斷抬高，甚至導致澄清分相時間減少。若是三相物或是水相進入反萃級，將嚴重影響陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 三相物臥式離心機處理

表1 萃取流程性能

2 原因分析及處理方法

2.1 原因分析

從年度生產(chǎn)情況發(fā)現(xiàn)其系統(tǒng)萃取劑和稀釋劑單耗分別低于3kg/t·Cu、20kg/t·Cu，結合表1各級分相時間正常，說明其生產(chǎn)過程控制（如澄清室有機相的厚度及相連續(xù)控制）很合理，壓縮了三相物的分散，減少了水相的夾帶、有機相的流失。為便于分析選取某跨年度（具有代表性）數(shù)據(jù)，并對跨年度萃取樣品性質(zhì)（表2）、PLS懸浮物固含量（表3）和產(chǎn)生的三相物組分（表4）均選用平均值進行統(tǒng)計分析三相物的成因。

（1）表2樣品中酸度較高，料液及萃余液Fe、Mn基本無變化，可排除酸度、Fe、Mn的因素。生產(chǎn)中的其余油污控制嚴格，沒有進入系統(tǒng)，可排除油類的污染因素。電貧液最高氧化還原電位及酸含量并不高對萃取劑的降解影響很小，可排除萃取劑被大量氧化降解的因素。

表2 萃取樣品性質(zhì)(g·L-1)

（2）樣品中Ca/Mg/Al/SiO2有不同程度減少，研究報道酸性溶液中硅酸的平衡溶解度小于0.15g·L-1，如超過此值達到飽和狀態(tài)，在飽和狀態(tài)下逐步聚合成SiO2溶膠和SiO2凝膠，聚合反應形成的硅氧長鏈和三維網(wǎng)架結構互相聯(lián)結，可以大量占據(jù)溶液體積[1]。說明此四種元素不同程度進入了三相物中，為三相物形成的因素。

表3 萃取PLS平均固含量（ppm）

表4 三相物組分

表3表明萃取PLS固含量雖然在澄清后達到了生產(chǎn)要求，但是其量很大。從表3選取澄清后PLS固含量平均值估算進入萃取系統(tǒng)形成的三相物含量（此處不計污物中的有機相），假定其中50%以上的懸浮物變?yōu)槿辔铮溆嚯S萃余液排走，萃取流量按600m3/h估算則有每月約16.27噸（干量）三相物。從表4三相物成分發(fā)現(xiàn)其主要為硅酸鹽，綜上可以認為該系統(tǒng)的三相物產(chǎn)生的主要原因為固體懸浮物和硅酸鹽。

2.2 針對問題采取的措施

（1）加強浸出系統(tǒng)管理，要求浸出系統(tǒng)輸送至萃取澄清前液池溶液控制TSS小于200ppm，定期對澄清池底部進行抽（清）淤。

（2）在生產(chǎn)過程中于投產(chǎn)第三年進行了澄清室的改造：①針對每級設置3～4個放空管道，每個放空點設置兩個閥門（便于安全控制）；在三相物沉積到一定程度后定期進行放空清理；②在澄清室格柵處增設不銹鋼安全平臺用于抽（撈）取三相物。

（3）收集的三相物采用離心機連續(xù)進行兩次處理。每次所得有機相采用料液做分相實驗，處理結果見表5，其分相時間低于70秒，說明經(jīng)過活性白土處理后有機相品質(zhì)非常好。

表5 有機分相實驗

3 剛果（金）類似濕法企業(yè)對萃取料液處理應用

萃取PLS在進入萃取系統(tǒng)前均需要進行一定的處理，用于降低懸浮物含量，不少企業(yè)在設計之初基于溶液緩沖、澄清考慮均進行了有關設計，但是在生產(chǎn)中懸浮物大量累積導致不同精濾設備堵塞難以滿足生產(chǎn)需要，目前剛果（金）大部分企業(yè)均采用溶液池自然澄清方式，有的企業(yè)采用了專用澄清器，取得很好效果。以下列舉了幾個企業(yè)料液處理的方式見表6。

表6 幾種銅萃取PLS處理方式及效果

從表6看出該企業(yè)2、企業(yè)3在生產(chǎn)實踐后改用溶液池澄清方式也達到了萃取料液懸浮物的技術要求，而應用臥式離心機則是業(yè)內(nèi)采用的成熟設備，據(jù)文獻報道采用該設備可以基本實現(xiàn)無人值守的要求，有效節(jié)約人力成本[5]。

4 結語

綜上所述，該車間萃取PLS固體懸浮物、硅酸鹽為三相物產(chǎn)生的主要原因，類似企業(yè)解決同類問題可采用以下幾種方式：

（1）萃取料液萃前進行階梯式溶液池分級澄清，有條件的可采用專用澄清器。

（2）萃取澄清室在設計或是生產(chǎn)中視情況對澄清室進行放空改造；其次在澄清室設置抽（撈）取安全平臺。

（3）設計時增加有機相粘土吸附處理工藝，及時回收的三相物采用臥式離心機處理，降低萃取劑消耗。