铜萃取过程中三相絮凝物的生成与处理

郑明臻， 王瑞梅

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

铜萃取过程中三相絮凝物的生成与处理

郑明臻， 王瑞梅

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

介绍铜萃取过程中三相絮凝物的生成原因及处理方法，列举了五个典型的絮凝物灾难性例子，重点介绍了利用卧式沉降离心机离心法分离絮凝物的试验过程。

萃取； 三相絮凝物； 离心机分离

铜萃取过程中的三相絮凝物是一种由固体、有机相和水相组成的混合物,外形似豆腐脑，随着量的增加而凝聚成大块，悬浮在萃取箱澄清室的两相界面间。

生成三相絮凝物的主要原因是：浸出液中含有悬浮物(微泥、MnO2、硅胶、腐植酸….)及萃取剂被氧化降解。

萃取过程中生成三相絮凝物不可避免，只是量的多少而已，只要定时清除处理，不会影响萃取作业的进行。但当三相絮凝物大量积累而不及时清除时，则会阻碍萃取分相、降低净铜传递量、影响铜质量、增加有机相消耗、严重时会影响萃取作业的正常进行,甚至带来灾难性后果。

1 三相絮凝物影响萃取作业的典型例子

1.1 因腐植酸生成絮凝物

德兴铜矿堆浸厂投产初期，萃取箱的浸出液通量120 m3/h(设计312 m3/h),开始三个月内絮凝物很少，之后稍有增加，但到了四个月后絮凝物急剧增加，在浸出液进入的萃取箱E1级澄清室(16 m×12 m)相界面形成密实的厚约10～12 cm的絮凝物隔离层，严重影响分相，需每日从E1澄清室抽出絮凝物10～12 m3才能维持作业。

为了加大浸出液通量，在操作上把E1级有机相连续改为水相连续，使絮凝物变得松散，并大部分跟随有机相进入12 m×10 m的有机循环槽再澄清，用泵从槽底抽出絮凝物。此方法使萃取能力逐步上升到312 m3/h浸出液量，但絮凝物也随之增加并稳定在每日抽取15 m3左右，持续约一年时间后絮凝物量开始下降，抽取絮凝物频率由每日延至每周再延至每月抽取一次，又持续半年后絮凝量趋于正常，每年抽取3～4次。

当絮凝物量急剧增加阶段，现场相关人员曾努力寻找原因，但限于知识面窄、无经验等，未有答案，直至后期絮凝物较快减少至完全正常，才比较一致的认为是大量树叶在堆底腐烂形成的腐植酸所致(堆场的茂密树林与植被没有清除)。这种腐植酸呈浅绿色、无定形、很稀散、悬浮在浸出液中。

1.2 因二氧化锰生成絮凝物

随着锰被氧化，有机相的净铜传递量减少，浸出液进入的萃取箱E1级澄清室絮凝物大增而分相困难，如不及时抽出，萃取很难进行。为此，采用化学沉淀法除掉浸出液中的大部分Mn2+后，萃取作业才转入正常。

1.3 因可溶硅生成絮凝物

营口某厂从国外进口的氧化铜矿杂料中含可溶硅较高，设计工艺流程为：矿浆搅拌浸出并快速脱硅—过滤后液—萃取—反萃液生产硫酸铜。原本生产正常，但为加大产量，操作者自行取消了快速脱硅作业过程并加大絮凝剂用量，不几日萃取分相开始减慢至完全不分相。原因分析：认为絮凝剂是可与溶解的二氧化硅结合，形成含硅的长链胶态聚合物而影响分相。恢复快速脱硅作业后，萃取逐渐转入正常。

1.4 因萃取剂被降解生成絮凝物

浙江某企业,从铜钴矿浸出液中萃取—电积铜，在一次向电贫液中补加硫酸时忘关阀门，电贫液中(尤其槽底)的硫酸浓度远远超出200 g/L，高酸、高温(向电贫液中加硫酸时的放热)下的电贫液进入反萃箱，萃取剂中的部分C9醛肟被硝化生成硝化醛肟或被水解生成醛，形成大小、形态不一的黑色沥青状产物，在跟随料液前移的过程中，大部分沥青状产物粘挂在反萃箱的栅板、有机堰壁及水堰板上，小部分进到电积槽粘挂在阴、阳极板上。被迫采取了停产，将沥青状产物清除、恢复反萃液酸浓度、补加萃取剂后，生产得以正常进行。

某国企在非洲刚果建有一厂，原料为非洲铜钴矿，设计工艺流程：矿浆搅拌浸出—过滤—浸出液萃取—电积铜—萃余液氧化中和除铁—中和沉钴。原本生产正常，但为了利用浸出液中的余热，把流程改为浸出液先氧化中和除铁，后萃取铜，由于浸出液中残余的氯酸钠氧化剂与萃取剂发生反应(肟类铜萃取剂抗氧化性差)，萃取剂被氧化降解生成絮凝物，很短时间内，萃取箱澄清室内絮凝物多到不能分相，有机相的净铜传递量也大大降低，导致生产瘫痪，最终只能把有机相全部清除，改换新的有机相，恢复先萃铜后除铁工艺，才使生产恢复正常。

2 三相絮凝物的处理方法

2.1 搅拌法

搅拌法是由美国Magma铜业公司San Manuel分公司和智利Codelco公司Chuquicamata分公司发展起来的，资料报导见上世纪九十年代，基本的技术要点是：①以有机相作连续相进行混合，②高效率的搅拌，③加入适量活性粘土用以除去有机相中的极性化合物。工艺操作过程：在一个搅拌槽内，加入干净的有机相(负载有机相更好)盖过搅拌叶轮，开启搅拌，加入三相絮凝物，之后按2 kg/m3絮凝物量加入活性粘土，继续搅拌4 h以上，静置澄清4～6 h。固体渣泥沉于槽底，水相在槽中间，有机相在上面，通过槽底排放管，依次放出固体渣泥弃之，水相返回E1澄清室，有机相返回有机循环槽。

搅拌法工艺可行、投资省，适用于三相絮凝物稳定而量又不多的中小型铜萃取厂。德兴铜矿堆浸厂的设计中采用了此法，在投产初期半年间及投产2年后至今，应用得很成功。

2.2 离心法

上世纪90年代，国外多家铜萃取工厂采用蝶式离心分离机分离三相絮凝物，可以直接产出有机油相、水相和渣泥固相，这对于从三相絮凝物中回收大部分有机相是十分有效的。然而，因蝶式离心机价格昂贵，维修频繁、维护费用高昂而没能推广。

德兴铜矿堆浸厂在投产半年后的一年半时间内，因前述腐植酸原因，生成大量三相絮凝物期间，需每天一班六人，在沉降7～10天后的三相絮凝物中加入活性粘土，用手工搅拌处理，劳动强度大、耗费粘土多。在此情况下，相关人员还是想到采用离心法分离。不过想采用的不是三相蝶式离心分离机，而是两相卧式螺旋沉降离心机。设计院与堆浸厂的相关人员，对此展开了试验研究。

2.2.1 小试

把三相絮凝物装入试管，在台式离心机上高速旋转分离后，三相絮凝物被分离成水相、渣泥固相和油相，其体积约各占三分之一，水相在试管底部，固相在中部，油相在上部。

据此，通过离心(机)力可达到分离三相絮凝物的目的。

2.2.2 扩试

1998年11月运输1.2 m3澄清浓缩后的三相絮凝物到上海离心机研究所，选用该所LW220x660型号的两相卧式螺旋沉降离心机做试验，试验两次，从机内放出的渣泥固相约50%体积，有机相和水相共约50%体积。试验基本可行，但因加料通量偏大而离心停留时间短，渣泥固相没有压实到最密实，从机内放出的水、渣泥、有机三相，需用澄清槽再沉降分离。

2.2.3 工业试验

2000年，恩菲在为福建紫金山金铜矿设计500 t/a阴极铜的堆浸-萃取-电积试验厂时，选用了一台LW220x660型号的两相卧式螺旋沉降离心机，用于三相絮凝物分离。现场开车两次，每次处理澄清2 h后的三相絮凝物1 m3,从机内放出的渣泥固相约44%体积，油相和水相共约56%体积,比在“上离所”的试验稍好，但还是因加料通量偏大而离心停留时间短，渣泥固相没有压实到最密实。从机内放出的水、渣泥、有机三相，仍需用澄清槽再沉降分离。

为了给金堆浸让场地，铜堆浸-萃取-电积试验厂只生产了四年被停产拆除，其间离心机分离三相絮凝物的情况未再跟踪。

2.2.4 工业应用

2006年，恩菲为国内某厂设计铜萃取时，甲方进口一台污泥脱水沉降离心机，用于处理三相絮凝物。该机的规格和结构尺寸与“上海离研所”的LW220x930型号相近似。产品说明的应用介绍可广泛应用于工业废水和城市污水处理厂；工作原理介绍可分离发生在水平圆柱体转鼓内，……由于旋转产生的离心力使固体污泥沉降到转鼓内壁上。

处理三相絮凝物不同于处理工业废水和城市污水，三相絮凝物在离心过程中，渣泥固相悬浮在水相和油相之间。因为有机相密度<渣泥固相密度<水相密度，只要离心机转鼓内壁有水，渣泥固相就不可能贴到转鼓内壁上去。为此，在生产应用初期，先在三相絮凝物中加入适量活性粘土并搅拌后再离心分离，使渣泥固相密度>水相密度，达到了用卧式离心机分离三相絮凝物的目的：不加活性粘土，直接离心分离产出干泥。

卧式沉降离心机的转鼓是个圆柱锥型，分离作用主要在圆柱段内，三相絮凝物送入高速旋转的转鼓后，随着转鼓内同心装配的螺旋差速转动，夹在水相和油相中间的渣泥固相，被推向圆锥段后，固相贴到了锥壁，并被继续推向锥的小端，直至从圆锥端口排出；而油相和水相反其道从转鼓的大端流出(图1示)。

图1 卧式沉降离心机

离心机的自控系统能根据螺旋的扭矩，自动调节螺旋的差速，适应不同絮凝物浓度的固相负载、流量等进料情况的变化，保证排出渣泥的最佳含固量。

3 结语

原本用于固液两相分离的卧式沉降离心机，经过多年试验、摸索，现已成功应用于国内外铜萃取过程中的三相絮凝物分离，过程简便，效率高。

同类型的国产卧式沉降离心机，已在国内外铜萃取项目中应用或已订货。

Formationandtreatmentofcrudincopperextractionprocess

ZHENG Ming-zhen, WANG Rui-mei

The formation reasons and treatment method of crud in the copper extraction process were introduced. It was listed 5 typical examples about crud, incluced serious incident. The test process of separating crud with horizontal centrifugation was mainly introduced.

extraction; crud; separation of centrifuge

郑明臻(1980—)，硕士，工程师,参与了多项铜、镍、钴、锌、铟萃取设计。

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