浅谈卧螺沉降离心机在铜萃取三相污物处理中的应用

刘雪飞

（中国黄金集团刚果（布）黑角索瑞米股份有限公司，湖北 黄石 435100）

刚果（布）黑角索瑞米股份有限公司是集采、选、冶一体的现代化矿山，年产电积铜2 万吨，公司位于刚果（布）布恩扎省（Bouenz）姆富瓦提镇（M'fouati），于2016 年10 月建成投产。项目资源由两个矿区组成：博科松湖矿区（简称BK 矿区），主要是孔雀石形式的氧化铜矿；雅阁库班泽多金属矿区（简称YK 矿区），主要是铅锌铜多金属氧化矿，矿石均在地层浅表泥化严重并含有大量的有机物。项目采用碎磨-硫酸搅浸-CCD 洗涤-萃取-电积回收金属铜工艺，在酸浸和洗涤固液分离过程中会产生部分固体悬浮物伴随料液进入澄清池，即使采用料液精滤，还是会有部分固体悬浮物进入萃取系统形成三相污物，如不及时清除，会严重破坏萃取系统，最终导致整个生产系统停运，给企业造成较大的经济损失。但清除后的三相污物没有科学有效的处理办法不但会污染环境，而且会造成萃取剂和溶剂油的浪费使生产成本增加。原设计是采用传统的固- 液二相离卧式离心机，使用后发现该设备根本不能有效地处理三相污物，导致现场堆积大量的三相污物。后期我们采用福乐伟固- 液- 液三相卧螺沉降离心机，成功地实现了萃取剂和溶剂油的回收以及水相的循环利用和固渣排放，同时，也降低了萃取剂和溶剂油的消耗。

1 三相污物

1.1 组成及成因

三相污物主要成分是浸出液中悬浮的细微颗粒、溶解的盐类、含硅物（胶状二氧化硅）、空气中的灰尘以及细小的昆虫尸体和不洁净的溶剂油。浸出时石英、黏土类矿物及一些未分解的矿石细颗粒会残留在浸出液中进入萃取系统，这些固体细粒具有特定的润湿性，易在界面强烈吸附，被有机相絮凝后在界面乳化物中聚集成悬浮状的乳剂，铜电贫液中有高价锰也会造成萃取剂降解,这部分固体悬浮物、降解的萃取剂、溶剂油以及掉入的昆虫尸体和水混合形成三相污物。一般情况下，三相污物含5%～15%固相，40%水相，40%有机物，还有5%～10%的第四相，第四相主要成分是非常细微的颗粒，包裹了有机降解物的颗粒，含硅物(胶状二氧化硅)，还有细小的昆虫，均在萃取箱澄清室内的有机相和水相之间。将三相污物进行烘干制样送检分析，从分析结果看，固相污物主要成分是二氧化硅，其次是铁、锰、铝等。

1.2 存在影响

（1）三相会占用澄清室体积，造成澄清效率低，分相困难，降低萃取效率；（2）夹带至电解液中造成电解液被污染、出现烧板或影响产品质量；（3）增加萃取各段的夹带、加快有机相流失，增加材料消耗；（4）打捞过程中对澄清室的扰动严重影响澄清效果，同时，现场工人劳动量增大，人力成本投入增加。

1.3 打捞后不处理的危害

（1）如果三相不能及时处理长时间存放会导致里面萃取剂降解失效造成经济损失；（2）污物里面含有溶剂油，如长期不处理在太阳下暴晒易挥发容易发生火灾；（3）影响现场管理，如果泄露会造成环境污染。

2 三相污物的处理方法

2.1 传统的处理办法

传统工艺中，主要使用板框压滤机，但随着生产中萃取剂污物的第四相的增加，第四相物质（有黏度的细小颗粒）很容易把滤布堵住。效率会越来越低，经常需要更换滤布。污物除渣后回到萃取系统中，随时间变化第四相浮渣越积越多，会产生如下的问题：（1）影响萃取剂循环中pH 值的波动；（2）降低萃取的效率；（3）引起冶炼中阳极的烧坏；（4）造成有机物的损失；（5）甚至影响铜板的质量。

2.2 主流的处理方法

目前，国际上湿法铜项目处理三相污物主要采用固-液-液三相卧螺沉降离心机，成功的案例非常多，而且都是超大型湿法铜项目，该离心机在石油开采行业、医药行业等也有相关应用。我们项目的固-液-液卧螺沉降式离心机于2019 年10 月正式投运。

2.3 卧螺沉降式离心机主要工艺参数

型号：Z3E-4/441SP3.09；处理量：3 ～4m³/h；温度≤40℃；H2SO4≈（max.180g/L）；氯离子≤0.2g/l；

H2SO4≤180g/l；有机物：50 ～70%v/v SG ＜0.85；水溶液：25 ～40%v/v SG ＞1.11；悬浮颗粒：＜10%v/vSG ＞2.6；有机相回收＞97%～98%；水中的有机物≤3%v/v。

2.4 卧螺沉降式离心机工作原理

水平圆柱/圆锥式离心分离机可以使两种不同比重的液体和一种更高比重的三相混合液连续分离，重相液体通过在柱段端部的可调叶轮压力排除，轻相液体通过柱段段端部的配液盘重力流出，被脱水的固体被输送至转鼓的锥型端在那里由离心力排除。在运行过程中，可变叶轮可以精准动态调整液面深度和液液分离区。

2.5 卧螺沉降式离心机的优点

（1）对物料的适用性较大，能分离的固相粒度范围广0.005 ～2mm，固相粒度不均匀时也能正常分离；

（2）可以一次性连续分离有机相、水相和固相，不但简化了生产工艺流程，确保原料最短时间内得到最佳分离，更好地保证分离效果和料液的品质，非常好地回收有机相和水相，而且显著地减少设备的投资。

（3）单机生产能力大结构紧凑，占地面积小，可以实现DCS 控制、能自动连续长期运转。

（4）叶片采用堆焊碳化钨合金，喷焊碳化钨硬质合金，粘接陶瓷片耐磨性能好维修周期长。

2.6 三相污物处理后的效果

（1）实践证明，三相卧螺沉降离心机固渣干度能达到75%以上（大约含15%～25%液体），有机相能保证含固量低于0.3%，有机相能保证含水量低于1%，水和第四相杂质中含有机物低于1%～3%，这样能得到非常纯净的有机物。对后续萃取工艺有保证，不会降低萃取效率。

（2）通过实践证明黏土能净化有机相中的杂质，然后，使用离心机能成功分离出纯净的有机相，从而实现有机相活化再生。

2.7 卧螺沉降式离心机注意事项

（1）开机要缓慢,防止受热不匀；（2）严格按规定的开机和停机清洗程序操作；（3）随时注意机器的振动和噪音，及时排除，不能带病工作；（4）长期停用时，必须每半个月盘车一次。

3 经济分析

3.1 经济效益

传统的萃取污物处理设备会导致大量有机物的损失产生较高的运行成本，湿法铜冶炼工艺每生产1 吨电积铜就要消耗2 ～3kg 的萃取剂。使用福乐伟（Flottweg）三相卧螺沉降离心机可产生一定经济价值。目前，公司设计生产电积铜2 万吨，可控单耗萃取剂2.5kg/t.Cu，溶剂油单耗15kg/t.Cu，如果不处理三相会消耗萃取剂0.6kg/t.Cu，溶剂油3kg/t.Cu。按公司年产铜2 万吨计算可节约萃取剂11.8t，溶剂油60t。萃取剂按8.0 万/t 计可年节约94.4 万人民币，溶剂油按1.0 万/t 计可年节约60 万人民币，2 ～3 年内可以收回投入成本。

3.2 环境效益

大量的三相污物被科学有效地处理后，有机相返回萃取系统再次利用，水相和第四相被返回CCD 洗涤系统循环在利用，固渣经综合处理后直接排放至尾矿库，也可以直接烘干后尾矿干堆，避免焚烧和填埋对环境造的破坏，避免了溶剂油挥发引发火灾的隐患，安全环保效益显著。

3.3 运行成本低

（1）日常的维护中需要每12 小时自动定量加注一次专用润滑油脂，每6 个月更换一次专用齿轮油，年维护费用约1.2 万元。离心机正常运行20000 小时后需做一次专业维修，主要是更换轴承和密封，维修费用在2 ～3 万元。

（2）福乐伟（Flottweg）三相卧螺沉降离心机整机控制自动化程度较高，DCS 集中控制全过程人机对话，远程一键启动后自动运行，多路保护功能确保设备运转安全可靠，可以实现无人值守，同比传统的三相污物处理方法可以节省人力成本投入。

4 结语

采用福乐伟（Flottweg）三相卧螺沉降离心机可高效处理铜萃取工序产生的三相污物，三相污物经处理后的有机相返回了生产流程重复利用，降低了消耗，减少了损失，萃取剂消耗达到了较好水平（2.5kg/t.Cu），溶剂油消耗为10kg/t.Cu，产出合格的阴极铜产品。既能有效处理三相污物回收了有机相，又能降低对环境的污染，同时，还可以在有机相中添加活化黏土实现有机相再生，虽然前期投入稍大，但在有限的时间内就能实现成本回收，该处理设备及工艺可以在同行业中推广应用。