国外某铜钴矿铜电积液除油工艺应用分析

张鹏，陈燕杰，张海宝，朱英传

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

全球已探明钴的资源量为25 000 kt，储量7 200 kt，集中在刚果（金）、澳大利亚和古巴，其中，刚果（金）铜钴矿资源丰富，铜储量和钴储量分别占全球储量的2.7%和50%以上[1]。刚果（金）东南部的加丹加高原铜钴资源丰富，是世界上铜金属的生产地和钴金属的生产地。该国某大型铜钴矿每年采选矿石量约8 000 kt，年设计产阴极铜（LME A级铜）105 kt，产粗制氢氧化钴约55.5 kt（其中钴金属约21 kt）。

该铜钴矿厂设计提铜工艺采用“浸出—萃取—电积”方式，铜萃取—电积过程是铜湿法冶炼过程的重要环节[1]，萃取后的富铜液进入电积槽后发生电化学反应，在阴极析出金属铜，并在阳极放出氧气[2]。然而在铜电积生产过程中，由萃取工艺夹带至电积液中的有机物（油）会对阴极铜产生不良的影响，主要会引起阴极沉积物变色（有机烧斑），物理性能变坏(麻点、疏松等)和化学成分改变，从而导致电积效率降低、电积能耗增加、阴极铜表面与质量不达标等情况[3]，针对上述问题，采用“前端凝聚吸附+末端双介质过滤”两段深度除油净化工艺，以期达到电积液脱油、有机相回收、节能降耗等效果[4]。

2 工艺流程

来自铜萃取系统的电积富液经过溶液池储存与澄清后，首先泵送至前端电富液储槽中经过凝聚吸附，然后由泵送至末端双介质过滤器进行深层除油，除油后的富液与电积贫液在电积液槽中调配浓度后再泵送至各电积槽内，其两段除油过程中的有机相都可回收利用。其工艺流程如图1所示。

图1 现场工艺流程

该工艺具有以下特点：1）通过减少进入电积系统中的有机相，提升了阴极板表观质量与美观度，减少了贴水；2）通过减少电积液中被氧气降解的量，减少了电积贫液返回萃取系统的有机相小分子数量，从而有利于减少萃取系统中的三相物；3）在除油过程中不引入任何药剂，具有除油率高、无污染、低能耗、有机相回收率高的特点。

凝聚吸附主要设计在溶液储槽中利用凝聚介质以除去水相中非乳化、游离和分散的油相，促进有机溶剂中的有机相和夹带水溶液的分离[5]。其主要材质为PVC，在设计限定的除油区域内形成高密度表面积的层网，具体如图2所示，可根据不同项目要求设计方形与柱形等，同时也可将凝聚介质分成小段装入Raschel高密度网袋中，而后根据现场实际情况再设定周期取出反洗以回收吸附介质中的油相。

图2 凝聚吸附介质放大后装置

溶液经过凝聚吸附后泵至双介质过滤器中进行深层净化，电积富液进入双介质过滤容器中，首先经过设置的过滤层，然后再进入电积液槽罐中，最后进入电积槽内。过滤层由两层介质组成，顶层的无烟煤介质除去溶液中含有的有机相，保护了下一层石榴石介质不被残余的有机相覆盖，从而过滤溶液中细固颗粒。该双介质层可以除去电积富液中95%的大于10μm夹带的有机相微粒，同时也除去95%的大于10 μm的悬浮固体颗粒。根据现场实际情况，可设定周期对过滤器进行反洗，反洗过滤器收集到的石榴石介质中积累的悬浮固体与无烟煤介质中过量的有机相可以回收利用。双介质过滤装置如图3所示。

图3 双介质过滤装置

3 现场分析

3.1 工艺设备与参数

该铜钴矿厂用萃取反萃后电积富液经过除油工序后进入电积车间，其溶液初始参数如表1所示，其除油主要设备如表2所示，工艺整个系统除油主体设备为凝聚吸附介质与双介质过滤器，通过泵使溶液连续净化除油，通过鼓风机反洗收集有机相，以上各项均由控制系统操作，其工艺参数如表3所示。

表1 铜电积液初始参数

表2 工艺设备及参数

表3 除油工艺参数

3.2 工艺过程

1）来自萃取系统的电积富铜在溶液池中在储存与澄清。经现场测定，其溶液的含油量进行160×10-6~200×10-6之间。由溶液池将电积富液泵至电积富液槽中进行凝聚吸附，如图4所示，其凝聚介质充填于溶液表面以下0.3 m深，同时将电积富液由槽内泵送至下一工序的溶液中进行取样分析。结果表明，经凝聚吸附工艺后溶液含油量处于50×10-6~100×10-6。再将电积富液打至双介质过滤设备中，如图5所示，其凝聚介质无烟煤与石榴石在设备中都充填0.45 m，然后对该设备出口溶液进行取样分析。结果表明，经双介质过滤工艺后溶液含油量处于5×10-6~20×10-6。最后溶液进入电积槽，其槽面见不到漂浮油，阴极铜在出槽后其表面光滑。

图4 电积富液槽内凝聚吸附

图5 双介质过滤除油

2）根据现场实际情况，选定周期对凝聚介质淋洗以回收油相；而双介质过滤设备则根据控制器显示的检测周期对过滤器进行反洗以收集石榴石介质中积累的悬浮固体与无烟煤介质中过量的油相。这两种油相可以经地坑泵送至三相离心机回收使用。经过现场实践证明，该除油工艺的有机相回收率可达到85%左右。

“前端凝聚吸附+末端双介质过滤”两段深度除油净化工艺在该铜钴矿厂的电积车间运行两年多来，工艺流程顺畅，设备运行稳定，所生产的阴极铜铜品位99.997%以上，形貌较好，产品质量达到并超过了《阴极铜标准》（GB／T 467—2010）现行。其生产过程工艺技术指标如表4所示。

表4 过程工艺技术指标

4 结语

采用电积液“前端凝聚吸附+末端双介质过滤”两段深度除油净化新工艺，可有效消除电积液中有机相对电积工艺、阴极铜产品质量的影响。两段深度净化工艺在除油过程中不引入任何药剂，电积液脱油率>90%，有机相回收率达到85%，具有除油率高、无污染，低能耗，有机相回收率高的特点。经实践证明，该铜钴矿厂电积车间除油系统运行稳定，有效地解决了电积液中有机相脱除与回收的难题。