張鵬，陳燕杰，張海寶，朱英傳

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

全球已探明鈷的資源量為25 000 kt，儲量7 200 kt，集中在剛果（金）、澳大利亞和古巴，其中，剛果（金）銅鈷礦資源豐富，銅儲量和鈷儲量分別占全球儲量的2.7%和50%以上[1]。剛果（金）東南部的加丹加高原銅鈷資源豐富，是世界上銅金屬的生產(chǎn)地和鈷金屬的生產(chǎn)地。該國某大型銅鈷礦每年采選礦石量約8 000 kt，年設(shè)計(jì)產(chǎn)陰極銅（LME A級銅）105 kt，產(chǎn)粗制氫氧化鈷約55.5 kt（其中鈷金屬約21 kt）。

該銅鈷礦廠設(shè)計(jì)提銅工藝采用“浸出—萃取—電積”方式，銅萃取—電積過程是銅濕法冶煉過程的重要環(huán)節(jié)[1]，萃取后的富銅液進(jìn)入電積槽后發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在陰極析出金屬銅，并在陽極放出氧氣[2]。然而在銅電積生產(chǎn)過程中，由萃取工藝夾帶至電積液中的有機(jī)物（油）會對陰極銅產(chǎn)生不良的影響，主要會引起陰極沉積物變色（有機(jī)燒斑），物理性能變壞(麻點(diǎn)、疏松等)和化學(xué)成分改變，從而導(dǎo)致電積效率降低、電積能耗增加、陰極銅表面與質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等情況[3]，針對上述問題，采用“前端凝聚吸附+末端雙介質(zhì)過濾”兩段深度除油凈化工藝，以期達(dá)到電積液脫油、有機(jī)相回收、節(jié)能降耗等效果[4]。

2 工藝流程

來自銅萃取系統(tǒng)的電積富液經(jīng)過溶液池儲存與澄清后，首先泵送至前端電富液儲槽中經(jīng)過凝聚吸附，然后由泵送至末端雙介質(zhì)過濾器進(jìn)行深層除油，除油后的富液與電積貧液在電積液槽中調(diào)配濃度后再泵送至各電積槽內(nèi)，其兩段除油過程中的有機(jī)相都可回收利用。其工藝流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場工藝流程

該工藝具有以下特點(diǎn)：1）通過減少進(jìn)入電積系統(tǒng)中的有機(jī)相，提升了陰極板表觀質(zhì)量與美觀度，減少了貼水；2）通過減少電積液中被氧氣降解的量，減少了電積貧液返回萃取系統(tǒng)的有機(jī)相小分子數(shù)量，從而有利于減少萃取系統(tǒng)中的三相物；3）在除油過程中不引入任何藥劑，具有除油率高、無污染、低能耗、有機(jī)相回收率高的特點(diǎn)。

凝聚吸附主要設(shè)計(jì)在溶液儲槽中利用凝聚介質(zhì)以除去水相中非乳化、游離和分散的油相，促進(jìn)有機(jī)溶劑中的有機(jī)相和夾帶水溶液的分離[5]。其主要材質(zhì)為PVC，在設(shè)計(jì)限定的除油區(qū)域內(nèi)形成高密度表面積的層網(wǎng)，具體如圖2所示，可根據(jù)不同項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)方形與柱形等，同時(shí)也可將凝聚介質(zhì)分成小段裝入Raschel高密度網(wǎng)袋中，而后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況再設(shè)定周期取出反洗以回收吸附介質(zhì)中的油相。

圖2 凝聚吸附介質(zhì)放大后裝置

溶液經(jīng)過凝聚吸附后泵至雙介質(zhì)過濾器中進(jìn)行深層凈化，電積富液進(jìn)入雙介質(zhì)過濾容器中，首先經(jīng)過設(shè)置的過濾層，然后再進(jìn)入電積液槽罐中，最后進(jìn)入電積槽內(nèi)。過濾層由兩層介質(zhì)組成，頂層的無煙煤介質(zhì)除去溶液中含有的有機(jī)相，保護(hù)了下一層石榴石介質(zhì)不被殘余的有機(jī)相覆蓋，從而過濾溶液中細(xì)固顆粒。該雙介質(zhì)層可以除去電積富液中95%的大于10μm夾帶的有機(jī)相微粒，同時(shí)也除去95%的大于10 μm的懸浮固體顆粒。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，可設(shè)定周期對過濾器進(jìn)行反洗，反洗過濾器收集到的石榴石介質(zhì)中積累的懸浮固體與無煙煤介質(zhì)中過量的有機(jī)相可以回收利用。雙介質(zhì)過濾裝置如圖3所示。

圖3 雙介質(zhì)過濾裝置

3 現(xiàn)場分析

3.1 工藝設(shè)備與參數(shù)

該銅鈷礦廠用萃取反萃后電積富液經(jīng)過除油工序后進(jìn)入電積車間，其溶液初始參數(shù)如表1所示，其除油主要設(shè)備如表2所示，工藝整個(gè)系統(tǒng)除油主體設(shè)備為凝聚吸附介質(zhì)與雙介質(zhì)過濾器，通過泵使溶液連續(xù)凈化除油，通過鼓風(fēng)機(jī)反洗收集有機(jī)相，以上各項(xiàng)均由控制系統(tǒng)操作，其工藝參數(shù)如表3所示。

表1 銅電積液初始參數(shù)

表2 工藝設(shè)備及參數(shù)

表3 除油工藝參數(shù)

3.2 工藝過程

1）來自萃取系統(tǒng)的電積富銅在溶液池中在儲存與澄清。經(jīng)現(xiàn)場測定，其溶液的含油量進(jìn)行160×10-6~200×10-6之間。由溶液池將電積富液泵至電積富液槽中進(jìn)行凝聚吸附，如圖4所示，其凝聚介質(zhì)充填于溶液表面以下0.3 m深，同時(shí)將電積富液由槽內(nèi)泵送至下一工序的溶液中進(jìn)行取樣分析。結(jié)果表明，經(jīng)凝聚吸附工藝后溶液含油量處于50×10-6~100×10-6。再將電積富液打至雙介質(zhì)過濾設(shè)備中，如圖5所示，其凝聚介質(zhì)無煙煤與石榴石在設(shè)備中都充填0.45 m，然后對該設(shè)備出口溶液進(jìn)行取樣分析。結(jié)果表明，經(jīng)雙介質(zhì)過濾工藝后溶液含油量處于5×10-6~20×10-6。最后溶液進(jìn)入電積槽，其槽面見不到漂浮油，陰極銅在出槽后其表面光滑。

圖4 電積富液槽內(nèi)凝聚吸附

圖5 雙介質(zhì)過濾除油

2）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選定周期對凝聚介質(zhì)淋洗以回收油相；而雙介質(zhì)過濾設(shè)備則根據(jù)控制器顯示的檢測周期對過濾器進(jìn)行反洗以收集石榴石介質(zhì)中積累的懸浮固體與無煙煤介質(zhì)中過量的油相。這兩種油相可以經(jīng)地坑泵送至三相離心機(jī)回收使用。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐證明，該除油工藝的有機(jī)相回收率可達(dá)到85%左右。

“前端凝聚吸附+末端雙介質(zhì)過濾”兩段深度除油凈化工藝在該銅鈷礦廠的電積車間運(yùn)行兩年多來，工藝流程順暢，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，所生產(chǎn)的陰極銅銅品位99.997%以上，形貌較好，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到并超過了《陰極銅標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 467—2010）現(xiàn)行。其生產(chǎn)過程工藝技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 過程工藝技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)語

采用電積液“前端凝聚吸附+末端雙介質(zhì)過濾”兩段深度除油凈化新工藝，可有效消除電積液中有機(jī)相對電積工藝、陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量的影響。兩段深度凈化工藝在除油過程中不引入任何藥劑，電積液脫油率>90%，有機(jī)相回收率達(dá)到85%，具有除油率高、無污染，低能耗，有機(jī)相回收率高的特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐證明，該銅鈷礦廠電積車間除油系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效地解決了電積液中有機(jī)相脫除與回收的難題。