三相臥螺卸料沉降離心機在銅礦濕法冶煉中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
本文中的銅礦濕法冶煉項目均采用粗碎+半自磨+球磨+硫酸浸出（帶攪拌）+CCD洗滌+萃取-電積回收金屬銅工藝。主要的數(shù)據(jù)來自于剛果（金）+岡波夫（Kambove）濕法煉銅項目，年產(chǎn)3萬t陰極銅，其銅鈷礦位于科盧韋齊市（Kolwezi）以東35km處，臨近盧阿拉巴河（Lualaba River），地處丹加銅礦帶上，主要是孔雀石形式的氧化銅礦，礦石均在地層淺表泥化嚴(yán)重處并含有大量的有機物。
傳統(tǒng)上采用板框壓濾機來清除在萃取和反萃取工藝段產(chǎn)生的萃取銅礦三相污物，但實際運行下效果不佳，銅礦三相污物沒有有效分離導(dǎo)致影響萃取效率，造成萃取劑和溶劑油的浪費，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失。如今采用了三相臥螺卸料沉降離心機，成功將銅礦三相污物分離至其原狀態(tài)即水相、有機相和固相，提高了萃取效率，保證了生產(chǎn)運行。
1 三相污物
1.1 組成和成因
在濕法煉銅的工藝過程中，在萃取和反萃取工藝段會產(chǎn)生銅礦三相污物，這種污物成乳化狀，其主要包含了細(xì)微的懸浮顆粒、有機污染物，溶解的鹽類、氣泡、類石膏含硅物（膠狀二氧化硅）等等固體懸浮物，有機相Organic和水Aqueous。
固體懸浮物大部分在酸浸工段隨料液進(jìn)入澄清池（用料液反復(fù)精濾也無法避免），其包括未分解的礦石顆粒及有機污染物，溶解的鹽類，類石膏含硅物也會隨之進(jìn)入后續(xù)的萃取工段，部分固體細(xì)粒具有潤濕性，易強烈吸附，聚集成為懸浮狀的乳劑，這部分固體懸浮物及降解的萃取劑、溶劑油和水混合形成銅礦三相污物。銅礦三相污物的成分組成中一般含5%～10%固體懸浮物（以下簡稱固相）Solid；40%～60%水相Aqueous；50%～70%有機物Organic。銅礦三相污物進(jìn)行完全烘干，并制樣送檢分析，從結(jié)論來看，其中的固相主要成分是二氧化硅，之后依次順序是鐵、錳、鋁及其他。
1.2 銅礦三相污物的影響
銅礦三相污物長期存在，會占用澄清室的體積，進(jìn)而影響了萃取的效率，一旦被夾帶至電解工段，則會污染電解液，引起陽極板的燒壞，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至停工。即使定期打撈，也會引起有機相流失，增加材料成本。而其固相污物如果處理不當(dāng)仍然有大量溶劑油，去填埋會直接破壞環(huán)境，甚至?xí)驗樘柋褚l(fā)火災(zāi)。
2 銅礦三相污物的處理方法
2.1 傳統(tǒng)的處理方法
傳統(tǒng)工藝中，主要使用板框壓濾機，當(dāng)液體通過過濾介質(zhì)后，固體顆粒被截留從而到達(dá)固液分離的效果，隨著生產(chǎn)中萃取劑污物的增加，很容易把濾布堵住，效率會越來越低，經(jīng)常需要更換濾布。而且存在占地大，敞開式易形成二次污染，人員勞動強度高等不利因素，關(guān)鍵水相和有機相仍處于混合狀態(tài)，當(dāng)三相污物除去渣后回到萃取系統(tǒng)中，會產(chǎn)生如下的問題：
（1）pH值產(chǎn)生波動影響萃取的整體效率。
（2）回收有機物整體純度不佳，影響整體工藝。
（3）有機物回收率不高，造成經(jīng)濟浪費。
（4）電解工段受到間接影響，銅板的質(zhì)量不佳。
2.2 臥螺卸料沉降式離心機主要工藝參數(shù)
型號：Z4E-4/441SP3.10；處理量：6～8m3/h；長徑比：4；錐角：8°；長寬高：3750×900×1200mm；重量：3000kg；轉(zhuǎn)速：4000r/min；差速：1～20r/min；扭矩：2750Nm；分離因數(shù)：3380g。
2.3 物料主要工藝參數(shù)及處理要求
進(jìn)料量 | 6～8m3/h |
溫度 | ≤40℃ |
氯離子含量 | ≤1.5g/L |
pH | 0.5～2.0 |
H2SO4含量 | ≤35g/L |
有機物Organic | 50～70%v/v SG＜0.85 |
水溶液Aqueous | 25～60%v/v SC＞1.11 |
懸浮顆粒Solids | ＜10%v/v SG＞2.6 |
分離后要求 | |
有機相回收率 | ＞97% |
水中的有機物 | ≤3%v/v |
有機相中的水含量 | ≤0.5%v/v |
2.4 三相臥螺卸料沉降式離心機工作原理
離心機由轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器構(gòu)成高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動件，由皮帶傳動，并通過齒輪箱帶動使轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間產(chǎn)生速度差。
需要分離的物料通過中心供料管進(jìn)入離心機內(nèi)，在離心力的作用下，密度大的固體沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上。液體則因為其二相密度不同的清液形成同心圓柱，較輕的液相處于內(nèi)層，較重的液相處于外層。不同液體環(huán)的厚度可通過調(diào)節(jié)溢流堰和可變?nèi)~輪來改變，即使有機相和水相含量有波動，依然可以在生產(chǎn)中進(jìn)行精準(zhǔn)動態(tài)改變以滿足要求。沉積在轉(zhuǎn)筒壁上的固體由螺旋輸送器傳送到轉(zhuǎn)筒體的錐體端，從排料口排入固體集料箱，如果進(jìn)料的固體含量較高，就要適當(dāng)調(diào)高螺旋差速。
2.5 三相臥螺卸料沉降式離心機的特點
（1）能夠?qū)⒐腆w，有機相和水相一次分離到位，簡化了生產(chǎn)工藝流程，確保分離效果和產(chǎn)品品質(zhì)，顯著減少了工藝設(shè)備的總投資。
（2）對物料的適用性能力強，能分離的固相粒度相對范圍廣（5～100μm），固相粒度出現(xiàn)偏離時也可以在生產(chǎn)中不停機調(diào)整分離效果。
（3）緊湊而簡潔的設(shè)計，使用維護(hù)占地面積小，確保能極大限度利用工廠場地。
（4）機器運轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)PLC-DCS控制、能自動連續(xù)長期運轉(zhuǎn)，減少人員配置。
（5）螺旋輸送器葉片的前端采用了碳化硅SiC硬質(zhì)合金保護(hù)加強，使用壽命更長。
2.6 經(jīng)離心機分離處理后的效果
生產(chǎn)實踐情況證明，經(jīng)過離心機分離處理后，其效果見下表所示：
固渣Solid | 干度能達(dá)到≥75% |
有機相Organic | 含固量低于0.3%，含水量低于1% |
水相Aqueous | 有機物含量為1%～3% |
（1）生產(chǎn)工藝訴求是較大限度的獲得足夠純凈的有機相Organic，所以三相離心機的參數(shù)設(shè)置也是較大限度滿足目前品質(zhì)需求，得出的有機相回收率穩(wěn)定在97%～98%，其純凈度也接近99%，這樣非常純凈的有機物產(chǎn)品，對后續(xù)工藝?yán)^續(xù)使用有保障，足以保證使用效率。
（2）根據(jù)生產(chǎn)實踐證明，三相污物在進(jìn)入離心機前的混合罐內(nèi)，假如少許的高嶺土，能夠有效凈化有機相中的雜質(zhì)，使固相能夠加速凝聚，對于后續(xù)三相離心機能成功分離出純凈的有機相有較大的幫助。
2.7 三相臥螺卸料沉降式離心機使用注意事項
（1）按操作規(guī)程進(jìn)行開停機。
（2）定期按流程進(jìn)行清洗操作。
（3）注意按照操作規(guī)程進(jìn)行定期加注潤滑油脂。
（4）定期巡檢，注意機器運轉(zhuǎn)時的聲音和檢測軸承振動值，出現(xiàn)問題要及時排除。
（5）機器需要長期停止使用時，注意按照操作規(guī)程封存保護(hù)。
3 經(jīng)濟分析
3.1 經(jīng)濟效益
過去使用傳統(tǒng)板框式壓濾機僅能處理固渣，無法有效回收大量有機物。使用三相卸料臥螺沉降離心機可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟價值。
平均每噸銅產(chǎn)量可以節(jié)約萃取劑0.5kg，溶劑油3kg。目前，公司每年設(shè)計生產(chǎn)電積銅3萬t，按此計算，每年節(jié)約萃取劑15t，溶劑油90t。萃取劑和溶劑油成本分別為8萬/t和1萬/t，保守估計，年均節(jié)約成本超過200萬，1～2年即足以收回成本。
3.2 環(huán)保效益
銅礦三相污物被分離后，有機相Organic返回至萃取工段，水相Aqueous將返回至中和池，兩者均會被循環(huán)再利用。固渣綜合處理后送至尾礦庫進(jìn)行干堆填埋。整體環(huán)保效益顯著。
3.3 運行成本
（1）根據(jù)離心機操作規(guī)程，每天需要定量手動加注一次專用潤滑油脂（約2g），每半年需要對內(nèi)軸承加注一次專用油脂（40g），每年需要對齒輪箱更換一次齒輪箱油（約3L），年維護(hù)費用不超過1萬元。
（2）離心機在正常運行20000h建議做一次維護(hù)保養(yǎng)，主要是檢查軸承，并確認(rèn)密封件以及皮帶狀況。
（3）三相離心機自動化程度高，全過程人機界面，通過PLC-DCS通訊至中控室可以遠(yuǎn)程直接一鍵啟動后，智能自動運行，多重邏輯保護(hù)確保工藝生產(chǎn)設(shè)備安全運行，同比傳統(tǒng)的銅礦三相污物處理方法可以節(jié)省大量人力成本。
4 結(jié)語
綜上所述，通過使用三相臥螺卸料沉降離心機高效處理銅礦濕法冶煉中產(chǎn)生的銅礦三相污物，收回了大部分高品質(zhì)的有機相Organic，使萃取劑和溶劑油的消耗分別控制在了2.5kg/t.Cu和10kg/t.Cu，并且保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。整個工藝的優(yōu)化不僅有效回收了有機相Organic，并且減少了工藝的復(fù)雜度并降低了污染，并能夠在有限的時間內(nèi)就能實現(xiàn)成本回收，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益的雙贏。
