孫 鋼 陳來(lái)保 闞延松 申法政 商 賀

(1.玻利維亞D銅礦股份有限公司；2.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司；3.上海申阜環(huán)保科技有限公司)

D銅礦濕法煉銅廠是玻利維亞第二家采用浸出—萃取—電積(L-SX-EW)工藝處理氧化銅礦石，生產(chǎn)銅金屬的冶煉廠。通過(guò)前期的礦石可行性研究顯示，堆浸—萃取—反萃—電積工藝是處理該銅礦的最佳技術(shù)方案，整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，投資省，指標(biāo)良好[1]。項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工參照國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，未充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、自然條件等因素，導(dǎo)致試生產(chǎn)工藝流程出現(xiàn)諸多問(wèn)題。本文從試生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題分析和工藝改造入手，總結(jié)在南美高寒地區(qū)以浸出—萃取—電積工藝煉銅生產(chǎn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 工藝概述

D銅礦濕法煉銅廠采礦為露天采礦工藝，采出礦石經(jīng)過(guò)兩段一閉路破碎系統(tǒng)破碎至-30 mm，通過(guò)自卸卡車運(yùn)輸至堆場(chǎng)進(jìn)行堆浸準(zhǔn)備。初期堆場(chǎng)面積為7 000 m2，堆高為3 m。通過(guò)噴淋堆浸礦石，噴淋液含硫酸15 g/L，噴淋強(qiáng)度15 L/(m2·h)。堆浸料液進(jìn)入萃取流程，經(jīng)過(guò)兩段順流萃取、一段反萃作業(yè)，富液進(jìn)入電積作業(yè)，其中攪拌作業(yè)均為一級(jí)攪拌。濕法煉銅廠設(shè)計(jì)工藝流程見(jiàn)圖1。

2 工藝流程改造及生產(chǎn)實(shí)踐

濕法煉銅廠所在地海拔在3 800 m以上，常年晝夜溫差大，多大風(fēng)和沙塵天氣，白天日照強(qiáng)烈，對(duì)設(shè)備的可靠性提出更高要求。試生產(chǎn)期間對(duì)影響工藝控制的設(shè)備及工藝進(jìn)行了調(diào)整和改造，工藝優(yōu)化后，流程運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好。

圖1 濕法煉銅廠設(shè)計(jì)工藝流程

2.1 堆浸工藝改造

2.1.1 原工藝流程存在的問(wèn)題

原工藝中礦石經(jīng)破碎直接進(jìn)入堆場(chǎng)筑堆、噴淋,試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)初期料液產(chǎn)生正常，一段時(shí)間后料液濃度衰減嚴(yán)重，整個(gè)堆場(chǎng)料液濃度在1 g/L，浸出時(shí)間90 d以上回收率約為60%，浸出作業(yè)效率低，料液循環(huán)量及金屬量難以保證后續(xù)的萃取及電積流程需要。

2.1.2 工藝改造及調(diào)整

通過(guò)工藝礦物學(xué)研究該礦石為砂礫巖型礦石，主要含有鈣、鎂等耗酸礦物(見(jiàn)表1)，通過(guò)常規(guī)噴淋，初期低濃度酸多被耗酸礦物消耗，造成料液銅濃度低。試驗(yàn)室以每噸原礦35 kg濃硫酸，7%的水分對(duì)破碎后礦石進(jìn)行熟化反應(yīng)，隨后進(jìn)行柱浸試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良，浸出時(shí)間40 d浸出率已超過(guò)60%，優(yōu)于試生產(chǎn)直接堆浸作業(yè)指標(biāo)。硫酸熟化保證硫酸、水及礦石在團(tuán)礦機(jī)內(nèi)劇烈反應(yīng)，其中的放熱反應(yīng)也給部分銅礦石的氧化和分解創(chuàng)造條件，在礦石內(nèi)部形成更多裂隙。細(xì)顆粒與礦石經(jīng)過(guò)類似球團(tuán)改造后，再次形成滲透性好的單體礦物顆粒，優(yōu)化了浸出滲透性[2]。

表1 礦石主要化學(xué)分析結(jié)果 %

2.1.3 工藝條件確定及改造效果

熟化用酸一般需根據(jù)試驗(yàn)室試驗(yàn)耗酸的80%加入，也可根據(jù)工藝和生產(chǎn)需要從50%增加，生產(chǎn)中確定最優(yōu)工藝。濃硫酸熟化過(guò)程需根據(jù)礦石含泥的不同調(diào)整水的加入，保證礦石潤(rùn)濕和充分反應(yīng)即可，避免成泥漿狀，影響團(tuán)礦效果，降低礦石的滲透性。改造后，經(jīng)過(guò)硫酸熟化作業(yè)的堆場(chǎng)，堆浸96 d平均料液濃度達(dá)2.52 g/L。

2.2 噴淋方式改造

2.2.1 原流程存在的問(wèn)題

噴淋浸出工藝適用于礦石滲透性好，能接受噴淋高強(qiáng)度噴淋的礦石。該礦石硬度低，破碎后粉礦較多，-5 mm粒級(jí)含量達(dá)42%。試生產(chǎn)過(guò)程中以15 L/(m2·h)噴淋強(qiáng)度噴淋，礦堆表面經(jīng)常積液，導(dǎo)致多處堆場(chǎng)垮塌；部分粉礦沖刷至礦石空隙中，導(dǎo)致滲透性較差。由于噴淋設(shè)備限制，降低強(qiáng)度難以保證噴頭料液的霧化效果,加之當(dāng)?shù)匾归g溫度低，最低氣溫達(dá)-11 ℃,低溫條件下作業(yè)噴淋液在空中結(jié)成冰晶，造成堆場(chǎng)多處結(jié)冰，堆場(chǎng)被覆蓋不能有效噴淋。大風(fēng)天氣中，懸空的料液部分被風(fēng)帶走，造成環(huán)境污染和硫酸浪費(fèi)。

2.2.2 工藝改造及改造效果

通過(guò)滴淋工藝研究，該工藝使用的滴淋管路每個(gè)滴淋孔都有特殊的螺旋通道，通過(guò)緩釋料流和壓力，保證滴淋強(qiáng)度。滴淋強(qiáng)度可從5～15 L/(m2·h)靈活調(diào)整。滴淋工藝的改造，改善了堆場(chǎng)冬季結(jié)冰的情況，同時(shí)避免了大風(fēng)天氣，滴淋作業(yè)對(duì)環(huán)境的影響。生產(chǎn)管理中嚴(yán)格控制滴淋強(qiáng)度，使堆場(chǎng)垮塌情況得到控制。噴淋與滴淋工藝見(jiàn)圖2。

圖2 噴淋與滴淋工藝示意(單位：mm)

2.3 萃取工藝改造

2.3.1 原流程存在的問(wèn)題

原流程工藝布置見(jiàn)圖3。其中兩級(jí)萃取為順流萃取，二級(jí)萃取負(fù)載有機(jī)相直接進(jìn)行反萃。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)料液濃度(PLS)大于2 g/L時(shí)，萃取能力不足，萃取率在85%以下。因氣候變化和操作不當(dāng)，負(fù)載有機(jī)相中會(huì)夾帶水相，其中含有大量錳和硝酸根等有害離子將混入電積作業(yè)，增加了流程中有害元素的富集，生產(chǎn)中為不影響有害元素返回反萃氧化萃取劑，常根據(jù)電積尾液濃度進(jìn)行開(kāi)路作業(yè)，但對(duì)電積液中鐵、瓜爾膠及硫酸鈷造成浪費(fèi)。

圖3 原萃取工藝示意

2.3.2 工藝改造及效果

為改善萃取效果，將順流萃取流程改造為逆流萃取流程，增加洗滌作業(yè)，改造后工藝流程見(jiàn)圖4。逆流萃取將萃取能力最強(qiáng)的貧載有機(jī)相和含銅濃度中等的料液混合萃取，降低萃余液中的銅濃度，改造后萃取作業(yè)綜合萃取率達(dá)90%～93%。洗滌作業(yè)降低了負(fù)載有機(jī)相中水相的夾帶，電積作業(yè)有害物質(zhì)得到控制，改造后1 a時(shí)間未進(jìn)行開(kāi)路作業(yè)[3]。

圖4 改造后萃取工藝示意

2.4 生產(chǎn)實(shí)踐

試生產(chǎn)結(jié)合氣候、礦石及工藝情況，分析和調(diào)整技術(shù)管理要求，穩(wěn)定生產(chǎn)流程。

2.4.1 萃取作業(yè)條件的控制

在25 ℃的室溫條件下，以含銅3.5 g/L的料液進(jìn)行不同pH值條件下lix984N萃取劑的萃取效果測(cè)定。其中O/A=1.0，萃取劑體積百分比為10%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 萃取劑Lix 984N萃取率和pH值之間的關(guān)系

由表2可知，在萃取料液pH值為1.4時(shí)，試驗(yàn)萃取回收率為82.26%，pH值升高萃取率相應(yīng)升高，為此確定料液含酸需<7 g/L；結(jié)合浸出作業(yè)要求(pH<2易造成鐵離子向固體轉(zhuǎn)換，沉積于堆場(chǎng)中)，確定浸出后液含硫酸確定在3～7 g/L。為優(yōu)化萃取率，根據(jù)料液銅的濃度，適當(dāng)增加萃取劑的體積百分比含量至15%，以保證萃取率。

2.4.2 有機(jī)相連續(xù)的重要性

理論上萃取相比O/A=1.0，流程波動(dòng)常會(huì)造成相比的紊亂。因冶煉廠當(dāng)?shù)厣硥m和礦石中細(xì)粒物的影響，萃取中有大量三相物質(zhì)(絮凝物)。生產(chǎn)中為便于減少水相料液中有機(jī)相夾帶和控制三相物的形成，常設(shè)置混合室為有機(jī)相連續(xù)。為保證有機(jī)相連續(xù)的穩(wěn)定，可在混合室中稍微增加有機(jī)相的體積比率，以保證有機(jī)相連續(xù)的穩(wěn)定。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)工藝改造和生產(chǎn)實(shí)踐，D銅礦電積廠逐漸運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，證明通過(guò)有效的技術(shù)管理，浸出—萃取—電積工藝適用于高海拔寒冷地區(qū)。作為跨國(guó)級(jí)別的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目所在地的氣候、自然、市場(chǎng)和工業(yè)基礎(chǔ)的詳盡調(diào)研，從而保證設(shè)計(jì)和建設(shè)從實(shí)際出發(fā)，保證濕法冶金銅廠生產(chǎn)過(guò)程中的工藝順暢和成本節(jié)約。