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礦山污物產(chǎn)生原因和處理工藝研究論文
【摘要】濕法提銅工藝簡單、投資少、生產(chǎn)成本低，可有效開采和充分利用低品位礦產(chǎn)資源，同時有利于環(huán)境保護(hù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文重點闡述濕法提銅萃取技術(shù)在某礦山的實踐應(yīng)用中相間污物產(chǎn)生的原因和處理工藝的研究。
【關(guān)鍵詞】萃�。幌嚅g污物；應(yīng)用
福建省某礦山是一座已探明的屬含砷低品位大型銅礦床，該礦床為上部金礦下部銅礦。上部金礦已于1992年開始采用露天采礦一堆浸-炭漿提金工藝進(jìn)行生產(chǎn)，下部銅礦已探明銅金屬工業(yè)儲量146.5萬t，平均品位Cu0.46%、S2.58%、As0.037%，主要目的礦物以藍(lán)輝銅礦和銅藍(lán)為主，其次為輝銅礦、塊硫砷銅礦。1995年某研究院對該銅礦進(jìn)行過詳細(xì)的傳統(tǒng)浮選工藝、火法冶煉工藝和三氯化鐵浸出工藝的試驗研究，但由于原礦銅品位低、含砷高，采用傳統(tǒng)的選冶工藝，投資大、成本高、污染重，未成功獲得工業(yè)應(yīng)用，使得該銅礦成為無法利用的“呆礦”。為把該銅礦由“呆礦”變成可大規(guī)模開發(fā)利用資源，參照國內(nèi)國外成功的生產(chǎn)經(jīng)驗，通過不斷地實踐探索研究，對銅礦石采用浸出-萃取-電機(jī)工藝，成功實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，2005年產(chǎn)量達(dá)1000t。并于2006年擴(kuò)大規(guī)模，2007年試生產(chǎn)，達(dá)到年產(chǎn)量7000t的生產(chǎn)規(guī)模，經(jīng)過3年的努力，成功實現(xiàn)年產(chǎn)1萬t規(guī)模。經(jīng)過2010~2012年新一輪的技改，2015年該礦山濕法冶銅規(guī)模突破年產(chǎn)量20000t的生產(chǎn)規(guī)模，成為國內(nèi)首屈一指的生物濕法提銅企業(yè)。
1銅萃取工藝相間污物產(chǎn)生的原因
萃取過程是濕法提銅的關(guān)鍵工序。銅溶劑萃取是萃取劑和含銅溶液攪拌質(zhì)換的過程，在萃取過程中，料液中的雜質(zhì)和有機(jī)相組成的穩(wěn)定乳化物，該乳化物為絮凝物，即為相間污物。它的存在使得分相速度變慢，導(dǎo)致分相困難，同時由于相間污物的夾帶作用造成萃取劑損失增大，增加生產(chǎn)成本。
1.1相間污物（絮凝物）的成分
相間污物（絮凝物）是一種油包水型或水包油型的乳化物，由有機(jī)相、水相和固體微粒組成，一般存在于水相和有機(jī)相之間，形成穩(wěn)定的第三相。導(dǎo)致形成絮凝物的固體微粒，其主要成分是硅、鋁、鐵以及一些由α-石英、云母、粘土、鐵礬和石膏組成的晶體礦物。物相分析表明，該工廠絮凝物的固體微粒中硅以SiO2膠體、鋁以Al（OH）3膠體、鐵以Fe（OH）3膠體形式存在，它們組成了絮凝物的基本骨架。
1.2相間污物（絮凝物）的產(chǎn)生原因
相間污物（絮凝物）產(chǎn)生的原因很多，主要影響因素為料液、萃取劑以及萃取操作三個方面。
1.2.1料液因素
�。�1）固體微粒的影響料液中固體微粒主要來源于料液中的懸浮物，料液中的固體微粒對絮凝物的產(chǎn)生起促進(jìn)作用，一旦被吸附到絮凝物上，它又成為一種穩(wěn)定劑，使絮凝物的乳化結(jié)構(gòu)更加趨于穩(wěn)定。（2）有機(jī)物的影響料液中的有機(jī)物主要來源是：①植物死后的分解產(chǎn)物（如腐殖酸）和繁殖的細(xì)菌、藻類；②浸出過程中添加的絮凝劑等表面活性劑；這些具有表面活性的有機(jī)物在酸性環(huán)境下會形成有機(jī)溶膠，導(dǎo)致絮凝物的形成。（3）無機(jī)離子的影響料液中無機(jī)離子主要包括可溶性硅及鐵、鋁、鈣等金屬離子。當(dāng)料液pH值為2左右時，料液中的硅一般呈α形態(tài)接近于單分子狀態(tài)（即原硅酸或簡單的偏硅酸），此時不致影響溶液的澄清過濾。萃取時由于料液酸度變化較大，α形態(tài)硅酸會聚集成一種巨大的疏松網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即β形態(tài)的硅酸聚合物，這種聚合物有較高的表面能，比表面積很大，本身又帶電荷，很容易在表面吸附有機(jī)溶劑形成中間層，而這種中間層又容易包裹料液中固體微粒產(chǎn)生“滾雪球”似的效應(yīng)，使絮凝物迅速積累、膨脹。當(dāng)浸出料液pH偏高，尤其是超過Fe、Al的水解pH值時，會生成Fe（OH）3、Al（OH）3膠體。采用調(diào)整料液pH值的方法可以有效地破壞膠體，使Fe、Al以離子形態(tài)出現(xiàn)。因此控制料液的pH值，減少膠體物質(zhì)的產(chǎn)生，對防止絮凝物的產(chǎn)生很關(guān)鍵。硫酸鈣溶解度較低，當(dāng)溶液中鈣離子濃度偏高時，容易形成硫酸鈣沉淀，也會促進(jìn)絮凝物的形成。
1.2.2萃取劑的影響
銅萃取過程中，萃取劑與料液和反萃劑長期反復(fù)接觸，會通過貝克曼重排、水解、氧化、磺化、硝化等途徑逐漸降解，降解產(chǎn)生含羰基、羧基、羥基及酰胺等具有表面活性的極性兩親分子。當(dāng)這些降解產(chǎn)物積累到一定濃度時，會顯著降低兩相的表面張力，形成絮凝物。另外在電積過程中，采用純鉛板或Pb-Sb二元合金做陽極時，脫落物通常呈粉狀而彌散在整個電解液體系中，這些脫落物一般是由PbO2、CaO2以及MnO2組成，具有極強(qiáng)的氧化性，在反萃時它們被夾帶進(jìn)入反萃段，導(dǎo)低碳技術(shù)致萃取劑的氧化降解，使萃取劑的萃取能力下降，嚴(yán)重時將導(dǎo)致萃取劑中毒使萃取無法正常運行。
1.2.3萃取操作的影響
（1）空氣的卷入空氣卷入有機(jī)相有兩種途徑：①攪拌速度控制不當(dāng)，液面形成渦流，空氣從混合室上部進(jìn)入有機(jī)相；②混合室較小而葉輪轉(zhuǎn)速較快，空氣從混合室底部進(jìn)入有機(jī)相。因此，除了控制穩(wěn)定、適宜的攪拌強(qiáng)度以外，對混合室和葉輪也有一定的要求，通常要求葉輪直徑在混合室寬度的2/3~3/4倍之間�？諝獾挠绊懼饕憩F(xiàn)在固體微粒對氣體的吸附作用上，在攪拌過程中，空氣被分散成細(xì)小氣泡后，與絮凝物包裹在一起，形成一種粘著力很強(qiáng)的絮凝物氣囊，進(jìn)一步促進(jìn)了絮凝物的產(chǎn)生。而且由于空氣的影響，絮凝物體積膨脹，比重輕于有機(jī)相，于是絮凝物便充斥在整個有機(jī)相中，并浮到有機(jī)相上層形成漂浮絮凝物。（2）相連續(xù)選擇不合理根據(jù)絮凝物的特性，油包水型的絮凝物其大部分體積應(yīng)該在水相中，水包油型的絮凝物其大部分體積應(yīng)該在有機(jī)相中。因此，為了使生成的絮凝物存在于水相中，或者至少是將絮凝物體積壓縮在界面上，不向有機(jī)相擴(kuò)散，就必須使萃取保持有機(jī)相連續(xù)。正常條件下，相比O/A在1.1～1.2之間就能保證有機(jī)相連續(xù)，但當(dāng)料液中含有一定的固體微�；蚰z體物質(zhì)時，有機(jī)相連續(xù)就很難保持，容易造成萃取轉(zhuǎn)相，生成水包油型的絮凝物，分散在有機(jī)相中。將相比O/A調(diào)整到1.3以上，能有效地解決有機(jī)相連續(xù)、容易轉(zhuǎn)相和絮凝物漂浮在有機(jī)相中的問題，大幅度減少絮凝物的產(chǎn)生。（3）絮凝物沒有定期處理產(chǎn)生的絮凝物如果得不到及時處理，當(dāng)積累到一定程度時，混合室最佳的相連續(xù)就會失調(diào)。絮凝物在有機(jī)相中積累，由于逆流操作，有機(jī)相將絮凝物帶入有機(jī)相儲槽和反萃系統(tǒng)，造成反萃混合室轉(zhuǎn)相，直至整個系統(tǒng)失調(diào)，整個萃取箱中均充滿絮凝物，這種現(xiàn)象在工業(yè)上稱“泥流”。大多數(shù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗都表明，及時處理積累的絮凝物是解決“泥流”的最好方式。
2銅萃取工藝相間污物處理工藝
銅萃取工藝中，為保證萃取效果，必須及時處理相間污物，以便回收有機(jī)相。常規(guī)方法有人工攪拌回收法、攪拌壓濾法、高效離心法。選擇何種方法視具體情況，但人工攪拌回收不事宜大規(guī)模生產(chǎn)。福建某濕法冶煉廠采取攪拌壓濾法，取得了良好的效果，該礦山每年產(chǎn)生大量的相間污物，具體情況見表1。為處理相間污物，用泵將絮凝物抽取至攪拌桶內(nèi)，添加活性白土，攪拌大約30min，進(jìn)入壓濾機(jī)壓濾，三級澄清后，回收有機(jī)相，壓濾機(jī)濾餅作危險廢棄物處理。相間污物主要處理流程：
2.1相間污物收集
將含有相間污物負(fù)載有機(jī)槽內(nèi)有機(jī)相（相間污物厚度大于1m時）用泵抽進(jìn)攪拌桶，加至約占攪拌桶體積5/6，然后開啟攪拌機(jī)。
2.2添加活性白土并攪拌
往攪拌桶中慢慢加入活性白土，加入量約1m3有機(jī)相7.5kg，活性白土添加完成后，繼續(xù)攪拌30min，然后開泵泵入壓濾機(jī)壓濾。
2.3壓濾
開啟板框壓濾機(jī)，單臺壓濾機(jī)處理攪拌后混合物時間約4小30分，若兩臺壓濾機(jī)同時開機(jī)處理，處理20m3有機(jī)相約2小時15分。
2.4澄清及過濾
將壓濾處理后的有機(jī)相打入西恩罐，在西恩罐靜置1h后，先放水干凈，再放油進(jìn)入保安過濾器，經(jīng)保安過濾器過濾后的有機(jī)相返回萃取系統(tǒng)（B/D）。詳細(xì)流程見圖1。
3結(jié)論
為保證萃取過程的質(zhì)量，控制料液中的固體及雜質(zhì)含量，規(guī)范萃取過程操作，定期處理污染物是很有必要的。采取活性白土并通過攪拌污染物，過濾澄清后，能去除相間污物，迅速恢復(fù)萃取劑的化學(xué)活性。
作者:朱德才 單位:紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司
參考文獻(xiàn)
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