矿山污物产生原因和处理工艺研究

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【摘要】湿法提铜工艺简单、投资少、生产成本低，可有效开采和充分利用低品位矿产资源，同时有利于环境保护，具有良好的经济效益和社会效益。本文重点阐述湿法提铜萃取技术在某矿山的实践应用中相间污物产生的原因和处理工艺的研究。

【关键词】萃取；相间污物；应用

福建省某矿山是一座已探明的属含砷低品位大型铜矿床，该矿床为上部金矿下部铜矿。上部金矿已于1992年开始采用露天采矿一堆浸-炭浆提金工艺进行生产，下部铜矿已探明铜金属工业储量146.5万t，平均品位Cu0.46%、S2.58%、As0.037%，主要目的矿物以蓝辉铜矿和铜蓝为主，其次为辉铜矿、块硫砷铜矿。1995年某研究院对该铜矿进行过详细的传统浮选工艺、火法冶炼工艺和三氯化铁浸出工艺的试验研究，但由于原矿铜品位低、含砷高，采用传统的选冶工艺，投资大、成本高、污染重，未成功获得工业应用，使得该铜矿成为无法利用的“呆矿”。为把该铜矿由“呆矿”变成可大规模开发利用资源，参照国内国外成功的生产经验，通过不断地实践探索研究，对铜矿石采用浸出-萃取-电机工艺，成功实现工业化生产，2005年产量达1000t。并于2006年扩大规模，2007年试生产，达到年产量7000t的生产规模，经过3年的努力，成功实现年产1万t规模。经过2010~2012年新一轮的技改，2015年该矿山湿法冶铜规模突破年产量20000t的生产规模，成为国内首屈一指的生物湿法提铜企业。

1铜萃取工艺相间污物产生的原因

萃取过程是湿法提铜的关键工序。铜溶剂萃取是萃取剂和含铜溶液搅拌质换的过程，在萃取过程中，料液中的杂质和有机相组成的稳定乳化物，该乳化物为絮凝物，即为相间污物。它的存在使得分相速度变慢，导致分相困难，同时由于相间污物的夹带作用造成萃取剂损失增大，增加生产成本。

1.1相间污物（絮凝物）的成分

相间污物（絮凝物）是一种油包水型或水包油型的乳化物，由有机相、水相和固体微粒组成，一般存在于水相和有机相之间，形成稳定的第三相。导致形成絮凝物的固体微粒，其主要成分是硅、铝、铁以及一些由α-石英、云母、粘土、铁矾和石膏组成的晶体矿物。物相分析表明，该工厂絮凝物的固体微粒中硅以SiO2胶体、铝以Al（OH）3胶体、铁以Fe（OH）3胶体形式存在，它们组成了絮凝物的基本骨架。

1.2相间污物（絮凝物）的产生原因

相间污物（絮凝物）产生的原因很多，主要影响因素为料液、萃取剂以及萃取操作三个方面。

1.2.1料液因素

（1）固体微粒的影响料液中固体微粒主要来源于料液中的悬浮物，料液中的固体微粒对絮凝物的产生起促进作用，一旦被吸附到絮凝物上，它又成为一种稳定剂，使絮凝物的乳化结构更加趋于稳定。（2）有机物的影响料液中的有机物主要来源是：①植物死后的分解产物（如腐殖酸）和繁殖的细菌、藻类；②浸出过程中添加的絮凝剂等表面活性剂；这些具有表面活性的有机物在酸性环境下会形成有机溶胶，导致絮凝物的形成。（3）无机离子的影响料液中无机离子主要包括可溶性硅及铁、铝、钙等金属离子。当料液pH值为2左右时，料液中的硅一般呈α形态接近于单分子状态（即原硅酸或简单的偏硅酸），此时不致影响溶液的澄清过滤。萃取时由于料液酸度变化较大，α形态硅酸会聚集成一种巨大的疏松网状结构，即β形态的硅酸聚合物，这种聚合物有较高的表面能，比表面积很大，本身又带电荷，很容易在表面吸附有机溶剂形成中间层，而这种中间层又容易包裹料液中固体微粒产生“滚雪球”似的效应，使絮凝物迅速积累、膨胀。当浸出料液pH偏高，尤其是超过Fe、Al的水解pH值时，会生成Fe（OH）3、Al（OH）3胶体。采用调整料液pH值的方法可以有效地破坏胶体，使Fe、Al以离子形态出现。因此控制料液的pH值，减少胶体物质的产生，对防止絮凝物的产生很关键。硫酸钙溶解度较低，当溶液中钙离子浓度偏高时，容易形成硫酸钙沉淀，也会促进絮凝物的形成。

1.2.2萃取剂的影响

铜萃取过程中，萃取剂与料液和反萃剂长期反复接触，会通过贝克曼重排、水解、氧化、磺化、硝化等途径逐渐降解，降解产生含羰基、羧基、羟基及酰胺等具有表面活性的极性两亲分子。当这些降解产物积累到一定浓度时，会显著降低两相的表面张力，形成絮凝物。另外在电积过程中，采用纯铅板或Pb-Sb二元合金做阳极时，脱落物通常呈粉状而弥散在整个电解液体系中，这些脱落物一般是由PbO2、CaO2以及MnO2组成，具有极强的氧化性，在反萃时它们被夹带进入反萃段，导低碳技术致萃取剂的氧化降解，使萃取剂的萃取能力下降，严重时将导致萃取剂中毒使萃取无法正常运行。

1.2.3萃取操作的影响

（1）空气的卷入空气卷入有机相有两种途径：①搅拌速度控制不当，液面形成涡流，空气从混合室上部进入有机相；②混合室较小而叶轮转速较快，空气从混合室底部进入有机相。因此，除了控制稳定、适宜的搅拌强度以外，对混合室和叶轮也有一定的要求，通常要求叶轮直径在混合室宽度的2/3~3/4倍之间。空气的影响主要表现在固体微粒对气体的吸附作用上，在搅拌过程中，空气被分散成细小气泡后，与絮凝物包裹在一起，形成一种粘着力很强的絮凝物气囊，进一步促进了絮凝物的产生。而且由于空气的影响，絮凝物体积膨胀，比重轻于有机相，于是絮凝物便充斥在整个有机相中，并浮到有机相上层形成漂浮絮凝物。（2）相连续选择不合理根据絮凝物的特性，油包水型的絮凝物其大部分体积应该在水相中，水包油型的絮凝物其大部分体积应该在有机相中。因此，为了使生成的絮凝物存在于水相中，或者至少是将絮凝物体积压缩在界面上，不向有机相扩散，就必须使萃取保持有机相连续。正常条件下，相比O/A在1.1～1.2之间就能保证有机相连续，但当料液中含有一定的固体微粒或胶体物质时，有机相连续就很难保持，容易造成萃取转相，生成水包油型的絮凝物，分散在有机相中。将相比O/A调整到1.3以上，能有效地解决有机相连续、容易转相和絮凝物漂浮在有机相中的问题，大幅度减少絮凝物的产生。（3）絮凝物没有定期处理产生的絮凝物如果得不到及时处理，当积累到一定程度时，混合室最佳的相连续就会失调。絮凝物在有机相中积累，由于逆流操作，有机相将絮凝物带入有机相储槽和反萃系统，造成反萃混合室转相，直至整个系统失调，整个萃取箱中均充满絮凝物，这种现象在工业上称“泥流”。大多数工厂的生产经验都表明，及时处理积累的絮凝物是解决“泥流”的最好方式。

2铜萃取工艺相间污物处理工艺

铜萃取工艺中，为保证萃取效果，必须及时处理相间污物，以便回收有机相。常规方法有人工搅拌回收法、搅拌压滤法、高效离心法。选择何种方法视具体情况，但人工搅拌回收不事宜大规模生产。福建某湿法冶炼厂采取搅拌压滤法，取得了良好的效果，该矿山每年产生大量的相间污物，具体情况见表1。为处理相间污物，用泵将絮凝物抽取至搅拌桶内，添加活性白土，搅拌大约30min，进入压滤机压滤，三级澄清后，回收有机相，压滤机滤饼作危险废弃物处理。相间污物主要处理流程：

2.1相间污物收集

将含有相间污物负载有机槽内有机相（相间污物厚度大于1m时）用泵抽进搅拌桶，加至约占搅拌桶体积5/6，然后开启搅拌机。

2.2添加活性白土并搅拌

往搅拌桶中慢慢加入活性白土，加入量约1m3有机相7.5kg，活性白土添加完成后，继续搅拌30min，然后开泵泵入压滤机压滤。

2.3压滤

开启板框压滤机，单台压滤机处理搅拌后混合物时间约4小30分，若两台压滤机同时开机处理，处理20m3有机相约2小时15分。

2.4澄清及过滤

将压滤处理后的有机相打入西恩罐，在西恩罐静置1h后，先放水干净，再放油进入保安过滤器，经保安过滤器过滤后的有机相返回萃取系统（B/D）。详细流程见图1。

3结论

为保证萃取过程的质量，控制料液中的固体及杂质含量，规范萃取过程操作，定期处理污染物是很有必要的。采取活性白土并通过搅拌污染物，过滤澄清后，能去除相间污物，迅速恢复萃取剂的化学活性。

作者:才 单位:紫金矿业集团股份有限公司

参考文献

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