紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅廠的設計

摘要介紹了福建紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅廠建設的項目背景及濕法煉銅廠的設計情況，探討了工廠設計及運行存在的問題和解決方法。關鍵詞紫金山銅礦濕法煉銅浸出萃取電積中圖分類號：嘲.2福建省上杭縣紫金山銅礦是高硫型淺成低溫硫化銅礦床，銅金屬工業(yè)儲量約146.5萬t。含銅礦物以藍輝銅礦和銅蘭為主，其次為輝銅礦、塊硫神銅礦和硫神銅礦。非金屬礦物主要為石英、碎屑石英、地開石、明磯石，伴有少量絹云母、長石、高嶺土、綠泥石、綠簾石等。礦石的化學成分見表1，礦石的主要礦物組成見表2。表1原礦化學組成序號礦物名稱含量（％）序號礦物名稱含量（%）紫金山銅礦1995年曾進行過常規(guī)浮選、火法冶煉工藝和三氯化鐵浸出的試驗研究，但均未獲得成功。1998年開始進行了微生物浸出提銅試驗，歷經(jīng)實驗室小試一實驗室擴大試驗一年產(chǎn)300t陰極銅微生物浸出萃取電積半工業(yè)試驗，于2003年12月完成1000t陰極銅微生物浸出萃取電積工業(yè)試驗，取得了令人滿意的結果。銅浸出率平均達到80.56%，銅實際回收率達到78.23%，陰極銅生產(chǎn)成本平均為1.14萬Yr_/t，并掌握了高效浸礦菌的選育技術。根據(jù)以上工業(yè)試驗結果，最終確定了福建紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅項目的設施，其設計工藝流程為微生物堆浸一萃取一電積工藝。2003年銅試驗廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表3【】.2J。 2設計方案福建紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅廠由采礦場、礦石破碎系統(tǒng)（粗碎車間、中細碎篩分車間、轉運站、粉礦倉）、堆浸場（廢渣場）、萃取車間、電積車間、防排洪及污水處理設施、輔助生產(chǎn)設施、供電、供水設施、礦部及職工生活服務設施等組成。以下主要介紹堆浸系統(tǒng)、萃取車間、電積車間。2.1堆浸系統(tǒng)礦石破碎至12ram后用膠帶輸送機運全粉礦倉，再經(jīng)自卸汽車運全堆場，用汽車配推土機筑堆，采用不卸堆逐層筑堆方式。筑堆過程中均勻引入一定量的含菌液，同時采用挖掘機松堆。規(guī)劃設計3個堆浸，合格的浸出液進富液池（銅離子濃度大于2.5g/L）進入富液池，銅離子濃度為2.5g/L?1GL的浸出液進入次富液池，次富液池溶液和萃余液一起返回堆場滴淋。？嘲毫日期：8—II一作者簡介：王瑋（19M一）.男.江西南昌人，南昌有色冶金設計研究院冶化分院工程師，主要從事涅法冶金設計覆研究。維普資訊32銅業(yè)工程 20o5Nq1表3 1000t

銅試驗廠2003年生產(chǎn)情況序號項目數(shù)值位(%)0.4584銅浸出率(%)iO2(rag/LAg(mg/L)0序號項目數(shù)值位(%)0.4584銅浸出率(%)iO2(rag/LAg(mg/L)0Au(mg/L)As(mg/L)5Mn(mg/L)Pb(mg/L)re(g/L)5CaO(rag/L(g/L) 4.4Co(mg/L)中和萃余液量(m’保處理石灰消耗(k陰極銅產(chǎn)量(t/a)797.3980.56PLS成分Cu(g/L)2.15S) 100.5.27<0.01792.58Znfmg/L)63.009.006.91Mg(mg/n)48.450.52) 309.93<0.01 6PLS流量(m'/d) ?1800 7/d) ?4oO8萃余液pH值0.7?1 9環(huán)g,'m')?4JD10LIX984N消耗(kg/tCu)4.8O11稀釋劑煤油消耗（kg/tcao）93.O2 12電積系統(tǒng)鐵含量（g/L）V5陰極銅總生產(chǎn)成本（歹己/t） 10522.73其中：采破車間成本（g/t） 5008.09堆浸成本（元/t） 216.17萃取系統(tǒng)（歹己/t）1389.3713電積系統(tǒng)（g/t）1608.38環(huán)保系統(tǒng)（歹己/t）466.12直接人工費用（歹己/t）482.60制造費用（g/t）1352 14銅總回收率（%） 78.23布液采用噴淋法。用噴淋泵將浸出液揚至堆場滴淋，浸出前期的礦堆和浸出后期的礦堆當浸出液銅品位低時直接進中間池，其它礦堆浸出液合并進集液溝進富液池（CuN1.5g/L）,貧液返回堆場循環(huán)滴淋。如遇大暴雨，堆場雨水自流進調節(jié)庫，中間池溶液返回堆場滴淋。滴淋結束后不卸堆，在廢堆場上面重新鋪設底墊，開始下一輪堆浸作業(yè)。2.2萃取車間為減少通過有機相夾帶進入電積系統(tǒng)的鐵量，設置了洗滌級。萃取設計采用串并聯(lián)流程（3級萃取+1級洗滌+1級反萃）一個系列，萃取劑采用LIX984N。合格的富浸出液用泵送全萃取車問的500m料液儲槽，分別泵入EIA和EIB萃取箱的混合室中，進入EIA的浸出液經(jīng)過2級萃取從E2A的澄清室排入萃余液隔油槽中。進入E1B的浸出液只經(jīng)過1級萃取即從澄清室排入萃余液隔油槽。經(jīng)過除油的萃余液自流回萃余液池中。負載有機相定期排放絮凝物，絮凝物經(jīng)三相澄清槽、粘土處理、板框壓濾后回收的有機相返回有機循環(huán)槽，三相渣用活性粘土攪拌后堆存。負載有機相用泵揚全反萃槽，反萃作業(yè)保持有機相連續(xù)，為了維持反萃相比1：1，部分水相返回混合室。電積前液經(jīng)隔油槽、超聲波氣浮、纖維球過濾器濾除有機相后進電積車間。2.3電積車間電積采用常規(guī)大極板始極片方式生產(chǎn)。種板系統(tǒng)陰極為鈦種板，陽極為Pb—Ca—、口不溶陽極板。設種板槽10個，電積生產(chǎn)槽11。個。種板槽陰極周期1a。電積時生產(chǎn)槽陰極周期7a?14a。電積后液不定期開路一部分，現(xiàn)階段直接排全萃余液池。電積槽采用架空配置方式，槽面標高4.200。2.4工藝設計指標工藝設計指標見表4。3設計與工廠運行的問題及解決方法探討3.1酸與鐵神的積累以及由此產(chǎn)生的問題從銅試驗廠的生產(chǎn)情況來看，在紫金山銅礦進行濕法煉銅生產(chǎn)存在的主要問題之一就是浸出液中酸、鐵、神的積累。分析礦物組成可以看出，硫化銅礦物微生物氧化浸出會產(chǎn)生酸，而紫金山銅礦礦物中缺乏耗酸的碳酸鹽類礦物，其它耗酸的礦物含量也很少，由此產(chǎn)生酸的積累問題。2004年銅試驗廠常年在噴淋液pH值小于1的狀況下運行，在上半年甚至出現(xiàn)過噴淋液pH值0.6的情況。在浸出銅的同時，鐵和神也大量浸出。有試驗結果表明，在銅的浸出率為88.29%的情況下，神的浸出率可達73.28%。如果在舊礦堆上直接鋪設了新礦堆，雖然可以增加銅的浸出率，但同時加劇了鐵的積累。由于開路設施能力不足，鐵和神積累情況會越來越嚴重。從表3可以看出，鐵的濃度已達到50.52g/Lo 維普資訊2005Nol王瑋、陳波：紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅廠的設計33表4工藝設計指標表序號指標名稱數(shù)值序號指標名稱數(shù)值1礦石品位（%） 0.52 17混合時間（min）3 2浸出率（%）80 18澄清速率（m’/?h）3.7 3萃取率（%） 95 19萃余液含銅（g/L）0.25電積率（%） 99.5 20萃余液含酸（L）總回收率（%） 75.62 21反萃前液含銅（g/L）35陰極銅產(chǎn)量（13000 22反萃前液含酸（g/L）堆場數(shù)量陰極銅產(chǎn)量（13000 22反萃前液含酸（g/L）堆場數(shù)量3反萃后液含銅（g/L）45單層堆高（m）8—1O24反萃后液含酸（L）165 9PLS流量（m/d） 17600 25電積槽尺寸（m） 5X1.17x1.3510PLS含銅（g/L）2.5 26電流密度（A/ ） 180 11PLSpH值1.5 27槽電壓（V） 2 12LIX984N濃度（％v/v） 15 28母板鈦母板13萃取直收率（%）9o2不溶陽極尺寸（mm）960X100014萃取相比O/A（1.2—1.3）/1 30陰極尺寸（mm）980X1020 15反萃相比O/A（2—2.5）/1 31每槽陽極數(shù)（片）4716洗滌相比O/A（2—2.5）/1 32每槽陰極數(shù)（片）46酸、鐵、神在浸出液中的積累造成萃取效率下降，浸出率下降，通過夾帶和化學萃取進人電積系統(tǒng)的鐵量增加，影響電流效率和電銅品質。解決浸出液中酸鐵積累較有前景的方法是擴散滲析法，擴散滲析法具有環(huán)保、運行費用小、高效的優(yōu)點，但目前國內該類型裝置的處理能力偏低，在本項目尚不適用。目前銅試驗廠和設計采用的處理方法是石灰中和法。采用中和法處理部分萃余液可以同時降低萃余液中的酸、鐵、神，但該方法的直接后果就是產(chǎn)生大量的中和渣后處理和生產(chǎn)成本的增力口。為緩解酸鐵神的積累，將新的礦堆層與舊的礦堆層之間用防滲層隔離，可以避免舊礦堆層中的鐵神的浸出。3.2排鐵液的處理銅試驗廠的排鐵液是用1臺擴散滲析器處理的，該臺擴散滲析器能力僅與300t/a陰極銅生產(chǎn)能力匹配。在銅試驗廠進行年產(chǎn)1000t/a陰極銅規(guī)模擴建后，并未增加新的擴散滲析器，故現(xiàn)階段銅試驗廠只能控制電積系統(tǒng)鐵含量小于5g/L，同時不定期將部分排鐵液排全萃余液池。在萬噸級濕法煉銅廠投產(chǎn)后，為保證電積系統(tǒng)鐵含量小于3g/L，待處理的排鐵液量約為29m3/d，這部分溶液若排往萃余液池，將加劇酸的積累和石灰的消耗。目前設計根據(jù)多方面意見暫按外排全萃余液池考慮。以下就排鐵液的種處理方法作簡單的框算，結果見表5。由表中計算可見，擴散滲析器的設備投資只需要1.5a即可收回。表5兩種排鐵液處理方式經(jīng)濟性對比處理方式經(jīng)濟性對比外排全萃余液+1排鐵液含酸價值（萬元/a） 55.1石灰中和法I消耗石灰價值（萬元/a）18.7擴散滲析法一次投資擴散滲析器5臺價值（萬元）110注：石灰按150歹己/t計算；硫酸按400歹己/t計算；以上比較未計算中和渣的再處理費用。因此，建議在投產(chǎn)后增加擴散滲析器處理排鐵液，或排鐵液不排往萃余液池，用排鐵液制備銅粉。3.3萃取劑消耗量及反萃后液有機相清除技術噸銅萃取劑的消耗量目前國際上已達到1.8kg?2.7kg的水平。就表3中銅試驗廠的運行數(shù)據(jù)看，萃取劑的消耗量是偏高的，從銅試驗廠的萃余液池和反萃后液池均可觀察到有機相的存在。因此，在設計上，從4個方面予以考慮。（1） 嚴格控制各級的相連續(xù)。設置了50m長的平流式萃余液隔油池，其中設置了10個隔室，每個隔室中有4。目的不銹鋼絲網(wǎng)?？煞€(wěn)定地清除萃余液中顆粒較大的有機相夾帶。（2） 反萃后液中的有機相夾帶有4種形態(tài)。粒度較大的懸浮油滴；粒徑大于10p—m的分散油；粒徑小于10p-n的分散油；粒徑更小的溶解油。為此設計了3級脫油措施。第一級是20m長的平流式富銅液隔油池，有4個隔室，每個隔室中有4。目的不銹鋼絲網(wǎng)。用以去除粒度較大的懸浮油滴。第二級是超聲波氣浮裝置，用于除去分散油和乳化油，該裝置通過超聲波破乳后再用氣浮法除油。目前這類裝維普資訊銅業(yè)工程2005Nq1置已在金川公司用于類似目的。在濕法煉銅工廠該類裝置尚屬首次應用，其效果有待實踐檢驗。第三級是纖維球過濾器，通過纖維球的強效吸油能力進一步使進入電積系統(tǒng)的反萃后液含有機物降低至lOppm以下。（3）絮凝物處理采用已經(jīng)過銅試驗廠驗證成功的預先加粘土攪拌一板框壓濾機壓濾的工藝。（4）控制負載有機相儲槽水相液面高度。3.4電積槽配置電積槽通常的配置方式有架空式和直接放在±0.000平面2種。設計采用的電積槽配置方式是架空式的，這種方式的優(yōu)點在于：短路開關及母線排的安裝檢修方便；溶液管道的安裝檢修方便；電積槽的清理容易。但同時造成廠房建設投資的增加。3.5保證陰極銅質量為保證陰極銅的產(chǎn)品質量，生產(chǎn)中必須注意以下問題：（l）保證浸出液池底部防滲層的完好，避免腐殖質進入溶液體系造成絮凝物；（2）萃取箱加蓋，減少灰塵進入萃取體系的量； （3）鐵通過化學遷移進入電積系統(tǒng)的量是遠大于水相夾帶的遷移量的，在選定的萃取劑前提下，必須嚴格控制相連續(xù)條件，減少負載有機相中的水相夾帶，以減少鐵、錳等有害離子進入電積系統(tǒng)；嚴格反萃后液除油操作，減少有機物進入電積系統(tǒng)；控制電積系統(tǒng)鐵的濃度，用擴散滲析器處理排鐵液；(6)穩(wěn)定電流密度，嚴格遵守工藝條件，加強成品陰極板的洗滌；(7)采用優(yōu)質的不溶陽極板；(8)嚴格控制古爾膠添加量；(9)成品陰極銅的后處理和堆存。4結論多年的試驗結果證明，微生物氧化浸出一萃取一電積工藝在紫金山銅礦應用是成功的。作為我國首座大型濕法煉銅廠，紫金山銅礦萬噸級濕法煉銅廠的興建標志著我國濕法煉銅產(chǎn)業(yè)進入了大規(guī)模發(fā)展階段，對于銅資源緊張的我國有著重大的意義。其試驗、設計和今后的生產(chǎn)實踐都將為我國濕法煉銅行業(yè)的發(fā)展提供寶貴的經(jīng)驗。參考文獻[1]溫建康，等.紫金山低品位硫化銅礦微生物堆浸提銅工業(yè)試驗.CYTECACORGA2004北京銅濕法冶金技術研討會文集，2004一lO；62—69.[2]吳健輝.電積過程銅質量管理綜述.黃金，2004,25:88-90.南昌有色冶金設計研究院.福建省上杭紫金山銅礦初步設計說明書第一卷，2003—4.吳健輝，孫鵬，孫興勛，鄒罔i。張耀銘，銅工業(yè)溶劑萃取過程中相問污物的形成和處理方法探討.黃金.2004.25:74—76. THEDESIGNoFA1O.0oOI'/AIIYDRoIITALLURGICALCoP.PERREFERYDZIJDHANCoP】慨M口ENanchangEngineeringResearchInstituteofNon felTOllMetalsWangWeiChenBoAbstractThispaperintroducestheprojectbackgroundanddesignofbuildingaHydrometallurgiealcopperrefineryinZijiushanCopperMine，anddiscussestheproblemsofplantdesignandoperationo88well88thesolutions..Keyw