礦山污物產生原因和處理工藝研究論文

時間：2024-06-24 20:55:51 理工畢業論文

礦山污物產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、生產成本低，可有效開采和充分利用低品位礦產資源，同時有利于環境保護，具有良好的經濟效益和社會效益。本文重點闡述濕法提銅萃取技術在某礦山的實踐應用中相間污物產生的原因和處理工藝的研究。

礦山污物產生原因和處理工藝研究論文

　　【關鍵詞】萃取；相間污物；應用

　　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-炭漿提金工藝進行生產，下部銅礦已探明銅金屬工業儲量146.5萬t，平均品位Cu0.46%、S2.58%、As0.037%，主要目的礦物以藍輝銅礦和銅藍為主，其次為輝銅礦、塊硫砷銅礦。1995年某研究院對該銅礦進行過詳細的傳統浮選工藝、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，采用傳統的選冶工藝，投資大、成本高、污染重，未成功獲得工業應用，使得該銅礦成為無法利用的“呆礦”。為把該銅礦由“呆礦”變成可大規模開發利用資源，參照國內國外成功的生產經驗，通過不斷地實踐探索研究，對銅礦石采用浸出-萃取-電機工藝，成功實現工業化生產，2005年產量達1000t。并于2006年擴大規模，2007年試生產，達到年產量7000t的生產規模，經過3年的努力，成功實現年產1萬t規模。經過2010~2012年新一輪的技改，2015年該礦山濕法冶銅規模突破年產量20000t的生產規模，成為國內首屈一指的生物濕法提銅企業。

　　1銅萃取工藝相間污物產生的原因

　　萃取過程是濕法提銅的關鍵工序。銅溶劑萃取是萃取劑和含銅溶液攪拌質換的過程，在萃取過程中，料液中的雜質和有機相組成的穩定乳化物，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，由有機相、水相和固體微粒組成，一般存在于水相和有機相之間，形成穩定的第三相。導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）的產生原因

　　相間污物（絮凝物）產生的原因很多，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生起促進作用，一旦被吸附到絮凝物上，它又成為一種穩定劑，使絮凝物的乳化結構更加趨于穩定。（2）有機物的影響料液中的有機物主要來源是：①植物死后的分解產物（如腐殖酸）和繁殖的細菌、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物在酸性環境下會形成有機溶膠，導致絮凝物的形成。（3）無機離子的影響料液中無機離子主要包括可溶性硅及鐵、鋁、鈣等金屬離子。當料液pH值為2左右時，料液中的硅一般呈α形態接近于單分子狀態（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形態硅酸會聚集成一種巨大的疏松網狀結構，即β形態的硅酸聚合物，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生“滾雪球”似的效應，使絮凝物迅速積累、膨脹。當浸出料液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以離子形態出現。因此控制料液的pH值，減少膠體物質的產生，對防止絮凝物的產生很關鍵。硫酸鈣溶解度較低，當溶液中鈣離子濃度偏高時，容易形成硫酸鈣沉淀，也會促進絮凝物的形成。

　　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。當這些降解產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，具有極強的氧化性，在反萃時它們被夾帶進入反萃段，導低碳技術致萃取劑的氧化降解，使萃取劑的萃取能力下降，嚴重時將導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相有兩種途徑：①攪拌速度控制不當，液面形成渦流，空氣從混合室上部進入有機相；②混合室較小而葉輪轉速較快，空氣從混合室底部進入有機相。因此，除了控制穩定、適宜的攪拌強度以外，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。空氣的影響主要表現在固體微粒對氣體的吸附作用上，在攪拌過程中，空氣被分散成細小氣泡后，與絮凝物包裹在一起，形成一種粘著力很強的絮凝物氣囊，進一步促進了絮凝物的產生。而且由于空氣的影響，絮凝物體積膨脹，比重輕于有機相，于是絮凝物便充斥在整個有機相中，并浮到有機相上層形成漂浮絮凝物。（2）相連續選擇不合理根據絮凝物的特性，油包水型的絮凝物其大部分體積應該在水相中，水包油型的絮凝物其大部分體積應該在有機相中。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，不向有機相擴散，就必須使萃取保持有機相連續。正常條件下，相比O/A在1.1～1.2之間就能保證有機相連續，但當料液中含有一定的固體微粒或膠體物質時，有機相連續就很難保持，容易造成萃取轉相，生成水包油型的絮凝物，分散在有機相中。將相比O/A調整到1.3以上，能有效地解決有機相連續、容易轉相和絮凝物漂浮在有機相中的問題，大幅度減少絮凝物的產生。（3）絮凝物沒有定期處理產生的絮凝物如果得不到及時處理，當積累到一定程度時，混合室最佳的相連續就會失調。絮凝物在有機相中積累，由于逆流操作，有機相將絮凝物帶入有機相儲槽和反萃系統，造成反萃混合室轉相，直至整個系統失調，整個萃取箱中均充滿絮凝物，這種現象在工業上稱“泥流”。大多數工廠的生產經驗都表明，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，以便回收有機相。常規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模生產。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，添加活性白土，攪拌大約30min，進入壓濾機壓濾，三級澄清后，回收有機相，壓濾機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

　　將含有相間污物負載有機槽內有機相（相間污物厚度大于1m時）用泵抽進攪拌桶，加至約占攪拌桶體積5/6，然后開啟攪拌機。

　　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有機相7.5kg，活性白土添加完成后，繼續攪拌30min，然后開泵泵入壓濾機壓濾。

　　2.3壓濾

　　開啟板框壓濾機，單臺壓濾機處理攪拌后混合物時間約4小30分，若兩臺壓濾機同時開機處理，處理20m3有機相約2小時15分。

　　2.4澄清及過濾

　　將壓濾處理后的有機相打入西恩罐，在西恩罐靜置1h后，先放水干凈，再放油進入保安過濾器，經保安過濾器過濾后的有機相返回萃取系統（B/D）。詳細流程見圖1。

　　3結論

　　為保證萃取過程的質量，控制料液中的固體及雜質含量，規范萃取過程操作，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，迅速恢復萃取劑的化學活性。

　　作者:朱德才單位:紫金礦業集團股份有限公司

　　參考文獻