紫金山銅礦萬噸級(jí)濕法煉銅廠的設(shè)計(jì)

摘要介紹了福建紫金山銅礦萬噸級(jí)濕法煉銅廠建設(shè)的項(xiàng)目背景及濕法煉銅廠的設(shè)計(jì)情況，探討了工廠設(shè)計(jì)及運(yùn)行存在的問題和解決方法。關(guān)鍵詞紫金山銅礦濕法煉銅浸出萃取電積中圖分類號(hào)：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(chǔ)量約146.5萬t。含銅礦物以藍(lán)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(zhǎng)石、高嶺土、綠泥石、綠簾石等。礦石的化學(xué)成分見表1，礦石的主要礦物組成見表2。表1原礦化學(xué)組成序號(hào)礦物名稱含量（％）序號(hào)礦物名稱含量（%）紫金山銅礦1995年曾進(jìn)行過常規(guī)浮選、火法冶煉工藝和三氯化鐵浸出的試驗(yàn)研究，但均未獲得成功。1998年開始進(jìn)行了微生物浸出提銅試驗(yàn)，歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)室小試一實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大試驗(yàn)一年產(chǎn)300t陰極銅微生物浸出萃取電積半工業(yè)試驗(yàn)，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(yàn)，取得了令人滿意的結(jié)果。銅浸出率平均達(dá)到80.56%，銅實(shí)際回收率達(dá)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(shù)。根據(jù)以上工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定了福建紫金山銅礦萬噸級(jí)濕法煉銅項(xiàng)目的設(shè)施，其設(shè)計(jì)工藝流程為微生物堆浸一萃取一電積工藝。2003年銅試驗(yàn)廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表3【】.2J。 2設(shè)計(jì)方案福建紫金山銅礦萬噸級(jí)濕法煉銅廠由采礦場(chǎng)、礦石破碎系統(tǒng)（粗碎車間、中細(xì)碎篩分車間、轉(zhuǎn)運(yùn)站、粉礦倉）、堆浸場(chǎng)（廢渣場(chǎng)）、萃取車間、電積車間、防排洪及污水處理設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施、供電、供水設(shè)施、礦部及職工生活服務(wù)設(shè)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(jī)運(yùn)全粉礦倉，再經(jīng)自卸汽車運(yùn)全堆場(chǎng)，用汽車配推土機(jī)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(shí)采用挖掘機(jī)松堆。規(guī)劃設(shè)計(jì)3個(gè)堆浸，合格的浸出液進(jìn)富液池（銅離子濃度大于2.5g/L）進(jìn)入富液池，銅離子濃度為2.5g/L?1GL的浸出液進(jìn)入次富液池，次富液池溶液和萃余液一起返回堆場(chǎng)滴淋。？嘲毫日期：8—II一作者簡(jiǎn)介：王瑋（19M一）.男.江西南昌人，南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院冶化分院工程師，主要從事涅法冶金設(shè)計(jì)覆研究。維普資訊32銅業(yè)工程 20o5Nq1表3 1000t

銅試驗(yàn)廠2003年生產(chǎn)情況序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值位(%)0.4584銅浸出率(%)iO2(rag/LAg(mg/L)0序號(hào)項(xiàng)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(fèi)用（歹己/t）482.60制造費(fèi)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(yáng)至堆場(chǎng)滴淋，浸出前期的礦堆和浸出后期的礦堆當(dāng)浸出液銅品位低時(shí)直接進(jìn)中間池，其它礦堆浸出液合并進(jìn)集液溝進(jìn)富液池（CuN1.5g/L）,貧液返回堆場(chǎng)循環(huán)滴淋。如遇大暴雨，堆場(chǎng)雨水自流進(jìn)調(diào)節(jié)庫，中間池溶液返回堆場(chǎng)滴淋。滴淋結(jié)束后不卸堆，在廢堆場(chǎng)上面重新鋪設(shè)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(jī)相夾帶進(jìn)入電積系統(tǒng)的鐵量，設(shè)置了洗滌級(jí)。萃取設(shè)計(jì)采用串并聯(lián)流程（3級(jí)萃取+1級(jí)洗滌+1級(jí)反萃）一個(gè)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(chǔ)槽，分別泵入EIA和EIB萃取箱的混合室中，進(jìn)入EIA的浸出液經(jīng)過2級(jí)萃取從E2A的澄清室排入萃余液隔油槽中。進(jìn)入E1B的浸出液只經(jīng)過1級(jí)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(fù)載有機(jī)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(jī)相返回有機(jī)循環(huán)槽，三相渣用活性粘土攪拌后堆存。負(fù)載有機(jī)相用泵揚(yáng)全反萃槽，反萃作業(yè)保持有機(jī)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(jī)相后進(jìn)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(shè)種板槽10個(gè)，電積生產(chǎn)槽11。個(gè)。種板槽陰極周期1a。電積時(shí)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(biāo)高4.200。2.4工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)見表4。3設(shè)計(jì)與工廠運(yùn)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(yàn)廠的生產(chǎn)情況來看，在紫金山銅礦進(jìn)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(huì)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(yàn)廠常年在噴淋液pH值小于1的狀況下運(yùn)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(shí)，鐵和神也大量浸出。有試驗(yàn)結(jié)果表明，在銅的浸出率為88.29%的情況下，神的浸出率可達(dá)73.28%。如果在舊礦堆上直接鋪設(shè)了新礦堆，雖然可以增加銅的浸出率，但同時(shí)加劇了鐵的積累。由于開路設(shè)施能力不足，鐵和神積累情況會(huì)越來越嚴(yán)重。從表3可以看出，鐵的濃度已達(dá)到50.52g/Lo 維普資訊2005Nol王瑋、陳波：紫金山銅礦萬噸級(jí)濕法煉銅廠的設(shè)計(jì)33表4工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)表序號(hào)指標(biāo)名稱數(shù)值序號(hào)指標(biāo)名稱數(shù)值1礦石品位（%） 0.52 17混合時(shí)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(chǎng)數(shù)量陰極銅產(chǎn)量（13000 22反萃前液含酸（g/L）堆場(chǎng)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(xué)萃取進(jìn)人電積系統(tǒng)的鐵量增加，影響電流效率和電銅品質(zhì)。解決浸出液中酸鐵積累較有前景的方法是擴(kuò)散滲析法，擴(kuò)散滲析法具有環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用小、高效的優(yōu)點(diǎn)，但目前國內(nèi)該類型裝置的處理能力偏低，在本項(xiàng)目尚不適用。目前銅試驗(yàn)廠和設(shè)計(jì)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(shí)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(yàn)廠的排鐵液是用1臺(tái)擴(kuò)散滲析器處理的，該臺(tái)擴(kuò)散滲析器能力僅與300t/a陰極銅生產(chǎn)能力匹配。在銅試驗(yàn)廠進(jìn)行年產(chǎn)1000t/a陰極銅規(guī)模擴(kuò)建后，并未增加新的擴(kuò)散滲析器，故現(xiàn)階段銅試驗(yàn)廠只能控制電積系統(tǒng)鐵含量小于5g/L，同時(shí)不定期將部分排鐵液排全萃余液池。在萬噸級(jí)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(shè)計(jì)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(jiǎn)單的框算，結(jié)果見表5。由表中計(jì)算可見，擴(kuò)散滲析器的設(shè)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(jì)性對(duì)比處理方式經(jīng)濟(jì)性對(duì)比外排全萃余液+1排鐵液含酸價(jià)值（萬元/a） 55.1石灰中和法I消耗石灰價(jià)值（萬元/a）18.7擴(kuò)散滲析法一次投資擴(kuò)散滲析器5臺(tái)價(jià)值（萬元）110注：石灰按150歹己/t計(jì)算；硫酸按400歹己/t計(jì)算；以上比較未計(jì)算中和渣的再處理費(fèi)用。因此，建議在投產(chǎn)后增加擴(kuò)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(jī)相清除技術(shù)噸銅萃取劑的消耗量目前國際上已達(dá)到1.8kg?2.7kg的水平。就表3中銅試驗(yàn)廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)看，萃取劑的消耗量是偏高的，從銅試驗(yàn)廠的萃余液池和反萃后液池均可觀察到有機(jī)相的存在。因此，在設(shè)計(jì)上，從4個(gè)方面予以考慮。（1） 嚴(yán)格控制各級(jí)的相連續(xù)。設(shè)置了50m長(zhǎng)的平流式萃余液隔油池，其中設(shè)置了10個(gè)隔室，每個(gè)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(jī)相夾帶。（2） 反萃后液中的有機(jī)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(shè)計(jì)了3級(jí)脫油措施。第一級(jí)是20m長(zhǎng)的平流式富銅液隔油池，有4個(gè)隔室，每個(gè)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(jí)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(yīng)用，其效果有待實(shí)踐檢驗(yàn)。第三級(jí)是纖維球過濾器，通過纖維球的強(qiáng)效吸油能力進(jìn)一步使進(jìn)入電積系統(tǒng)的反萃后液含有機(jī)物降低至lOppm以下。（3）絮凝物處理采用已經(jīng)過銅試驗(yàn)廠驗(yàn)證成功的預(yù)先加粘土攪拌一板框壓濾機(jī)壓濾的工藝。（4）控制負(fù)載有機(jī)相儲(chǔ)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(shè)計(jì)采用的電積槽配置方式是架空式的，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：短路開關(guān)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(shí)造成廠房建設(shè)投資的增加。3.5保證陰極銅質(zhì)量為保證陰極銅的產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)進(jìn)入溶液體系造成絮凝物；（2）萃取箱加蓋，減少灰塵進(jìn)入萃取體系的量； （3）鐵通過化學(xué)遷移進(jìn)入電積系統(tǒng)的量是遠(yuǎn)大于水相夾帶的遷移量的，在選定的萃取劑前提下，必須嚴(yán)格控制相連續(xù)條件，減少負(fù)載有機(jī)相中的水相夾帶，以減少鐵、錳等有害離子進(jìn)入電積系統(tǒng)；嚴(yán)格反萃后液除油操作，減少有機(jī)物進(jìn)入電積系統(tǒng)；控制電積系統(tǒng)鐵的濃度，用擴(kuò)散滲析器處理排鐵液；(6)穩(wěn)定電流密度，嚴(yán)格遵守工藝條件，加強(qiáng)成品陰極板的洗滌；(7)采用優(yōu)質(zhì)的不溶陽極板；(8)嚴(yán)格控制古爾膠添加量；(9)成品陰極銅的后處理和堆存。4結(jié)論多年的試驗(yàn)結(jié)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(yīng)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(jí)濕法煉銅廠的興建標(biāo)志著我國濕法煉銅產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段，對(duì)于銅資源緊張的我國有著重大的意義。其試驗(yàn)、設(shè)計(jì)和今后的生產(chǎn)實(shí)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(yàn)。參考文獻(xiàn)[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(yàn).CYTECACORGA2004北京銅濕法冶金技術(shù)研討會(huì)文集，2004一lO；62—69.[2]吳健輝.電積過程銅質(zhì)量管理綜述.黃金，2004,25:88-90.南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院.福建省上杭紫金山銅礦初步設(shè)計(jì)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