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湿法冶金工艺特点、过程及相关设备探讨

更新日期:2015-04-19 | 点击: 次 | 一键收藏本论文

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冶金工业论文 某铜矿为了综合利用副产物硫铁矿, 新建硫铁矿制酸企业,建设 3 套处理量为 300 kt/a 硫铁矿的制酸装置,可年产 1 200 kt 硫酸。 该项目分两期实施,一期先建一套制酸装置,二期再建两套制酸装置。目前,一期项目已于 2012 年建成投产。 在硫酸生产过程中,硫铁矿中的硫被提取利用,生成硫酸,铁及其它元素转入烧渣中[1],同时还会产生一定量含硫酸约 85 g/L的废酸。 其中,硫铁矿烧渣的主要成分为铁,还含有铜、金、银等元素,其主要成分见表 1。 考虑到该制酸企业二期建成后,每年将产生 520 kt 焙烧渣(其中一期 173 kt)以及 20 kt 废酸(其中一期 6.7 kt),因此设计了一套硫铁矿制酸的配套工艺, 利用产出的废酸,采用湿法冶金工艺从硫铁矿烧渣中综合回收铜、金、银等有价金属,同时制得合格铁精粉外售,取得了较好的收益。

  1 工艺特点

  其详细工艺流程如图 1 所示。 该工艺具有以下几个特点:

  1)对硫铁矿烧渣进行综合回收利用 , 经济效益良好。 本工艺利用废酸综合回收烧渣中的铜、金、银有价金属,制得的合格铁精粉外售钢铁厂,与将烧渣用于制砖或是作为水泥副料等用途相比,综合回收利用后经济效益更为显著, 既回收资源又保护环境。

  2)充分利用制酸生产过程中产出的废酸,具有较好的环保效益。 通常采用石灰石—石灰两段中和法处理废酸,处理过程需要消耗大量的药剂(主要是石灰石与消石灰),还会产生大量的废渣,如果处理不当,可能还会造成二次污染。 本工艺酸浸工序可以消耗制酸过程产生的全部废酸,不足部分再补充新硫酸,改善了环境污染,具有较好的环保效益。

  3)废水经处理后全部回用于生产,做到了废水零排放。 生产废水与制酸生产的酸性废水(主要是收集的地面冲洗水与初期雨水,其主要成分为稀硫酸),均被送至废水处理车间经石灰乳中和处理达到 《硫酸工业污染物排放标准》(GB26123-2010)[2]的排放标准后回用于本工艺的过滤、洗涤、调浆工序,以及石灰乳制备与废水处理工序,还有少量回用于制酸生产。因此,整个工艺过程无排至厂区外的废水。

  2 主要工艺过程

  本工艺是先对烧渣进行酸浸,再浓密沉降,酸浸液经中和过滤,萃取、电积产出高纯阴极铜;酸浸渣氰化浸出后,贵液经炭吸附、解吸、电解、预处理,熔炼产出金、银锭,氰化渣经过滤产出合格铁精粉。 具体工艺过程如下。

  2.1 烧渣酸浸

  烧渣中的铜主要以氧化物形式存在,因此需要通过酸浸将铜浸出,其反应方程式为:

  烧渣首先进入酸浸搅拌槽,与来自浓密机的溢流液混合调成浓度 33%左右的浆料,加入废酸,控制酸浓度 30 g/L,浸出时间 2.5 h。 进入搅拌槽的料液经换热器加热至 80℃,不足的热量通过蒸汽补充。
  酸浸后的矿浆进行浓密沉降, 底流采用胶带式真空过滤机过滤,过滤、洗涤一并完成,滤液及洗涤液返回浓密机。 将滤饼石灰乳 pH 值调至 10~11 后,送氰化浸出。 溢流液多次返回浸出,以提高溢流液中铜离子的浓度,利于溶液的后序处理,溢流液石灰乳 pH值调至 1.5~2.0 后,进行板框过滤,滤饼堆存,滤液送至萃取。
  2.2 酸浸液处理
  1)萃取。 萃取是用铜萃取剂从浸出液中选择性地萃取出铜,以除去酸浸液中铁等杂质,且富集铜。萃取时有机相的质子与水相的铜交换,使铜被萃取到有机相,其反应方程式为 2RH+CuSO4=CuR2+2H2SO4。而反萃是萃取的逆过程,铜返回水相,萃取剂从水相获得质子。
  烧渣酸浸铜浸出率为 64%。 萃取工艺为一级萃取—一级反萃—一级洗涤;有机相的流动方式为:取段→负载有机相→洗涤段→反萃段。 萃余液一部分返回酸浸浓密机,一部分送至废水处理。为减少负载有机相对 Fe 和其他杂质的夹带,设置洗涤段,洗水采用 8~10 g/L 的稀 H2SO4,洗 水循环使用,并 定期排入滤液池以回收其中的 Cu。 萃取剂为 Lix984N,浓度为10%,采用磺化煤油混合配制而成。 经洗涤的负载有机相进入反萃级,与电积贫液形成反萃液,反萃后的富液含 Cu40~45 g/L。铜的萃取率达 93.6%,反萃率为93.8%。
  2)电积。 电积是将萃取的富液在设有始极片阴极及不溶阳极的电解槽中发生电沉积反应, 铜在阴极的析出反应。 阳极采用 Pb-Ag-Ca-Sr 四元合金材料,阴极采用永久不锈钢(316 L)阴极,电流密度 150~180 A/m2, 槽电压 2~2.2 V。 电积过程产出高纯阴极铜,品位在 99%以上。
  2.3 酸浸渣处理
  1)氰化浸出。 在有氧的条件下,金、银在氰化钠溶液中溶解,二者反应方程式如下:

  调浆后酸浸渣送至氰化搅拌槽, 同时加入浓度为 0.3‰的氰化钠,控制料浆浓度 35%左右,氰化浸出时间为 24 h。 氰化浸完的矿浆送至胶带式真空过滤机过滤,过滤、洗涤一并完成,滤液及洗涤液送至金银回收;滤饼石灰乳 pH 值调至 7 后再经陶瓷过滤机过滤产出合格铁精粉。
  2)金银回收。 氰化浸出工序金浸出率为 55%,银浸出率为 53% 。 氰化过滤的含金、银贵液首先进入炭吸附柱,吸附后贫液大部分回用。 载金炭酸洗后送至不锈钢解吸柱进行解吸,载金炭吸附的金、银进入解吸液中,再经过滤器除杂后进入电解系统,在电解槽阴极上产生金、银沉积。 电解后的贫液,进入解吸柱进行新的解吸电解循环,多次循环,直至载金炭上吸附的金、银解吸至 100 g/t 以下。 金银泥用盐酸除铁、硝酸除铜后经水洗,电阻炉干燥,中频炉熔炼,缓冷后获得金银锭。
  3 主要工艺设备
  因制酸装置分二期建成,本工艺为配套制酸装置,主要构筑物一次建成,采用变频水泵,二期增加浓密机 1 台,胶带式真空过滤机 2 台。 主要工艺设备见表 2。

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