剛果（金）濕法煉銅電富液除油技術及實踐

孟祥龍 張海寶 李強 陳燕杰

〔摘 要〕針對反萃后的電富液通常會夾帶有機相，如不妥善處理的情況，會在電積過程中影響陰極板質量的情況，分析了電富液除油機理，以及常見的電富液凈化除油技術。以剛果（金）某銅鈷濕法礦山企業電富液除油技術實踐為例，著重研究了超聲波—氣浮除油裝置和聚結式凈化除油。該企業將原有除油系統升級為1臺處理量為450 m3/h的超聲波—氣浮除油裝置與1臺處理量為180 m3/h的聚結式除油裝置。升級后的實踐表明，兩種除油方式都具有較好的除油效果。

〔關鍵詞〕濕法冶金；電富液；有機相；凈化除油技術；陰極銅質量

中圖分類號：TF811? ? 文獻標志碼：B? ? ? 文章編號：1004-4345（2024）01-0018-0４

Technology and Practice of Oil Removal from Hydrometallurgical Copper Strong Electrolyte in Democratic Republic of Congo

MENG Xianglong1， ZHANG Haibao1， LI Qiang2， CHEN Yanjie1

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China; 2.Yunan Copper Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650224，China）

Abstract? In response to the fact that the strong electrolyte after back extraction usually contains organic phases， which will affect the quality of the cathode plate during the electrowinning process if it is not properly handled. This paper analyzes the mechanism of strong electrolyte oil removal and common strong electrolyte purification and oil removal technology. Taking the practice of strong electrolyte oil removal technology for a copper-cobalt hydrometallurgical mine operation in DRC as an example， the paper focuses on the research of ultrasonic - air flotation oil removal unit and agglomerated purification and oil removal technology. The enterprise has upgraded its original oil removal system to one ultrasonic - air flotation oil removal unit with a processing capacity of 450 m3/h and one agglomerated oil removal unit with a processing capacity of 180 m3/h. After the upgrading， the practice shows that both oil removal methods have good oil removal effect.

Keywords? hydrometallurgy; strong electrolyte; organic phase; purification and oil removal technology; quality of cathode copper

剛果（金）地處非洲銅帶核心地區，當地擁有諸多超高品位的銅鈷特大型礦山，其銅鈷資源集中分布在銅礦帶上的盧本巴?！ㄎ鳌唆斁S奇3座礦業城市周邊，具有埋藏極淺、開發成本較低等特點[1]。目前，中資企業參與、投資建設了一系列采礦及濕法冶煉項目，其中回收銅金屬主要采用“浸出—萃取—電積”的典型濕法冶煉工藝，即礦石浸出后，浸出液經萃取、反萃后得到電富液，電富液去電積車間生產陰極銅。

由于反萃后的電富液通常會夾帶有機相（俗稱“油”），如不妥善處理讓其直接進入電積工藝，那么在電積過程中容易出現陰極板燒板、麻點、疏松以及改變陰極板化學成分的情況[2]，導致電積效率降低、陰極板形貌不佳、質量不達標。因此，電富液進行電積作業之前必須進行凈化除油。本文擬以剛果（金）銅鈷濕法礦山企業電富液除油技術實踐為例，對電富液除油技術進行探討。

1? ?電富液除油技術綜述

1.1? 電富液除油機理

濕法冶金中銅萃取劑多為LIX984或OPT5510（以RH表示）。萃取時，先將萃取劑和稀釋劑（２６０號溶劑油）混合配制成一定濃度，然后與硫酸銅浸出液進行混合萃??；反萃時，電貧液與負載有機相按一定比例混合，得到電富液和空白有機，反應機理如下。

2RH ＋ Cu2+? → R2 Cu ＋ 2H+；

R2 Cu ＋ 2H+ → 2RH ＋ Cu2+。

由上述反應過程可知，在萃取、反萃過程中水相中可能存在的油包括260號溶劑油、游離的空白有機 RH和金屬萃合物 R2Cu 等。這些有機相的損失主要由機械夾帶損失、溶解損失造成。負載有機相中夾帶較多水相，會將料液中的有害元素帶入電積液，影響陰極銅質量；若萃余液中夾帶較多油，不僅會增大有機相損失，而且當萃余液返回浸出時還會對浸出過程產生不利影響；電富液夾帶較多油，電積時會出現有機燒斑，影響電積過程和陰極銅質量[3]。

萃余液、電富液中的油成分復雜，存在形態也多。按油粒粒徑大小和存在形式可分為懸浮油（？覬懸浮油> 100 μm）、分散油（10 μm≤？覬分散油≤100 μm）、乳化油（0.1 μm ≤？覬乳化油≤ 2 μm）和溶解油（？覬溶解油< 0.1 μm）

4種。針對溶液中4種狀態的油，可以采用不同的除油或回收油的方法。

目前，除油方法主要有物理法（重力分離法、膜分離法、粗?；ǖ龋?、化學法（絮凝法、化學氧化法、酸化法等）、物理化學法（浮選法、吸附法、磁吸附分離法等）、生物化學法（活性污泥法、生物膜法等）。不同方法各有優劣，可根據不同的工藝特點選用多種方法組合除油[4]。一般來說，銅鈷濕法冶金通常采用物理法，因為該法不會向料液中引入雜質，對油的性質無影響，分離的油可以回收再利用。

1.2? 電富液凈化除油技術

目前，常用的電富液凈化除油技術主要為隔油槽凈化除油、隔油槽+噴射泵凈化除油、凈化壓濾機除油、超聲波—氣浮除油、聚結式除油等幾種。其中，隔油槽凈化除油和凈化壓濾機除油僅能作為電富液初級凈化工藝，去除電富液大顆粒固含。經這兩種工藝處理后的電富液含油約80 mg/L。隔油槽+噴射泵凈化除油工藝主要是利用噴射泵將空氣鼓入隔油槽，利用氣泡將電富液中夾帶有機相聚合浮出。經該工藝處理后，電富液含油約50 mg/L。以上3種除油工藝較為簡單，除油效果不佳，已經無法滿足現代銅冶煉企業生產高品質陰極銅的要求。因此，剛果（金）銅鈷濕法礦山企業在除油工藝時主要針對超聲波—氣浮凈化除油工藝和聚結式凈化除油工藝進行了研究。

2? ?超聲波—氣浮凈化除油

超聲波—氣浮除油裝置主要為一種集合了恒流靜浮除油、超聲破乳、全溶氣浮分離除油和纖維過濾于一體的新型除油裝置[5-6]。具體工藝流程見圖1。

2.1? 恒流靜浮

恒流靜浮工序是指電富液進入恒液室的配液整流部分。這部分主要是為了減少進液產生的渦流，使液體在靜浮階段不產生撓動，并在恒流室內均勻平衡地進行油液分層，從而使大量的油被分離出來，水相通過液位調節板進入超聲波破乳室。靜浮的有機相則通過集油管回收后再利用。

2.2? 超聲破乳

溶液中存在乳化油，這些油粒表面形成有定向排列并具有雙電層結構的親水性保護膜。保護膜所帶的同號電荷相互排斥，使油粒不能相互接觸、碰撞和聚集，從而形成穩定的水包油型渾濁乳狀液，只有破乳后才能上浮分離[7]。

超聲破乳主要是利用一定強度的超聲波通過微小油粒的流體介質時所產生的振動效應，使大小不同的油粒相互碰撞、黏合，體積和質量不斷增大，直至油粒大到不再隨超聲振動，只能做無規則的運動。通過持續碰撞、黏合、變大，最后油粒上浮，形成浮油得以去除。

2.3? 氣浮除油

氣浮除油是利用高度分散的微小氣泡作為載體黏附于廢水中的懸浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，從而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣設備自水面刮除泡沫，實現固液或液液分離。

2.4? 纖維球過濾

纖維球過濾是利用滌綸纖維球濾料的柔性好、密度小、可壓縮和空隙率大的特點，以纖維球極大的比表面積和孔隙率吸附并截留水中的懸浮顆粒，從而達到深層截污的目的。纖維球還具有耐磨損、化學穩定性強優點，當濾料受有機物污染嚴重或吸附飽和時，將纖維球取出放入離心機進行脫水（油）后重新使用。過濾后的水（液）回用。

超聲波—氣浮除油設備布置如圖2所示。

3? ?聚結式凈化除油

聚結式除油主要由ESPA高效除油袋式過濾器與GAGS預聚結高精度油水分離器組成[8]。含油電富液泵入ESPA高效除油袋式過濾器，去除大部分的油污后，再由GAGS預聚結高精度油水分離器進行除油精處理，保證最終出口電富液含油小于5 mg/L。具體工藝流程見圖3。

3.1? ESPA高效除油袋式過濾器

ESPA高效除油袋式過濾器濾材適用于高黏度、具有腐蝕性的含油污水。其濾材過濾精度高，可以達到1 μm，滿足高精度過濾要求。濾材采用親水疏油纖維，可以在一定濾速下保證含油懸浮物和部分有機相通過材料表面而不會黏附在濾材上，清洗濾材時油污易脫除。

3.2? GAGS高精度油水分離器

GAGS高精度油水分離器是由GRA改性納米預聚結處理器和GOS高精度油水分離器組合而成。GRA采用納米材料改性處理作為高分子預聚結材料，將新型納米活性材料制作成聚結單元。當含油水通過改性聚結材料時，乳化及少量溶解的油被大量聚結在材料內，使其聚結長大。成大顆粒以便分離。改性納米預聚結材料易于再生處理，可反復使用。聚結式除油裝置布置圖如圖4所示。

工程實踐表明，ESPA+GAGS聚結式除油裝置過濾、除油精度高，能夠保證電富液具有較高潔凈度，含油量較其他工藝更低。但在處理三相污物夾帶較多、含油量較大的電富液時，容易出現設備堵塞問題。因此，在布置聚結式除油裝置時一般考慮采用隔油槽對電富液進行預處理，提前將其中大部分的三相污物及夾帶有機相去除，才能使聚結式除油裝置發揮出最佳的除油效果。

4? ?工程實踐

剛果（金）某銅鈷礦濕法冶煉廠含銅浸出溶液經過萃取、反萃后，電富液經過原有除油工序后進入電積車間生產陰極銅。該電富液性質如下：銅離子質量濃度為45～55 g/L，硫酸質量濃度為160～180 g/L，有機物質量濃度為90～125 mg/L，溶液量為600 m3/h。電積車間運行一段時間后，電積槽面出現大量浮油，不僅導致陰極燒板，嚴重影響產品陰極銅的表觀質量。清理電積槽面浮油需要消耗大量人力，作業環境較差。電積槽面浮油經電積反應氧化失效無法回用，造成大量油損失，導致噸銅成本增加。

企業為解決以上問題對萃取車間進行改造升級，將原有除油系統升級為1臺處理量為450 m3/h的超聲波—氣浮除油裝置并聯１臺處理量為180 m3/h的聚結式除油裝置。升級后，電富液以450 m3/h的流量進入超聲波—氣浮除油裝置，以150 m3/h進入聚結式除油裝置。運行前兩個月檢測結果為：超聲波—氣浮除油后電富液含油約8～10 mg/L，進入聚結式除油后的電富液含油約3～5 mg/L，可見兩種除油方式都具有較好的除油效果，可以有效消除電富液中有機相對于電積工藝以及陰極銅品質的影響。但是設備運行2個月后，聚結式除油效果明顯變差，因為銅鈷濕法冶煉的大通量、非潔凈溶液會堵塞聚結式內部纖維，需要對聚結式除油裝置內部調料進行清洗或者更換。

5? ?結論

超聲波—氣浮除油與聚結式除油都是物理性除油技術，除油過程無需添加除油劑等化學物質，因此除油后的電富液不會引入新的化學物質、吸附劑等固體懸浮物，具有無污染、能耗低、除油效率高等優點。但是，在實際生產中，根據處理溶液的性質以及除油后的不同要求，僅采用某種除油方法往往難發滿足生產需求，企業應該根據生產實際，綜合考慮運行成本、維護操作等因素選擇除油工藝，可將以上除油技術以串聯或者并聯的形式組合使用。經驗表明，組合除油具備較好的除油能力和回收油的能力，可以將萃余液和電富液中的油含量穩定地控制在生產指標內。

參考文獻

[1] 謝添，徐敬元，姚剛，等.剛果（金）銅—鈷礦業發展現狀[J].中國有色金屬學報，2021，31（11）：3422-3434.

[2] 張鵬，衷水平，康錦程，等.銅電積液脫油工藝及應用實踐[J].有色金屬（冶煉部分），2017 （1）：20-23.

[3] 王朝華，徐志剛，鄒潛，等.溶劑萃取銅過程中減少相夾帶的措施[J]. 濕法冶金， 2022，32（5）： 277-280.

[4] 張婷，張榮榮，劉勇奇，等.萃余液與反萃液中油的去除或回收[J].廣東化工， 2022，49（18）： 137-139.

[5] 謝濤. 緊湊型氣浮選裝置除油效率提升改造與清洗優化設計[J].技術研究， 2021，28（9）： 73-74.

[6] 李程，曾中賢.溶劑萃取工藝中水相除油方法[J].濕法冶金，2014，33（3）：161-164.

[7] 高保軍.萃取水溶液高效除油技術及應用[J].中國有色冶金， 2004（3）：18-20.

[8] 白世興. 聚結除油器出口水中含油工況研究與優化[J].生產質量， 2022，42（20）： 24-26.

收稿日期：2023-06-20

作者簡介：孟祥龍（1991—），男，工程師，主要從事濕法冶金設計研究相關工作。