工业萃取铜过程设计

    萃取剂选择
    在浸取-萃取-电积流程中，浸取液成分，萃取剂及萃取、反萃取的各种条件和参数以及电积富液和残液的成分互相影响，互为制约。在设计一个浸取-萃取-电积工厂时第一步要用实际矿石进行浸取试验，获得浸出液的平均成分，主要是铜浓度和pH值，其次是铁浓度。确定了浸出液的平均成分以后，就可以选择萃取系统所需的萃取剂及其浓度。计算的基本原则是在稳态运行下浸取，萃取和反萃取以及电积各过程中铜的质量流量应保持平衡。由于电积是相对比较稳定的过程，因此，多先设定电积进液和出液的铜和硫酸的浓度，这样便于确定反萃后有机相的铜浓度。然后，反萃工序所需要确定的参数就剩下两相流比了。
    虽然萃取剂种类很多，但现在一般都用醛肟为主要成分的新型萃取剂，如捷利康公司的AcorgaM5640、M5615、M5397、P-5100、PT-5050以及汉高的LIX984、LIX973、LIX931、LIX860、L1X84、LIX622系列及其改进型号等。尽管各种厂家的萃取剂技术说明书所标明的参数不尽相同，但，一般包括该萃取剂的最大负荷能力、传输能力和萃取及反萃等温平衡点。
    萃取流程设计
    萃取流程设计是要确定萃取剂浓度、相比、级数等操作参数。以一料液含铜1.2g/L,pH＝1.8为例进行操作参数计算。假定选用LIX984或984N为萃取剂。根据经验，可采用二级逆流萃取，一级反萃的流程，在进行萃取计算时可取相比1:1。根据该萃取剂的说明书，当浓度为10%（v/v)时净传输能力为2.7g/L，最大负荷5.1~5.4g/L，反萃等温平衡点1.8g/L。现在需要传输的铜为1.2g/L，可初步选用5%（v/v)的浓度，并估计反萃等温平衡点的有机相铜浓度为10%时的一半，即0. 9g/L。这样，负荷有机相的铜浓度应为1.2+0.9 =2.lg/L，为其最大负荷的81%。这是适当的，过高，没有余地，不利于萃取操作；过低，则萃取剂利用率太低。所以，一般说操作负荷在最大负荷的80%~85%为宜。生产厂在进行萃取剂性质测定时，电积贫液设定为Cu30g/L,H₂S0₄180g/L;富液为Cu45g/L，则反萃相比A/0＝7.1。这样就确定了萃取和反萃的全部操作参数。
    捷利康公司开发了一种称作Minchem的计算机程序，它能根据给定的一些操作参数对萃取-反萃工艺进行流程计算，评估现在的操作状态，也可以利用已知条件进行萃取-反萃优化设计。例如一个用户的料液铜浓度为2.5g/L,pH =2.3,有机相是10% Acorga5640-煤油。反萃用的电解贫液Cu30g/L,H₂S0₄180g/L;电解进液含铜45g/L。 Minchem的等温线模块即可计算得萃取及反萃平衡等温线。如该厂是二级萃取一级反萃，并已知萃取的两相相比为0/A =1/1，萃取时混合-澄清槽的级效率90%，反萃时95%。然后，程序的“流程图绘制及计算模块”即能计算出各级两相浓度及反萃流比如下图所示。

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    计算结果显示，铜的直收率为93.3%。用户可改变以上设定的参数如级效率、流比、甚至级数或选定其他参数再进行计算，以比较不同条件下的运行结果，确定最佳操作参数。最近，经过改进的Minchem程序使用了用户视窗界面，操作十分方便。而且，计算结果，包括等温线，均可打印出来。
    计算所得的操作参数虽可以作为实际操作的依据，但是，在真正的运转过程中必须根据料液铜浓度及pH值的变化进行调整。在料液成分变化不大的情况下可以通过改变两相流比来保证铜的直收率，如果料液浓度变化太大，则可在补充萃取剂时调整它的浓度。
    但是，假如料液浓度很高，或者流程有特别的要求，则应该根据实际情况进行设计，如在一从含铜金精矿的焙砂浸取液中萃取铜的流程中采用LIX84萃取剂设计了4级萃取，将萃余液中的铜含量降低到0.1g/L以下，而后排去，改变了通常返回浸取的做法。为的是避免萃余液中的有机物吸附在浸取渣上影响氰化提金^[1]。
    氯离子侵蚀铅阳极，如果料液含有3g/L以上氯离子，在萃取时有一部分会进入有机相，应该设一洗涤级把杂质洗去，不让其进入电解液。硝酸根以及二价锰离子也都对电积有不良影响，浓度高时也需洗涤。
    工业萃取的运行
    铜萃取级数少，设备大，除了萃取运行的共同要点，如各种溶液的流量控制等之外，还有几点需特别注意。
    连续相的选择
    在两相混合时，分散相总会产生一些极小的液滴，在澄清槽中不能从连续相中分离出来，而夹带进入下一工序。虽然经厉萃取剂对铜有极高的选择性，但是，如有机相夹带了料液同样也能将杂质传递到反萃液，对电积铜的质量造成不良影响。夹带的有机相随水相流失，也增加生产成本。原则上说，萃取阶段负荷有机相出口级应保持水相连续，以减少有机相中夹带的水相。反之，萃余液出口级有机相应为连续相，以减低有机相的损失。因此，两级萃取的连续相应是不同的。如果反萃只有一级，则以有机相连续为好。这样可以保持电解液的清洁，保证电铜的质量。反萃有机相夹带的高浓度铜溶液可在萃取时回收。
    保持相连续的方法一是启动混合槽时搅拌桨应在分散相中，再是保持混合槽中连续相的体积大于分散相。在工业过程中，后者是主要的方法。即使开车时连续相的选择是正确的，运行过程中有时会发生“相倒转”，即连续相变为分散相、分散相变为连续相。因此，在运行中需对相连续情况进行监控。最常用的鉴定方法是测量电导，水相连续电导率高于有机相连续。
    减少夹带
    前已述及，夹带是由于在两相接触时部分液滴分散过细。液滴越细小依靠重力从另一相中分离出来的过程越缓慢。在澄清槽的停留过程中，许多小滴来不及分出而被带入下一级。因此，要减少夹带，从根本上说就是要避免液滴分散过细。在两相接触时，降低液滴直径固然有利于传质。但滴径呈一定的分布状态，应该尽量使滴径均匀，或说，分布窄一些，减少过细的液滴。造成分布过宽的主要原因是搅拌桨设计或操作不当。桨叶的剪切力过大就会产生过细的液滴。有的混合一澄清槽槽间的联结管开口位置不当，空气卷入混合室，而且时有时无。这将导致混合室内液流起伏的潮涌现象，因而，两相分散状态也随之变化，产生过细液滴。同时，水、油、空气的三相混合物还会导致产生三相乳化物。乳化将导致严重的夹带。
    参考文献：
    1.Zhu Tun，Zhou Xiexi，A New Process for Copper Recovery in A Gold Refinary，Proceedings of ISEC’96，ed. by D. C. Shallcross， R. Paimin and L M. Prvcic，Vol. I，1996. 581一586