铜萃取过程中利用三相抑制剂处理三相物的工业实验研究

1 背景

在铜湿法冶炼萃取过程中，由于萃取前段浸出工序溶液中含有一定量的固体颗粒和杂质，加之萃取剂长时间循环使用被氧化降解和乳化，导致在有机相和水相界面之间，或有机相表面，形成酷似豆腐脑的絮凝状乳化层（污物)或第三相。不仅会增加有机相的单耗，还会影响下一工段产品质量。当三相物逐渐积累增多，没有及时处理时，则会阻碍萃取分相，降低铜迁移量，恶化工人工作环境，严重时将会导致工厂不能正常生产，带来巨大的经济损失

。为了避免上述问题的产生，刚果（金）某铜湿法冶炼企业萃取车间进行了利用某型号三项抑制剂来降低三相物生成的工业实验研究。

2 现场工艺流程

萃取车间采用两萃、两反、一洗的较为通用的萃取工艺流程。萃取过程中水相与有机相采用逆流萃取的生产方式，用以提高萃取效率，并通过洗涤级控制进入下一工段的杂质，以达到稳定生产的目的。

3 三相物形成的原因

3.1 浸出溶液中固体颗粒和杂质导致中间三相物的生成

由于矿料自身属性原因，在连续搅拌浸出、浓密机逆流洗涤的过程中，往往会存在一些不溶性固体颗粒，根据深层沉降理论，经由浓密机固液分离后，细小固体颗粒，会上浮至溢流液表层，从而进入萃取工序，当含铜溢流液中的悬浮固体颗粒浓度超过0.01%时，在萃取过程中，就会以悬浮固体颗粒为核，生成大量的中间三相物。

3.2 萃取原液中的金属离子导致中间三相物的生成。

3.2.1 铁离子导致三相物的生成

矿石在连续搅拌浸出、浓密机逆流洗涤的过程中，原矿带来的Fe

会被氧化成Fe

，水相中的Fe

在pH=2.5左右的时候，会发生水解与络合作用，进一步生成多核羟基络离子或Fe-SO

络合物

。在萃取过程中，这些多核羟基络离子或Fe-SO

络合物可以吸附反电离子，并在萃取剂的作用下，形成中间三相物。

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矿石在连续搅拌浸出、浓密机逆流洗涤的过程中，也会浸出大量的Mn离子，在萃取过程中，随着Mn离子的进一步氧化，会以Mn离子为核，在范德华力的作用下，在萃取澄清室里形成大量中间三相物。

试验之前，一期(实验组）和二期（对照组）萃取工厂萃取一级和萃取二级在6月中旬均进行了彻底清理，澄清室内的三相物接近，如此，试验过程中更容易监测对比三相物的形成。采集了一周的数据作为试验前的基准数据。试验从7月6开始，药剂初始添加量为20ppm,7月11日-20日短暂地中断了试验，7月20日起药剂添加量调整为10ppm，然后在8月4日调整为5ppm，最后在9月17日调整为3.5ppm。为了验证某型号三项抑制剂对夹带的影响及三相抑制效果，对照组从8月18日开始加入药剂2.5ppm，9月17日开始添加药剂3.5ppm。整个试验过程中，未安排人员清理澄清室中三相物。8月14日二期（对照组）因中间隔栅堵塞，生产上组织了一次彻底清理工作。

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4 利用三相抑制剂处理中间三相物

4.1 三相物形成和总固体悬浮物

从采集的数据分析，试验组萃取级三相物呈现出不断减少的趋势，而对照组在添加某三相抑制剂前，三相物不断累积。从试验组萃取一级取样点可看出，在加入某三相抑制剂后，该处中间三相物下降到接近零的水平并维持稳定，而对照组处于不断增加的状态。萃取一级取样点的中间三相物在试验组和对照物中均处于较低水平。从该结果可看出，某三相抑制剂可显著减少中间三相物的形成，并同时减少澄清室中已经存在的中间三相物。试验组萃取二级的取样点可看出，在药剂添加量为20ppm时，该处的中间三相物显著减少。在添加量为10ppm和5ppm时，试验组和对照组中间三相物均保持在相近的水平。同时叠加8月14日对照组清槽工作，从数据上不容易看出明显的差异，但9月16日以后，试验组萃取二级取样点中间三相物降低到近乎为零。总体上，试验组萃取二级中间三相物维持在较低水平。根据现场工作人员反馈，在某三相抑制剂添加后，在有机相表面不再出现漂浮的三相物。下图1和图2显示了试验组和对照组取样点的中间三相物变化。

原液中的杂质金属离子，经水解作用，形成较为稳定的胶体离子，胶体离子通过吸附而带有电荷，从而形成聚沉作用，并且胶体离子在不停地做布朗运动，在与重力作用相同时，便形成沉降平衡状态，从而进一步形成三相物。

3.2.3 杂质离子水解导致三相物的生成

为了验证某三相抑制性能，在某萃取工厂进行了为期约三个月的工业试验。试验全程监测了以下关键物理指标：三相物含量、分相时间、夹带量等，药剂带来的效益是通过减少三相物的形成，降低三相物的清理和处理成本，改善现场环境，从而让生产操作更轻松稳定、停车时间更短、料液通量可适度增加等。

3.2.2 锰离子导致三相物的生成

4.2 分相时间

试验中，萃取一级和萃取二级混合室运行有机相连续。在20ppm，10ppm，5ppm和3.5ppm的剂量下，对萃取一级和萃取二级混合室的分相时间几乎没有影响，分相时间均在正常范围内。此外，平均分相时间的数据显示，在未添加药剂的情况下，试验组萃取一级与萃取二级较对照组具有略高的分相时间，这可能是由于试验和对照组的有机质量不同、设备差异或操作差异所致。与未添加药剂相比，某型号三项抑制剂添加后平均分相时间增加约20秒～30秒，这意味着某型号三项抑制剂对分相时间影响轻微。分相时间的增加可能归因于三相抑制剂的存在降低了固体颗粒与有机相的相互作用。图3和图4显示了萃取一级和萃取二级的分相时间。

4.3 水相在有机相中的夹带

评估了萃取一级的水相在有机相中的夹带，因为这是杂质从萃取级物理迁移到洗涤级和反萃级的根源。通过洗水溶液中的锰平衡计算出水相在有机相中的夹带。如图7所示，试验组的夹带变化较大，但对照组的夹带却一直很稳定。试验组夹带变化较大可能是因为运行有机相连续不稳定。考虑到萃取工厂具有洗涤级，夹带的杂质将不会转移到反萃级，因此对铜电积工段没有影响。某型号三项抑制剂在5ppm的剂量下，水相在有机相中的夹带较低且影响最小。图5显示了萃取一级水相在有机相中的夹带变化。图6单独显示了对照组萃取一级水相在有机相中的夹带变化。

4.4 萃取效率

根据萃取工厂提供的日常分析数据，在基准数据测试期间，与对照组相比，试验组的铜萃取回收率略高。开始添加某型号三项抑制剂后，在整个试验过程中，试验组铜萃取回收率表现出与对照组类似的行为（一期和二期萃取工厂在试验中均实现了较高的铜萃取回收率）。没有迹象表明某型号三项抑制剂对冶金性能有负面影响。图7显示了铜萃取回收率的变化。

5.课堂抢答。教师发布课中练习题，并让学生在规定时间内通过“雨课堂”进行抢答，同时设置了答题最快的三名学生可以得到一个课堂红包的环节；最后，教师公布正确答案及答题结果。意图是通过课堂答题的形式，检查学生对课程相关知识点的掌握情况，同时处于课堂学习中期阶段，学生的学习关注度有所下降，设置通过抢答及发红包的形式，再次激发学生的参与积极性，增强课堂的趣味性。

5 结论

某型号三相抑制剂在3.5ppm的剂量下对萃取三相物的生成，有明显的抑制作用，有助于减轻三相物打捞工作，降低三相物打捞和处理成本，增加有机循环利用率，改善萃取工厂操作环境，提升萃取工厂生产操作的稳定性。且该型号三相抑制剂对萃取前后铜萃取回收率、分相时间、夹带水平无显著不良影响，对萃取工厂的物理性能和冶金性能无不利影响，在一定程度上，可根据萃取车间实际运行情况，在专业人士指导下，酌情调整某型号三相抑制剂的剂量，进行大规模工业生产。

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