刚果（金）湿法炼铜电富液除油技术及实践

孟祥龙 张海宝 李强 陈燕杰

〔摘 要〕针对反萃后的电富液通常会夹带有机相，如不妥善处理的情况，会在电积过程中影响阴极板质量的情况，分析了电富液除油机理，以及常见的电富液净化除油技术。以刚果（金）某铜钴湿法矿山企业电富液除油技术实践为例，着重研究了超声波—气浮除油装置和聚结式净化除油。该企业将原有除油系统升级为1台处理量为450 m3/h的超声波—气浮除油装置与1台处理量为180 m3/h的聚结式除油装置。升级后的实践表明，两种除油方式都具有较好的除油效果。

〔关键词〕湿法冶金；电富液；有机相；净化除油技术；阴极铜质量

中图分类号：TF811    文献标志码：B      文章编号：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

刚果（金）地处非洲铜带核心地区，当地拥有诸多超高品位的铜钴特大型矿山，其铜钴资源集中分布在铜矿带上的卢本巴希—利卡西—克鲁维奇3座矿业城市周边，具有埋藏极浅、开发成本较低等特点[1]。目前，中资企业参与、投资建设了一系列采矿及湿法冶炼项目，其中回收铜金属主要采用“浸出—萃取—电积”的典型湿法冶炼工艺，即矿石浸出后，浸出液经萃取、反萃后得到电富液，电富液去电积车间生产阴极铜。

由于反萃后的电富液通常会夹带有机相（俗称“油”），如不妥善处理让其直接进入电积工艺，那么在电积过程中容易出现阴极板烧板、麻点、疏松以及改变阴极板化学成分的情况[2]，导致电积效率降低、阴极板形貌不佳、质量不达标。因此，电富液进行电积作业之前必须进行净化除油。本文拟以刚果（金）铜钴湿法矿山企业电富液除油技术实践为例，对电富液除油技术进行探讨。

1   电富液除油技术综述

1.1  电富液除油机理

湿法冶金中铜萃取剂多为LIX984或OPT5510（以RH表示）。萃取时，先将萃取剂和稀释剂（２６０号溶剂油）混合配制成一定浓度，然后与硫酸铜浸出液进行混合萃取；反萃时，电贫液与负载有机相按一定比例混合，得到电富液和空白有机，反应机理如下。

2RH ＋ Cu2+  → R2 Cu ＋ 2H+；

R2 Cu ＋ 2H+ → 2RH ＋ Cu2+。

由上述反應过程可知，在萃取、反萃过程中水相中可能存在的油包括260号溶剂油、游离的空白有机 RH和金属萃合物 R2Cu 等。这些有机相的损失主要由机械夹带损失、溶解损失造成。负载有机相中夹带较多水相，会将料液中的有害元素带入电积液，影响阴极铜质量；若萃余液中夹带较多油，不仅会增大有机相损失，而且当萃余液返回浸出时还会对浸出过程产生不利影响；电富液夹带较多油，电积时会出现有机烧斑，影响电积过程和阴极铜质量[3]。

萃余液、电富液中的油成分复杂，存在形态也多。按油粒粒径大小和存在形式可分为悬浮油（？覬悬浮油> 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种。针对溶液中4种状态的油，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（重力分离法、膜分离法、粗粒化法等）、化学法（絮凝法、化学氧化法、酸化法等）、物理化学法（浮选法、吸附法、磁吸附分离法等）、生物化学法（活性污泥法、生物膜法等）。不同方法各有优劣，可根据不同的工艺特点选用多种方法组合除油[4]。一般来说，铜钴湿法冶金通常采用物理法，因为该法不会向料液中引入杂质，对油的性质无影响，分离的油可以回收再利用。

1.2  电富液净化除油技术

目前，常用的电富液净化除油技术主要为隔油槽净化除油、隔油槽+喷射泵净化除油、净化压滤机除油、超声波—气浮除油、聚结式除油等几种。其中，隔油槽净化除油和净化压滤机除油仅能作为电富液初级净化工艺，去除电富液大颗粒固含。经这两种工艺处理后的电富液含油约80 mg/L。隔油槽+喷射泵净化除油工艺主要是利用喷射泵将空气鼓入隔油槽，利用气泡将电富液中夹带有机相聚合浮出。经该工艺处理后，电富液含油约50 mg/L。以上3种除油工艺较为简单，除油效果不佳，已经无法满足现代铜冶炼企业生产高品质阴极铜的要求。因此，刚果（金）铜钴湿法矿山企业在除油工艺时主要针对超声波—气浮净化除油工艺和聚结式净化除油工艺进行了研究。

2   超聲波—气浮净化除油

超声波—气浮除油装置主要为一种集合了恒流静浮除油、超声破乳、全溶气浮分离除油和纤维过滤于一体的新型除油装置[5-6]。具体工艺流程见图1。

2.1  恒流静浮

恒流静浮工序是指电富液进入恒液室的配液整流部分。这部分主要是为了减少进液产生的涡流，使液体在静浮阶段不产生挠动，并在恒流室内均匀平衡地进行油液分层，从而使大量的油被分离出来，水相通过液位调节板进入超声波破乳室。静浮的有机相则通过集油管回收后再利用。

2.2  超声破乳

溶液中存在乳化油，这些油粒表面形成有定向排列并具有双电层结构的亲水性保护膜。保护膜所带的同号电荷相互排斥，使油粒不能相互接触、碰撞和聚集，从而形成稳定的水包油型浑浊乳状液，只有破乳后才能上浮分离[7]。

超声破乳主要是利用一定强度的超声波通过微小油粒的流体介质时所产生的振动效应，使大小不同的油粒相互碰撞、黏合，体积和质量不断增大，直至油粒大到不再随超声振动，只能做无规则的运动。通过持续碰撞、黏合、变大，最后油粒上浮，形成浮油得以去除。

2.3  气浮除油

气浮除油是利用高度分散的微小气泡作为载体黏附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离。

2.4  纤维球过滤

纤维球过滤是利用涤纶纤维球滤料的柔性好、密度小、可压缩和空隙率大的特点，以纤维球极大的比表面积和孔隙率吸附并截留水中的悬浮颗粒，从而达到深层截污的目的。纤维球还具有耐磨损、化学稳定性强优点，当滤料受有机物污染严重或吸附饱和时，将纤维球取出放入离心机进行脱水（油）后重新使用。过滤后的水（液）回用。

超声波—气浮除油设备布置如图2所示。

3   聚结式净化除油

聚结式除油主要由ESPA高效除油袋式过滤器与GAGS预聚结高精度油水分离器组成[8]。含油电富液泵入ESPA高效除油袋式过滤器，去除大部分的油污后，再由GAGS预聚结高精度油水分离器进行除油精处理，保证最终出口电富液含油小于5 mg/L。具体工艺流程见图3。

3.1  ESPA高效除油袋式过滤器

ESPA高效除油袋式过滤器滤材适用于高黏度、具有腐蚀性的含油污水。其滤材过滤精度高，可以达到1 μm，满足高精度过滤要求。滤材采用亲水疏油纤维，可以在一定滤速下保证含油悬浮物和部分有机相通过材料表面而不会黏附在滤材上，清洗滤材时油污易脱除。

3.2  GAGS高精度油水分离器

GAGS高精度油水分离器是由GRA改性纳米预聚结处理器和GOS高精度油水分离器组合而成。GRA采用纳米材料改性处理作为高分子预聚结材料，将新型纳米活性材料制作成聚结单元。当含油水通过改性聚结材料时，乳化及少量溶解的油被大量聚结在材料内，使其聚结长大。成大颗粒以便分离。改性纳米预聚结材料易于再生处理，可反复使用。聚结式除油装置布置图如图4所示。

工程实践表明，ESPA+GAGS聚结式除油装置过滤、除油精度高，能够保证电富液具有较高洁净度，含油量较其他工艺更低。但在处理三相污物夹带较多、含油量较大的电富液时，容易出现设备堵塞问题。因此，在布置聚结式除油装置时一般考虑采用隔油槽对电富液进行预处理，提前将其中大部分的三相污物及夹带有机相去除，才能使聚结式除油装置发挥出最佳的除油效果。

4   工程实践

刚果（金）某铜钴矿湿法冶炼厂含铜浸出溶液经过萃取、反萃后，电富液经过原有除油工序后进入电积车间生产阴极铜。该电富液性质如下：铜离子质量浓度为45～55 g/L，硫酸质量浓度为160～180 g/L，有机物质量浓度为90～125 mg/L，溶液量为600 m3/h。电积车间运行一段时间后，电积槽面出现大量浮油，不仅导致阴极烧板，严重影响产品阴极铜的表观质量。清理电积槽面浮油需要消耗大量人力，作业环境较差。电积槽面浮油经电积反应氧化失效无法回用，造成大量油损失，导致吨铜成本增加。

企业为解决以上问题对萃取车间进行改造升级，将原有除油系统升级为1台处理量为450 m3/h的超声波—气浮除油装置并联１台处理量为180 m3/h的聚结式除油装置。升级后，电富液以450 m3/h的流量进入超声波—气浮除油装置，以150 m3/h进入聚结式除油装置。运行前兩个月检测结果为：超声波—气浮除油后电富液含油约8～10 mg/L，进入聚结式除油后的电富液含油约3～5 mg/L，可见两种除油方式都具有较好的除油效果，可以有效消除电富液中有机相对于电积工艺以及阴极铜品质的影响。但是设备运行2个月后，聚结式除油效果明显变差，因为铜钴湿法冶炼的大通量、非洁净溶液会堵塞聚结式内部纤维，需要对聚结式除油装置内部调料进行清洗或者更换。

5   结论

超声波—气浮除油与聚结式除油都是物理性除油技术，除油过程无需添加除油剂等化学物质，因此除油后的电富液不会引入新的化学物质、吸附剂等固体悬浮物，具有无污染、能耗低、除油效率高等优点。但是，在实际生产中，根据处理溶液的性质以及除油后的不同要求，仅采用某种除油方法往往难发满足生产需求，企业应该根据生产实际，综合考虑运行成本、维护操作等因素选择除油工艺，可将以上除油技术以串联或者并联的形式组合使用。经验表明，组合除油具备较好的除油能力和回收油的能力，可以将萃余液和电富液中的油含量稳定地控制在生产指标内。

参考文献

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[4] 张婷，张荣荣，刘勇奇，等.萃余液与反萃液中油的去除或回收[J].广东化工， 2022，49（18）： 137-139.

[5] 谢涛. 紧凑型气浮选装置除油效率提升改造与清洗优化设计[J].技术研究， 2021，28（9）： 73-74.

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[7] 高保军.萃取水溶液高效除油技术及应用[J].中国有色冶金， 2004（3）：18-20.

[8] 白世兴. 聚结除油器出口水中含油工况研究与优化[J].生产质量， 2022，42（20）： 24-26.

收稿日期：2023-06-20

作者简介：孟祥龙（1991—），男，工程师，主要从事湿法冶金设计研究相关工作。