湿法冶金史上的革命性突破——超声湿法冶金

2008年11月07日 16:40 9278次浏览 来源:   分类: 新技术

超声湿法冶金技术与装备发明人
株洲市兴民科技有限公司总经理 曾兴民


  本网讯    传统湿法冶金,基本是高投入、高能耗、高污染、低产出过程,产品附加值极低,以至长期以来湿法冶金企业靠吃价格饭过日子。所谓价格饭包括资源、能源与环保的国家价格饭,低廉的劳力价格饭和无奈的市场价格饭。国家价格与劳力价格是两碗软饭,怎么吃也难以致企业于死地。市场价格是一碗硬饭,市价好时,买卖多,就赚钱;市价差时,买卖少,就亏本;市价超低时,买卖难作,就破产。我国湿法冶金企业靠吃价格饭求生存、求发展的现象,几乎成了一种定律。
  我在湿法冶金企业工作过多年,得出一条总结:效益好不好,根本在价格。行市好,增加产量,利润上升,谁当厂长都领导有方;行市不好,减产压库,谁当厂长都无力回天。科学技术是第一生产力,年年都在讲,年年在进步,但湿法冶金生产技术仍然几十年一贯制,没有企业冲破这道藩篱。
  抱着勇于创新,追求突破的理想,我辞职创业,用8年时间积聚资本,用8年时间全力研发,终于在2008年创立超声湿法冶金专利技术体系,发明了《用超声波改善锌粉活性的方法、装置及用途》、《用超声波清除溶液中颗粒表面包层的方法、工艺及用途》、《一种湿法锌冶金超声净化方法、装置及用途》和《一种脱除硫酸锌溶液中钙离子的方法、装置及用途》。依托超声湿法冶金专利技术,我们与西部矿业股份有限公司、湖南大学合作,加速超声湿法冶金工程技术与成套装备产业化推进。
  应用超声浮选技术,对青海某氰化浸金弃存尾矿完成超声浮选试验研究,稳定获得70%以上金回收率和商品级金精矿,为再生全国历年弃存的氰化浸金尾矿资源,开创了超声选金新技术。日处理400吨氰化浸金尾矿成套装备启动设计制造。应用超声浮选技术,对江西某含银原矿完成超声浮选试验,一举突破传统浮选+焙烧产出含银焙砂精矿的指标,可降低生产成本50%。
  应用超声浸出技术,对水口山有色集团有限公司含金硫精矿烧渣进行浸出试验,将金浸出率由70%提高到81%,浸出时间缩短50%。水口山有色集团正应用超声浸出技术进行中试,为再生全国每年1000万吨以上含金硫精矿烧渣弃存资源加速产业化推进。
  应用超声净化技术,对西部矿业锌业分公司、云南驰弘锌业有限公司、白银有色集团西北铅锌冶炼厂、陕西锌业商洛冶炼厂、河南开利锌业有限公司、水口山有色集团锌厂的中上清,成功完成了超声净化小试;继而对西部矿业锌业分公司、白银有色集团西北铅锌冶炼厂、陕西锌业商洛冶炼厂、河南开利锌业有限公司、水口山有色集团锌厂的中上清,成功完成了超声净化现场中试。小试与中试结果证实:应用超声净化技术,可将中上清净化达标时间由250分钟缩短到25分钟,降低能耗70%;可将中上清净化达标锌粉消耗由每吨电锌50公斤以上降低到每吨电锌30公斤以下,降低锌粉消耗40%以上;可处理中上清杂质含量范围扩大到钴≤200mg/L、镍≤200mg/L、铜≤2000mg/L和/或镉≤2000mg/L,显著增强湿法炼锌厂处理高杂锌矿的生产能力;可直接产出高品位铜渣、镉渣和钴渣,大幅提升湿法炼锌厂的综合回收能力和效益。
  超声湿法冶金,是用超声波强化湿法冶金过程物理化学反应的湿法冶金方法,采用超声波对湿法冶金溶液及其中的颗粒溶质施加超声振动作用和/或超声空化作用,达到清除颗粒表面包层、加速动力学扩散速度的目的。
  超声湿法冶金的技术原理是:超声波是一种直线传递的弹性机械波,对溶液施加一定声场的超声波照射,可引发溶液中的颗粒产生机械震动,颗粒在溶液中新生的表面包层被震裂或震碎,颗粒与溶液的有效接触面积增大,颗粒表面的动力学扩散过程被加速,期待的物理化学反应进程加快。超声波清除颗粒表面包层分类为:去除颗粒新生包层和去除颗粒自身包层。颗粒新生包层通常属于键能较低的分子键和氢键等化学键包层;颗粒自身包层通常属于键能较高的离子键或共价键等化学键包层。去除新生包层,用超声振动作用;去除自身包层,用超声空化作用。超声波对颗粒发生剥离作用,颗粒裸露自身表面;超声波对颗粒新生包层发生剥离作用,颗粒也是裸露自身表面。当超声波能量足够高时,溶液中将引发超声空化作用:液体中的分子间距随着超声波振动而产生拉伸与挤压变化,形成大量空化泡;超声波拉伸区形成负压区,空化泡迅速产生、生长;超声波挤压区形成正压区,空化泡迅速闭合、崩溃。空化泡崩溃瞬间,在空化泡周围的极小空间内产生瞬时高温、高压、强冲击波和高速射流等极端环境条件,颗粒自身表面包层被震裂或震碎,期待的物理化学反应进程进一步加快。由此实现超声湿法冶金过程。
  让浮选药剂高效吸附到目标矿石表面并提供气泡快速抬升,是浮选的根本目的。但目标矿石表面总是被各种其它颗粒所包裹。用超声波清除目标矿石表面包层,改善了目标矿石表面活性,强化了浮选药剂对目标矿石表面的亲和力,浮选时间大幅缩短,浮选效率大幅提高。当品位较低的某些氧化矿缺乏高效浮选捕收剂或不适于直接浸出时,超声浮选为氧化矿浮选提供了一种更有效的方法。
  矿粉浸出包括氧化矿浸出和硫化矿浸出。浸出过程是矿粉中目标金属元素脱离矿粉本体的过程,也是矿粉体积趋向变小或质量趋向减轻的过程。当浸出过程受动力学扩散速度控制时,目标金属元素浸出速率降低,导致浸出工艺流程长,设备庞大占地多。而用超声波清除矿粉表面包层,使矿粉始终暴露新鲜活性表面,浸出速率加快,浸出效率提高。超声浸出技术的用途,包括应用于浸出各种氧化矿和硫化矿,如锌焙砂、硫化锌矿、硫化铜矿、硫化镍矿、铝土矿、稀土矿、贵金属矿等。试验表明,用常压超声浸出取代湿法炼锌或湿法炼铜高温高压浸出,加快常压浸出,具有巨大经济意义。
  湿法炼锌中,浸出锌矿粉产出的硫酸锌溶液包含铜、镉、钴、镍等多种杂质成分,需要对浸出锌矿粉的硫酸锌溶液进行处理。目前一般采用锌粉作为还原剂脱除硫酸锌溶液中的多种杂质,这是湿法炼锌的一种通用净化工艺。因其锌粉消耗高,占到电锌产量5-8%,而且能耗大量增加,一直成为湿法炼锌的技术瓶颈。针对湿法炼锌净化工艺锌粉消耗高的难题,国内采用添加絮凝剂改善金属杂质分离特性来降低锌粉消耗;国外采用监测氧化-还原电位调控锌粉添加,防止锌粉过量。这些方法,没有解决锌粉活性随反应进程降低的问题,锌粉消耗依然较高。我们经过长期研究,发现用超声波强化中上清净化过程的一些重要特性:1、超声波照射可显著加快锌粉置换反应速度;2、超声波照射可促进铜镉钴镍渣型晶粒反溶;3、超声波照射时间同锌粉消耗成正比;4、渣型晶粒及时分流可显著降低锌粉消耗;5、控制超声波照射时间、净化温度和锌粉用量,可直接产出高品位铜渣、镉渣和钴渣。同时还发现,在湿法炼锌通用净化工艺“一锅煮”的净化方式下,净化槽内溶液流动状态包括水平环流和垂直环流,在水平环流中,溶液趋向水平流体断面混合;在垂直环流中,溶液趋向垂直流体断面混合。在连续净化条件下,新进槽的待净化溶液趋向与净化反应后液快速混合,新进槽的离子态杂质浓度迅速由高浓度稀释到低浓度,使净化反应始终处在较低的离子态杂质浓度下进行,以至净化效率低下。静态净化试验证实,钴浓度10mg/L的常规中上清,去除70%钴杂质耗时约10分钟;钴浓度3mg/L的常规中上清,去除70%钴杂质耗时约90分钟;在“一锅煮”的净化方式下,作为还原剂的锌粉用量主体消耗在离子态杂质浓度较低的净化阶段。因此,湿法锌冶金超声净化技术,将快速提升我国湿法炼锌行业净化技术水平。
  综上所述,超声湿法冶金克服了传统湿法冶金的种种不足,为反应速度慢或难以发生反应的物理化学过程提供了一种快速反应通道,是世界湿法冶金史上的革命性突破。我国历年尾矿、弃渣达上千亿吨,每年新增尾矿、弃渣数十亿吨,再生尾矿、弃渣有价金属资源价值巨大。仅每年弃存含金硫精矿烧渣中的黄金就达30吨以上,我国400万吨电锌产能用于净化中上清的锌粉消耗每年达20万吨以上,应用超声湿法冶金技术将产生巨大经济效益和社会效益,进而从根本上改变我国作为有色金属资源、生产、消费大国在湿法冶金史上缺乏主体创新技术的历史格局。随着超声波能量转换技术及材料的科技进步,超声湿法冶金技术还可拓展应用于石油净化、海底开采等重大能源、资源领域,超声湿法冶金的应用前景更加广阔。
 

参考文献:
  1、株洲市兴民科技有限公司曾兴民等,《用超声波改善锌粉活性的方法、装置及用途》,发明专利,申请号:2008100311289;公开号CN101274262A。
  2、株洲市兴民科技有限公司曾兴民等,《用超声波清除溶液中颗粒表面包层的方法、工艺及用途》,发明专利,申请号:2008100315665;公开号CN101293194A。
  3、株洲市兴民科技有限公司曾兴民等,《一种湿法锌冶金超声净化方法、装置及用途》,发明专利,申请号:2008100310280。
  4、株洲市兴民科技有限公司曾兴民,《一种脱除硫酸锌溶液中钙离子的方法、装置及用途》,发明专利,公开号CN1884092;实用新型ZL200620051510.2。
 

作者简介:
  曾兴民,男,1955年出生,中南大学有色冶炼专业1982年毕业,现有发明专利12项,实用新型专利2项,有6项发明专利获得国家科技计划支撑。含有两项发明专利的XMT-300双源除酸冷却塔,实现锌电解车间硫酸雾零成本通风除酸,成为我国湿法炼锌企业冷却锌电解废液先导技术和装备,已在数家湿法炼锌厂成功应用;含有一项发明专利的世界首台XMT-100超声除钙机应用于西部矿业锌业分公司60kt/a湿法炼锌系统。

责任编辑:刘征

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