王春海

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠 阜康 831500）

淺析高效蒸發(fā)工藝在阜冶尾渣技改項(xiàng)目中應(yīng)用

王春海

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠 阜康 831500）

通過(guò)對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造及高效蒸發(fā)系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)踐的摸索，本文對(duì)高效蒸發(fā)系統(tǒng)與原系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比分析和總結(jié)，展現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)備的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

真空式蒸發(fā) 自動(dòng)化系統(tǒng) 濃縮 鎳銅分離 比重 連續(xù)冷卻結(jié)晶

阜康冶煉廠銅系統(tǒng)工藝流程采用:鎳系統(tǒng)尾渣氧化焙燒；焙砂連續(xù)常壓浸出；浸出液調(diào)配；調(diào)配液不溶陽(yáng)極電積。

通過(guò)以上四工序產(chǎn)出合格陰極銅。在浸出過(guò)程中焙砂45%的鎳、25%的鐵進(jìn)入浸出液，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行雜質(zhì)含量不斷積累。陰極銅的生產(chǎn)要求溶液含鎳低于20 g/L、鐵低于2 g/L。為了維持電解液中鎳鐵含量在較低的范圍內(nèi)，就必須對(duì)電解液進(jìn)行凈化，以保證電極過(guò)程的正常進(jìn)行。

1 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)生產(chǎn)的原理及作用

⑴通過(guò)對(duì)抽取的溶液進(jìn)行加溫，達(dá)到一定的溫度，溶液中的水分開(kāi)始不斷蒸發(fā)，溶液體積變小，溶液的金屬濃度不斷提高；根據(jù)銅、鎳、鐵在同一溫度和酸度下溶解度不同的性質(zhì)將銅與鎳、鐵進(jìn)行分離；從而達(dá)到凈化的目的。

⑵溶液濃縮后，金屬粒子濃度不斷增大，這時(shí)如果降低溫度，溶液中硫酸銅會(huì)很快結(jié)晶析出，而鎳、鐵還是以離子狀態(tài)存在于溶液中，通過(guò)對(duì)冷卻溶液過(guò)濾即可達(dá)到銅鎳分離的目的。

⑶結(jié)晶過(guò)程：結(jié)晶是分兩步進(jìn)行的，首先是晶核的形成過(guò)程，其次是晶體的形成過(guò)程。晶核的形成過(guò)程與成長(zhǎng)和熱溶液的溫度及冷卻強(qiáng)度、物料在冷卻器里的停留時(shí)間、攪拌速度及雜質(zhì)含量等因素有關(guān)。當(dāng)晶核慢慢長(zhǎng)大后，由于攪拌的作用下晶核與溶液中的粒子發(fā)生碰撞，使得晶核慢慢長(zhǎng)大變成硫酸銅晶體，就完成了結(jié)晶過(guò)程。

其實(shí)質(zhì)在與利用硫酸銅在不同溫度、不同酸度條件下溶解度不同特性進(jìn)行生產(chǎn)。銅離子和酸濃度高時(shí)，硫酸銅結(jié)晶率高；冷卻結(jié)晶溫度低，結(jié)晶母液含銅低，結(jié)晶率也高，但結(jié)晶溫度過(guò)低有析出硫酸鎳的可能。所以一次結(jié)晶終點(diǎn)溫度控制在25～30℃，二次結(jié)晶終點(diǎn)溫度應(yīng)不低與30℃，以防硫酸鎳共同析出。特別是當(dāng)溶液含鎳高時(shí)，硫酸銅結(jié)晶終點(diǎn)溫度應(yīng)控制得更高一些。

目前銅體系中Ni含量20～40 g/L、Fe含量3～5 g/L，用于蒸發(fā)的溶液為浸出壓濾液Cu 70～90 g/L、Ni30～40 g/L、Fe 3～5 g/L、H2SO450～70 g/L。而使用含酸過(guò)高溶液，易造成設(shè)備腐蝕而嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 技改前蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)工藝

蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程采用兩段開(kāi)放式直接濃縮法，蒸汽壓力0.4MPa,溶液沸騰溫度97～98℃，單槽比重達(dá)到1 400～1 450 kg/m3放入結(jié)晶槽內(nèi)。結(jié)晶溫度低于30℃時(shí)利用離心機(jī)進(jìn)行硫酸銅生產(chǎn)，經(jīng)二次蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的母液鎳離子與原液比富集1.7倍。二次母液打入凈化工段或外送，硫酸銅結(jié)晶經(jīng)重溶后進(jìn)入體系補(bǔ)充銅離子濃度。

圖1 直接濃縮法（老系統(tǒng)）

2.2 技改后蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)工藝

技改后蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)工藝采用兩段負(fù)壓真空式蒸發(fā)釜，低壓蒸汽，蒸汽溫度100℃，釜壓-60 kPa，釜內(nèi)溶液溫度65℃即可沸騰蒸發(fā)。利用水力噴射泵的高速液流使釜內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓并帶走冷凝水。當(dāng)釜內(nèi)溶液達(dá)到設(shè)定比重1 400～1 450 kg/m3時(shí)自動(dòng)出液至結(jié)晶槽并補(bǔ)充新液，保持釜內(nèi)比重。連續(xù)出液至結(jié)晶槽，多級(jí)結(jié)晶槽逐步降溫至30℃～25℃，用氣動(dòng)隔膜泵泵入帶式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行液固分離，一次母液再進(jìn)行二次蒸發(fā)結(jié)晶。最終產(chǎn)生的二次母液含鎳離子達(dá)到原液的1.7倍以上，銅離子低于40 g/L。二次母液送凈化系統(tǒng)或外車間消耗，以達(dá)到降低體系含鎳的效果。

圖2 高效蒸發(fā)工藝（技改后）

3 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的改進(jìn)及應(yīng)用

阜康冶煉廠新進(jìn)板式換熱全自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備兩套,配套使用2臺(tái)真空泵、2臺(tái)帶式過(guò)濾機(jī),11臺(tái)結(jié)晶槽及軟水系統(tǒng)蒸汽減壓設(shè)備,建冷熱水循環(huán)槽等配套設(shè)備設(shè)施與2010年完成技改投入使用。試生產(chǎn)過(guò)程中遇到許多問(wèn)題,經(jīng)不斷探索研究、改進(jìn)，逐步地解決了生產(chǎn)中遇到的難題,使生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1 應(yīng)用效果

3.1.1 調(diào)試使用中存在的問(wèn)題

⑴噴射泵噴射使高效蒸發(fā)釜釜內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓上升釜內(nèi)進(jìn)水。

⑵冷熱水槽水位不平衡，經(jīng)常被打空或冒槽蒸發(fā)被迫中斷。

⑶蒸發(fā)過(guò)程中釜內(nèi)溫度升高報(bào)警,蒸發(fā)被迫中斷。

⑷蒸發(fā)入液流量小、蒸發(fā)比重上不去、帶式過(guò)濾機(jī)吸濾無(wú)結(jié)晶或結(jié)晶少。

3.1.2 原因分析

⑴噴射泵下液管長(zhǎng)度及熱水槽液位高度影響釜內(nèi)負(fù)壓的上升與保持。當(dāng)釜內(nèi)負(fù)壓高于噴射水壓時(shí)就會(huì)將水吸入釜中。

⑵冷熱水泵流量不平衡，冷水槽至熱水槽溢流不暢導(dǎo)致冷水槽經(jīng)常冒槽，熱水槽水位不足壓差降低不能正常蒸發(fā)。

⑶蒸發(fā)過(guò)程中蒸汽壓力、溫度過(guò)高而導(dǎo)致超溫報(bào)警，溫度過(guò)高對(duì)現(xiàn)選用設(shè)備腐蝕嚴(yán)重不利正常生產(chǎn)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象主要因?yàn)檎羝麥p溫減壓設(shè)備出現(xiàn)故障，壓力過(guò)高或軟化水噴淋降溫效果不佳。

⑷蒸發(fā)入液流量小、蒸發(fā)比重上不去、結(jié)晶少或無(wú)結(jié)晶主要有幾方面原因造成：板式換熱效率低或結(jié)晶終點(diǎn)溫度過(guò)高未形成結(jié)晶。

3.1.3 整改措施

⑴加長(zhǎng)噴射泵下液管長(zhǎng)度，降低熱水槽溢流液位提高壓差。

⑵增加冷熱水槽溢流能力加裝溢流管，定期檢查冷熱水槽循環(huán)板式換熱是否有堵塞現(xiàn)象。

⑶檢查減壓設(shè)備、軟水降溫設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，軟水管路上加裝過(guò)濾網(wǎng)以杜絕噴頭堵塞。

⑷加強(qiáng)軟水制備質(zhì)量，提高蒸汽質(zhì)量，及時(shí)清洗結(jié)垢,增加換熱效率；增加結(jié)晶槽數(shù)量，降低循環(huán)冷卻水溫度。

表1 新老系統(tǒng)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

從上述分析可以看出，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，選用先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備投入運(yùn)行以來(lái)，其系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行安全可靠；實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)能力；采用低壓蒸汽及負(fù)壓蒸發(fā)，達(dá)到增效降耗的目的。運(yùn)用自動(dòng)化儀表集中控制，實(shí)現(xiàn)異地操作設(shè)備和監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)的功能，做到了減人增效的目的。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)踐證明，阜康冶煉廠蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)積極進(jìn)行技術(shù)改造，科學(xué)合理的選用自動(dòng)化板式換熱蒸發(fā)系統(tǒng)并投入生產(chǎn)，是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)適用的，具有一定的推廣價(jià)值。并在生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為今后濕法冶煉廠設(shè)計(jì)、技改和建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］朱祖澤.賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué).2003.

［2］楊顯萬(wàn),丘定番.濕法冶金.2007.

收稿：2014-02-07