[摘要]本文簡要介紹紅合金在稀硫酸介質中氧化浸出及使用微泡中和槽作浸出設備的中試效果。

關鍵詞：紅合金 浸出   自熱  微泡中和槽

一、前言

近年來一種含有銅、鈷、鐵等多元素合金原料進入國內市場。該原料含銅70％以上，其它為鐵、鈷等。除去合金表面的氧化層后合金略顯紅色，俗稱紅合金。該合金如能用濕法處理應當是一種理想的處理工藝，因此能否經濟合理地完成浸出工序就至關重要了。我所經實驗室小試后與華東某企業合作進行了浸出中試，中試結果顯示：在稀硫酸介質中以空氣作為氧化劑，使用微泡中和槽作浸出設備是一種較理想的技術方案。

二、原料狀況

紅合金原始狀態為黑色或棕黑色球狀顆粒，大顆粒直徑達5～8mm，粒度在4目到30目之間的約占90％，化學成份見表1。

紅合金化學成份 ％ 表1

 

Cu	Fe	Co	Ni	Mn、Zn、Al、Pb、Cd、Cr、As、S、C
76～79	11～14	5～6	0.1～0.13	少量

 

三、浸出試驗

（一）   實驗室試驗

筆者在實驗室對紅合金采用了多種介質不同條件的浸出探索。根據實驗結果，考慮到后續工藝對浸出后液的要求及以微泡中和槽作浸出設備的要求等綜合因素得出下列結論：

1、  在稀硫酸介質中，以空氣作為氧化劑，紅合金可以順利浸出，浸出率大于99.5%。

2、  浸出后液酸度可以控制在10～25g/l之間。

3、  浸出溫度75℃～85℃時有較快的浸出速度。

4、  浸出液過濾性能良好，濾渣為易懸浮固體，其主要成份為碳。

（二）   浸出反應的機理

應當指出：在低酸度、空氣作氧化劑的條件下，不是所有的Cu、Co、Fe等多元合金都能順利浸出，因此實驗室小試是非常必要的。本文中的紅合金小試結果是非常理想的，合金的溶解可能按下式進行。

Me＋½O₂＋H₂SO₄＝Me^2＋＋SO₄^2－＋H₂O­   ……①

（Me＝Cu、Fe、Co、Ni等）

Me＋Cu^2＋＝Cu＋Me^2＋  ……②

（Me＝Co、Fe、Ni等）

根據電化反應數據②式反應是很容易進行的，因此紅合金的浸出速度實際取決于Cu的浸出速度。

Cu＋½O₂＋H₂SO₄＝Cu^2＋＋SO₄^2－＋H₂O    ……③

而能夠使式③反應快速進行正是微泡中和槽（原始設計為溶銅專用設備）的優勢所在。

（三）   中試設備

中試采用WKR－0.5微泡中和槽見圖1，其有效反應容積2m³，主材質為Cr18Ni8不銹鋼，設備局部易磨損部位采用耐酸陶瓷和超高分子聚乙烯等材料。

微泡中和槽主要由反應器、水－氣噴射器、液氣分離器（緩沖器）和循環泵等四大部件組成，其中水—氣噴射器的特殊設計能使空氣與浸出液乳化混合。當乳化液通過固體物料時空氣以微氣泡方式與物料充分接觸，保證了較高的反應界面，同時乳化液在上升過程中的強烈攪拌作用也有利于反應物的擴散，因此微泡中和槽在用于溶銅時具有較高的溶銅速度（12kg～50kg/m³·h）。值得指出的是由于溶銅反應是放熱反應，反應速度高時產生的熱量也會更多，加上微泡中和槽用于溶銅時氧的利用率可達30％～50％，這就避免了大量鼓風所造成的熱量損失。實踐證明微泡中和槽作為溶銅設備時可以實現自熱運行，甚至自熱起動，超溫時還必須采取降溫措施。

微泡中和槽按連續工作制設計，設備還配有如下部件：

①.旋流式固液分離器——用于浸出后液排出前的固液分離，使隨溶液流動的金屬小顆粒回到反應器，使比重較輕的浸出殘渣隨浸出后液排出反應器。

②酸霧冷凝器——回收反應殘除氣體中的酸霧改善排放指標，同時利用低溫的浸出前液吸收煙氣中的部分熱量。

③液位控制器——設備采用底部溶液經循環泵出口分流的方式排液。液位控制器能在補液速度變化時自行調整排液速度，保持反應器內的正常液位。

④排污口——微氣泡有強烈的氣浮作用，碳粉等雜質會在反應器液面逐步聚集，通過排污口排除雜質也是維持設備連續運行的重要部件。

（四）   中試工藝條件及概況

1、浸出工藝條件

物料：直接采用原始狀態的紅合金，不作粒度要求。

浸出前液：H₂SO₄160～210g/l；反應溫度75℃～85℃；

補液速度：4～7l/min；浸出后液酸度：15～30g/l

2、中試概況

中試在2009年12月～2010年元月期間兩次開機運行，前后運行約15d。

因紅合金未作破碎處理粒度較大，中試時采用了（半固定床）強制堆浸的方式。首次投料約7t（第二次開機投料約3.5t），投料層高度達反應器高度的1/3～2/3。注入浸出前液前首先注入適量清水（防止設備被腐蝕）開啟循環泵后逐步補加浸出前液，并維持反應器內酸度不超過30g/l。兩次開機均采用冷起動經6h左右自動升溫到75℃以上，溫度超過85℃時偶爾開啟冷卻水降溫。浸出后液含Cu^2＋80～95g/l；Co^2＋7g/l左右H₂SO₄<30g/l。

中試出現下列問題：

①WKR－0.5微泡中和槽由WR－0.5A原型調整設計后制成，在半固定床狀態下運行時發現溶液循環通道設計不夠合理，因此循環泵運行一直不穩定，致使水—氣噴射器吸入空氣量明顯不足，甚至出現喘息狀況，這就直接造成了反應攪拌強度不夠、氧化能力不足的問題。

②反應器部分構件尺寸不合理，造成乳化液分布不均勻，“死角”部分出現碳粉和置換銅粉共同結塊現象，以致水、氣通道阻塞，反應面積下降，結果形成浸出速度逐步下降的趨向。

③局部零件材質不合格，出現腐蝕損壞，影響部件功能。

四、結論與展望

通過十多天的中試運行，得出下述結論：

1、日平均浸出能力為460kg（設計標準應>500kg）；

2、噸合金浸出電耗約450kwh（設計標準應為≤400kwh）；

3、在設備存在部分問題的條件下仍能實現自熱起動，自熱運行。

4、紅合金在H₂SO₄介質中低酸度氧化浸出工藝可行。

筆者認為，中試暴露的問題主要是設備局部設計的問題，而改進設計是比較容易的。筆者估計通過改進后的WRT－型（通用型）微泡中和槽完全可以解決紅合金中試中出現的問題，其生產能力、能耗等指標將有大幅改善。WRT－型通用微泡中和槽有望成為能以固定床、半固定床、流化床等多種狀態工作的一種高效多相浸出設備。

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