自控系統在復雜金精礦濕法冶煉工藝中的應用

李海濤，譚長有

(1.北京礦冶研究總院，北京 100160;2.沈陽透平機械股份有限公司，遼寧沈陽 110869)

1 引言

含砷金礦是公認的難處理金礦，如何合理、高效、環保地開發利用難處理金礦資源己成為世界各產金國家面對的主要技術問題。常規的氰化提金工藝采用機械磨礦方法對含砷金精礦進行預處理。這種方法的缺點是很難使金顆粒解離，其中絕大部分的金仍包裹在黃鐵礦和毒砂中，在氰化反應過程中難以與氰化物直接接觸，最終影響金的浸出率，金浸出率一般在20%～50%，并且消耗大量的氰化鈉［1］。由此可見，砷已經成為氰化提金工藝主要的影響因素，有必要在氰化提金工藝前對含砷金精礦進行有效的預處理。新疆阿希金礦復雜金精礦綜合開發利用項目采用兩段焙燒對含砷復雜金精礦進行預處理，有效的消除了砷對氰化提金的影響，通過煙氣制酸收硫、濕法收砷、酸浸－萃取－電積提銅、氰化提金工藝，最終實現金、銅、砷、硫等有價金屬資源的綜合利用。為了滿足生產工藝過程的控制要求，該項目設計了先進、實用、可靠的檢測儀表及過程控制系統。本文重點介紹阿希金礦復雜金精礦綜合開發利用項目自控系統的設計與應用。

2 工藝流程簡介

復雜含砷金精礦通過抓斗起重機加入調漿槽調成礦漿濃度約70%漿料，經軟管泵送到焙燒爐的料漿分配器，通過噴槍噴入焙燒爐進行兩段焙燒預處理，為了消除有礙于提金的雜質，在第一段爐內弱氧化焙燒脫砷，在第二段爐內氧化焙燒脫硫，焙燒產生的煙氣含有SO2和AS2O3，采用“兩轉兩吸”制酸工藝回收煙氣中的SO2，并采用濕法收砷工藝回收AS2O3。焙燒尾渣進行酸浸洗滌處理，洗滌濃密機的溢流經過萃取－電積工藝回收陰極銅;洗滌濃密機的底流經過再磨濃密處理后，經氰化處理工藝得到含金貴液。含金貴液經過凈化、脫氧和鋅粉置換后產生的金泥送至金泥精煉車間提金［2－4］。

3 自控系統在復雜金精礦濕法冶煉流程中的應用

為了滿足生產工藝過程的控制要求，采用先進的檢測儀表及過程控制系統，實現對沸騰焙燒、煙氣制酸、濕法收砷、酸浸－萃取－電積提銅、氰化提金等工藝過程參數的檢測與過程自動控制。考慮工藝流程長，控制上采取分區控制、中央控制室集中監視的原則，結合廠區總體布置圖，在焙燒車間、制酸工段、酸浸－萃取－電積車間、氰化提金工段分別設置分控室，在生產辦公樓附近設置中央控制室。自控系統配置圖如圖1所示，分控室通過光纖與中央控制室連接，構成光纖冗余環網。在分控室設置操作員站，操作員員在分控室對該工段生產工藝參數進行監控和聯鎖控制;在中央控制室設置工程師站、監控站、歷史數據服務器、設備及能源管理主機，實現對全廠生產過程的集中監視、數據存儲、設備及能源管理。工藝設備配套控制柜通過PROFIBUS－DP現場總線接入自控系統。下面重點介紹各工段關鍵的控制內容。

圖1 自控系統配置圖

(1)兩段焙燒

焙燒爐是冶煉廠的核心，焙燒爐系統的穩定、控制的好壞直接影響后續工段的穩定和金屬的回收率［5］。其中焙燒爐的溫度控制和空氣量控制是關鍵。兩段焙燒的檢測與控制流程圖如圖2所示。在兩段焙燒爐的沸騰層、中間層、擴大層、爐頂設置多組溫度檢測點，根據一段焙燒爐頂部出口溫度控制礦漿分配器加水量，控制一段焙燒溫度在550℃;根據二段爐頂部出口溫度控制二段爐的加水量，控制二段焙燒溫度在600℃。焙燒爐底部通過鼓風機將一定量的空氣經風口鼓入焙燒爐內，在一段爐鼓風機和二段爐鼓風機的出口風管的直管段上分別安裝熱式流量計，用于檢測入爐風量，并通過風機出口回流管的閥門調節入爐風量，確保一段焙燒為弱氧化氣氛，二段焙燒為氧化氣氛。這樣既有利于一段焙燒脫砷，減少了SO3的生成;也使得二段焙燒中的硫盡可能多的形成SO2或可溶性硫酸鹽，最終得到的疏松多孔的焙砂。

圖2 兩段焙燒的檢測與控制流程圖

(2)煙氣制酸

來自焙燒爐的SO2煙氣經過冷卻塔、斜管沉淀器、高效洗滌器、填料塔、電除霧器進行處理和凈化，再經過轉化器、一吸塔、二吸塔進行轉換和吸收得到高濃度硫酸。整個制酸生產工藝流程具有高溫、高壓、強腐蝕性的特點［6］，為了確保安全生產，溫度和壓力的檢測與控制是最基本的。從二段焙燒爐出來的高溫SO2煙氣經過爐氣冷卻器降溫后仍有300℃左右，經過凈化降溫后的氣體溫度低至40℃，進入轉化器后，氣體溫度又要升高至觸媒反應溫度420℃;SO2風機的主要作用是輸送煙氣和保持焙燒制酸系統的壓力，確保煙氣管道在微負壓的工作狀態，為此，在生產工藝的各個環節都設置了相應的溫度和壓力儀表進行檢測和控制，確保溫度和壓力在有效范圍內。為了保證產品合格，在干燥循環槽安裝了檢測93%酸的超聲波酸濃度分析儀，在一吸、二吸循環槽安裝了檢測98%酸的電導酸濃度分析儀，用于閉環串酸控制。焙燒出來的煙氣含SO2較高，通過凈化、轉化、吸收后SO2煙氣含量已經很少，為了達到環保要求，采用SO2分析儀對煙氣含量進行分析。

(3)濕法收砷

焙燒產生的煙氣含有AS2O3和SO2，煙氣經過制酸凈化處理后，AS2O3溶于酸性廢水，酸性廢水送至污水處理車間采用二段中和除砷。一段中和采用石灰乳沉砷－水泥固砷法，固定后的亞砷酸鈣尾渣進行填埋處理;由于一段除砷后廢水中砷含量仍然較高，二段中和采用石灰乳－硫酸亞鐵混凝沉降法，同時鼓入空氣進行氧化處理。處理過程中pH值控制是廢水處理能否達到預期效果的關鍵。當廢水的pH值大于10時，砷酸根、亞砷酸根與氫氧根置換，使一部分砷溶于水中，所以應控制廢水的pH值小于10。為了高效的除砷，在添加石灰乳的中和槽安裝pH分析儀，用于控制中和反應槽石灰乳的添加量，確保中和反應槽的pH值在7.5～9.5的范圍內。

(4)酸浸－萃取－電積提銅

復雜金精礦通過焙燒后送去酸浸，影響銅浸出率的因素包括浸出時間、浸出溫度、浸出酸度。工藝確定的最佳浸出條件是浸出溫度在70～80℃，水淬槽的H2SO4含量約10g/L，二段浸出槽的H2SO4含量1～5g/L。其中浸出酸度控制好壞直接影響銅的浸出率。為了確保酸浸工段處于最佳浸出條件，在水淬槽頂部安裝溫度傳感器，用于控制水淬槽的加水量;在水淬槽及二段浸出槽頂部分別安裝了pH分析儀，用于控制水淬槽硫酸的加入量，使得浸出液的終點pH值在1.0～1.5范圍。萃取－電積過程中，有機相與水相的體積比為相比，有機相與水相的流量比為流比，保持合理的相比和流比非常關鍵，在開車時相比等于1，在反萃取時相比大于2。在生產過程中有機相和水相都是連續加入的，為此，分別在洗水泵出口管道安裝電磁流量計，在有機相泵出口管道安裝渦街流量計，通過調節有機相回流，確保相比在合理的范圍內。

(5)全泥氰化－鋅粉置換提金

礦漿采用“兩浸兩洗”的氰化流程，通過添加氰化鈉溶液、充入富氧空氣，使得礦漿中的金銀充分溶解，得到貴液。該工段主要控制浸出礦漿中氰根離子濃度和氧含量。為此，在氰化鈉溶液管道安裝流量計和調節閥，用于控制氰化鈉溶液的添加量，確保浸出礦漿氰根離子的濃度在0.05% ～0.08%的范圍內;在各氰化槽充氣管道安裝流量計和調節閥，用于控制各氰化槽的充氣量為0.02m3/min。由于氰化鈉水解過程中會產生劇毒氰化氫氣體，為了防止氰化物的揮發與損失，在一段1#氰化槽與二段6#氰化槽添加適量的Na2CO3溶液，并在槽頂部安裝pH分析儀，用于控制Na2CO3的添加量，保持氰化槽的pH值在10～12的范圍內。為了保證人員的安全，在氰化槽頂部設置氰化氫氣體檢測儀及聲光報警裝置;由于含砷金精礦焙燒時，會有微量的砷未能揮發進入煙氣，使得在鋅粉置換階段可能產生砷化氰氣體，因此在鋅粉加藥機與壓濾機周邊設置砷化氰氣體檢測報警裝置。

4 結論

新疆阿希金礦復雜金精礦綜合開發利用項目自2012年9月開始投料試車，截至目前為止，已經投產運行1年多的時間，該項目日處理復雜含砷金精礦200t，年產黃金2t。自控系統投產至今運行穩定，在保證生產工藝穩定、設備及人員安全、提高金屬回收率等方面作用顯著，在處理復雜含砷金精礦領域具有一定的推廣意義。

［1］ 郭持皓，李云，王云，等.從難處理含砷金礦中濕法回收砷［J］.有色金屬(冶煉部分)，2012(5):8－10.

［2］ 李大江，王云，袁朝新.含砷難處理精金礦預氧化工藝對比試驗［J］.有色金屬(冶煉部分)，2012(5):40－42.

［3］ 薛光，王永新，薛元昕.提高含砷金精礦二段焙燒－氰化工藝金浸出率的試驗研究［J］.黃金，2011(6):48 －49.

［4］ 徐曉燕，申屠華德，張志孝.兩轉兩吸轉化工藝流程的選擇及工藝參數的確定［J］.硫酸工業，2007(3):4－8.

［5］ 徐潔書.兩段焙燒技術處理高砷硫金精礦探討［J］.硫酸工業，2009(3):40－41.

［6］ 曾德會.淺析儀表在煙氣制酸工藝中的應用［J］.科協論壇，2012(7):34－35.