Технология центрифугирования в SX-процессе обеспечивает сокращение потерь растворителя на 60 %

Процесс экстракции растворителем (SX-процесс) — это горнодобывающая операция, при которой такие металлы, как медь, платина, золото, кобальт, никель, цинк, уран и т. д., извлекаются с помощью химических реагентов. После SX-процесса выполняется электрохимическое извлечение (также называемое электроэкстракцией), которое представляет собой электроосаждение металлов, помещенных в раствор в ходе процесса, обычно называемого выщелачиванием. В процессе электрорафинирования для удаления примесей из металла используется аналогичный процесс. 

Большинство коммерческих установок SX подвержены образованию межфазной взвеси — твердой стабилизированной эмульсии, которая обычно накапливается на границе раздела водной и органической фаз в отстойниках на стадиях экстракции растворителем. Это вызвано попаданием в SX-контур различных веществ, начиная от переносимой ветром пыли, уноса твердых частиц при выщелачивании, примесей в растворах и заканчивая насекомыми, которых привлекает свет установок экстракции растворителем. 

Тонкий слой межфазной взвеси на границе раздела водной и органической фаз может способствовать коалесценции мелких капель, однако избыток межфазной взвеси может препятствовать разделению фаз и сильно снижать эффективность отстойников.  Скапливающаяся в отстойниках межфазная взвесь может перейти на следующий этап смешивания. Это может быстро вызвать «утечку межфазной взвеси», что приведет к значительному увеличению уноса.  В свою очередь, это приводит к загрязнению электролитов выщелачивающим раствором и органической фазой.  

Перенос органических веществ в зону электроэкстракции может вызвать «выгорание катода». Унос электролита в секцию экстракции растворителем может привести к потере меди в рафинате (в данном случае при рафинировании меди). Унос органики в рафинат приведет к увеличению потерь органики.  Хотя удаление межфазной взвеси с установок экстракции растворителем обычно не представляет большой проблемы, содержание органических веществ в межфазной взвеси обычно составляет более 50 %. Потери органики вместе с межфазной взвесью могут обойтись предприятиям в сотни тысяч долларов в год. 

Растворение межфазной взвеси в SX-процессе с помощью технологий

Центрифуги помогают избежать потерь органического раствора, сохраняя эффективность загрузки раствора насыщенного электролита (SL) и процесса реэкстракции (SX). Этот процесс позволяет контролировать значение pH и продлить срок службы катода при электроэкстракции, а также избежать простоев установки из-за очистки отстойника. 

Регулируемый диск разделения фаз обеспечивает точную регулировку «на лету». Это оптимизирует чистоту регенерированного органического раствора даже при колебаниях условий процесса и обеспечивает максимальную регенерацию растворителя, что снижает потери растворителя до 60 %. 

Этот процесс очень полезен для рафинеров, производящим 20 тонн меди в год и более.  Центрифуги также используются для этих целей на малых, средних и крупных медных рудниках по всему миру и применяются, в частности, на рудниках с экстракцией растворителем (SX). Производители оборудования, проектные бюро и подрядчики проектирования, снабжения и строительства (EPC), работающие в горнодобывающей промышленности, также могут воспользоваться преимуществами центрифуг для этого критически важного процесса. 

Пример использования 1 — Bwana Mkubwa, Замбия

Для Bwana Mkubwa, производителя меди в Ндоле в провинции Коппербелт Замбии, неспособность эффективно обрабатывать межфазную взвесь обернулась проблемой скопления межфазной взвеси в SX-отстойниках сразу нескольких установок. Это вызвало серьезные проблемы в SX-процессе и снизило доступность процесса на 10 %.  

На Замбию и Демократическую Республику Конго приходится 1,2 млн т/год производства меди методом SX/EW, из которых не менее 80 % производится на предприятиях, использующих для обработки межфазной взвеси трехфазные центрифуги. При экономии в 12 долл. США за тонну меди это означает годовую экономию в 12 млн. долл. США только на одном применении в этих двух странах. 

Задача

Двадцать лет назад большинство меднорафинировочных предприятий по всему миру несли значительные финансовые потери, вызванные образованием межфазной взвеси на установках экстракции растворителем (SX). Удаление межфазной взвеси из процесса, несмотря на свою важность, приводило к потерям органических экстрагентов и разбавителей, составлявшим сотни тысяч долларов в год. Стандартные методы извлечения с помощью фильтр-прессов были трудоемкими и неэффективными. Даже после фильтрации межфазная взвесь все еще содержала значительное количество органических соединений. 

Скопление межфазной взвеси в SX-отстойниках часто вызывало серьезные проблемы в SX-процессе и снижало производительность на 10 %. Остатки твердого вещества необходимо было перерабатывать как опасные отходы, поскольку органический раствор чрезвычайно опасен для окружающей среды. 

Решение

С помощью трехфазной центрифуги органику можно извлекать в виде чистого раствора, который можно подавать непосредственно на SX-установку. Экономия только на органическом растворе составила более 12 долл. США за тонну произведенной меди. Таким образом, установка, производящая 50 000 тонн меди в год, сэкономит около 600 000 долл. США в год. Это позволило дополнительно сэкономить на рабочей силе, фильтровальной ткани и техническом обслуживании.  

Наконец, эффективный процесс переработки межфазной взвеси позволил держать под контролем ее уровень на SX-установках. Это привело к дополнительной экономии, так как повысилась стабильность работы и эффективность SX-установки. Утилизация остаточных твердых веществ также упростилась, благодаря очень низкому содержанию органических веществ. 

Процесс

Работу с межфазной взвесью следует рассматривать как пакетную операцию. Операторы откачивают межфазную взвесь из отстойников с помощью мембранных или перистальтических насосов. Ее состав может значительно меняться изо дня в день. Межфазную взвесь собирают в подающем танке и перемешивают с помощью мешалки с низкой скоростью сдвига. Обычно концентрация твердого вещества в межфазной взвеси составляет от 2 до 10 %.  

Межфазную взвесь подают в трехфазную центрифугу, и операторы настраивают диск разделения фаз так, чтобы обеспечить чистоту органического раствора. Следует отметить, что в большинстве стран мира примеси при центрифугировании разделяются не на три, а на четыре фазы.  

Стабильная 4-ая фаза формируется на границе разделения органической и водной фаз. Правильно настроив регулируемый диск разделения фаз (импеллер) в Tricanter®, оператор может добиться выгрузки этой части сверхмелких твердых частиц в составе водной фазы. Именно по этой причине водная фаза не прозрачная, а скорее мутно-коричневая. Эта водная фаза должна отправляться в хвосты. Ее нельзя будет вернуть в SX-установки, поскольку она просто станет источником образования еще большего количества межфазной взвеси. 

Резюме

Двадцать лет спустя большинство SX-установок по переработке меди во всем мире используют трехфазную центрифугу для очистки межфазной взвеси SX. В настоящее время по всему миру эксплуатируется более 80 машин. Если учесть, что в настоящее время в мире действует всего 59 SX-установок с производством катодной меди более 20 тыс. тонн в год, то успех трехфазной центрифуги в этой области становится очевидным. 

Трехфазная центрифуга обычно подходит для медных рафинеров SX/EW, производящих 20 тонн меди в год и более. За счет экономии на регенерации органических веществ трехфазная центрифуга окупается примерно за четыре месяца. Надежность оборудования также является важным преимуществом, поскольку большинство этих машин установлено в отдаленных регионах. Трехфазная центрифуга, установленная в Замбии 16 лет назад, до сих пор работает без проблем. 

Несмотря на то, что основным применением трехфазной центрифуги в гидрометаллургии остается обработка медной межфазной взвеси SX, она также успешно используется в SX-процессах переработки урана, молибдена, лития и цинка. Трехфазная центрифуга стала стандартом для оборудования по обработке межфазной взвеси во всем мире. 

Практический пример 2 — Многочисленные проекты по производству меди в Китае

Китайские компании, поддерживающие предприятия по переработке медной межфазной взвеси в Африке и Мьянме, до сих пор используют для работы с ней стандартные камерные фильтр-прессы. Камерный фильтр-пресс очень хорошо зарекомендовал себя. Однако в ходе пробных испытаний на нескольких предприятиях инженеры-технологи выяснили, что использование трехфазной центрифуги позволяет экономить более 60 % растворителя по сравнению с камерными фильтр-прессами.  

Задача

Многие трехфазные центрифуги успешно используются в Южной Америке, США, Австралии и Африке в обработке медной межфазной взвеси SX. Но китайские предприятия еще не перешли на центрифугирование, по-прежнему полагаясь в процессе обработки медной межфазной взвеси на камерные фильтр-прессы.  

Решение

В 2013 году на технической встрече команда проекта Myanmar YangTse Copper Mining из китайской компании Wanbao Mining проявила интерес к технологии центрифугирования. Однако нам не удалось убедить заказчика, поскольку компания China Nerin Engineering разработала технологический процесс с использованием технологии камерного фильтр-пресса, а их бюджет был ограничен 30 000 евро.  

В 2015 году камерный фильтр-пресс перестал отвечать реальным требованиям. В апреле 2016 года трехфазная центрифуга была введена на предприятии по обработке медной межфазной взвеси в Мьянме.  Поскольку это было первое применение в Китае, пришлось быстро учиться, и эта проблема была решена. Проблемы возникли в связи с малым количеством осевших мелких твердых частиц и более высоким, чем ожидалось, износом, вызванным чрезмерной скоростью вращения барабана. 

Была внесена корректировка в конструкцию разделительного диска, а также обновлен шнек, что обеспечило более надежную защиту от износа с помощью защиты плиты. В результате после перехода на трехфазную центрифугу экономия растворителя составила 60 % по сравнению с камерным фильтр-прессом. В результате соседний рудник Myanmar Wanbao Mining, расположенный в 10 километрах от YangTse, также внедрил технологию центрифугирования.

Заключение

В 2018 году компания YangTse приобрела вторую центрифугу для своей текущей работы.  В 2022 году была построена третья SX-установка с использованием трехфазных центрифуг.

Пример использования 3 — Различные проекты компании Fishtec Ltda., Чили

В Чили горнодобывающие предприятия в течение многих десятилетий использовали экстракцию растворителем в процессе рафинирования меди. Чилийская горнодобывающая промышленность не была знакома с технологией трехфазной центрифуги и либо применяла технологию фильтр-пресса, либо была вынуждена сбрасывать слишком большое количество растворителя. Они теряли продукт и получали много отходов на этой новой остаточной фазе (CRUD (межфазная взвесь) — смесь органических, водных, воздушных и взвешенных веществ).  

Постоянно удаляя и обрабатывая межфазную взвесь с помощью трехфазных центрифуг, компании добились сокращения ввода нового экстрагента в SX-установку на 40-60 %, что привело к значительной экономии средств.

Задача

При использовании технологии фильтр-пресса чилийская горнодобывающая промышленность была вынуждена сбрасывать слишком много растворителя. Они теряли продукт и получали много отходов на этой новой остаточной фазе (CRUD (межфазная взвесь) — смесь органических, водных, воздушных и взвешенных веществ).  

Решение

Хорошо зарекомендовав себя в рыбной промышленности Чили с 1990-х годов, компания Fishtec Ltda. с самого начала была сосредоточена именно на этом направлении деятельности. В 1995 году компанию Fishtec попросили протестировать образцы межфазной взвеси с небольшого горнодобывающего предприятия, рудника Pudahuel.  Примечательно, что по результатам теста этот продукт оказался удивительно похож на производство сардин. Сходство заключалось в том, что в смеси есть четыре фазы, которые необходимо разделить на три. Трехфазная центрифуга обеспечивает превосходные результаты благодаря регулируемому диску разделения фаз. Четвертую фазу отделяли с помощью тяжелой жидкости, а органическую восстанавливали абсолютно чистой. Новое применение трехфазной центрифуги стало наилучшим вариантом в этом процессе, повысив качество продукта, снизив затраты на утилизацию отходов и обеспечив более низкую стоимость эксплуатации и технического обслуживания. 

После этого испытания, когда экстракция растворителем во всем мире получила признание как наиболее распространенный процесс на медных рудниках, открылся чилийский рынок, и трехфазная центрифуга была установлена на различных рудниках Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) и Quebrada Blanca (Teck, 1995).   

Опыт компании Fishtec показывает, что у них не всегда хватало опыта и оборудования для решения поставленных задач.  Поэтому, эти двух- или трехфазные декантеры были установлены, но после неудачных попыток ввода в эксплуатацию никогда не использовались.  В связи с этим в чилийской горнодобывающей промышленности начало формироваться негативное отношение к центрифугированию при обработке медной межфазной взвеси 

Стратегия компании Fishtec заключалась в том, чтобы «поражать» клиентов стабильно удовлетворительными результатами. С тех пор компания Fishtec открыла рынок и достигла почти 95 % SX-установок с помощью технологии трехфазных центрифуг.  

В 2020 году была установлена пилотная установка для компании Codelco Salvador. Codelco — чилийская национальная компания с шестью действующими месторождениями, два из которых оснащены трехфазными центрифугами для SX-операций.  Результаты были очень хорошими, и клиент принял решение о покупке новой трехфазной центрифуги. Регенерация растворителя, достигаемая трехфазной центрифугой на месте, является лучшим решением для стабильного применения с предсказуемой производительностью.  

Процесс

Fishtec предлагает клиенту комплексное решение, адаптируя трехфазную центрифугу к месту ее установки. Это относится как к новым, так и к существующим объектам, к которым добавляются все интерфейсы и аспекты, необходимые заказчику на месте — от насоса до оператора центрифуги.

Заключение

Опыт работы в этой области дал положительные результаты, свидетельствующие об экономичности и простоте эксплуатации. Благодаря постоянной обработке межфазной взвеси клиент сократит поступление нового экстрагента на SX-установку.  Экономию легко подсчитать, обычно она достигает снижения в диапазоне от 40 до 60 % от потребления нового раствора. 

Окупаемость зависит от того, как эксплуатируется машина.  Работа в круглосуточном режиме 24/7 — это наилучший сценарий, при котором срок окупаемости составляет от 6 до 9 месяцев. В другом случае использования при обработке остаточного материала «borra» (бокситовый шлам) его объем сокращается почти на 60 %, а в качестве пригодной межфазной взвеси восстанавливается от 15 до 40 % сырья. Такая система является ценным оборудованием для комплексной установки по обработке межфазной взвеси. 

Автор 

Роберт Клуг (Robert Klug) — инженер по продажам на местах и эксперт по технологиям разделения компании Flottweg Separation Technology.