溶剂萃取工艺中采用离心机技术可减少 60% 的溶剂损失

溶剂萃取工艺（SX 工艺）是一种采矿工艺，使用化学试剂回收铜、铂、金、钴、镍、锌、铀等金属。溶剂萃取工艺之后是电解沉积工艺（也称为电解提取），即通过浸出过程对已溶解的金属进行电沉积。电解提纯采用类似的工艺去除金属中的杂质。 

大多数商用溶剂萃取设备都存在界面污泥形成问题，这是一种固体稳定化乳液，通常是在溶剂萃取阶段的沉淀器中聚积在水相与有机相的界面处。这是由进入溶剂萃取回路的各种物质形成的，包括被风吹来的灰尘、浸出过程中的固体物、溶液中的杂质，甚至还有被溶剂萃取设备中的光线吸引来的昆虫。 

虽然水相与有机相界面处的薄层界面污泥有助于细小液滴聚结，但界面污泥过多会干扰物相分离，并严重降低沉淀器的效率。  如果让界面污泥留在沉淀器中，界面污泥就可能会进入下一个混合阶段。这可能会很快导致“界面污泥失控”，导致夹带量激增。  这又会使电解液被浸出液和有机相污染。  

有机相进入电解沉积过程中会导致“阴极烧蚀”。电解液进入溶剂萃取的萃取部分会导致铜流失到萃余液中（在铜提纯的情况下）。有机相进入萃余液会增加有机物的损失。  从溶剂萃取设备中去除界面污泥通常不是很大的问题，但界面污泥的有机物含量通常超过 50%。通过界面污泥而流失的有机物每年会导致工厂损失数十万美元。 

采用相关技术在溶剂萃取工艺中溶解界面污泥

离心机有助于避免有机溶液损失，同时保持溶剂添加和溶剂萃取的反萃取过程的效率。该工艺有助于保持pH值的控制，延长电解沉积过程中的阴极使用寿命，避免因清洗沉淀器而造成设备停机。 

可调式叶轮可实现精确的实时调节。这可优化回收的有机溶液的纯净度，即使在工艺条件波动的情况下也能达到最大的溶剂回收率，最多可将溶剂损失减少 60%。 

该工艺可帮助每年生产 20 吨或更多铜的精炼厂。  离心机也在全球各地的小型、中型和大型铜矿用于这个目的，特别是采用溶剂萃取 (SX) 工艺的矿场会使用这类设备。采矿领域的设备制造商、设计办公室和 EPC 承包商也获益于离心机在这一关键工艺中的使用。 

案例研究 1 - 赞比亚 Bwana Mkubwa

对于赞比亚铜带省恩多拉的铜金属生产商 Bwana Mkubwa 来说，由于无法高效处理界面污泥，他们的几个溶剂萃取工厂都面临萃取沉淀器界面污泥聚积难题。这导致萃取工艺产生严重问题，使工艺可用性降低了 10%。  

赞比亚和刚果民主共和国采用溶剂萃取/电解沉积法的铜产量为每年 120 万吨，其中至少 80% 是由采用三相离心机进行界面污泥处理的工厂生产。每吨铜可节省 12 美元，这相当于这两个国家仅在这一项应用中每年就能节省 1200 万美元。 

挑战

二十年前，全球大多数铜精炼厂都面临着因溶剂萃取设备中形成界面污泥而造成重大经济损失的棘手难题。去除该工艺中的界面污泥至关重要，但每年会造成数十万美元的有机萃取剂和稀释剂损失。使用压滤机的常规回收技术不仅耗时费力，而且效率极低。即使过滤后，界面污泥中仍含有大量有机溶液。 

溶剂萃取沉淀器中的界面污泥聚积通常会导致萃取工艺出现严重问题，使工艺可用性降低 10%。有机溶液对环境十分有害，因此必须将残留的固体物作为危险废料进行处理。 

解决方案

使用三相离心机，有机相可以被回收为清洁溶液，然后直接送回溶剂萃取设备。仅仅有机溶液的这一处理就能为每吨生产的铜节省超过 12 美元。因此，年产 5 万吨铜的工厂每年可节省约 60 万美元。同时还节省了人工、过滤布和维护成本。  

而且，高效的界面污泥处理工艺有助于控制溶剂萃取设备中的界面污泥水平。这进一步节省了成本，因为萃取设备的运行稳定性和效率都得到了提高。由于残留固体物中的有机物含量非常低，处理也变得更加容易。 

工艺过程

界面污泥需要进行批次运行。操作人员使用隔膜泵或蠕动泵从沉淀器中吸出界面污泥。界面污泥的成分每天可能都有很大不同。界面污泥被收集在储罐中，用低剪切力搅拌器搅拌。界面污泥中的固体含量通常为 2%-10%。  

界面污泥被送入三相离心机，操作人员对可调式叶轮进行调节，以确保分离出清洁的有机溶液。需要注意的是，世界各地的大多数界面污泥不是分离为三相，而是四相。  

有机相与水相的界面处会形成一个稳定的第四相。操作人员可以通过调节三相离心机的可调式叶轮，确保将这种超细固体物作为水相的一部分排出。因此水相不是透明的，而是呈现一种淤泥般的褐色。这一水相必须被送到尾矿。它不能返回到溶剂萃取设备，因为它只会导致更多界面污泥聚积。 

总结

二十年后，世界各地的大多数铜溶剂萃取设备都使用三相离心机进行界面污泥处理。目前，全球有 80 多台这种机器在运行使用。考虑到目前只有大约 59 台溶剂萃取设备在运行，而铜阴极年产量超过 2 万吨，三相离心机在这项应用中的成功是显而易见的。 

三相离心机已成为年产 20 吨或更多铜的溶剂萃取/电解沉积法铜精炼厂的可行选择。三相离心机可在有机相回收中大幅节省成本，大约四个月就能收回投资成本。机器的可靠性也是一大主要优势，因为这些机器大多安装在偏远地区。16 年前在赞比亚安装的三相离心机直到现在仍在正常运行。 

铜溶剂萃取界面污泥依然是湿法冶金中三相离心机的主要应用领域，该设备也成功应用在铀、钼、锂和锌的溶剂萃取工艺中。三相离心机已成为全球界面污泥处理设备的标准。 

案例研究 2 – 中国的多个铜生产项目

为非洲和缅甸的铜界面污泥处理设备提供支持的中国企业仍将箱式压滤机过滤铜界面污泥作为标准方法。箱式压滤机应用非常广泛。但在几家工厂进行试运行后，工艺工程师发现与箱式压滤机相比，使用三相离心机可以节省 60% 以上的溶剂。  

挑战

在南美、美国、澳大利亚和非洲，许多三相离心机都成功用于铜溶剂萃取界面污泥应用。但中国企业尚未采用离心分离技术，仍然依靠箱式压滤机进行铜界面污泥处理。  

解决方案

2013 年，在与中国万宝矿产缅甸扬子铜业公司项目团队举行的一次技术会议上，对方表现出对离心机技术的兴趣。然而我们未能赢得客户，因为中国瑞林工程技术公司使用箱式压滤技术设计了工艺过程，他们的预算不超过 3 万欧元。  

2015 年，箱式压滤机未能达到预期要求。2016 年 4 月，在缅甸的铜界面污泥应用中调试运行了三相离心机。  因为那是在中国的首次应用，所以学习过程很快，迅速解决并克服了各种问题。当时的挑战包括少量沉淀的细小固体物，以及因转鼓速度过高导致的磨损高于预期。 

于是调整了分离片的设计，更新了螺旋，通过砖片保护装置提高防磨损保护能力。结果是，与箱式压滤机相比，改用三相离心机后节省了 60% 的溶剂。于是，邻近离扬子公司 10 公里的缅甸万宝矿业公司也采用了离心机技术。

结论

2018 年，扬子公司为其当时的采矿工作购买了第二台离心机。  2022 年建成了第三个采用三相离心机的溶剂萃取设施。

案例研究 3 – 智利 Fishtec 公司的多个项目

几十年来，智利的采矿企业一直在铜精炼工艺中采用溶剂萃取法。智利采矿业不熟悉三相离心技术，一直以来采用压滤技术或被迫损失大量溶剂。由于这种新的残余相（界面污泥，一种有机物、水、空气和悬浮固体的混合物），他们不仅损失产品，还产生了大量废料。  

使用三相离心机连续去除和处理界面污泥后，企业发现可以将输入溶剂萃取设备中的新萃取剂用量减少 40% 至 60%，从而节省了大量成本。

挑战

智利采矿企业因采用压滤技术被迫损失大量溶剂。由于这种新的残余相（界面污泥，一种有机物、水、空气和悬浮固体的混合物），他们不仅损失产品，还产生了大量废料。  

解决方案

自 20 世纪 90 年代以来，渔业已成为智利的支柱产业，也是 Fishtec 公司的核心业务。1995 年，Fishtec 被请求测试一家小型采矿企业 Pudahuel 矿场的界面污泥样品。  有趣的是，测试表明这种产品非常类似于沙丁鱼生产。相似之处在于，混合物中有四个物相，但必须分为三相。三相离心机采用可调式叶轮，可实现出色的分离效果。第四相通过重液分离，有机相可以完全清洁回收。三相离心机的这项新应用成为了该工艺过程中的最佳选择，不仅提高了产品质量，而且降低了废料处理成本，还降低了运行和维护成本。 

此次试验后，由于溶剂萃取在全球被认为是铜矿业中最常见的工艺，智利市场打开，位于 Escondida Coloso（BHP Coloso，1995年）和 Quebrada Blanca（Teck，1995年）的不同矿场安装了三相离心机。   

Fishtec 的经历表明他们一直缺乏经验，也没有适合该应用的机器。  因此虽然安装了两相或三相卧螺离心机，但在发生故障后再没使用过。  因此，智利采矿业开始对铜界面污泥应用中的离心技术产生了负面看法 

Fishtec 采用了一种战略，通过持续令人满意的处理性能让客户“发出惊叹”。从那时起，Fishtec 打开了市场，使用三相离心机技术覆盖了近 95% 的溶剂萃取设备。  

2020 年，Codelco Salvador 公司安装了一台试验机器。Codelco 是智利的一家国企，有六个正在开采的矿场，其中两个在其溶剂萃取法中采用三相离心机。  试验结果非常好，客户又主动购买了一台新的三相离心机。现场采用三相离心机进行溶剂回收，这是实现稳态应用和可预测性能的最佳解决方案。  

工艺过程

Fishtec 为客户提供完整的解决方案，根据设备安装现场的需求调整三相离心机。对于新建工厂和现有工厂都是如此，而且从泵机到离心机操作装置，提供客户现场所需的所有接口和元素。

结论

该领域的经验提供了积极正面的结果，表明了节省潜力和操作简便性。通过连续处理界面污泥，客户可减少输入溶剂萃取设备的新萃取剂用量。  节省计算很简单，通常情况下可减少 40% 至60%的新溶液用量。 

投资回报期取决于机器的运行方式。  24/7 全天候运行是最佳情况，6 到 9 个月即可获得投资回报。在处理残余物“尾渣”的另一种应用中，尾渣体积减少近 60%，并能将 15% 至 40% 回收为活性界面污泥。这使得该系统成为整个界面污泥处理设施的重要设备。 

作者 

Robert Klug 是福乐伟分离技术的外部销售工程师和采矿专家。