太平矿业循环液中铜离子回收项目建设可行性研究报告.docx

太平矿业循环液中铜离子回收项目可行性研究报告

第一章 总论
第一节 概述
一、项目性质、地理交通位置及区域经济概况
本项目属内蒙古太平矿业《降低堆浸循环液中杂质离子的研究》项目。内蒙古太平矿业有限公司(原宁夏太平矿业有限公司)是一家由中国黄金国际资源有限公司（原加拿大金山矿业有限公司）和宁夏核工业地质勘查院(原核工业西北地质局二一七大队)于2002年4月组建的中外合作企业。其中，中国黄金国际资源有限公司占股份的96.5%，宁夏核工业地质勘查院占股份的3.5%。中国黄金集团公司现为最大的控股股东，持有中国黄金国际资源有限公司41.99%的股份。公司位于内蒙古乌拉特中旗新忽热苏木以北10公里处的少数民族区域，地理坐标：东经109°11′00″—109°17′00″，北纬41°38°00″—41°41′00″，南距包头市约155公里，西距乌拉特中旗政府所在地约90公里，交通较为便利。
区域气候为典型的大陆高原型气候，海拔约1680米，夏季干旱少雨，最高气温35～37℃，最低气温-38℃，年均雨量233.7毫米，蒸发量2646.2毫米，降雨期主要集中于7至9月份，10月份到翌年4月份为霜冻期，冻层可达地表以下1.56至2米，冬春季节多6级以上西北风。
二、可行性研究的背景及依据
我国是一个铜紧缺国，每年铜需要量约100万吨，缺口部分尚需进口。根据国土资源部呼和浩特矿产资源监督检测中心出具的检测报告指出：内蒙古太平矿业有限公司的约300万吨堆浸滴淋提金过程中的流程循环水所含铜、镍等重金属离子超标，达到排放标准的数十至数百倍。其中铜离子严重超标，急需一种有效的处理办法。
针对堆浸循环液中重金属离子不断累加而难以除去的技术难题，太平矿业委托江苏大学进行科研攻关，于2014年3月签订技术合同，项目名称为《降低堆浸循环液中杂质离子的研究》，科研经费80万元，主要目的是实现堆浸循环液中杂质离子的有效消除。
项目组已经研制出负载有氨基和氰基的强碱性阴离子交换树脂用于重金属去除，并于2014年10月底在太平矿业进行小型实验室试验，取得了比较明显的效果。小型试验采用项目组提供的树脂对堆浸循环液进行吸附作业，可以明显降低重金属离子浓度，主要金属铜、铁、镍均可降至40ppm以下。对于吸附后的树脂，采用饱和氯化钠溶液在常温常压下即可解吸出来，从而达到回收目的。
第二节　项目的建设条件
一、项目的资源条件
该项目原料为被活性炭吸附之后的流程溶液，其中含铜量约为300ppm，据保守估算，循环液中大约有1200吨的铜能够回收。
二、项目的外部条件
矿区对外运输为公路运输，目前矿区对外运输有8公里简易公路与新忽热苏木相通，然后连接至国家公路。
第三节　建设方案
一、总体布置原则
本项目采用江苏大学研制出的负载有氨基和氰基的强碱性阴离子交换树脂，将流程溶液中重金属离子吸附后，使用饱和氯化钠溶液作为解吸液，采用常温常压解吸，将重金属离子富集，然后在富集后的重金属离子溶液中添加次氯酸钠，将重金属离子沉淀出来，经固液分离后，单独处理重金属沉淀物（直接销售或铸锭电解提纯铜）。
二、生产工艺选择
由于流程溶液中铜为杂质离子，如果能够回收的话，属于副产品，所以铜回收项目前端工艺不需要改动，该项目工艺流程只需要从含铜300ppm的流程溶液开始设计，根据江苏大学提供方案，最初采用吸附—解吸—电积的生产工艺，首先采用树脂将重金属离子吸附，然后再使用饱和氯化钠溶液将重金属离子解吸富集，最后将高浓度重金属离子溶液使用金回收电解装置进行电解，最后得到精炼铜。基建采用选冶厂二车间闲置储炭罐及塑料罐，安装在选冶厂一车间7区北侧，根据需要进行基础及平台建设，并合理布置管路，基建工作完成后，进入模拟试验吸附阶段，在解吸罐中加入3吨树脂，将PC吸附槽6号槽中流程溶液，抽至解吸罐中进行重金属离子吸附，待树脂吸附至饱和（12kg/t），停止吸附，进入解吸流程，储液罐中加入饱和氯化钠溶液，解吸液达到一定浓度后，解吸液进电解槽开始电解。其工艺流程图、设备形象联系图及厂房布置图如下图一、图二、图三：

图一 铜回收工艺流程图

图二 铜回收工艺设备形象联系图

图三 铜回收工艺厂房布置图
经现场模拟试验，吸附及解吸环节均可达到工业化生产要求，且电解环节能够电解出铜见下图四，由于长时间放置，生成铜绿），但阳极板腐蚀严重（见下图五），经分析，原因在于使用的解吸液中含有大量氯离子，在进入电解槽后，从阳极板失去电子生成氯气，进而腐蚀了阳极板。

图四 电解铜（长时间放置，已生成铜绿）

图五 腐蚀后的阳极板
后经讨论研究，拟采用吸附—解吸—沉淀—电积的生产工艺，在前期工艺不变的基础上，增加重金属离子沉淀工艺，可以有效避开氯离子对阳极板的腐蚀，这种湿法冶金工艺，具有投资小、见效快的优点。
采用上述工艺流程已取得了较好试验指标，因此，本可行性研究报告推荐采用吸附—解吸—沉淀—电积的生产工艺。
第二章 工艺流程
第一节 工艺流程模拟试验
根据小型试验研究成果，2015年3月份，项目组决定采用吸附—解吸—沉淀—电积的生产工艺，进行现场模拟试验，研究重金属回收（主要是铜）的可行方法。在试验过程中，树脂吸附能力比较高，对铜的吸附可以达到约12kg/t（湿树脂），有很强的吸附能力。使用饱和氯化钠溶液解吸，采用敞口充气，30分钟可以解吸1kg/t（固液比1:2）铜，基本满足解吸要求。对解吸液的处理采用次氯酸钠沉淀法，可以回收全部铜和镍及部分铁。对于沉淀物的精炼，拟采用电积方法，目前处于研究阶段。改进后的工艺流程图见下图六：

图六 铜回收工艺流程图
第二节 生产过程简述
一、基建
选择合适位置，建设6级逆流充气解吸设备及重金属沉淀设备设备形象联系图如下图七：

图七 铜回收工艺设备形象联系图
二、吸附阶段
使用PC吸附槽6号槽用来装离子交换树脂，为了有效拦截树脂不溢出吸附槽，根据离子交换树脂粒度筛分结果，6号槽隔炭筛采用80目筛网，可以100%拦截树脂。为保证炭粉能全部通过6号吸附槽，5号吸附槽隔炭筛采用100目筛网。
吸附槽中添加8吨阴离子交换树脂，进行吸附，流量300m3/h，吸附约50分钟后进行解吸，吸附槽出树脂速度为5.2t/h。
三、解吸沉淀阶段
待树脂吸附饱和后，将树脂进行6级逆流充气解吸，使用与饱和氯化钠溶液作为解吸液，逆流解吸完成后，将解吸液与树脂分离，树脂返回流程继续吸附，解吸液添加次氯酸钠进行重金属离子沉淀。
每个解吸槽中添加6吨树脂，树脂提串逆流解吸速度为5.2t/h，解吸液流速为31.25m3/h,次氯酸钠添加速度为3.125t/h，Cu产量为1.5t/d。
四、电积阶段
将重金属离子沉淀物熔炼铸锭，使用专业电解提纯铜设备进行精炼提纯，最后进行销售。
第三节 主要技术指标及参数
一、吸附阶段
吸附原液：Cu 300ppm
吸附尾液：Cu 40ppm
树脂含铜量：12kg/t
二、解吸沉淀阶段
解吸原液：Cu 0.3g/l
解吸尾液：Cu 2g/l
沉淀药剂：10% 次氯酸钠
三、电积阶段
同名极距：80mm
电流密度：200A/m2
槽电压：0.25-0.3V
电解液温度：常温
电解液流速：设备安装后试验确定
电解液：Cu2+：40-50g/L；H2SO4：170-180g/l
第四节 主要原料消耗
流程溶液：3300m3/tCu
氯化钠：35t/tCu
次氯酸钠：5t/tCu
硫酸：3t/tCu
电：500KWH/tCu
第五节 回收率
吸附率：70-80%
解吸率：90%
电积率：99%
第三章 投资估算
一、本工程可行性研究投资估算额为200万元。其中土建工程10万元；设备及安装工程60万元；树脂100万元；其它费用30万元。
生产费用的计算：
工人工资：400元/tCu
树脂消耗：700元/tCu
氯化钠：14000元/tCu
次氯酸钠：40000元/tCu
销售价格：42000元/tCu
二、服务年限
根据流程溶液中储量计算，服务年限2.5年。
第四章 总结
根据本项目可行性报告，回收铜没有经济价值，但从降低循环液中重金属离子浓度角度来看，存在实际价值。