超聲濕法冶金技術(shù)與裝備發(fā)明人
株洲市興民科技有限公司總經(jīng)理 曾興民

　　本網(wǎng)訊    傳統(tǒng)濕法冶金，基本是高投入、高能耗、高污染、低產(chǎn)出過程，產(chǎn)品附加值極低，以至長(zhǎng)期以來濕法冶金企業(yè)靠吃價(jià)格飯過日子。所謂價(jià)格飯包括資源、能源與環(huán)保的國(guó)家價(jià)格飯，低廉的勞力價(jià)格飯和無奈的市場(chǎng)價(jià)格飯。國(guó)家價(jià)格與勞力價(jià)格是兩碗軟飯，怎么吃也難以致企業(yè)于死地。市場(chǎng)價(jià)格是一碗硬飯，市價(jià)好時(shí)，買賣多，就賺錢；市價(jià)差時(shí)，買賣少，就虧本；市價(jià)超低時(shí)，買賣難作，就破產(chǎn)。我國(guó)濕法冶金企業(yè)靠吃價(jià)格飯求生存、求發(fā)展的現(xiàn)象，幾乎成了一種定律。
　　我在濕法冶金企業(yè)工作過多年，得出一條總結(jié)：效益好不好，根本在價(jià)格。行市好，增加產(chǎn)量，利潤(rùn)上升，誰當(dāng)廠長(zhǎng)都領(lǐng)導(dǎo)有方；行市不好，減產(chǎn)壓庫(kù)，誰當(dāng)廠長(zhǎng)都無力回天?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，年年都在講，年年在進(jìn)步，但濕法冶金生產(chǎn)技術(shù)仍然幾十年一貫制，沒有企業(yè)沖破這道藩籬。
　　抱著勇于創(chuàng)新，追求突破的理想，我辭職創(chuàng)業(yè)，用8年時(shí)間積聚資本，用8年時(shí)間全力研發(fā)，終于在2008年創(chuàng)立超聲濕法冶金專利技術(shù)體系，發(fā)明了《用超聲波改善鋅粉活性的方法、裝置及用途》、《用超聲波清除溶液中顆粒表面包層的方法、工藝及用途》、《一種濕法鋅冶金超聲凈化方法、裝置及用途》和《一種脫除硫酸鋅溶液中鈣離子的方法、裝置及用途》。依托超聲濕法冶金專利技術(shù)，我們與西部礦業(yè)股份有限公司、湖南大學(xué)合作，加速超聲濕法冶金工程技術(shù)與成套裝備產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。
　　應(yīng)用超聲浮選技術(shù)，對(duì)青海某氰化浸金棄存尾礦完成超聲浮選試驗(yàn)研究，穩(wěn)定獲得70%以上金回收率和商品級(jí)金精礦，為再生全國(guó)歷年棄存的氰化浸金尾礦資源，開創(chuàng)了超聲選金新技術(shù)。日處理400噸氰化浸金尾礦成套裝備啟動(dòng)設(shè)計(jì)制造。應(yīng)用超聲浮選技術(shù)，對(duì)江西某含銀原礦完成超聲浮選試驗(yàn)，一舉突破傳統(tǒng)浮選+焙燒產(chǎn)出含銀焙砂精礦的指標(biāo)，可降低生產(chǎn)成本50%。
　　應(yīng)用超聲浸出技術(shù)，對(duì)水口山有色集團(tuán)有限公司含金硫精礦燒渣進(jìn)行浸出試驗(yàn)，將金浸出率由70%提高到81%，浸出時(shí)間縮短50%。水口山有色集團(tuán)正應(yīng)用超聲浸出技術(shù)進(jìn)行中試，為再生全國(guó)每年1000萬噸以上含金硫精礦燒渣棄存資源加速產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。
　　應(yīng)用超聲凈化技術(shù)，對(duì)西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司、云南馳弘鋅業(yè)有限公司、白銀有色集團(tuán)西北鉛鋅冶煉廠、陜西鋅業(yè)商洛冶煉廠、河南開利鋅業(yè)有限公司、水口山有色集團(tuán)鋅廠的中上清，成功完成了超聲凈化小試；繼而對(duì)西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司、白銀有色集團(tuán)西北鉛鋅冶煉廠、陜西鋅業(yè)商洛冶煉廠、河南開利鋅業(yè)有限公司、水口山有色集團(tuán)鋅廠的中上清，成功完成了超聲凈化現(xiàn)場(chǎng)中試。小試與中試結(jié)果證實(shí)：應(yīng)用超聲凈化技術(shù)，可將中上清凈化達(dá)標(biāo)時(shí)間由250分鐘縮短到25分鐘，降低能耗70%；可將中上清凈化達(dá)標(biāo)鋅粉消耗由每噸電鋅50公斤以上降低到每噸電鋅30公斤以下，降低鋅粉消耗40%以上；可處理中上清雜質(zhì)含量范圍擴(kuò)大到鈷≤200mg/L、鎳≤200mg/L、銅≤2000mg/L和/或鎘≤2000mg/L，顯著增強(qiáng)濕法煉鋅廠處理高雜鋅礦的生產(chǎn)能力；可直接產(chǎn)出高品位銅渣、鎘渣和鈷渣，大幅提升濕法煉鋅廠的綜合回收能力和效益。
　　超聲濕法冶金，是用超聲波強(qiáng)化濕法冶金過程物理化學(xué)反應(yīng)的濕法冶金方法，采用超聲波對(duì)濕法冶金溶液及其中的顆粒溶質(zhì)施加超聲振動(dòng)作用和/或超聲空化作用，達(dá)到清除顆粒表面包層、加速動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散速度的目的。
　　超聲濕法冶金的技術(shù)原理是：超聲波是一種直線傳遞的彈性機(jī)械波，對(duì)溶液施加一定聲場(chǎng)的超聲波照射，可引發(fā)溶液中的顆粒產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)，顆粒在溶液中新生的表面包層被震裂或震碎，顆粒與溶液的有效接觸面積增大，顆粒表面的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散過程被加速，期待的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程加快。超聲波清除顆粒表面包層分類為：去除顆粒新生包層和去除顆粒自身包層。顆粒新生包層通常屬于鍵能較低的分子鍵和氫鍵等化學(xué)鍵包層；顆粒自身包層通常屬于鍵能較高的離子鍵或共價(jià)鍵等化學(xué)鍵包層。去除新生包層，用超聲振動(dòng)作用；去除自身包層，用超聲空化作用。超聲波對(duì)顆粒發(fā)生剝離作用，顆粒裸露自身表面；超聲波對(duì)顆粒新生包層發(fā)生剝離作用，顆粒也是裸露自身表面。當(dāng)超聲波能量足夠高時(shí)，溶液中將引發(fā)超聲空化作用：液體中的分子間距隨著超聲波振動(dòng)而產(chǎn)生拉伸與擠壓變化，形成大量空化泡；超聲波拉伸區(qū)形成負(fù)壓區(qū)，空化泡迅速產(chǎn)生、生長(zhǎng)；超聲波擠壓區(qū)形成正壓區(qū)，空化泡迅速閉合、崩潰?？栈荼罎⑺查g，在空化泡周圍的極小空間內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、高壓、強(qiáng)沖擊波和高速射流等極端環(huán)境條件，顆粒自身表面包層被震裂或震碎，期待的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)一步加快。由此實(shí)現(xiàn)超聲濕法冶金過程。
　　讓浮選藥劑高效吸附到目標(biāo)礦石表面并提供氣泡快速抬升，是浮選的根本目的。但目標(biāo)礦石表面總是被各種其它顆粒所包裹。用超聲波清除目標(biāo)礦石表面包層，改善了目標(biāo)礦石表面活性，強(qiáng)化了浮選藥劑對(duì)目標(biāo)礦石表面的親和力，浮選時(shí)間大幅縮短，浮選效率大幅提高。當(dāng)品位較低的某些氧化礦缺乏高效浮選捕收劑或不適于直接浸出時(shí)，超聲浮選為氧化礦浮選提供了一種更有效的方法。
　　礦粉浸出包括氧化礦浸出和硫化礦浸出。浸出過程是礦粉中目標(biāo)金屬元素脫離礦粉本體的過程，也是礦粉體積趨向變小或質(zhì)量趨向減輕的過程。當(dāng)浸出過程受動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散速度控制時(shí)，目標(biāo)金屬元素浸出速率降低，導(dǎo)致浸出工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備龐大占地多。而用超聲波清除礦粉表面包層，使礦粉始終暴露新鮮活性表面，浸出速率加快，浸出效率提高。超聲浸出技術(shù)的用途，包括應(yīng)用于浸出各種氧化礦和硫化礦，如鋅焙砂、硫化鋅礦、硫化銅礦、硫化鎳礦、鋁土礦、稀土礦、貴金屬礦等。試驗(yàn)表明，用常壓超聲浸出取代濕法煉鋅或濕法煉銅高溫高壓浸出，加快常壓浸出，具有巨大經(jīng)濟(jì)意義。
　　濕法煉鋅中，浸出鋅礦粉產(chǎn)出的硫酸鋅溶液包含銅、鎘、鈷、鎳等多種雜質(zhì)成分，需要對(duì)浸出鋅礦粉的硫酸鋅溶液進(jìn)行處理。目前一般采用鋅粉作為還原劑脫除硫酸鋅溶液中的多種雜質(zhì)，這是濕法煉鋅的一種通用凈化工藝。因其鋅粉消耗高，占到電鋅產(chǎn)量5-8%，而且能耗大量增加，一直成為濕法煉鋅的技術(shù)瓶頸。針對(duì)濕法煉鋅凈化工藝鋅粉消耗高的難題，國(guó)內(nèi)采用添加絮凝劑改善金屬雜質(zhì)分離特性來降低鋅粉消耗；國(guó)外采用監(jiān)測(cè)氧化-還原電位調(diào)控鋅粉添加，防止鋅粉過量。這些方法，沒有解決鋅粉活性隨反應(yīng)進(jìn)程降低的問題，鋅粉消耗依然較高。我們經(jīng)過長(zhǎng)期研究，發(fā)現(xiàn)用超聲波強(qiáng)化中上清凈化過程的一些重要特性：1、超聲波照射可顯著加快鋅粉置換反應(yīng)速度；2、超聲波照射可促進(jìn)銅鎘鈷鎳渣型晶粒反溶；3、超聲波照射時(shí)間同鋅粉消耗成正比；4、渣型晶粒及時(shí)分流可顯著降低鋅粉消耗；5、控制超聲波照射時(shí)間、凈化溫度和鋅粉用量，可直接產(chǎn)出高品位銅渣、鎘渣和鈷渣。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在濕法煉鋅通用凈化工藝“一鍋煮”的凈化方式下，凈化槽內(nèi)溶液流動(dòng)狀態(tài)包括水平環(huán)流和垂直環(huán)流，在水平環(huán)流中，溶液趨向水平流體斷面混合；在垂直環(huán)流中，溶液趨向垂直流體斷面混合。在連續(xù)凈化條件下，新進(jìn)槽的待凈化溶液趨向與凈化反應(yīng)后液快速混合，新進(jìn)槽的離子態(tài)雜質(zhì)濃度迅速由高濃度稀釋到低濃度，使凈化反應(yīng)始終處在較低的離子態(tài)雜質(zhì)濃度下進(jìn)行，以至凈化效率低下。靜態(tài)凈化試驗(yàn)證實(shí)，鈷濃度10mg/L的常規(guī)中上清，去除70%鈷雜質(zhì)耗時(shí)約10分鐘；鈷濃度3mg/L的常規(guī)中上清，去除70%鈷雜質(zhì)耗時(shí)約90分鐘；在“一鍋煮”的凈化方式下，作為還原劑的鋅粉用量主體消耗在離子態(tài)雜質(zhì)濃度較低的凈化階段。因此，濕法鋅冶金超聲凈化技術(shù)，將快速提升我國(guó)濕法煉鋅行業(yè)凈化技術(shù)水平。
　　綜上所述，超聲濕法冶金克服了傳統(tǒng)濕法冶金的種種不足，為反應(yīng)速度慢或難以發(fā)生反應(yīng)的物理化學(xué)過程提供了一種快速反應(yīng)通道，是世界濕法冶金史上的革命性突破。我國(guó)歷年尾礦、棄渣達(dá)上千億噸，每年新增尾礦、棄渣數(shù)十億噸，再生尾礦、棄渣有價(jià)金屬資源價(jià)值巨大。僅每年棄存含金硫精礦燒渣中的黃金就達(dá)30噸以上，我國(guó)400萬噸電鋅產(chǎn)能用于凈化中上清的鋅粉消耗每年達(dá)20萬噸以上，應(yīng)用超聲濕法冶金技術(shù)將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，進(jìn)而從根本上改變我國(guó)作為有色金屬資源、生產(chǎn)、消費(fèi)大國(guó)在濕法冶金史上缺乏主體創(chuàng)新技術(shù)的歷史格局。隨著超聲波能量轉(zhuǎn)換技術(shù)及材料的科技進(jìn)步，超聲濕法冶金技術(shù)還可拓展應(yīng)用于石油凈化、海底開采等重大能源、資源領(lǐng)域，超聲濕法冶金的應(yīng)用前景更加廣闊。
 

參考文獻(xiàn)：
　　1、株洲市興民科技有限公司曾興民等，《用超聲波改善鋅粉活性的方法、裝置及用途》，發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?008100311289；公開號(hào)CN101274262A。
　　2、株洲市興民科技有限公司曾興民等，《用超聲波清除溶液中顆粒表面包層的方法、工藝及用途》，發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?008100315665；公開號(hào)CN101293194A。
　　3、株洲市興民科技有限公司曾興民等，《一種濕法鋅冶金超聲凈化方法、裝置及用途》，發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?008100310280。
　　4、株洲市興民科技有限公司曾興民，《一種脫除硫酸鋅溶液中鈣離子的方法、裝置及用途》，發(fā)明專利，公開號(hào)CN1884092；實(shí)用新型ZL200620051510.2。
 

作者簡(jiǎn)介：
　　曾興民，男，1955年出生，中南大學(xué)有色冶煉專業(yè)1982年畢業(yè)，現(xiàn)有發(fā)明專利12項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，有6項(xiàng)發(fā)明專利獲得國(guó)家科技計(jì)劃支撐。含有兩項(xiàng)發(fā)明專利的XMT-300雙源除酸冷卻塔，實(shí)現(xiàn)鋅電解車間硫酸霧零成本通風(fēng)除酸，成為我國(guó)濕法煉鋅企業(yè)冷卻鋅電解廢液先導(dǎo)技術(shù)和裝備，已在數(shù)家濕法煉鋅廠成功應(yīng)用；含有一項(xiàng)發(fā)明專利的世界首臺(tái)XMT-100超聲除鈣機(jī)應(yīng)用于西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司60kt/a濕法煉鋅系統(tǒng)。