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超聲濕法冶金技術與裝備發(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，以至長期以來濕法冶金企業(yè)靠吃價格飯過日子。所謂價格飯包括資源、能源與環(huán)保的國家價格飯，低廉的勞力價格飯和無奈的市場價格飯。國家價格與勞力價格是兩碗軟飯，怎么吃也難以致企業(yè)于死地。市場價格是一碗硬飯，市價好時，買賣多，就賺錢；市價差時，買賣少，就虧本；市價超低時，買賣難作，就破產(chǎn)。我國濕法冶金企業(yè)靠吃價格飯求生存、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，根本在價格。行市好，增加產(chǎn)量，利潤上升，誰當廠長都領導有方；行市不好，減產(chǎn)壓庫，誰當廠長都無力回天?？茖W技術是第一生產(chǎn)力，年年都在講，年年在進步，但濕法冶金生產(chǎn)技術仍然幾十年一貫制，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年時間積聚資本，用8年時間全力研發(fā)，終于在2008年創(chuàng)立超聲濕法冶金專利技術體系，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，我們與西部礦業(yè)股份有限公司、湖南大學合作，加速超聲濕法冶金工程技術與成套裝備產(chǎn)業(yè)化推進。
　　應用超聲浮選技術，對青海某氰化浸金棄存尾礦完成超聲浮選試驗研究，穩(wěn)定獲得70%以上金回收率和商品級金精礦，為再生全國歷年棄存的氰化浸金尾礦資源，開創(chuàng)了超聲選金新技術。日處理400噸氰化浸金尾礦成套裝備啟動設計制造。應用超聲浮選技術，對江西某含銀原礦完成超聲浮選試驗，一舉突破傳統(tǒng)浮選+焙燒產(chǎn)出含銀焙砂精礦的指標，可降低生產(chǎn)成本50%。
　　應用超聲浸出技術，對水口山有色集團有限公司含金硫精礦燒渣進行浸出試驗，將金浸出率由70%提高到81%，浸出時間縮短50%。水口山有色集團正應用超聲浸出技術進行中試，為再生全國每年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。
　　應用超聲凈化技術，對西部礦業(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、水口山有色集團鋅廠的中上清，成功完成了超聲凈化小試；繼而對西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司、白銀有色集團西北鉛鋅冶煉廠、陜西鋅業(yè)商洛冶煉廠、河南開利鋅業(yè)有限公司、水口山有色集團鋅廠的中上清，成功完成了超聲凈化現(xiàn)場中試。小試與中試結(jié)果證實：應用超聲凈化技術，可將中上清凈化達標時間由250分鐘縮短到25分鐘，降低能耗70%；可將中上清凈化達標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)含量范圍擴大到鈷≤200mg/L、鎳≤200mg/L、銅≤2000mg/L和/或鎘≤2000mg/L，顯著增強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，是用超聲波強化濕法冶金過程物理化學反應的濕法冶金方法，采用超聲波對濕法冶金溶液及其中的顆粒溶質(zhì)施加超聲振動作用和/或超聲空化作用，達到清除顆粒表面包層、加速動力學擴散速度的目的。
　　超聲濕法冶金的技術原理是：超聲波是一種直線傳遞的彈性機械波，對溶液施加一定聲場的超聲波照射，可引發(fā)溶液中的顆粒產(chǎn)生機械震動，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，顆粒表面的動力學擴散過程被加速，期待的物理化學反應進程加快。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鍵包層；顆粒自身包層通常屬于鍵能較高的離子鍵或共價鍵等化學鍵包層。去除新生包層，用超聲振動作用；去除自身包層，用超聲空化作用。超聲波對顆粒發(fā)生剝離作用，顆粒裸露自身表面；超聲波對顆粒新生包層發(fā)生剝離作用，顆粒也是裸露自身表面。當超聲波能量足夠高時，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)形成負壓區(qū)，空化泡迅速產(chǎn)生、生長；超聲波擠壓區(qū)形成正壓區(qū)，空化泡迅速閉合、崩潰。空化泡崩潰瞬間，在空化泡周圍的極小空間內(nèi)產(chǎn)生瞬時高溫、高壓、強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，期待的物理化學反應進程進一步加快。由此實現(xiàn)超聲濕法冶金過程。
　　讓浮選藥劑高效吸附到目標礦石表面并提供氣泡快速抬升，是浮選的根本目的。但目標礦石表面總是被各種其它顆粒所包裹。用超聲波清除目標礦石表面包層，改善了目標礦石表面活性，強化了浮選藥劑對目標礦石表面的親和力，浮選時間大幅縮短，浮選效率大幅提高。當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，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。當浸出過程受動力學擴散速度控制時，目標金屬元素浸出速率降低，導致浸出工藝流程長，設備龐大占地多。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。超聲浸出技術的用途，包括應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，需要對浸出鋅礦粉的硫酸鋅溶液進行處理。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瓶頸。針對濕法煉鋅凈化工藝鋅粉消耗高的難題，國內(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；國外采用監(jiān)測氧化-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進程降低的問題，鋅粉消耗依然較高。我們經(jīng)過長期研究，發(fā)現(xiàn)用超聲波強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速度；2、超聲波照射可促進銅鎘鈷鎳渣型晶粒反溶；3、超聲波照射時間同鋅粉消耗成正比；4、渣型晶粒及時分流可顯著降低鋅粉消耗；5、控制超聲波照射時間、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，新進槽的待凈化溶液趨向與凈化反應后液快速混合，新進槽的離子態(tài)雜質(zhì)濃度迅速由高濃度稀釋到低濃度，使凈化反應始終處在較低的離子態(tài)雜質(zhì)濃度下進行，以至凈化效率低下。靜態(tài)凈化試驗證實，鈷濃度10mg/L的常規(guī)中上清，去除70%鈷雜質(zhì)耗時約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，將快速提升我國濕法煉鋅行業(yè)凈化技術水平。
　　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，為反應速度慢或難以發(fā)生反應的物理化學過程提供了一種快速反應通道，是世界濕法冶金史上的革命性突破。我國歷年尾礦、棄渣達上千億噸，每年新增尾礦、棄渣數(shù)十億噸，再生尾礦、棄渣有價金屬資源價值巨大。僅每年棄存含金硫精礦燒渣中的黃金就達30噸以上，我國400萬噸電鋅產(chǎn)能用于凈化中上清的鋅粉消耗每年達20萬噸以上，應用超聲濕法冶金技術將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益，進而從根本上改變我國作為有色金屬資源、生產(chǎn)、消費大國在濕法冶金史上缺乏主體創(chuàng)新技術的歷史格局。隨著超聲波能量轉(zhuǎn)換技術及材料的科技進步，超聲濕法冶金技術還可拓展應用于石油凈化、海底開采等重大能源、資源領域，超聲濕法冶金的應用前景更加廣闊。
 

參考文獻：
　　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?zhí)枺?008100311289；公開號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?zhí)枺?008100315665；公開號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?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CN1884092；實用新型ZL200620051510.2。
 

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