生物氧化提金废物处理及监控系统开发.pdf

经 验 交 流 生物氧化提金废物处理及监控系统开发 南新元 1 高丙朋1 张树鹏2 1. 新疆大学电气工程学院, 乌鲁木齐 830008;2.新疆有色金属工业集团金铬矿业有限责任公司, 新疆 克拉玛依 834025 摘要 生物氧化提金法可兼顾黄金资源合理利用及减少对环境的影响。 在介绍生物细菌氧化提金工艺的基础上, 对提 高细菌浸金效果的主要影响因素及生物氧化生产过程中的废物处理进行分析, 设计实现基于 R S -485总线的分层分布 式生物氧化提金监控系统。实践证明 该系统结构简明, 运行可靠, 便于其他类似项目借鉴和应用。 关键词 黄金; 生物氧化;废物; 监控;R S -485总线 T R E A T ME N TO FWA S T E SF R O M B I O- O X I D A T I O NE X T R A C T I N GG O L D A N DD E V E L O P ME N TO FI T SMO N I T O R I N GS Y S T E M N a nX i n y u a n 1 G a oB i n g p e n g1 Z h a n gS h u p e n g2 1. S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , X i n j i a n gU n i v e r s i t y , U r u mq i 830008, C h i n a ; 2. G o l da n dC h r o m eM i n i n gI n d u s t r yC o . , L t d , X i n j i a n gN o n f e r r o u s I n d u s t r i a l G r o u p , K a r a m a y834025, C h i n a Ab s t r a c t T h em e t h o do f B i o - o x i d a t i o nE x t r a c t i n gg o l dm a yl o o ka f t e r b o t hs i d e so f g o l d e nr e a s o u r c er e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o n a n de n v i r o n m e n t i n f l u e n c e .T h i sp a p e r i n t r o d u c e st h et e c h n i c so f b i o - o x i d a t i o ne x t r a c t i n gg o l d , a n dm a k e sa na n a l y s i so f t h e ma i nr e a s o no f i m p r o v i n gt h ee f f e c t o f b i o - e x t r a c t i n g g o l da n dt h ew a s t ed i s p o s a l o f t h eb i o - o x i d a t i o np r o c e s s i n g .D e s i g n e da n d a c c o m p l i s h e dt h ed i s t r i b u t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l s y s t e mo f b i o - o x i d a t i o ne x t r a c t i n g g o l db a s e do nR S -485b u s .T h ep r a c t i c e p r o v e dt h a t t h es y s t e mh a s s i m p l es t r u c t u r e , a n dw o r k sw e l l , t h i sm a yb ec o n v e n i e n t l yu s e da n dr e f e r e db yo t h e rs i mi l a r p r o - j e c t s . Ke y wo r d s g o l d ;b i o - o x i d a t i o n ;w a s t e ;m o n i t o r a n dc o n t r o l ;R S - 485 b u s 0 引言 黄金工业属于重污染性的行业, 但黄金在国民经 济中始终发挥着不可替代的特殊作用 。随着易处理 金矿资源日益枯竭, 人们已经把目光投向低品位、难 选冶的金矿上,这些资源能否开发 , 选冶工艺技术的 可行性是前提,环境允许是必备条件 。 难处理金矿石是指用常规的氰化提金方法金的 直接浸出率不高的金矿石。造成难浸的主要原因是 微细粒金和包裹金以及矿石中含砷 、 碳等有害杂质。 此类矿石需进行预处理才能合理利用 ,并获得经济效 益 。处理的方法主要有焙烧法、加压氧化法和生物氧 化法等 。焙烧法技术上成熟 , 但废气对环境污染严 重 ; 加压氧化法投资较大 ,装备和技术标准高, 中、小 规模矿山及低品位金矿石不宜采用; 生物氧化法具有 投资少 ,金的回收率高 ,工艺操作简单 ,不污染环境等 优点,此方法已成为开发难处理低品位金矿石的主要 方法。 本文针对某生物氧化提金工程项目, 采用合理的 控制方案, 实现较高的提金率, 并对废液及废渣进行 了有效处理 ,达到国家环保要求 。 1 生物氧化提金工艺 生物氧化提金是在 20世纪 80年代兴起的一种 对难处理金矿石预处理的技术, 可以解决其他常规选 冶技术因回收率过低而无法工业利用的低品位金矿 的选冶难题。它利用生物技术 , 用人工培养的细菌 “吞噬 ”掉金精矿混杂的砷硫化物 , 使金分离然后再 将其提取出来。 生物细菌氧化工艺流程如图 1所示。 浮选精矿再磨后, 注入细菌氧化槽 ,为延长细菌 在单槽内的停留时间, 以确保细菌的正常繁殖, 一般 需经过多段生物氧化 ,氧化后的矿浆通过高效浓缩机 进行固液分离。浓缩后的底流进入压滤机 ,溢流进入 94 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 图 1 生物细菌氧化工艺 中和系统。经两段连续压滤后, 氧化渣经碱性预处理 后送到氰化回路浸出提金, 氧化液加入石灰石进行中 和 ,中和后的浆体进入压滤机压滤 , 滤液进入回水池 循环使用。 2 提高细菌浸金效果的主要因素 1 菌种选择及培养 。不同细菌对矿物的氧化和 溶矿作用是不同的, 根据矿石矿物类型选择、培养所 需细菌至关重要 。 2 生物氧化体系中温度及 p H值的控制 。生物 氧化的过程是在氧化槽中进行, 因该过程是一个放热 过程, 为保证细菌具有一个合适的生长温度, 必须对 体系的运行温度进行控制, 即体系中要有热交换系 统 ,通过调节循环水的热量来调节体系温度。如新疆 的夏季和冬季温差大, 夏季采用冷循环水 ,冬季则采 用热循环水 。不同的氧化菌种有其生长适宜的温度 范围, 一般嗜中温细菌的最佳生长范围为 30 ～ 42 ℃, 但工业实践的实际温度比该最佳温度略高 ,本项目的 温度控制目标为 37 ～ 45 ℃。 根据细菌氧化的原理, 其氧化反应是在酸性环境 中进行的。因此 ,氧化环境的 p H值也是一个重要的 参数。细菌培养所使用矿浆的酸度能够影响氧化过 程中主导细菌的种类和氧化反应产品的质量。实际 生产中 ,生物氧化预处理的 p H值一般控制在 1. 2 ～ 2. 0范围内 。 3 充气量。细菌氧化过程中需要足够的氧参与 化学反应 , 氧的需要量随矿石的矿物组成不同而 变化。 4 氧化还原电位 。氧化还原电位反应了细菌活 性的强弱,从而可有效指导生物氧化体系中温度、p H 值及充气量的合理控制。 3 生物氧化工艺的废液及废渣处理 3. 1 废液的处理 生物氧化预处理工艺中的一个关键问题就是氧 化废液的处理,特别是其中所含的砷离子 ,毒性很强, 对环境影响很大 ,世界各国对含砷废水的排放都有严 格的标准。按照我国的工业废水排放标准规定 ,排放 的废水中砷的含量不得超过0. 5 m g /L 。 由于生物氧化后的溶液为强酸性 p H为 1. 2 ～ 1. 8 ,使得氧化废液既不能直接外排, 又不能直接利 用 ,因而必须进行处理 。根据氧化废液中所含离子的 化学性质,目前生物氧化预处理的氧化废液均采用中 和法处 理。中 和法采用的主要药 剂是 C a C O3和 C a O 。如果溶液中含有的 A s 3 超标,则需要加入强氧 化剂 如过氧化氢 将其氧化为 A s 5 。经中和后, 溶 液中最主要的有害离子 A s 5 则生成 F e A s O4沉淀, 中 和渣中其他的沉淀化合物则主要是 F e O H 3和 C a S O4。 由于中和处理的 主要对象是氧化废 液中的 A s 5, 因此如何保证最佳的反应条件, 使生成的 F e A s O4最稳定, 是中和法研究的主要目的 。大量的 研究表明 在合适的铁砷摩尔比条件下 ,通过控制溶 液的 p H 值 ,即可控制 F e A s O4沉淀的生成, 有效的除 去溶液中的 A s 5 。中和过程一般分为二步 首先是 采用 C a C O3或 C a O将溶液 p H值调整到 4 ～ 5, 使 A s 5 生成稳定的 F e A s O4沉淀 ,然后 ,将 p H值调整到 6 ～ 8后 或过滤后 外排。 3. 2 固体废物的处理 生物氧化预处理工艺的废渣是指氧化废液处理 后的中和渣 。虽然经过中和后溶液中砷的浓度已经 低于国家规定的工业废水排放标准 A s 含量 0. 5 m g /L , 但 是在 废 渣中 , 由于 砷离 子 可能 以 C a A s O32的形式存在。 C a A s O32的性能不稳定, 在合适的条件下 ,可能会分解释放出砷离子。通过对 该生物氧化预处理提金厂的中和渣取样, 对其中所含 砷化合物的稳定性进行了反溶测试, 从测试结果可以 看出,反溶率很低 ,说明中和渣中的砷很稳定。因此, 中和渣的堆存不会对环境造成实质性的污染。但即 使如此 ,对于含砷中和渣的存放和处理也必须采取严 格有效的措施,以防止意外对环境造成污染。 95 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 4 监控系统设计 结合我国选矿工业典型的控制方案, 采用目前在 工业环境中可靠性高 、 抗干扰能力强的工业控制计算 机 I P C 来实现对生物氧化提金工程的监控。 4. 1 监控系统结构设计 新疆有色金属工业集团 100 t /d 生物氧化提金工 程项目为新建项目,现场各传感器及控制设备比较分 散 ,且相互之间距离较远,各工艺段相对独立, 特别是 氧化槽的细菌培养需要 20多天的时间 ,在此期间, 生 物氧化所需的温度、p H 值、充气量和氧化还原电位等 的监控都必须到位,同时后续的洗涤中和部分也在建 设过程中。为配合工艺及施工建设, 减少电缆的用 量 ,设计采用了如图 2所示的基于 R S - 485总线的分 层分布式监控体系结构,从总体结构上分为两层 1 数据采集 、 控制层。主要包括现场传感器、数 显仪表及 P I D 调节器等, 完成各工艺段的现场数据显 示与控制,同时这些数据通过 R S - 485总线上传至集 中监测层。 2 集中监测层。由研华工控机和 M C G S 组态软 件组成 , P C I - 1612是一款兼容 P C I 2. 1总线规格的 4 端口 R S - 485通信卡 ,实现与氧化槽 、 中和槽等现场仪 表的通信。 图 2 系统结构示意 4. 2 上位监控系统开发 采用北京昆仑通泰的组态软件 M C G S 作为本系 统的软件开发平台, 主要实现数据采集 、 越限报警及 报表输出打印等功能。图 3为氧化槽在线监测系统 界面。图 4为中和槽在线监测系统界面。 5 结论 该项目通过对废水和废物的有效处理 ,达到了国 图 3 氧化槽在线检测系统界面 图 4 中和槽在线检测系统界面 家安全排放要求 。系统采用基于 R S - 485总线的分层 分布式结构实现生物氧化提金过程的监控 ,具有结构 简明, 工程造价低等特点 ,运行结果表明 系统稳定、 可靠, 提金率高 达 90以上 。通过项目的实施表 明 ,未来黄金资源的有效利用与污染物的综合治理一 定要依靠先进的生产工艺和现代化的控制技术 。 参考文献 [ 1] 徐晓军, 白荣林. 黄金及二次资源分选与提取技术[ M ] . 北京 化学工业出版社, 2009 71- 97. 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