贊比亞某濕法冶金項(xiàng)目給排水設(shè)計(jì)

李金鶴

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司)

贊比亞某濕法冶金項(xiàng)目給排水設(shè)計(jì)

李金鶴

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司)

介紹了國(guó)外某濕法冶金項(xiàng)目的選冶工藝流程，結(jié)合項(xiàng)目生產(chǎn)新水水源特點(diǎn)、尾礦庫形式、當(dāng)?shù)卦牧蟽r(jià)格情況以及工藝流程特點(diǎn)，就項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中生產(chǎn)新水池有效容積的確定、水池結(jié)構(gòu)形式與尾礦庫回水方式的選擇，以及冷卻水廢熱利用情況分別進(jìn)行了詳細(xì)的探討，并給出了設(shè)計(jì)該類水池的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)和建議，可為其他同類設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

濕法冶金 生產(chǎn)新水池 半挖半填式 尾礦庫回水 冷卻水廢熱利用

隨著金屬礦山的不斷開采，國(guó)內(nèi)外高品位易采、易選礦山基本開采殆盡，更多的低品位氧化礦礦山也逐漸納入了開采對(duì)象中，甚至是基礎(chǔ)設(shè)施落后、原材料價(jià)格相對(duì)較高的非洲地區(qū)，其低品位氧化礦礦山項(xiàng)目也得到普遍開采。因此，以國(guó)外某濕法冶金項(xiàng)目為例，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際工藝特點(diǎn)，就項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中生產(chǎn)新水池有效容積的確定、水池結(jié)構(gòu)形式與尾礦庫回水方式的選擇，以及冷卻水廢熱利用情況分別進(jìn)行了介紹，以使項(xiàng)目設(shè)計(jì)更加合理。

1 選冶工藝流程簡(jiǎn)介

贊比亞某濕法冶金項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模為40 kt/a陰極銅，其選冶廠于2011年底建成。項(xiàng)目原礦分為硬巖和軟巖兩種類型，其處理干量分別為9 274 t/d和4 366 t/d。由于包括2種不同類型的原礦，選礦工藝分別設(shè)計(jì)了一套符合各自礦石特性的選礦流程。硬巖礦采取堆浸工藝，先粗碎后篩分，篩下粉礦(-6 mm) 進(jìn)入加溫?cái)嚢杞鱿到y(tǒng)，篩上礦石經(jīng)細(xì)碎開路破碎后，再與篩中礦石合并加部分濃硫酸熟化后筑堆，合格浸出液輸送至萃取車間，不合格浸出液與來自貧液池的萃余液一同返回堆浸場(chǎng)繼續(xù)噴淋。軟巖礦則采取加溫?cái)嚢杞龉に?，先粗碎后半自磨，與來自硬巖礦篩下的粉礦一同進(jìn)入球磨機(jī)，半自磨和球磨的排礦經(jīng)旋流器分級(jí)，分級(jí)沉砂返回球磨，分級(jí)溢流水經(jīng)濃密機(jī)脫水后，底流加濃硫酸與高品位萃余液混合，且在65 ℃溫度下進(jìn)行加溫?cái)嚢杞觯龊蟮牡V漿與高品位萃余液進(jìn)行熱交換回收余熱，并經(jīng)3次逆流洗滌和1次澄清，分別獲得高品位和低品位2種富浸出液進(jìn)萃取作業(yè)，萃取車間返回的低品位萃余液則作為洗滌液加入到末端逆流洗滌濃縮機(jī)攪拌槽中。最后，硬巖礦堆浸場(chǎng)出來的合格浸出液與軟巖礦逆流洗滌的2種富浸出液均輸送至萃取、電積工藝，萃取采用串并聯(lián)2級(jí)萃取1級(jí)反萃工藝，電積采用不溶陽極和始極片法進(jìn)行電積作業(yè)，最終獲得純度為99.95%的陰極銅。

根據(jù)工藝需要，項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了廠前回水、尾礦庫回水、冷卻循環(huán)水以及生產(chǎn)新水供水系統(tǒng)，并經(jīng)整個(gè)選冶廠水量平衡，得知項(xiàng)目生產(chǎn)新水量為 2 700 m3/d ，回水量為12 250 m3/d，冷卻循環(huán)水量為9 897 m3/d。

2 生產(chǎn)新水池有效容積的確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘以及相關(guān)資料，項(xiàng)目附近有一座已生產(chǎn)多年的BALUBA坑采礦山，該礦山近幾年坑下排水量比較穩(wěn)定，為5 000～8 000 m3/d，且水質(zhì)良好。但由于生產(chǎn)年限太久，坑下多處排水設(shè)施存在一定程度的損壞，需定期維修。但BALUBA礦的坑下排水系統(tǒng)每天都能運(yùn)行，只是運(yùn)行時(shí)間不固定。經(jīng)考察，認(rèn)為可將BALUBA礦坑下排水作為項(xiàng)目生產(chǎn)新水水源，且只需在選冶廠設(shè)置容積合適的生產(chǎn)新水池。

生產(chǎn)新水池有效容積通常需要根據(jù)水源取水能力與用水量之間的調(diào)節(jié)容積來確定(以下簡(jiǎn)稱“調(diào)節(jié)法”)，但對(duì)于BALUBA礦坑下排水工作時(shí)間完全不能確定的情況，用調(diào)節(jié)法計(jì)算生產(chǎn)新水池有效容積顯然是不可行的。也有一些礦山項(xiàng)目，其生產(chǎn)新水池有效容積是參照《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中回水池容積計(jì)算方法來確定，即根據(jù)水源地取水形式、輸水距離、用水量大小等因素綜合取定，一般為3～8 h生產(chǎn)新水用量。但該項(xiàng)目生產(chǎn)新水池有效容積的確定，在充分考慮了BALUBA礦每天均有排水，且排水量可滿足項(xiàng)目用水要求，只是排水工作時(shí)間毫無規(guī)律這一特點(diǎn)，為使項(xiàng)目供水得到保證但又不會(huì)致使容積過大導(dǎo)致浪費(fèi)的前提下，將其有效容積定為一天的生產(chǎn)新水用量，即有效容積為2 700 m3，總?cè)莘e為3 000 m3。

3 水池結(jié)構(gòu)形式的選擇

國(guó)內(nèi)礦山項(xiàng)目水池多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，國(guó)外礦山項(xiàng)目大多是鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)形式。該項(xiàng)目水池結(jié)構(gòu)形式的選擇，在充分考慮到當(dāng)?shù)鼗炷?、鋼材等原材料價(jià)格昂貴的因素，對(duì)鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)以及半挖半填形式水池進(jìn)行了投資比較(以 3 000 m3生產(chǎn)新水池為例)，比較結(jié)果見表1。

表1 3 000 m3水池不同結(jié)構(gòu)形式下的投資比較

注：①單價(jià)含施工安裝費(fèi)，合價(jià)含施工安裝費(fèi)；②鋼筋、鋼板的數(shù)量單位為t；③HDPE膜的數(shù)量單位為m2。

由表1可知，鋼筋混凝土水池投資最大，約269.1萬元，鋼結(jié)構(gòu)水池次之，半挖半填水池最省，約29.6萬元；所以該項(xiàng)目水池選擇設(shè)計(jì)形式為半挖半填式，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 半挖半填水池結(jié)構(gòu)(單位:m)

半挖半填式水池具體施工方法為先清除原地表植被及草根樹皮等腐殖質(zhì)土層，然后繼續(xù)開挖2.0 m 至池底，利用開挖的土料堆筑圍堤，形成水池，圍堤頂寬3.0 m，堆筑高度2.0 m，圍堤內(nèi)外邊坡均為1∶2，池內(nèi)采用2.0 mm厚的HDPE膜+GCL鈉基膨潤(rùn)土全防滲。

4 尾礦庫回水方式的選擇

尾礦庫是用來堆存逆流洗滌濃縮機(jī)底流的，其庫內(nèi)水pH值約1.0。由于贊比亞當(dāng)?shù)厥业仍牧蠘O度缺乏，且酸性的庫內(nèi)水還可回用于堆浸場(chǎng)，故設(shè)計(jì)時(shí)將逆流洗滌濃縮底流直接輸送至尾礦庫堆存，并鋪設(shè)HDPE膜進(jìn)行防滲。另外，該項(xiàng)目尾礦庫地形較為平坦，四周采用黏土一次性做壩，壩高約30 m；采用溢洪道排洪，庫區(qū)呈四邊形，由于庫區(qū)面積大，為均勻排礦以及確保壩體穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)采用周邊分段放礦形式。

除了少數(shù)干堆尾礦庫，大部分濕排尾礦庫均需設(shè)置尾礦庫回水系統(tǒng)，一方面可以提高項(xiàng)目的水重復(fù)利用率，另一方面也可使庫內(nèi)水始終保持在一個(gè)較低的液位狀態(tài)，從而可減少壩體不穩(wěn)定因素。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)尾礦庫地形平坦、分段排礦，以及庫內(nèi)水質(zhì)呈酸性的特點(diǎn)，回水方式按照壩頂露天固定泵站、虹吸管+壩下固定泵站以及庫內(nèi)移動(dòng)式回水方式進(jìn)行了比較，其結(jié)果見表2。

由表2可知，壩頂露天固定泵站和虹吸管+壩下固定泵站回水方式均不能滿足初期庫內(nèi)低液位時(shí)的回水要求，且壩頂露天固定泵站還不能滿足庫內(nèi)回水點(diǎn)位置需要靈活移動(dòng)的要求，因此設(shè)計(jì)選擇庫內(nèi)移動(dòng)式回水方式，即采用防曬防腐的成套浮筒式液下泵，將庫內(nèi)水輸送至堆浸場(chǎng)回用。

5 冷卻水廢熱利用

項(xiàng)目冷卻水量為9 897 m3/d，大部分來自電積車間整流器冷卻水，其余來自磨機(jī)與空壓機(jī)設(shè)備冷卻水，且以上設(shè)備均為隔套冷卻，溫升約8 ℃。設(shè)備冷卻水通?？吭O(shè)置冷卻塔進(jìn)行冷卻循環(huán)使用，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)考慮到加溫?cái)嚢杞龉に嚨奶攸c(diǎn)，充分利用冷卻水這一廢熱資源，設(shè)計(jì)了一套水源熱泵設(shè)備，從冷卻水中提取熱量，用于加溫?cái)嚢杞霾奂訜幔嵬隉岬睦鋮s水利用其余壓直接收集至冷卻循環(huán)水池中，然后再經(jīng)池旁自吸泵加壓輸送至各個(gè)冷卻設(shè)備用水點(diǎn)循環(huán)使用，其工藝流程見圖2。該設(shè)計(jì)不僅可省去冷卻塔設(shè)施的投資，還能提取大量的熱量，據(jù)估算，該項(xiàng)目冷卻水廢熱利用每天能夠提取熱量約73 652 kW，每天可節(jié)省電費(fèi)約44 191元。

圖2 冷卻水廢熱利用工藝流程

6 設(shè)計(jì)建議

(1)礦山生產(chǎn)新水池的有效容積通常按3～8 h新水用量確定，但對(duì)于采用坑采礦山井下排水作為新水水源的項(xiàng)目應(yīng)充分考慮其井下排水工作的特點(diǎn)，否則將會(huì)出現(xiàn)水源充足但蓄水池容積嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。

(2)國(guó)外礦山工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于水池結(jié)構(gòu)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧腺M(fèi)、人工費(fèi)以及施工技術(shù)水平等因素綜合比較確定，以選擇投資最省的水池結(jié)構(gòu)形式。特別是大型礦山項(xiàng)目，其生產(chǎn)新水、回水、冷卻循環(huán)水池容積一般均較大，選擇合理的水池結(jié)構(gòu)形式能給項(xiàng)目節(jié)省很大的投資。

(3)尾礦庫回水方式有多種，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)排礦方式、庫區(qū)地形特點(diǎn)、水質(zhì)特性、壩高、庫內(nèi)水位標(biāo)高以及回水點(diǎn)位置是否固定等實(shí)際情況確定，以選擇最佳的回水方式。

(4)設(shè)備冷卻水通?？坷鋮s塔進(jìn)行降溫冷卻，若項(xiàng)目工藝流程中需要大量熱量，設(shè)計(jì)時(shí)宜優(yōu)先考慮將冷卻水提熱，這樣不僅可以省去冷卻塔設(shè)施投資，還可實(shí)現(xiàn)廢熱利用。

[1] 中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，中國(guó)有色金屬工業(yè)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管理處.GB 50863—2013 尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

2015-03-24)

李金鶴(1977—)，男，高級(jí)工程師，330031 江西省南昌市紅角洲前湖大道888號(hào)。