剛果（金）某濕法冶煉廠控制水系統(tǒng)平衡的生產(chǎn)實踐

鐘先林，楊 斌，郭 燦，夏能博

（中色華鑫濕法冶煉有限公司，利卡西，剛果（金））

濕法冶金技術具有資源利用率高，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小，投資少，建設期短，見效快等特點，被普遍認為是目前處理剛果（金）銅鈷氧化礦最優(yōu)工藝之一[1]。水做為濕法冶金工藝流程中的載體，在生產(chǎn)過程中需要源源不斷地添加生產(chǎn)用水。隨著生產(chǎn)運行時間的延長，生產(chǎn)系統(tǒng)中的水量將不斷增加，引起系統(tǒng)水膨脹，造成水系統(tǒng)不平衡。傳統(tǒng)解決水膨脹主要措施有將萃余液排入石灰乳中和系統(tǒng)，中和萃余液至中性后排放到尾礦庫堆存[2]，但該方法需要消耗大量石灰，產(chǎn)生大量中和渣，不僅增加生產(chǎn)成本，大量的中和渣也會占用尾礦庫庫容，萃余液中的銅金屬和殘酸也會在中和過程中隨中和渣損失。因此，尋找一條更為高效節(jié)能解決水膨脹問題的路徑是很有必要的。本文重點介紹了剛果（金）某濕法冶煉廠控制系統(tǒng)水平衡的生產(chǎn)實踐，對取得的實際效果進行了詳細的論述。

1 剛果（金）某濕法冶煉廠概況

1.1 產(chǎn)能規(guī)模

位于剛果（金）加丹加省的某濕法冶煉廠于2011年4月份開工建設，2012年2月正式投產(chǎn)，設計規(guī)模年生產(chǎn)10000t陰極銅。2018年冶煉廠進行二期擴能建設，擴建后已成規(guī)模為年產(chǎn)20000t陰極銅和2000t氫氧化鈷（金屬量）。

1.2 生產(chǎn)工藝流程

（1）一期生產(chǎn)工藝采用氧化銅鈷礦粗碎-球磨機一段磨礦-濃密機浸前脫水-浸出-萃取-電積的生產(chǎn)流程。

（2）二期生產(chǎn)工藝采用氧化銅礦粗碎-半自磨機一段磨礦-球磨機二段磨礦-浸出-萃取-電積的生產(chǎn)流程。陰極銅生產(chǎn)工藝流程見圖1。

（3）氫氧化鈷產(chǎn)品采用含鈷萃余液除鐵-沉銅-一段沉鈷-二段沉鈷-氫氧化鈷干燥的生產(chǎn)流程。

2 解決水膨脹生產(chǎn)實踐

2.1 采用粗碎+半自磨+球磨+攪拌浸出的工藝流程

傳統(tǒng)濕法冶金工藝中，在攪拌浸出工序之前一般會設計脫水工序。浸前脫水工序是將磨礦系統(tǒng)送來的礦漿進行脫水，脫水后的高濃度礦漿送往浸出工序，清水則返回磨礦系統(tǒng)。目前，大多數(shù)濕法冶煉廠浸前脫水方法主要有重力濃縮、過濾、壓濾[3]。重力濃縮脫水法主要設備有耙式濃密機（高效濃密機）和深錐濃密機，但在實際操作中，濃密機底流濃度只能控制50%～60%，進入系統(tǒng)的水量多，水膨脹厲害，且設備投資大，建設周期長；過濾脫水法主要設備有真空帶式過濾機，但電耗高、設備維護困難、操作復雜。壓濾脫水法主要設備有箱式壓濾機和板框壓濾機，但礦漿處理能力小，需要的設備數(shù)量多。

圖1 剛果（金）某濕法冶煉廠陰極銅生產(chǎn)工藝流程圖

該濕法冶煉廠在二期擴能建設時，取消浸前脫水工序，合理利用地形高差，采用粗碎+半自磨+球磨+攪拌浸出的工藝流程，礦石通過顎式破碎機粗碎后進入半自磨機一段磨礦，半自磨機出口礦漿再自流進入徑長比2：1長筒型球磨機二段磨礦，控制球磨機出口礦漿濃度70%，球磨機出口礦漿通過添加萃余液或尾礦回水調(diào)漿稀釋后進入攪拌浸出工序。該方法通過嚴格控制磨礦系統(tǒng)用水量來控制水平衡問題。同時，該濕法冶煉廠為減少半自磨機和球磨機更換襯板、檢修等設備故障給生產(chǎn)帶來的影響，在磨礦工序中增加一臺旋流器，當半自磨機出現(xiàn)故障停機時，礦石運輸皮帶可將礦石輸送進入球磨機磨礦，用球磨機連接旋流器組織生產(chǎn)，達到粒度要求的礦石進入浸出工序，粒度較大的礦石通過旋流器返回球磨機再次磨礦；當球磨機故障停機時，用半自磨機連接旋流器組織生產(chǎn)，達到粒度要求的礦石進入浸出工序，粒度較大的礦石通過旋流器返回半自磨機再次磨礦。該方法使半自磨機和球磨機即可串聯(lián)使用，又可并聯(lián)使用，給生產(chǎn)組織帶來便利。

生產(chǎn)實踐表明，球磨機出口礦漿濃度可達到70%以上，細度-200目可占70%以上，浸出率保持在95%以上，每天處理礦石量2500t以上。因二期碎磨系統(tǒng)處理礦石能力大，基本可以滿足萃取電積工序所需銅金屬量，所以該濕法冶煉廠生產(chǎn)組織方式以二期碎磨系統(tǒng)為主，一期碎磨系統(tǒng)適當開啟運行補充銅金屬量。

2.2 采用萃余液取代清水對絮凝劑溶解

絮凝劑為白色粉末，由于存在雙電層及某些物理因素，當加入與膠體粒子具有不同電性的離子溶液時，會發(fā)生凝結作用，膠體粒子失去穩(wěn)定作用或發(fā)生電性中和，不穩(wěn)定的膠體粒子再互相碰撞而形成較大的顆粒。顆粒在加入絮凝劑時，它會離子化，并與離子表面形成價鍵。為了克服離子間的排斥力，絮凝劑會由于攪拌及布朗運動而使得離子間產(chǎn)生碰撞。當粒子逐漸接近時，氫鍵及范德華力促使粒子形成更大的顆粒。碰撞一旦開始，粒子便經(jīng)由不同的物理化學作用而開始凝結，較大顆粒粒子從水中分離而沉降[4]。

生產(chǎn)實踐中，絮凝劑通過在加藥裝置中按3‰～5‰比例添加液體進行溶解，充分溶解后用化工泵送至濃密機進料筒，用于凝集顆粒懸浮物，將微細粒變成大顆粒絮團、降低顆粒比表面積加速沉降。該濕法冶煉廠投產(chǎn)初期，絮凝劑采用清水溶解，清水每天用量360m3左右，這將使生產(chǎn)系統(tǒng)中水量不斷增加，水系統(tǒng)不斷膨脹，加大了尾礦庫的承載壓力。

為減少新水進入生產(chǎn)系統(tǒng)，減輕水系統(tǒng)膨脹問題，該濕法冶煉廠通過前期試驗研究，通過對比在X絮凝劑中添加清水、尾礦回水和萃余液三種液體進行溶解時礦漿的沉降效果。實驗結果見表1和圖2，從實驗結果中可以看出，X絮凝劑用萃余液溶解時，礦漿沉降效果最佳。因此，該濕法冶煉廠改用萃余液取代清水對絮凝劑進行溶解。生產(chǎn)實踐表明，絮凝劑采用萃余液溶解后，在絮凝效果相同的情況下，絮凝劑用量由原來的100g/t礦下降為92.5g/t礦。該方法不僅節(jié)約了絮凝劑和生產(chǎn)用水，也緩解了水系統(tǒng)膨脹問題。

表1 X絮凝劑溶解于不同液體對礦漿沉降速度的影響

圖2 X絮凝劑溶解于不同液體對礦漿沉降速度的影響

圖3 剛果(金)某濕法冶煉廠尾礦庫鳥瞰圖

2.3 加速尾礦庫水分蒸發(fā)

該濕法冶煉廠浸出-濃密工序中，浸出渣先經(jīng)過濃密機濃縮，底流渣漿添加萃余液稀釋后用泵抽到洗滌濃密機進行三級洗滌，經(jīng)過洗滌之后，底流渣漿再通過萃余液稀釋外排至環(huán)保型尾礦庫，尾礦回水通過回水泵站返回濕法冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)利用。隨著生產(chǎn)的不斷深入，該濕法冶煉廠原有150萬立方庫容、7.2萬m2庫區(qū)面積的尾礦庫已基本堆滿尾渣，后續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生的尾渣基本全部排向新尾礦庫，老尾礦庫前期積存的液體通過回水泵站，返回冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)使用，使老尾礦庫庫區(qū)形成一塊較大面積的干灘場地。

剛果（金）加丹加省利卡西市屬于熱帶草原氣候。全年一般分為兩季，11月～4月為雨季，年平均降雨量為1250mm，4月中下旬～11月上旬為旱季，整個旱季均不下雨，年平均蒸發(fā)量為2241mm[5]。旱季晝夜溫差大，白天最高氣溫可達到36℃～38℃，水分蒸發(fā)量大。盡管年均蒸發(fā)量大于降雨量，但該濕法冶煉廠磨礦系統(tǒng)不斷有新水進入生產(chǎn)系統(tǒng)，設備冷卻水和車間清洗用水等廢水均不外排至廠外，澄清凈化后均排放至尾礦庫，每年系統(tǒng)將增加水量約50萬立方，導致尾礦庫液位不斷上漲，如果不能及時有效控制系統(tǒng)水量，部分萃余液必須添加石灰中和處理后外排，給生產(chǎn)經(jīng)營帶來很大困難。

該濕法冶煉廠利用剛果（金）旱季水分蒸發(fā)量大的氣候條件，通過擴大液體的蒸發(fā)面積來加速尾礦庫澄清液水分的蒸發(fā)。利用老尾礦庫干灘區(qū)域梯形地勢，用庫區(qū)的浸出渣就地筑壩，在老尾礦區(qū)筑起三道寬2m高1m的攔截壩體，形成四塊蒸發(fā)場地，具體位置詳見圖3。將新尾礦庫的澄清液抽至老尾礦庫筑起的蒸發(fā)場地，經(jīng)過一段時間蒸發(fā)后再放回深水區(qū)，返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用。

3 取得的實際效果

3.1 采用粗碎+半自磨+球磨+攪拌浸出的工藝流程

采用粗碎+半自磨+球磨+攪拌浸出的工藝流程相比于重力濃縮、過濾、壓濾等脫水法既可減少10%～20%的水量進入生產(chǎn)系統(tǒng)，還可節(jié)省脫水設施的投入，降低投資成本。

3.2 采用萃余液取代清水對絮凝劑溶解

采用萃余液取代清水對絮凝劑進行溶解，每天可減少360m3新水進入生產(chǎn)系統(tǒng)，不僅減輕了尾礦庫的承載壓力，還加速回收萃余液中的銅金屬和殘酸，同時還可強化絮凝劑的使用效果，減少絮凝劑的使用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3.3 加速尾礦庫水分蒸發(fā)

利用剛果（金）旱季水分蒸發(fā)量大的氣候條件，通過擴大蒸發(fā)面積來加速尾礦庫液體蒸發(fā)，使尾礦庫積存的含銅含酸液體得到進一步蒸發(fā)，同時含銅含酸液體在經(jīng)過一段時間蒸發(fā)后，銅離子和硫酸濃度得到一定的提高，由蒸發(fā)前的含銅1.71g/l、含酸18.78g/l提高到蒸發(fā)后的含銅2.63g/l、含酸23.78g/l。不僅有效解決了水膨脹問題，還為加速回收尾礦回水提供了有利條件，使尾礦庫積存的銅金屬和殘酸得以逐步減少。

3.4 沉鈷后液回收利用

二期擴建新增一條年產(chǎn)2000t氫氧化鈷（金屬量）生產(chǎn)線，處理萃余液液體方量1000m3/d，沉鈷后液pH值7～8，此部分液體送至碎磨工序作為生產(chǎn)用水回收利用，減少新水進入生產(chǎn)系統(tǒng)。從使用效果來看，生產(chǎn)系統(tǒng)中的液體量正逐步趨于動態(tài)平衡。

4 結語

該濕法冶煉廠通過以上解決水膨脹的措施，不僅有效控制系統(tǒng)水平衡，減輕尾礦庫的承載壓力，減小尾礦庫泄漏、漫壩等事故發(fā)生的幾率，還加速了尾礦庫積存的銅金屬和殘酸的回收利用速率，減少銅金屬和殘酸在尾礦庫堆存帶來的資金積壓，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。