剛果（金）某濕法冶煉廠控制水系統平衡的生產實踐

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，生產成本低，環境污染小，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）銅鈷氧化礦最優工藝之一[1]。水做為濕法冶金工藝流程中的載體，在生產過程中需要源源不斷地添加生產用水。隨著生產運行時間的延長，生產系統中的水量將不斷增加，引起系統水膨脹，造成水系統不平衡。傳統解決水膨脹主要措施有將萃余液排入石灰乳中和系統，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，產生大量中和渣，不僅增加生產成本，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水平衡的生產實踐，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 產能規模

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，設計規模年生產10000t陰極銅。2018年冶煉廠進行二期擴能建設，擴建后已成規模為年產20000t陰極銅和2000t氫氧化鈷（金屬量）。

1.2 生產工藝流程

（1）一期生產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-電積的生產流程。

（2）二期生產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-電積的生產流程。陰極銅生產工藝流程見圖1。

（3）氫氧化鈷產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流程。

2 解決水膨脹生產實踐

2.1 采用粗碎+半自磨+球磨+攪拌浸出的工藝流程

傳統濕法冶金工藝中，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。目前，大多數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，需要的設備數量多。

圖1 剛果（金）某濕法冶煉廠陰極銅生產工藝流程圖

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，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，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使用，又可并聯使用，給生產組織帶來便利。

生產實踐表明，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組織方式以二期碎磨系統為主，一期碎磨系統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，會發生凝結作用，膠體粒子失去穩定作用或發生電性中和，不穩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，這將使生產系統中水量不斷增加，水系統不斷膨脹，加大了尾礦庫的承載壓力。

為減少新水進入生產系統，減輕水系統膨脹問題，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。該方法不僅節約了絮凝劑和生產用水，也緩解了水系統膨脹問題。

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

該濕法冶煉廠浸出-濃密工序中，浸出渣先經過濃密機濃縮，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，經過洗滌之后，底流渣漿再通過萃余液稀釋外排至環保型尾礦庫，尾礦回水通過回水泵站返回濕法冶煉生產系統循環利用。隨著生產的不斷深入，該濕法冶煉廠原有150萬立方庫容、7.2萬m2庫區面積的尾礦庫已基本堆滿尾渣，后續生產產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，返回冶煉生產系統使用，使老尾礦庫庫區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℃，水分蒸發量大。盡管年均蒸發量大于降雨量，但該濕法冶煉廠磨礦系統不斷有新水進入生產系統，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水量，部分萃余液必須添加石灰中和處理后外排，給生產經營帶來很大困難。

該濕法冶煉廠利用剛果（金）旱季水分蒸發量大的氣候條件，通過擴大液體的蒸發面積來加速尾礦庫澄清液水分的蒸發。利用老尾礦庫干灘區域梯形地勢，用庫區的浸出渣就地筑壩，在老尾礦區筑起三道寬2m高1m的攔截壩體，形成四塊蒸發場地，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場地，經過一段時間蒸發后再放回深水區，返回生產系統使用。

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%的水量進入生產系統，還可節省脫水設施的投入，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新水進入生產系統，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，節約生產成本。

3.3 加速尾礦庫水分蒸發

利用剛果（金）旱季水分蒸發量大的氣候條件，通過擴大蒸發面積來加速尾礦庫液體蒸發，使尾礦庫積存的含銅含酸液體得到進一步蒸發，同時含銅含酸液體在經過一段時間蒸發后，銅離子和硫酸濃度得到一定的提高，由蒸發前的含銅1.71g/l、含酸18.78g/l提高到蒸發后的含銅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2000t氫氧化鈷（金屬量）生產線，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用水回收利用，減少新水進入生產系統。從使用效果來看，生產系統中的液體量正逐步趨于動態平衡。

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，為企業帶來良好的經濟效益。