論銅鈷濕法冶煉流程的金屬平衡計算

姚 剛

（中鐵資源集團有限公司，北京 100039）

剛果（金）銅鈷礦資源豐富，目前該地區大部分礦山企業以處理銅鈷伴生氧化礦為主，其銅鈷回收一般采用酸浸-萃取-電積/鈷生產的濕法冶煉工藝流程。本文中該礦山企業同時采用攪拌浸出和堆浸來回收礦石中有價銅鈷，浸出液經銅萃取、電積后得到陰極銅產品，銅萃取后的溶液主要含鈷，部分送去鈷生產，部分返回攪拌浸出以利用溶液中余酸。該工藝需回收兩種金屬，工序較多，涉及在線物料較多。因此，金屬平衡計算具有一定復雜性。金屬平衡工作質量的高低直接影響企業的生產經營指標，有必要細加研究，確保準確性[1]。本文以剛果（金）某銅鈷礦山多年生產實踐為基礎，不斷優化完善金屬平衡工作，對金屬平衡的數據來源、報表編制和計算方法進行了總結描述，并對實際應用中需注意的問題進行了探討。

1 數據來源

金屬平衡的計算，首先要確保各項數據的準確性。金屬平衡計算涉及的基礎數據，主要分為重量計量類數據、體積計量類數據、化驗類數據、間接計算類數據，其來源一般分為日常統計數據和盤點數據。金屬平衡報表還涉及輔料消耗數據、技術指標數據等[2]。

本文中金屬平衡以月為周期進行計算。由于該礦山礦石中有價銅鈷浸出采用攪拌浸出和堆浸聯合流程，主要以攪浸為主，堆浸產出銅鈷金屬量僅分別約為攪浸的6%和1%，攪浸浸出時間短僅需6個小時左右，堆浸周期長達近1年，每月開展堆浸網格取樣工作的必要性不大。因此，本文中月度金屬平衡計算時，堆浸僅以浸出銅金屬量參與計算。年度金屬平衡計算時，對堆浸進行全面取樣分析。

1.1 日常統計數據

日常統計數據主要包括：破碎投料礦石、進入攪拌浸出的礦石（磨礦后礦石濾餅）、堆浸浸出銅鈷金屬量、廢銅、浸渣、浸渣洗滌底流溶液、萃取三相渣、鈷生產除雜的廢渣、陰極銅產品、氫氧化鈷產品。金屬平衡計算涉及的以上數據按以下原則取得：破碎投料礦石以皮帶秤重量和化驗水分及品位計算得出銅鈷金屬量；磨礦后礦石濾餅的濕重以皮帶秤重量與化驗水分及品位計算得到銅鈷金屬量；堆浸溶液凈供銅鈷金屬量及流量計數據與化驗的銅鈷濃度計算得到銅鈷金屬量；廢銅重量以電子地秤稱量數據為準；浸渣以礦石重量乘以渣率得到浸渣重量，渣率由日常浸出試驗得出，浸渣重量與化驗的銅鈷含量計算得到浸渣中銅鈷金屬量；浸渣洗滌底流溶液以流量計數據與化驗的銅鈷濃度計算得出銅鈷金屬量；萃取三相渣以稱重數據和化驗的銅鈷含量計算得到三相渣中銅鈷金屬量；鈷生產除雜的廢渣以過磅重量與化驗得到的銅鈷含量及水分計算得到廢渣中銅鈷金屬量；陰極銅產品重量以電子秤稱量數據為準；氫氧化鈷產品以電子秤稱量數據和化驗的銅鈷品位及水分計算得到銅鈷金屬量。

1.2 盤點數據

盤點內容主要有期末庫存的原料、生產輔料、中間品、半成品、返回品及產品，主要包括礦石、生產輔料、溶液、鈷濾餅、槽存陰極銅、陰極銅產品、氫氧化鈷產品。

庫存礦石采用現場測量法，將礦石堆成規則形狀進行收方測量，按礦堆體積乘以礦堆比重計算出結存礦石量，結存礦石量與化驗的銅鈷品位計算得到銅鈷金屬量；在線礦石采用容積法，對破碎礦倉、圓筒洗礦機、堆浸礦倉、粉礦倉、球磨機、分級機、粗漿槽、濃密機等所有在線礦石、礦漿，根據容器的幾何尺寸和實際堆積高度計算其結存量。盤點時，可對每個槽存礦石、礦漿進行取樣送化驗室分析銅鈷品位，根據一般情況下在線礦石總量，也可采用下一個班次濾餅樣品的銅鈷品位作為各槽存礦石中銅鈷品位均值；在線溶液采用容積法盤點。根據溶液池、槽的幾何尺寸及實際溶液深度計算溶液體積。盤點取樣時，從溶液進口、出口兩個以上位置取樣作為盤點樣；尾礦庫采用容積法盤點，利用GPS定位儀或RTK等工具按一定網度測量各點溶液深度后對尾礦庫庫底地形進行建模，并計算溶液體積。溶液取樣時，應按液面分區域從多點取樣；鈷濾餅一般根據鈷濾餅卸載量及后續干燥處理量計算得出。盤點時，應取樣分析銅鈷含量；槽存銅根據通過的電流強度、時間及電流效率計算；陰極銅和氫氧化鈷產品以入庫時稱量登記的重量計算得出。

2 金屬平衡報表編制

該礦山企業經過多年優化完善，利用excel建立了一套數據統計分析報表，只要采集好各項日常統計數據和期末盤點數據，金屬平衡報表各項數據及計算會同步自動完成。由于涉及銅鈷兩種金屬的金屬平衡計算，金屬平衡報表分為銅和鈷兩張報表，其基本結構是一致的，在金屬平衡表中直接錄入的數據包括本期投入、期初在線、期末在線、回收品、工藝損失、實際產量，需通過對錄入數據間接運算得到的數據包括本期消耗、理論產量和總損失。理論回收率和實際回收率是通過對上述數據通過公式計算得出。以2019年12月為例，該月銅和鈷濕法流程金屬平衡表分別見表1和表2。

表1 2019年12月銅濕法流程金屬平衡表

產品產量 理論產量 2000.74實際產量 1983.85總損失 175.78總回收率 理論回收率 92.64實際回收率 91.86

表2 2019年12月鈷濕法流程金屬平衡表

表1和表2中[3]：

本期投入為日常統計數據的累計結果。期初在線為上期報表中期末在線的數據。期末在線為本期末盤點的數據。回收品為日常統計數據的累計結果。

工藝損失為各類廢水、廢渣日常統計數據的累計結果。由于氫氧化鈷產品中含有的銅銷售時不計價，因此計入銅的工藝損失。

3 銅鈷回收率計算方法

本文采用平衡法計算銅鈷冶煉總回收率，簡要來說就是用整個流程的最終產品產量除以本期消耗金屬量的計算結果作為總回收率。本期消耗金屬量是指本期投入金屬考慮期初、期末在線金屬增減后的凈投入金屬量。

本文將總回收率分為理論回收率和實際回收率。理論回收率是用理論產量除以本期消耗金屬量的計算結果，實際回收率是用實際產量除以本期消耗金屬量的計算結果。

理論回收率對應的金屬損失是指工藝損失，包括攪拌浸出產生的浸渣中未浸出銅鈷、浸渣洗滌過程中隨浸渣排走溶液中的銅鈷、萃取產生的廢棄物-三相渣中銅鈷、鈷生產除雜工序的廢渣中銅鈷，另外對于銅而言，其工藝損失還包括氫氧化鈷產品中不計價的銅金屬。實際回收率對應的金屬損失是指實際損失，即本期投入金屬考慮期初、期末在線金屬增減后的凈投入金屬量與實際產量的差值。實際損失與工藝損失的差值一般稱為金屬流失，主要包括機械損失、跑冒滴漏及其他無名損失。理論產量是總投入金屬考慮期初、期末在線金屬增減后的凈投入金屬量再減去工藝損失的結果[4]。由此，可以得出：

本期消耗=本期投入+期初在線-期末在線。對于銅金屬平衡，由于公司對廢銅采取折價銷售方式，因此計算本期消耗不應減去回收品。對于鈷金屬平衡，回收品為0。

理論產量=本期投入+期初在線-期末在線-工藝損失。

總損失=本期消耗-實際產量。

理論回收率=理論產量÷本期消耗。

實際回收率=實際產量÷本期消耗。

4 實際應用中需注意問題

本文中理論回收率和實際回收率的差別實質上是由于金屬損失的統計口徑不一致造成。根據上一段中分析，金屬的實際損失一般大于工藝損失，金屬平衡計算得出的理論回收率一般高于實際回收率，考慮到取樣的代表性及化驗的準確性也會影響回收率計算，應盡量避免因化驗結果誤差偏大影響金屬平衡計算。根據該礦山企業多年生產實踐，理論回收率減去實際回收率的差值一般應控制在（-1%，+2%）范圍內，差值越正說明金屬流失越多，應盡快調查找出金屬流失去向，制訂針對性措施予以改進，差值越負說明計量、取樣、化驗或測量環節誤差越大，應逐一調查找出問題予以改進。

根據實踐經驗，文中金屬平衡計算方法能很好適用于投入和產出基本均衡的生產流程，能較好反映出生產技術水平。對于投入產出相差較大的月份，回收率會偏離正常值較多，不過理論回收率和實際回收率的差值大小依然能很好指示出金屬流失的大小，從而反映出生產管理水平的好壞。對于投入產出相差較大的生產流程，建議采用連乘法計算總回收率，以更好反映技術指標好壞，從而采取措施提高技術水平。

5 結語

該礦山企業作為較早進入剛果（金）的中資礦業公司，在銅鈷濕法冶煉的金屬平衡計算及管理方面積累了一定經驗，為提升該企業經濟技術指標指明了方向，希望本公司的實踐經驗能起到和同行業企業交流借鑒作用。