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(shù)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(shè)期短，見(jiàn)效快等特點(diǎn)，被普遍認(rèn)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(guò)程中需要源源不斷地添加生產(chǎn)用水。隨著生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，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(kù)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(huì)占用尾礦庫(kù)庫(kù)容，萃余液中的銅金屬和殘酸也會(huì)在中和過(guò)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(wèn)題的路徑是很有必要的。本文重點(diǎn)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(shí)踐，對(duì)取得的實(shí)際效果進(jìn)行了詳細(xì)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(shè)，2012年2月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模年生產(chǎn)10000t陰極銅。2018年冶煉廠進(jìn)行二期擴(kuò)能建設(shè)，擴(kuò)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(jī)一段磨礦-濃密機(jī)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(jī)一段磨礦-球磨機(jī)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(jiàn)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(shí)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(huì)設(shè)計(jì)脫水工序。浸前脫水工序是將磨礦系統(tǒng)送來(lái)的礦漿進(jìn)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(guò)濾、壓濾[3]。重力濃縮脫水法主要設(shè)備有耙式濃密機(jī)（高效濃密機(jī)）和深錐濃密機(jī)，但在實(shí)際操作中，濃密機(jī)底流濃度只能控制50%～60%，進(jìn)入系統(tǒng)的水量多，水膨脹厲害，且設(shè)備投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)；過(guò)濾脫水法主要設(shè)備有真空帶式過(guò)濾機(jī)，但電耗高、設(shè)備維護(hù)困難、操作復(fù)雜。壓濾脫水法主要設(shè)備有箱式壓濾機(jī)和板框壓濾機(jī)，但礦漿處理能力小，需要的設(shè)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(kuò)能建設(shè)時(shí)，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(guò)顎式破碎機(jī)粗碎后進(jìn)入半自磨機(jī)一段磨礦，半自磨機(jī)出口礦漿再自流進(jìn)入徑長(zhǎng)比2：1長(zhǎng)筒型球磨機(jī)二段磨礦，控制球磨機(jī)出口礦漿濃度70%，球磨機(jī)出口礦漿通過(guò)添加萃余液或尾礦回水調(diào)漿稀釋后進(jìn)入攪拌浸出工序。該方法通過(guò)嚴(yán)格控制磨礦系統(tǒng)用水量來(lái)控制水平衡問(wèn)題。同時(shí)，該濕法冶煉廠為減少半自磨機(jī)和球磨機(jī)更換襯板、檢修等設(shè)備故障給生產(chǎn)帶來(lái)的影響，在磨礦工序中增加一臺(tái)旋流器，當(dāng)半自磨機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，礦石運(yùn)輸皮帶可將礦石輸送進(jìn)入球磨機(jī)磨礦，用球磨機(jī)連接旋流器組織生產(chǎn)，達(dá)到粒度要求的礦石進(jìn)入浸出工序，粒度較大的礦石通過(guò)旋流器返回球磨機(jī)再次磨礦；當(dāng)球磨機(jī)故障停機(jī)時(shí)，用半自磨機(jī)連接旋流器組織生產(chǎn)，達(dá)到粒度要求的礦石進(jìn)入浸出工序，粒度較大的礦石通過(guò)旋流器返回半自磨機(jī)再次磨礦。該方法使半自磨機(jī)和球磨機(jī)即可串聯(lián)使用，又可并聯(lián)使用，給生產(chǎn)組織帶來(lái)便利。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，球磨機(jī)出口礦漿濃度可達(dá)到70%以上，細(xì)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(dāng)開啟運(yùn)行補(bǔ)充銅金屬量。

2.2 采用萃余液取代清水對(duì)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(dāng)加入與膠體粒子具有不同電性的離子溶液時(shí)，會(huì)發(fā)生凝結(jié)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(shí)，它會(huì)離子化，并與離子表面形成價(jià)鍵。為了克服離子間的排斥力，絮凝劑會(huì)由于攪拌及布朗運(yùn)動(dòng)而使得離子間產(chǎn)生碰撞。當(dāng)粒子逐漸接近時(shí)，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(xué)作用而開始凝結(jié)，較大顆粒粒子從水中分離而沉降[4]。

生產(chǎn)實(shí)踐中，絮凝劑通過(guò)在加藥裝置中按3‰～5‰比例添加液體進(jìn)行溶解，充分溶解后用化工泵送至濃密機(jī)進(jìn)料筒，用于凝集顆粒懸浮物，將微細(xì)粒變成大顆粒絮團(tuán)、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(kù)的承載壓力。

為減少新水進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，減輕水系統(tǒng)膨脹問(wèn)題，該濕法冶煉廠通過(guò)前期試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)比在X絮凝劑中添加清水、尾礦回水和萃余液三種液體進(jìn)行溶解時(shí)礦漿的沉降效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和圖2，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，X絮凝劑用萃余液溶解時(shí)，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(duì)絮凝劑進(jìn)行溶解。生產(chǎn)實(shí)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(lái)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(wèn)題。

表1 X絮凝劑溶解于不同液體對(duì)礦漿沉降速度的影響

圖2 X絮凝劑溶解于不同液體對(duì)礦漿沉降速度的影響

圖3 剛果(金)某濕法冶煉廠尾礦庫(kù)鳥瞰圖

2.3 加速尾礦庫(kù)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(guò)濃密機(jī)濃縮，底流渣漿添加萃余液稀釋后用泵抽到洗滌濃密機(jī)進(jìn)行三級(jí)洗滌，經(jīng)過(guò)洗滌之后，底流渣漿再通過(guò)萃余液稀釋外排至環(huán)保型尾礦庫(kù)，尾礦回水通過(guò)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(wàn)立方庫(kù)容、7.2萬(wàn)m2庫(kù)區(qū)面積的尾礦庫(kù)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(kù)，老尾礦庫(kù)前期積存的液體通過(guò)回水泵站，返回冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)使用，使老尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)形成一塊較大面積的干灘場(chǎng)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(gè)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(dá)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(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)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(kù)，每年系統(tǒng)將增加水量約50萬(wàn)立方，導(dǎo)致尾礦庫(kù)液位不斷上漲，如果不能及時(shí)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(yíng)帶來(lái)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(guò)擴(kuò)大液體的蒸發(fā)面積來(lái)加速尾礦庫(kù)澄清液水分的蒸發(fā)。利用老尾礦庫(kù)干灘區(qū)域梯形地勢(shì)，用庫(kù)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(chǎng)地，具體位置詳見(jiàn)圖3。將新尾礦庫(kù)的澄清液抽至老尾礦庫(kù)筑起的蒸發(fā)場(chǎng)地，經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(shí)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(guò)濾、壓濾等脫水法既可減少10%～20%的水量進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，還可節(jié)省脫水設(shè)施的投入，降低投資成本。

3.2 采用萃余液取代清水對(duì)絮凝劑溶解

采用萃余液取代清水對(duì)絮凝劑進(jìn)行溶解，每天可減少360m3新水進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，不僅減輕了尾礦庫(kù)的承載壓力，還加速回收萃余液中的銅金屬和殘酸，同時(shí)還可強(qiáng)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(kù)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(guò)擴(kuò)大蒸發(fā)面積來(lái)加速尾礦庫(kù)液體蒸發(fā)，使尾礦庫(kù)積存的含銅含酸液體得到進(jìn)一步蒸發(fā)，同時(shí)含銅含酸液體在經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(wèn)題，還為加速回收尾礦回水提供了有利條件，使尾礦庫(kù)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(kuò)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(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。從使用效果來(lái)看，生產(chǎn)系統(tǒng)中的液體量正逐步趨于動(dòng)態(tài)平衡。

4 結(jié)語(yǔ)

該濕法冶煉廠通過(guò)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(kù)的承載壓力，減小尾礦庫(kù)泄漏、漫壩等事故發(fā)生的幾率，還加速了尾礦庫(kù)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(kù)堆存帶來(lái)的資金積壓，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。