丁淑榮,陸業(yè)大,池文榮,鄭明臻

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

剛果(金)盛產(chǎn)銅鈷資源,銅資源儲(chǔ)量達(dá)7 500萬t,鈷資源儲(chǔ)量達(dá)450萬t[1]。中資企業(yè)近十年來通過購買礦權(quán)、并購、改造擴(kuò)建等方式,在該國投資建設(shè)了數(shù)十家銅鈷冶煉廠,掀起了一股銅鈷礦開發(fā)熱潮。據(jù)公開數(shù)據(jù),2018年剛果金產(chǎn)銅量已經(jīng)達(dá)到120萬t,產(chǎn)鈷量達(dá)到10.6萬t,已躍居世界第五大產(chǎn)銅國家。根據(jù)各家中資企業(yè)的產(chǎn)能數(shù)據(jù),中資企業(yè)控制的銅鈷產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了該國總產(chǎn)量的60%以上。在這樣的背景下,筆者有幸參與了某中資企業(yè)在該國建設(shè)的一個(gè)銅鈷礦開發(fā)、冶煉項(xiàng)目。本文將簡要介紹該項(xiàng)目采用的高效提鈷新工藝。

本項(xiàng)目位于剛果(金)盧阿拉巴省科盧韋齊市,項(xiàng)目資源包括多個(gè)以氧化銅鈷礦資源為主的礦體。項(xiàng)目采用露天采礦工藝。冶煉工藝采用全濕法煉銅工藝流程。濕法冶煉的原料包括高品位和低品位礦石,以高品位礦石為主。高品位礦采用破碎—磨礦—攪拌浸出—萃取—電積—除鐵—沉鈷工藝；低品位銅礦石采用堆浸工藝處理。原則工藝流程如圖1所示。項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)陰極銅(國標(biāo)GB/T 467—2010 A級(jí)銅)45 000 t/a、粗氫氧化鈷折金屬鈷5 000 t/a。

圖1 剛果(金)某氧化銅鈷礦原則工藝流程圖

1 選冶聯(lián)合工藝

1.1 礦石破碎及浮選

礦石經(jīng)礦車送至粗碎站的原礦倉,原礦倉倉頂設(shè)置隔篩,原礦倉底部設(shè)置重型板式給礦機(jī)。板式給礦機(jī)將原礦倉的礦石均勻給入顎式破碎機(jī),破碎產(chǎn)品通過帶式輸送機(jī)送至粗礦堆。粗礦堆下部設(shè)置重型板式給礦機(jī),將粗礦堆的礦石均勻給入帶式輸送機(jī),再給入磨礦分級(jí)系統(tǒng)的半自磨機(jī)。

半自磨機(jī)、球磨機(jī)、渣漿泵及水力旋流器組構(gòu)成閉路磨礦分級(jí)系統(tǒng)。半自磨機(jī)排礦端帶圓筒篩,篩上物料通過帶式輸送機(jī)返回半自磨機(jī),篩下物料進(jìn)入水力旋流器給礦泵池,水力旋流器沉砂返回球磨機(jī)給礦端,溢流自流至渣漿泵泵池,渣漿泵將溢流產(chǎn)品泵送至原礦濃密機(jī)。

在開采后期,礦石中含有部分硫化礦,且鈣鎂含量高,若直接浸出則會(huì)消耗大量硫酸。因此先通過浮選工藝分別獲得低鈣鎂的硫化銅精礦和氧化銅精礦,尾礦則送尾渣庫。硫化銅精礦作為副產(chǎn)品外售,氧化銅精礦漿送濕法冶煉處理。

1.2 濕法冶煉過程

(1)原礦脫水及浸出

選礦工序送來的原礦礦漿、氧化銅精礦礦漿或其混合礦漿,經(jīng)濃密機(jī)進(jìn)一步濃縮,一部分送浸出槽,另一部分送壓濾機(jī)壓濾脫水,再漿化后送浸出槽浸出。浸出反應(yīng)所需的硫酸由萃取工序返回的萃余液提供,不足部分采用98%濃硫酸補(bǔ)充。為了實(shí)現(xiàn)較低的雜質(zhì)浸出率,整個(gè)反應(yīng)過程需控制礦漿酸度(pH值)。在浸出過程中,視原礦性質(zhì)通入一定量的二氧化硫作為還原劑,以提高鈷的浸出率。浸出后的礦漿經(jīng)泵送至浸出分離濃密機(jī)。

(2)浸出濃密及CCD洗滌

浸出后的礦漿在浸出分離濃密機(jī)中進(jìn)行液固分離,底流泵送至四級(jí)CCD逆流洗滌工序,溢流為高銅溶液,自流至高銅溶液貯存池。CCD逆流洗滌工序中,底流依次從CCD1經(jīng)泵送至下一級(jí)濃密機(jī),最后一級(jí)CCD4濃密機(jī)的底流經(jīng)泵送至尾渣處理工序。CCD4的洗水來自沉鈷后液以及尾渣庫回水。各級(jí)濃密機(jī)的溢流依次泵送至上一級(jí)濃密機(jī),CCD1濃密機(jī)的溢流為低銅溶液,自流至低銅溶液貯存池。

(3)浸出液精濾

溶液池中的高、低銅溶液經(jīng)泵送至溶液精濾工序。通過精密過濾將高銅溶液及低銅溶液中的固體含量降低到50 ppm以下,以減小這些固體顆粒對(duì)后續(xù)萃取和電積工序的影響。精濾底流返回到濃密機(jī)。

(4)銅萃取

精濾后的高銅溶液和低銅溶液分別泵送至高銅及低銅萃取工序。銅萃取采用串并聯(lián)萃取工藝。萃取設(shè)備采用混合—澄清萃取箱,萃取劑采用常規(guī)的Lix984、OPT5510或同類萃取劑。銅萃取有機(jī)相依次經(jīng)低銅萃取—高銅萃取—洗滌—反萃實(shí)現(xiàn)循環(huán)。高、低銅萃余液經(jīng)澄清槽回收有機(jī)相后分別自流到高銅萃余液貯存池和低銅萃余液貯存池。高銅萃余液經(jīng)泵返回浸出工序以回收利用其中的硫酸,未萃干凈的銅也返回系統(tǒng)因而基本不損失。一部分低銅萃余液經(jīng)泵送至脫水及浸出工序作原礦濾餅的漿化水,剩余低銅萃余液泵送至鈷回收工序。負(fù)載有機(jī)相用電積廢液反萃,反萃后液經(jīng)澄清、除油后送至電解液循環(huán)槽。萃取過程中產(chǎn)生的三相污物,采用三相離心機(jī)處理。

(5)銅電積

電解液循環(huán)槽中的電解液送至電積工序進(jìn)行電積。銅電積采用永久陰極工藝,自動(dòng)剝銅機(jī)組剝銅,電積槽材質(zhì)為樹脂混凝土,陰極材質(zhì)為316L,陽極材質(zhì)Pb-Ca-Sn合金。從電積槽溢流出來的電積廢液自流入電解液循環(huán)槽,部分廢液經(jīng)泵返回到萃取區(qū)域。從電解液循環(huán)槽內(nèi)定期開路一部分廢電解液至浸出槽以維持電解液品質(zhì)穩(wěn)定。

(6)鈷回收

鈷回收工序包括除鐵錳、氫氧化鈷沉淀、沉鎂以及鈷產(chǎn)品干燥。

一部分低銅萃余液經(jīng)泵送入除鐵錳槽,加入石灰石礦漿中和殘酸,同時(shí)通入二氧化硫與空氣混合氣體作為氧化劑,將溶液中的鐵錳沉淀入渣。除鐵礦漿經(jīng)濃密機(jī)固液分離,溢流泵送至氫氧化鈷沉淀；濃密機(jī)底流泵送至鐵渣壓濾工序,濾渣送干渣庫堆存。

氫氧化鈷沉淀分為兩段沉鈷。除鐵后液送入一段沉鈷槽,加入氧化鎂作為中和劑。一段沉鈷礦漿經(jīng)濃密機(jī)固液分離,溢流送至二段沉鈷槽,底流送至氫氧化鈷壓濾機(jī)壓濾,壓濾后濾液送至二段沉鈷槽,壓濾后濾餅送鈷產(chǎn)品閃蒸干燥,干燥后包裝產(chǎn)出氫氧化鈷產(chǎn)品。二段沉鈷槽內(nèi)加入石灰乳礦漿作為中和沉淀劑,將溶液中殘留的鈷基本全部沉淀入渣。二段沉鈷礦漿經(jīng)濃密機(jī)固液分離,一部分溢流泵送至CCD洗滌的洗水槽,一部分泵送至沉鎂槽,底流泵送至除鐵錳槽1#槽。

在沉鎂槽中加入石灰乳礦漿,將溶液中的重金屬和大部分鎂沉淀入渣。沉鎂礦漿泵送至沉鎂壓濾機(jī),鎂渣運(yùn)輸至干渣庫。

(7)堆浸

有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的低品位礦石經(jīng)卡車運(yùn)輸至堆場筑堆。堆場的設(shè)計(jì)堆礦面積約20萬m2、容積約300萬m3。設(shè)中間液池、合格液池、防洪池等配套溶液池。

筑堆采用后退式筑堆方式,采用卡車筑堆。一層結(jié)束堆浸周期時(shí),繼續(xù)往上堆礦,生產(chǎn)中視實(shí)際滲透情況決定是否需要重新鋪膜筑底。

設(shè)計(jì)采用噴淋方式。噴淋液為系統(tǒng)回水,并補(bǔ)充一定量的硫酸。浸出液經(jīng)礦堆滲透匯集至底部,沿坡度匯流至集液溝,經(jīng)集液溝流入溶液池。當(dāng)銅濃度達(dá)到要求時(shí),將溶液切換流入合格液池,經(jīng)泵送至低銅溶液池,合并至攪拌浸出—萃取—電積系統(tǒng)。

(8)尾渣處理

CCD4底流礦漿經(jīng)泵送至尾渣處理槽,經(jīng)泵送至尾渣庫,必要時(shí)可加入石灰石漿或石灰乳進(jìn)行中和處理。

2 工藝優(yōu)化

本項(xiàng)目在工藝設(shè)計(jì)時(shí)借鑒、吸取了同類項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),結(jié)合礦物自身的選冶特性,進(jìn)行了一系列針對(duì)性設(shè)計(jì),簡述如下。

(1)礦石區(qū)別處理。根據(jù)采礦排產(chǎn)計(jì)劃及冶煉工藝特點(diǎn),項(xiàng)目運(yùn)行前期,礦石耗酸量小、浸出率高,因此礦石經(jīng)磨礦破碎后直接送浸出處理。在開采后期,礦石中含有部分硫化礦,且鈣鎂含量高,若直接浸出則會(huì)消耗大量硫酸。因此先通過浮選工藝分別獲得低鈣鎂的硫化銅精礦和氧化銅精礦,氧化銅精礦送冶煉浸出。采用此工藝路線,具有生產(chǎn)靈活、成本可控的優(yōu)點(diǎn),總體上提升銅、鈷有價(jià)金屬的回收率,可提高項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)效益。

(2)水平衡管理。一方面基于全流程工藝計(jì)算結(jié)果,采用部分原礦漿壓濾脫水工藝,以減少隨原礦帶入浸出系統(tǒng)的水量,有利于降低系統(tǒng)體積流量,靈活統(tǒng)籌管理水平衡。另一方面,將本項(xiàng)目具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值的低品位礦石,采用堆浸的方式處理,利用堆浸場的噴淋蒸發(fā)部分水分,進(jìn)一步控制系統(tǒng)水膨脹,達(dá)到控制水平衡的目的。

(3)提高鈷的回收率。一方面,采用全部低銅萃余液中和除鐵、鈷沉淀工藝回收鈷,可提高項(xiàng)目的鈷總回收率；另一方面,鈷回收采用二段沉鈷工藝,一段沉鈷控制較低的沉淀終點(diǎn)pH值以獲得純度較高的氫氧化鈷產(chǎn)品,二段沉鈷控制較高的終點(diǎn)pH值將剩余的鈷沉淀入渣返上游工序重新溶解浸出,可進(jìn)一步提高鈷回收率約2%。

(4)采用控酸浸銅、還原浸鈷技術(shù)處理氧化銅鈷礦,在獲得滿意的銅鈷浸出率的同時(shí),控制較低的雜質(zhì)浸出率,降低了浸出過程的硫酸消耗以及后續(xù)工序中除鐵錳的費(fèi)用,降低了操作成本。

(5)采用高低銅串并聯(lián)萃取工藝,將濃密分離后獲得的高銅濃度浸出液送高銅萃取,高銅萃余液返回到浸出工序,充分利用了萃取過程中生成的硫酸,減少了硫酸補(bǔ)充用量,降低了操作成本。

(6)根據(jù)資源中的鎂含量較低的特點(diǎn),僅開路部分沉鈷貧液進(jìn)行沉鎂處理,將系統(tǒng)中的鎂開路,減小了設(shè)備投資,保證了工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(7)冶煉工藝設(shè)計(jì)靈活。在與業(yè)主團(tuán)隊(duì)充分溝通討論的基礎(chǔ)上,考慮了多種工況下的生產(chǎn)操作彈性,主要包括回水管理、鈷液管理以及一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

(8)冶煉設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的Metsim全流程冶金計(jì)算軟件,工藝計(jì)算結(jié)果直觀、全面、準(zhǔn)確,不但有利于設(shè)計(jì),而且其數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

(9)設(shè)計(jì)過程開展價(jià)值工程研究,通過工藝優(yōu)化、設(shè)備類型及尺寸選型優(yōu)化、材料選型優(yōu)化,降低工程造價(jià)。

3 展望

剛果(金)銅鈷資源豐富,目前仍以氧化銅鈷礦資源為主。對(duì)于氧化銅鈷礦,在采用全濕法煉銅工藝時(shí),需要根據(jù)礦體資源自身特性,借鑒、吸收同類項(xiàng)目的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行有針對(duì)性的工藝優(yōu)化。隨著資源的不斷開發(fā),各大露天開采的礦山,已逐漸呈現(xiàn)出不同程度的氧化礦資源枯竭或減少、硫化礦資源增加的趨勢,因此必須重視并及早研究如何有效處理這類混合礦的課題。