刚果（金）某湿法冶炼厂控制水系统平衡的生产实践

钟先林，杨 斌，郭 灿，夏能博

（中色华鑫湿法冶炼有限公司，利卡西，刚果（金））

湿法冶金技术具有资源利用率高，生产成本低，环境污染小，投资少，建设期短，见效快等特点，被普遍认为是目前处理刚果（金）铜钴氧化矿最优工艺之一[1]。水做为湿法冶金工艺流程中的载体，在生产过程中需要源源不断地添加生产用水。随着生产运行时间的延长，生产系统中的水量将不断增加，引起系统水膨胀，造成水系统不平衡。传统解决水膨胀主要措施有将萃余液排入石灰乳中和系统，中和萃余液至中性后排放到尾矿库堆存[2]，但该方法需要消耗大量石灰，产生大量中和渣，不仅增加生产成本，大量的中和渣也会占用尾矿库库容，萃余液中的铜金属和残酸也会在中和过程中随中和渣损失。因此，寻找一条更为高效节能解决水膨胀问题的路径是很有必要的。本文重点介绍了刚果（金）某湿法冶炼厂控制系统水平衡的生产实践，对取得的实际效果进行了详细的论述。

1 刚果（金）某湿法冶炼厂概况

1.1 产能规模

位于刚果（金）加丹加省的某湿法冶炼厂于2011年4月份开工建设，2012年2月正式投产，设计规模年生产10000t阴极铜。2018年冶炼厂进行二期扩能建设，扩建后已成规模为年产20000t阴极铜和2000t氢氧化钴（金属量）。

1.2 生产工艺流程

（1）一期生产工艺采用氧化铜钴矿粗碎-球磨机一段磨矿-浓密机浸前脱水-浸出-萃取-电积的生产流程。

（2）二期生产工艺采用氧化铜矿粗碎-半自磨机一段磨矿-球磨机二段磨矿-浸出-萃取-电积的生产流程。阴极铜生产工艺流程见图1。

（3）氢氧化钴产品采用含钴萃余液除铁-沉铜-一段沉钴-二段沉钴-氢氧化钴干燥的生产流程。

2 解决水膨胀生产实践

2.1 采用粗碎+半自磨+球磨+搅拌浸出的工艺流程

传统湿法冶金工艺中，在搅拌浸出工序之前一般会设计脱水工序。浸前脱水工序是将磨矿系统送来的矿浆进行脱水，脱水后的高浓度矿浆送往浸出工序，清水则返回磨矿系统。目前，大多数湿法冶炼厂浸前脱水方法主要有重力浓缩、过滤、压滤[3]。重力浓缩脱水法主要设备有耙式浓密机（高效浓密机）和深锥浓密机，但在实际操作中，浓密机底流浓度只能控制50%～60%，进入系统的水量多，水膨胀厉害，且设备投资大，建设周期长；过滤脱水法主要设备有真空带式过滤机，但电耗高、设备维护困难、操作复杂。压滤脱水法主要设备有箱式压滤机和板框压滤机，但矿浆处理能力小，需要的设备数量多。

图1 刚果（金）某湿法冶炼厂阴极铜生产工艺流程图

该湿法冶炼厂在二期扩能建设时，取消浸前脱水工序，合理利用地形高差，采用粗碎+半自磨+球磨+搅拌浸出的工艺流程，矿石通过颚式破碎机粗碎后进入半自磨机一段磨矿，半自磨机出口矿浆再自流进入径长比2：1长筒型球磨机二段磨矿，控制球磨机出口矿浆浓度70%，球磨机出口矿浆通过添加萃余液或尾矿回水调浆稀释后进入搅拌浸出工序。该方法通过严格控制磨矿系统用水量来控制水平衡问题。同时，该湿法冶炼厂为减少半自磨机和球磨机更换衬板、检修等设备故障给生产带来的影响，在磨矿工序中增加一台旋流器，当半自磨机出现故障停机时，矿石运输皮带可将矿石输送进入球磨机磨矿，用球磨机连接旋流器组织生产，达到粒度要求的矿石进入浸出工序，粒度较大的矿石通过旋流器返回球磨机再次磨矿；当球磨机故障停机时，用半自磨机连接旋流器组织生产，达到粒度要求的矿石进入浸出工序，粒度较大的矿石通过旋流器返回半自磨机再次磨矿。该方法使半自磨机和球磨机即可串联使用，又可并联使用，给生产组织带来便利。

生产实践表明，球磨机出口矿浆浓度可达到70%以上，细度-200目可占70%以上，浸出率保持在95%以上，每天处理矿石量2500t以上。因二期碎磨系统处理矿石能力大，基本可以满足萃取电积工序所需铜金属量，所以该湿法冶炼厂生产组织方式以二期碎磨系统为主，一期碎磨系统适当开启运行补充铜金属量。

2.2 采用萃余液取代清水对絮凝剂溶解

絮凝剂为白色粉末，由于存在双电层及某些物理因素，当加入与胶体粒子具有不同电性的离子溶液时，会发生凝结作用，胶体粒子失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒。颗粒在加入絮凝剂时，它会离子化，并与离子表面形成价键。为了克服离子间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得离子间产生碰撞。当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子形成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝结，较大颗粒粒子从水中分离而沉降[4]。

生产实践中，絮凝剂通过在加药装置中按3‰～5‰比例添加液体进行溶解，充分溶解后用化工泵送至浓密机进料筒，用于凝集颗粒悬浮物，将微细粒变成大颗粒絮团、降低颗粒比表面积加速沉降。该湿法冶炼厂投产初期，絮凝剂采用清水溶解，清水每天用量360m3左右，这将使生产系统中水量不断增加，水系统不断膨胀，加大了尾矿库的承载压力。

为减少新水进入生产系统，减轻水系统膨胀问题，该湿法冶炼厂通过前期试验研究，通过对比在X絮凝剂中添加清水、尾矿回水和萃余液三种液体进行溶解时矿浆的沉降效果。实验结果见表1和图2，从实验结果中可以看出，X絮凝剂用萃余液溶解时，矿浆沉降效果最佳。因此，该湿法冶炼厂改用萃余液取代清水对絮凝剂进行溶解。生产实践表明，絮凝剂采用萃余液溶解后，在絮凝效果相同的情况下，絮凝剂用量由原来的100g/t矿下降为92.5g/t矿。该方法不仅节约了絮凝剂和生产用水，也缓解了水系统膨胀问题。

表1 X絮凝剂溶解于不同液体对矿浆沉降速度的影响

图2 X絮凝剂溶解于不同液体对矿浆沉降速度的影响

图3 刚果(金)某湿法冶炼厂尾矿库鸟瞰图

2.3 加速尾矿库水分蒸发

该湿法冶炼厂浸出-浓密工序中，浸出渣先经过浓密机浓缩，底流渣浆添加萃余液稀释后用泵抽到洗涤浓密机进行三级洗涤，经过洗涤之后，底流渣浆再通过萃余液稀释外排至环保型尾矿库，尾矿回水通过回水泵站返回湿法冶炼生产系统循环利用。随着生产的不断深入，该湿法冶炼厂原有150万立方库容、7.2万m2库区面积的尾矿库已基本堆满尾渣，后续生产产生的尾渣基本全部排向新尾矿库，老尾矿库前期积存的液体通过回水泵站，返回冶炼生产系统使用，使老尾矿库库区形成一块较大面积的干滩场地。

刚果（金）加丹加省利卡西市属于热带草原气候。全年一般分为两季，11月～4月为雨季，年平均降雨量为1250mm，4月中下旬～11月上旬为旱季，整个旱季均不下雨，年平均蒸发量为2241mm[5]。旱季昼夜温差大，白天最高气温可达到36℃～38℃，水分蒸发量大。尽管年均蒸发量大于降雨量，但该湿法冶炼厂磨矿系统不断有新水进入生产系统，设备冷却水和车间清洗用水等废水均不外排至厂外，澄清净化后均排放至尾矿库，每年系统将增加水量约50万立方，导致尾矿库液位不断上涨，如果不能及时有效控制系统水量，部分萃余液必须添加石灰中和处理后外排，给生产经营带来很大困难。

该湿法冶炼厂利用刚果（金）旱季水分蒸发量大的气候条件，通过扩大液体的蒸发面积来加速尾矿库澄清液水分的蒸发。利用老尾矿库干滩区域梯形地势，用库区的浸出渣就地筑坝，在老尾矿区筑起三道宽2m高1m的拦截坝体，形成四块蒸发场地，具体位置详见图3。将新尾矿库的澄清液抽至老尾矿库筑起的蒸发场地，经过一段时间蒸发后再放回深水区，返回生产系统使用。

3 取得的实际效果

3.1 采用粗碎+半自磨+球磨+搅拌浸出的工艺流程

采用粗碎+半自磨+球磨+搅拌浸出的工艺流程相比于重力浓缩、过滤、压滤等脱水法既可减少10%～20%的水量进入生产系统，还可节省脱水设施的投入，降低投资成本。

3.2 采用萃余液取代清水对絮凝剂溶解

采用萃余液取代清水对絮凝剂进行溶解，每天可减少360m3新水进入生产系统，不仅减轻了尾矿库的承载压力，还加速回收萃余液中的铜金属和残酸，同时还可强化絮凝剂的使用效果，减少絮凝剂的使用量，节约生产成本。

3.3 加速尾矿库水分蒸发

利用刚果（金）旱季水分蒸发量大的气候条件，通过扩大蒸发面积来加速尾矿库液体蒸发，使尾矿库积存的含铜含酸液体得到进一步蒸发，同时含铜含酸液体在经过一段时间蒸发后，铜离子和硫酸浓度得到一定的提高，由蒸发前的含铜1.71g/l、含酸18.78g/l提高到蒸发后的含铜2.63g/l、含酸23.78g/l。不仅有效解决了水膨胀问题，还为加速回收尾矿回水提供了有利条件，使尾矿库积存的铜金属和残酸得以逐步减少。

3.4 沉钴后液回收利用

二期扩建新增一条年产2000t氢氧化钴（金属量）生产线，处理萃余液液体方量1000m3/d，沉钴后液pH值7～8，此部分液体送至碎磨工序作为生产用水回收利用，减少新水进入生产系统。从使用效果来看，生产系统中的液体量正逐步趋于动态平衡。

4 结语

该湿法冶炼厂通过以上解决水膨胀的措施，不仅有效控制系统水平衡，减轻尾矿库的承载压力，减小尾矿库泄漏、漫坝等事故发生的几率，还加速了尾矿库积存的铜金属和残酸的回收利用速率，减少铜金属和残酸在尾矿库堆存带来的资金积压，为企业带来良好的经济效益。