刚果（金）某铜钴湿法冶炼改扩建工程总图设计实践和分析

李军超

（金诚信矿山工程设计院有限公司，北京 100000）

刚果（金）是世界上最重要的铜钴金属生产国之一，铜钴矿山尤其是氧化矿山数量众多，多为中、大型规模，其配套的加工厂一般采用浮选工艺或湿法冶炼工艺，由于氧化矿的选矿回收率和产率指标较低、且波动较大，随着铜钴湿法冶炼技术在刚果（金）的普及，新建氧化矿加工厂主要采用湿法冶炼工艺，并对一些采用浮选工艺的加工厂进行湿法冶炼改造。如何根据企业的发展需要，结合湿法冶炼厂的特点和厂区现状，对铜钴湿法冶炼改扩建工程进行合理的总图设计，使得新旧设施之间形成一个统一的整体，为生产、生活创造良好的条件，是设计者需要着重考虑的问题。

1 项目概况

项目位于现有选矿厂附近，距离刚果（金）铜矿带城市之一利卡西市区约26km，现有进厂道路与卢本巴希—科卢韦齐的公路相通，交通便利。

区内属丘陵地形，冲沟发育，海拔高程在1310m～1370m间，相对高差在60m左右。区内植被茂盛，多年平均降雨量1200mm以上，属于亚热带气候。旱季，风力很强，主导风向为东南风；雨季，风力转弱。主导风向为西北和西南风。

选矿厂于2012年底建成竣工并于2013年1月开始投料试生产，主要处理铜钴尾矿和氧化矿，处理规模达到4000t/d，由于铜回收率长期低于设计回收率，加之当时铜价位于低位，选矿厂于2015年底停产。现有厂区主要生产设施包括一套粗碎+半自磨系统、两套浮选系统、精矿浓密和压滤车间，以及配套的尾矿库、辅助生产设施、办公和生活营地。

本次铜钴湿法冶炼改扩建工程主要对半自磨车间、浓密和压滤车间进行改造，新增浸出车间、萃取电积车间、沉钴车间，并相应新建或改扩建配套设施，改扩建设计规模为年产4000t粗制氢氧化钴、10000t电铜。

2 铜钴湿法冶炼项目特点

铜钴湿法冶炼项目规模主要根据原料来源量确定，产品主要为电铜和粗制氢氧化钴，主要消耗的辅助材料为硫酸，单系列规模一般为1万～10万t/a电铜，粗制氢氧化钴规模主要由原料含钴品位确定，规模适应性强，未来扩展的可能性大。

浸出、萃取、沉铜工序对应的料液池是整个湿法冶炼工艺的调蓄衔接环节，关系到生产的稳定，其必需容积一定要保证，具备条件的尽量做大。

项目涉及到的管线种类繁多，包括各种矿浆、料液、水、压缩空气和电缆，将近30种，日常管线维护量大。

铜钴湿法冶炼项目特点可主要归纳为：扩展可能性大、料液池容积大、管线维护量大。

3 总平面布置

3.1 总平面布置原则

（1）符合企业总体布置的设想，满足生产工艺流程的要求，方便与现有设施联系；

（2）预留一定的发展空间；

（3）充分考虑场地地形特点，尽量减少土方工程量；

（4）采用合适的运输方式，合理布置运输线路，达到物流线路短捷，作业方便；

（5）水、电等各类辅助设施的布置尽量靠近负荷中心；

（6）满足相关规范要求的间距[1]。

3.2 冶炼厂总平面布置

冶炼厂按生产工序和物料流向将厂区划分为备料区、浸出区、料液池区、铜生产区、钴生产区、动力区、仓库机修区、办公区、尾渣区和预留发展区10个功能区，其中仓库机修区和办公区为利旧区域。

（1）备料区：本项目铜钴矿原料有两个来源，一部分来源为自有铜钴原矿，另一部分来源为外购氧化矿。根据选矿厂现场情况，破磨设施利旧，仅在现有破磨区域北部新增石灰石磨矿车间。

（2）浸出区：包括酸浸车间（包含除铁、沉铜）、酸浸变电所、硫酸罐区、液体二氧化硫储罐，以及脱水和洗涤压滤车间，除脱水和洗涤压滤车间利用现有脱水厂房改造之外，其余设施位于备料区北侧。

（3）料液池区：包括含铜粗料液池、含铜清料液池、沉铜后液池和萃余液池，位于浸出区北侧，场地内自然冲沟区域。

（4）铜生产区：包括萃取车间、电积车间、萃取剂仓库、煤油和柴油储罐，位于料液池区北侧。

（5）钴生产区：包括沉钴车间、脱水压滤车间、钴产品晾晒场、车间变电所等，布置在铜生产区的西侧、沉铜后液池的北侧。

（6）动力区：包括厂区总变电站、空压机站、成品库房，布置在钴生产区的西侧，靠近主出入口。

（7）尾渣区：根据主导风向和附近场地地形情况，尾渣库布置在冶炼厂西南侧，对厂区影响较小。

（8）预留发展区：厂区内预留了发展用地，位于铜、钴生产区的北部，包括预留部分，本次规划厂区内最终规模可达年产9000t粗制氢氧化钴、25000t电铜。

4 竖向设计

（1）竖向布置

结合工艺流程和自然地形采用台阶式竖向布置形式，厂区内新建功能区共分为四个主要台阶。其中：①动力区台阶规划标高为1336～1342m；②铜、钴生产区台阶规划标高为1330m～1334m；③料液池台阶规划为池顶标高1327m～1330m；④浸出区台阶规划标高为1330m～1336m。

料液池总容积达4万多方，为减少挖放量，将料液池布置在场地内自然冲沟区域，此举减少挖方工程量近将近2万多方。

萃取车间主体为不锈钢的萃取、反萃、洗涤溶液池，池子高度1.5m左右，池子平台高度3.5m左右，常规布置方案为钢平台+雨棚，而萃取区域最大填方深度达4m多，采用常规布置方案需要对填方进行分层压实，平台支柱还要采用深基础，这种方式工期长和投资高。根据车间特点，结合场地地形，将萃取车间平台改为土堤平台，雨篷由不锈钢溶液池集成，此举大大减少了萃取车间的钢筋混凝土和钢结构用量，缩短了工期。

（2）雨水排除

厂区上游的雨水经厂界西部、北部的截水明沟排至厂区东侧小河。根据厂区内竖向台阶布置，各台阶沿道路两侧布置明沟，明沟与道路交叉处采用暗沟，雨水汇集到厂内东西方向的排水干沟后集中排往厂区东侧小河。

为减少对环境的污染，浸出区、铜生产区、钴生产区等生产区可能产生污染的重点装置周围均设有内部雨水沟和积液坑，收集之后泵入对应的料液池或生产系统。

5 综合管架

（1）各类管线

本项目涉及各类管道共计27种，最大管径560mm，其他管径处于50mm～250mm之间，管道介质主要为矿浆、料液、硫酸、二氧化硫、水、压缩空气。管道路由跨越备料区、浸出区、料液池区、铜生产区、钴生产区、动力区和尾渣区。

（2）综合管架

生产期间管道维护工作量很大，尤其是矿浆管道，为便于维护和管理，除管径560mm的管道直埋之外，其余管道布置在综合管架内。

综合管架位于各功能区与毗邻的道路之间，方便管道衔接和维护，在总平面布置时统筹考虑综合管架用地宽度。

根据管架载荷，结合当地钢结构加工能力，综合管架采用桁架形式。根据各类管道路由分布集中情况，共设置A、B两类管架断面，宽度分别为2m、1.2m，距路面最小净空高度5m，部分仅供人行区段最小净空高度2.5m。A类管架长约520m，B类管架长约1150m。

6 结语

铜钴湿法冶炼项目总图设计是一个复杂的系统工程，由多个功能分区组成，各功能分区通过生产流程又紧密地结合在一起，还要考虑现场气候、地形情况和项目特点，总图设计对企业的经济效益、社会效益均有直接的影响[2]。

铜钴湿法冶炼改扩建工程总图设计需要重点解决如下问题：①与现有设施的衔接问题。处理好与现有设施的衔接和协调，能够利用的尽量利用，能够靠近的尽量靠近，使新旧设施形成联系紧密的有机统一体[2]。②项目特点分析。分析得到湿法冶炼项目扩展可能性大、料液池容积大和管线维护量大的特点，总图设计时采取针对性的措施。③竖向设计结合地形和车间特点，因地制宜采用对应的结构形式或布置方式，最大限度减少土建工程量和降低投资。④管线综合问题。分析项目涉及到的各种管道材质、管径和介质，根据管架载荷大小和管道路由分布集中情况，选择合适的管架结构类型、横断面和最小净空。