剛果(金)某銅鈷礦浮選尾礦浸出工藝設(shè)計(jì)

李文化，胡申琛

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司,江西南昌 330038）

剛果(金)—贊比亞銅鈷礦帶是世界第三大銅礦帶[1]，其伴生的鈷資源量居世界首位，占世界總量的近70%[2]，因此研究適宜該區(qū)域銅鈷氧化礦的選冶工藝具有重要意義。濕法工藝具有工藝成熟、產(chǎn)品方案靈活和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是處理銅鈷氧化礦最適宜的工藝[3]。目前，中非銅鈷氧化礦多采用濕法冶金工藝進(jìn)行處理。剛果（金）某銅鈷礦浮選尾礦位于該成礦帶西部科盧韋齊市附近，為合理地開發(fā)利用該銅鈷礦產(chǎn)資源，本文結(jié)合其礦石性質(zhì)和浸出試驗(yàn)報(bào)告，對該礦浸出工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 原礦性質(zhì)

該銅鈷礦待處理原礦為原銅礦選礦廠于1952—1997年生產(chǎn)排出的浮選尾礦。受當(dāng)時(shí)的技術(shù)及裝備水平所限，浮選尾礦中仍含有少量的銅和鈷，具有經(jīng)濟(jì)回收價(jià)值。該尾礦中含大量的石英，少量的氧化鐵、氫氧化鐵，微量至少量的綠泥石、云母，其余成分微量。其多元素分析結(jié)果見表1，主要礦物組成見表2。

表1 多元素分析結(jié)果 %

礦物工藝學(xué)研究表明，尾礦中的銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.34%，鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%。尾礦主要的含銅礦物有孔雀石[Cu2(CO3)(OH)2]、假孔雀石[Cu5(PO4)2(OH)4]、黑銅礦(CuO)、赤銅礦(Cu2O)，主要的含鈷礦物有水鈷礦(CoOOH)、鈷孔雀石[(Cu,Co)2(CO3)(OH)2]。銅、鈷礦物以粗顆粒(最大達(dá)200 μm)的形態(tài)出現(xiàn)，主要以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與石英共生形式存在。此外，銅硫化物(顆粒大小＜30 μm)以銅藍(lán)和輝銅礦為主，主要以單體或與孔雀石共生形式存在。

2 浸出試驗(yàn)研究

尾礦中的主要有用礦物為銅鈷氧化礦。目前，浸出→萃取→電積→除雜→沉鈷的濕法工藝是處理此類礦石的常規(guī)工藝。針對該礦性質(zhì)，浸出工藝既可采用一段浸出流程，用硫酸和還原劑將銅和鈷同時(shí)浸出；也可以采用兩段浸出流程，第一段用硫酸浸出礦石中的銅，第二段用硫酸和還原劑浸出礦石中的鈷[3-6]。為了探索更合適的浸出工藝流程，本項(xiàng)目進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和半工業(yè)試驗(yàn)。

2.1 一段浸出試驗(yàn)

首先對一段浸出流程進(jìn)行研究。一段酸浸試驗(yàn)條件為：浸出時(shí)間為5 h，氧化還原電位＜400 mV，pH值為1～2，環(huán)境溫度為25℃，浸出固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。最終銅、鈷浸出率分別為90.08%、77.78%。

2.2 兩段浸出試驗(yàn)

針對兩段浸出流程進(jìn)行批量試驗(yàn)研究。第一段酸浸試驗(yàn)條件：浸出時(shí)間為2 h，氧化還原電位＜350 mV，pH值為2，環(huán)境溫度為25℃，浸出固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.0%～28.5%。第二段酸浸試驗(yàn)條件：采用SO2作為還原劑，浸出時(shí)間為4 h，氧化還原電位＜400 mV，pH值為1.7，環(huán)境溫度為25℃，浸出固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。兩段浸出試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 兩段浸出試驗(yàn)結(jié)果 %

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用兩段浸出流程銅和鈷的浸出效果良好，銅和鈷的浸出率分別為96.40%和80.10%，優(yōu)于一段浸出試驗(yàn)結(jié)果。綜合考慮酸耗、流程適應(yīng)性等因素，推薦本項(xiàng)目選擇兩段浸出流程。

3 浸出流程及主要設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為5 600 kt/a；工作制度為330 d/a，每天3班，每班8 h。

3.2 浸出工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 粗顆粒攪拌浸出

目前，常用的氧化礦浸出形式有堆浸和攪拌浸出等。堆浸具有投資低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)；攪拌浸出則具有浸出率高、浸出周期短的優(yōu)點(diǎn)。剛果(金)—贊比亞銅鈷礦帶礦石品位較高，當(dāng)?shù)囟嗖捎脭嚢杞龉に嚒Ｍ瑫r(shí)，該銅鈷礦為浮選尾礦，對于堆浸工藝而言粒度過細(xì)，滲透性、穩(wěn)定性等都存在問題，因此采用攪拌浸出工藝更為適宜。

根據(jù)礦石性質(zhì)，尾礦中存在部分粗顆粒銅鈷礦物，最大可達(dá)200 μm。該粗顆粒礦物在浸出槽中容易發(fā)生沉降，影響浸出效果，如果堆積在槽底則會影響生產(chǎn)。為了避免此類問題的發(fā)生，攪拌槽采用如下設(shè)計(jì)：1)浸出槽攪拌器采用雙層葉輪，每層3片。2)在攪拌槽底部設(shè)置除砂泵和排砂管道，可將粗顆粒在槽中循環(huán)或輸送至下一浸出槽。3)浸出槽內(nèi)設(shè)有物料提升管道，同時(shí)設(shè)有壓縮空氣管道。在通入壓縮空氣后，物料提升管道中的物料密度急劇下降，產(chǎn)生上下壓力差，使槽底粗顆粒物料提升至下一作業(yè)，避免出現(xiàn)沉積問題。銅鈷浸出攪拌槽設(shè)備選型見表4。

表4 銅鈷浸出攪拌槽選型

3.2.2 酸耗優(yōu)化

銅鈷浸出需要使用硫酸作為浸出劑，同時(shí)浸出渣中的硫酸需要與石灰進(jìn)行中和反應(yīng)。因此，降低酸耗不僅可以降低硫酸成本，還可以降低浸出渣中和所需的石灰成本。為了降低酸耗，本項(xiàng)目采用了以下設(shè)計(jì)：1)水力采礦的尾礦礦漿質(zhì)量濃度約34%，并不直接給入浸出槽中，而是先進(jìn)入浸前脫水流程。浸前脫水流程由一段濃密和一段過濾組成，過濾后的濾餅經(jīng)再次造漿后泵送至浸出槽。浸前濃密采用1臺Φ42 m高效濃密機(jī)；過濾采用4臺146 m2的水平真空帶式過濾機(jī)，3用1備。濃密機(jī)溢流進(jìn)入工藝水池，返回至水力采礦流程進(jìn)行循環(huán)利用，提高了回水率。帶式過濾機(jī)的濾餅利用鈷浸出濃密機(jī)的溢流進(jìn)行置換后再造漿，減少了進(jìn)入浸出作業(yè)的水量，有效避免了浸出系統(tǒng)的水膨脹，同時(shí)可以循環(huán)利用硫酸，從而降低酸耗。2)在兩段浸出流程中，銅浸出濃密機(jī)底流給入鈷浸出流程，需要稀釋至礦漿固體質(zhì)量濃度為30%左右。采用萃取液作為稀釋液，可以循環(huán)利用萃余液中的硫酸，從而達(dá)到有效降低酸耗的目的。

3.2.3 富液澄清工藝

萃取—電積工藝要求浸出富液中的固體含量不能過高，否則容易產(chǎn)生絮凝物，并增加萃取劑消耗。因此，須采用富液澄清工藝浸出富液進(jìn)行處理，目前，剛果(金)銅鈷礦多采用單獨(dú)濃密機(jī)澄清工藝，或者采用“濃密機(jī)+澄清池”工藝[7]。采用單獨(dú)濃密機(jī)澄清工藝，濃密機(jī)溢流中固體含量大多高于200×10-6，有些甚至可達(dá)500×10-6以上，難以滿足萃取工藝的要求。“濃密機(jī)+澄清池”工藝存在占地面積大、效率低等缺點(diǎn)，澄清效果并不理想。為了提高浸出富液的澄清、凈化效果，設(shè)計(jì)采用“高效濃密機(jī)+新型針床澄清器”組合工藝。新型針床澄清器具有處理量大、固體含量低、可在線反沖洗等優(yōu)點(diǎn)。浸出富液經(jīng)澄清器處理后，固體含量可由500×10-6降低至50×10-6以下，可有效減少萃取過程中絮凝物的產(chǎn)生量，減少有機(jī)相消耗。銅、鈷浸出濃密機(jī)各采用1臺Φ42 m高效濃密機(jī)，銅浸出澄清器采用2臺Φ10.5 m新型澄清器，CCD溢流澄清器采用1臺Φ12.5 m新型澄清器。

3.2.4 礦漿濃縮洗

浸出后礦漿給入濃縮洗滌作業(yè)，可以洗凈殘?jiān)械挠杏梦镔|(zhì)，使有用物質(zhì)回收最大化。剛果(金)常用的濃縮洗滌工藝有CCD逆流洗滌工藝和“濃密+過濾聯(lián)合洗滌”工藝[8]。其中，CCD逆流洗滌工藝具有設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本低、管理維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但也存在洗水量大、貴液品位稍低等缺點(diǎn)。“濃密+過濾聯(lián)合洗滌”工藝洗滌效率較高，但具有以下缺點(diǎn)：1)設(shè)備復(fù)雜，除了濃密機(jī)和過濾機(jī)外還需要配置輔助設(shè)備，管理維護(hù)不便；2)動力消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CCD逆流洗滌工藝，且材料消耗大、成本較高；3)含有二氧化硅的礦石在加入濃硫酸浸出后，會對物料過濾性能造成不良影響。綜合考慮設(shè)備投資、生產(chǎn)成本、洗滌效率等因素，本設(shè)計(jì)采用CCD逆流洗滌工藝，由5臺Φ35 m高效濃密機(jī)串聯(lián)組成。

3.2.5 設(shè)計(jì)工藝流程

本次設(shè)計(jì)采用的工藝流程主要依據(jù)試驗(yàn)報(bào)告結(jié)果，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外類似礦山生產(chǎn)實(shí)踐綜合來確定。設(shè)計(jì)浸出條件見表5，設(shè)計(jì)工藝流程見圖1。

表5 設(shè)計(jì)浸出條件

圖1 設(shè)計(jì)工藝流程

原礦經(jīng)水力采礦給入浸前脫水車間。浸前脫水包括浸前濃密與浸前過濾。濾餅利用鈷浸出濃密機(jī)溢流進(jìn)行再造漿，之后礦漿給入銅浸出流程。添加硫酸進(jìn)行銅浸出，浸出后礦漿給入銅浸出濃密機(jī)；銅浸出濃密機(jī)溢流(高品位浸出液)經(jīng)澄清器澄清后給入高品位萃取流程。銅浸出濃密機(jī)底流給入鈷浸出流程，同時(shí)加入高品位萃取的萃余液。鈷浸出后，礦漿給入鈷浸出濃密機(jī)，濃密機(jī)溢流返回至浸前過濾車間進(jìn)行再造漿，底流給入CCD逆流洗滌流程。第1級CCD溢流(低品位浸出液)經(jīng)澄清器澄清后給入低品位萃取流程。第5級CCD底流作為最終尾渣進(jìn)入浸渣中和流程。

4 生產(chǎn)實(shí)踐

該銅鈷礦于2018年底投產(chǎn)運(yùn)行，工藝流程暢通，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。目前處理原礦銅品位約1.03%，鈷品位約0.26%，在原礦實(shí)際品位低于設(shè)計(jì)值的情況下，實(shí)際生產(chǎn)銅和鈷的浸出率分別為95%和84%，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。浸出車間日處理能力最大可達(dá)24.5 kt，超過了設(shè)計(jì)值。工藝流程中采用多處降低酸耗的設(shè)計(jì)，如利用鈷浸出濃密機(jī)溢流進(jìn)行浸前脫水濾餅的再造漿、循環(huán)利用萃余液作為鈷浸出的稀釋液等，大大降低了酸耗。實(shí)際生產(chǎn)酸耗約27.4 kg/t，顯著優(yōu)于其他同類型銅鈷濕法選冶廠。

生產(chǎn)中采用“高效濃密機(jī)+新型針床澄清器”組合澄清工藝，處理后富浸出液中固體含量低于50×10-6，有效地減少了萃取過程中絮凝物的產(chǎn)生量，同時(shí)有利于提升陰極銅質(zhì)量水平。實(shí)際生產(chǎn)陰極銅品質(zhì)為99.996 9%，符合LME A級陰極銅要求。

5 結(jié)語

1)采用兩段浸出工藝，生產(chǎn)實(shí)踐中銅和鈷的浸出率分別達(dá)到95%和84%。生產(chǎn)結(jié)果表明，工藝流程適宜，設(shè)備選型合理，可為類似礦石性質(zhì)的濕法選冶廠設(shè)計(jì)提供參考。

2)利用鈷浸出濃密機(jī)溢流進(jìn)行浸前脫水濾餅的再造漿，以及循環(huán)利用萃余液作為鈷浸出的稀釋液，可以明顯降低酸耗。

3)新型針床澄清器的應(yīng)用可以使富浸出液的固體含量低于50×10-6，有效減少萃取過程中絮凝物的產(chǎn)生量，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)有利于提升陰極銅質(zhì)量水平。