剛果(金)某銅鈷礦硫酸浸出加酸工藝優(yōu)化

唐仲堯

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司)

某大型銅鈷礦位于剛果(金)銅資源最為豐富的盧阿拉巴省首府科盧韋齊市郊，屬于著名的中非銅鈷成礦帶，具有礦體成礦條件好、連續(xù)性好、埋藏淺、氧化程度高的特點(diǎn)[1-2]，可開采儲(chǔ)量穩(wěn)定。礦區(qū)銅鈷礦資源儲(chǔ)量2.54億t，銅品位3.36%，金屬量約 854.49萬t，鈷品位0.22%，金屬量約57.1萬t。礦山選礦廠銅精礦濕法冶煉工藝由于加酸系統(tǒng)存在儀器數(shù)據(jù)滯后和檢測(cè)誤差等問題，加酸浸出反應(yīng)終點(diǎn)pH值不易控制，影響正常生產(chǎn)，需對(duì)浸出加酸工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 礦樣性質(zhì)

剛果(金)某銅鈷礦采用當(dāng)?shù)厥褂幂^為廣泛的洗礦脫泥—重選—浮選—火法熔煉和濕法冶煉工藝進(jìn)行選礦與冶煉生產(chǎn)。由于開采前期硫化礦含量少，無法形成規(guī)?；?yīng)，火法熔煉無法發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，因此前期工程暫緩建設(shè)火法熔煉系統(tǒng)，僅建設(shè)濕法冶煉系統(tǒng)對(duì)選礦廠高品位銅精礦進(jìn)行冶煉生產(chǎn)，處理量27.027萬t/a。銅精礦主要銅礦物為孔雀石和硅孔雀石，鈷呈類質(zhì)同象或包裹體伴生，水分10%～15%，細(xì)度-0.074 mm72%，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 銅精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表1表明，該銅精礦銅品位30.00%，含鈷0.281%，含硫0.85%。

2 浸出加酸工藝存在問題

浸出工藝是在銅精礦礦漿中加入硫酸，使其中的銅、鈷有價(jià)金屬溶解出來，是整個(gè)濕法冶煉工藝得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)[3]。主要浸出反應(yīng)方程式：

CuCO3·Cu(OH)2+2H2SO4

=2CuSO4+CO2↑+3H2O

(1)

CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4+SiO2+3H2O

(2)

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

(3)

硫酸加入量和加入方式是影響工藝浸出指標(biāo)的重要因素。傳統(tǒng)加酸方式是根據(jù)礦漿加入量在浸出攪拌槽中加入濃硫酸，同時(shí)檢測(cè)溶液pH值。實(shí)際生產(chǎn)中一般采用物料計(jì)重裝置、在線pH值檢測(cè)儀、流量計(jì)、變頻設(shè)備等，以連鎖控制方式實(shí)現(xiàn)硫酸加入量的調(diào)節(jié)[4]。該加酸方法操作簡單、自動(dòng)化程度高，但儀器數(shù)據(jù)滯后性和檢測(cè)誤差等問題使反應(yīng)終點(diǎn)pH不易控制。礦山所在地區(qū)采用該加酸方式進(jìn)行濕法冶煉生產(chǎn)的某冶煉廠浸出終點(diǎn)溶液pH值考察結(jié)果見圖1。

圖1 某月浸出終點(diǎn)溶液pH考察結(jié)果

由圖1可以看出，浸出終點(diǎn)平均pH值=1.377，小于實(shí)際生產(chǎn)中浸出終點(diǎn)pH值不小于1.5的工藝要求，且標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.122，波動(dòng)較大。pH值過高說明浸出反應(yīng)不徹底，過低則影響后續(xù)萃取工藝指標(biāo)。同時(shí)由于濃硫酸直接加入浸出攪拌槽中，容易因濃硫酸分布不均勻?qū)е戮植克岫冗^高，形成硅膠體，易包裹精礦顆粒，影響其與硫酸的接觸，造成銅、鈷浸出率下降，還會(huì)增加浸渣過濾難度。

另外，剛果(金)電力供應(yīng)不穩(wěn)定[5]，突然停電時(shí)攪拌槳停轉(zhuǎn)，極易發(fā)生大團(tuán)濃硫酸未及分散、接觸槽體。當(dāng)?shù)貪穹ㄒ睙捊霾鄱嗖捎娩撝撇垠w、內(nèi)襯耐酸橡膠，橡膠不耐熱，極易損壞且不易察覺，從而釀成生產(chǎn)事故。為保證工藝指標(biāo)優(yōu)良、穩(wěn)定，生產(chǎn)連續(xù)安全，優(yōu)化浸出加酸方式非常必要。

3 優(yōu)化措施

根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)針對(duì)該項(xiàng)目開展的試驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)囟嗉彝坏V帶銅鈷礦山企業(yè)生產(chǎn)實(shí)例，選擇浸出時(shí)間4 h較為合理，同時(shí)考慮設(shè)備規(guī)模、場(chǎng)地限制等條件，設(shè)置2臺(tái)調(diào)漿槽搭配6臺(tái)階梯布置浸出槽的組合進(jìn)行連續(xù)加酸浸出，實(shí)際浸出時(shí)間4.2 h。通過分析浸出工藝中各浸出攪拌槽運(yùn)行情況，計(jì)算溶液、礦漿在各攪拌槽中的反應(yīng)時(shí)間和硫酸加入量，見表2。

表2 各浸出攪拌槽內(nèi)pH值

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，1#～6#浸出攪拌槽是添加硫酸的主要設(shè)備，浸出反應(yīng)終點(diǎn)pH=1.5～2[6]。為避免局部酸度過高，需要將硫酸均勻加入到各浸出攪拌槽中。

根據(jù)濃硫酸黏度、起止點(diǎn)高度差、無縫鋼管內(nèi)壁摩擦系數(shù)等因素，計(jì)算傳統(tǒng)工藝加酸管管徑[7]φ=42 mm。

該情況下一方面容易因濃硫酸瞬間加入量過大而造成分布不均，導(dǎo)致局部過酸；另一方面會(huì)因?yàn)椴僮鞯臏笮栽斐闪蛩峒尤脒^量，導(dǎo)致終點(diǎn)pH值不容易控制。

來自萃取車間的萃余液流量640 m3/h,分別由兩套獨(dú)立的泵輸送至調(diào)漿槽和浸出1#槽，浸出反應(yīng)液固比約9.5∶1。如果事先將硫酸混入萃余液中，則可以保證進(jìn)入到調(diào)漿、浸出系統(tǒng)中硫酸的均勻分布。由于銅精礦中含有白云石、方解石等碳酸鹽礦物，與硫酸反應(yīng)生成CO2[8]，且礦漿中殘留有選礦流程未分解的起泡劑成分，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成大量氣泡。同時(shí)調(diào)漿槽體積較小，不作為反應(yīng)容器使用，加入過量硫酸，反應(yīng)劇烈，甚至冒槽[9]。因此采用將硫酸混入到泵送浸出攪拌槽的萃余液中、同時(shí)在浸出槽中加少量硫酸微調(diào)pH的方案作為硫酸的主要加入方式，具體配置見圖2。

圖2 萃余液泵槽加酸配置示意

萃余液液下泵泵池整體采用316L不銹鋼制作。為避免硫酸分布不均，從泵輸出管道中引一支DN65回流管來稀釋濃硫酸，回流管底部以管帽封閉，管口正對(duì)硫酸管出口位置自上而下開楔形孔4個(gè)，以保障回流萃余液呈噴射狀，加酸管在便于維修的前提下，在最靠近末端的位置安裝氣開型電磁閥，管道末端下方設(shè)置可更換襯板(316L不銹鋼)，防止未及分散的濃硫酸腐蝕泵池底板。再加上立式泵葉輪的攪拌作用，硫酸既可以均勻分散，又能較快散發(fā)熱量，安全性高。通過計(jì)算，泵池硫酸加入量為6.75 t/h，浸出攪拌槽中單槽加入量為0.125 t/h。由于浸出攪拌槽中硫酸加入量的減少，降低了因設(shè)備、儀表原因引起的硫酸過量加入，減少了溶液pH值過低的可能性。萃余液泵槽加酸項(xiàng)目建成后，開展為期1個(gè)月的浸出終點(diǎn)pH考察，結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可計(jì)算出浸出終點(diǎn)pH平均值為1.474，基本滿足工藝要求，標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.026，波動(dòng)較小，完成預(yù)期優(yōu)化效果。

圖3 加酸工藝改進(jìn)后某月浸出終點(diǎn)pH考察結(jié)果

4 結(jié) 論

剛果(金)某銅鈷礦銅精礦前期采用濕法冶煉工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過將硫酸混入到泵送浸出攪拌槽萃余液、在浸出槽中加少量硫酸微調(diào)pH的方案代替原傳統(tǒng)硫酸加入工藝，可使浸出終點(diǎn)溶液pH平均值由1.377提高到1.474，接近浸出終點(diǎn)pH不小于1.5的工藝要求，且波動(dòng)更小。

萃余液先期稀釋濃硫酸配合各級(jí)浸出槽多點(diǎn)加酸微調(diào)的硫酸加入方式將萃余液泵池作為濃硫酸的主要加入、稀釋點(diǎn)，通過大流量萃余液回流噴射及經(jīng)液下泵中長距離管道輸送，能迅速消散濃硫酸稀釋的熱量，避免腐蝕浸出槽，保證生產(chǎn)安全進(jìn)行。

該優(yōu)化方案應(yīng)用于崗位人員操作水平不足、現(xiàn)場(chǎng)電力條件不穩(wěn)定、自動(dòng)化程度較低的、以硫酸浸出為主工藝的冶煉廠，能夠有效控制浸出終點(diǎn)pH，穩(wěn)定生產(chǎn)流程，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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