赞比亚某湿法冶金项目给排水设计

李金鹤

(中国瑞林工程技术有限公司)

赞比亚某湿法冶金项目给排水设计

李金鹤

(中国瑞林工程技术有限公司)

介绍了国外某湿法冶金项目的选冶工艺流程，结合项目生产新水水源特点、尾矿库形式、当地原材料价格情况以及工艺流程特点，就项目设计过程中生产新水池有效容积的确定、水池结构形式与尾矿库回水方式的选择，以及冷却水废热利用情况分别进行了详细的探讨，并给出了设计该类水池的经验体会和建议，可为其他同类设计提供参考借鉴。

湿法冶金 生产新水池 半挖半填式 尾矿库回水 冷却水废热利用

随着金属矿山的不断开采，国内外高品位易采、易选矿山基本开采殆尽，更多的低品位氧化矿矿山也逐渐纳入了开采对象中，甚至是基础设施落后、原材料价格相对较高的非洲地区，其低品位氧化矿矿山项目也得到普遍开采。因此，以国外某湿法冶金项目为例，结合项目实际工艺特点，就项目设计过程中生产新水池有效容积的确定、水池结构形式与尾矿库回水方式的选择，以及冷却水废热利用情况分别进行了介绍，以使项目设计更加合理。

1 选冶工艺流程简介

赞比亚某湿法冶金项目生产规模为40 kt/a阴极铜，其选冶厂于2011年底建成。项目原矿分为硬岩和软岩两种类型，其处理干量分别为9 274 t/d和4 366 t/d。由于包括2种不同类型的原矿，选矿工艺分别设计了一套符合各自矿石特性的选矿流程。硬岩矿采取堆浸工艺，先粗碎后筛分，筛下粉矿(-6 mm) 进入加温搅拌浸出系统，筛上矿石经细碎开路破碎后，再与筛中矿石合并加部分浓硫酸熟化后筑堆，合格浸出液输送至萃取车间，不合格浸出液与来自贫液池的萃余液一同返回堆浸场继续喷淋。软岩矿则采取加温搅拌浸出工艺，先粗碎后半自磨，与来自硬岩矿筛下的粉矿一同进入球磨机，半自磨和球磨的排矿经旋流器分级，分级沉砂返回球磨，分级溢流水经浓密机脱水后，底流加浓硫酸与高品位萃余液混合，且在65 ℃温度下进行加温搅拌浸出，浸出后的矿浆与高品位萃余液进行热交换回收余热，并经3次逆流洗涤和1次澄清，分别获得高品位和低品位2种富浸出液进萃取作业，萃取车间返回的低品位萃余液则作为洗涤液加入到末端逆流洗涤浓缩机搅拌槽中。最后，硬岩矿堆浸场出来的合格浸出液与软岩矿逆流洗涤的2种富浸出液均输送至萃取、电积工艺，萃取采用串并联2级萃取1级反萃工艺，电积采用不溶阳极和始极片法进行电积作业，最终获得纯度为99.95%的阴极铜。

根据工艺需要，项目中设计了厂前回水、尾矿库回水、冷却循环水以及生产新水供水系统，并经整个选冶厂水量平衡，得知项目生产新水量为 2 700 m3/d ，回水量为12 250 m3/d，冷却循环水量为9 897 m3/d。

2 生产新水池有效容积的确定

根据现场踏勘以及相关资料，项目附近有一座已生产多年的BALUBA坑采矿山，该矿山近几年坑下排水量比较稳定，为5 000～8 000 m3/d，且水质良好。但由于生产年限太久，坑下多处排水设施存在一定程度的损坏，需定期维修。但BALUBA矿的坑下排水系统每天都能运行，只是运行时间不固定。经考察，认为可将BALUBA矿坑下排水作为项目生产新水水源，且只需在选冶厂设置容积合适的生产新水池。

生产新水池有效容积通常需要根据水源取水能力与用水量之间的调节容积来确定(以下简称“调节法”)，但对于BALUBA矿坑下排水工作时间完全不能确定的情况，用调节法计算生产新水池有效容积显然是不可行的。也有一些矿山项目，其生产新水池有效容积是参照《选矿厂尾矿设施设计规范》[1]中回水池容积计算方法来确定，即根据水源地取水形式、输水距离、用水量大小等因素综合取定，一般为3～8 h生产新水用量。但该项目生产新水池有效容积的确定，在充分考虑了BALUBA矿每天均有排水，且排水量可满足项目用水要求，只是排水工作时间毫无规律这一特点，为使项目供水得到保证但又不会致使容积过大导致浪费的前提下，将其有效容积定为一天的生产新水用量，即有效容积为2 700 m3，总容积为3 000 m3。

3 水池结构形式的选择

国内矿山项目水池多采用钢筋混凝土结构，国外矿山项目大多是钢筋混凝土或钢结构形式。该项目水池结构形式的选择，在充分考虑到当地混凝土、钢材等原材料价格昂贵的因素，对钢筋混凝土、钢结构以及半挖半填形式水池进行了投资比较(以 3 000 m3生产新水池为例)，比较结果见表1。

表1 3 000 m3水池不同结构形式下的投资比较

注：①单价含施工安装费，合价含施工安装费；②钢筋、钢板的数量单位为t；③HDPE膜的数量单位为m2。

由表1可知，钢筋混凝土水池投资最大，约269.1万元，钢结构水池次之，半挖半填水池最省，约29.6万元；所以该项目水池选择设计形式为半挖半填式，其结构见图1。

图1 半挖半填水池结构(单位:m)

半挖半填式水池具体施工方法为先清除原地表植被及草根树皮等腐殖质土层，然后继续开挖2.0 m 至池底，利用开挖的土料堆筑围堤，形成水池，围堤顶宽3.0 m，堆筑高度2.0 m，围堤内外边坡均为1∶2，池内采用2.0 mm厚的HDPE膜+GCL钠基膨润土全防渗。

4 尾矿库回水方式的选择

尾矿库是用来堆存逆流洗涤浓缩机底流的，其库内水pH值约1.0。由于赞比亚当地石灰等原材料极度缺乏，且酸性的库内水还可回用于堆浸场，故设计时将逆流洗涤浓缩底流直接输送至尾矿库堆存，并铺设HDPE膜进行防渗。另外，该项目尾矿库地形较为平坦，四周采用黏土一次性做坝，坝高约30 m；采用溢洪道排洪，库区呈四边形，由于库区面积大，为均匀排矿以及确保坝体稳定性，设计采用周边分段放矿形式。

除了少数干堆尾矿库，大部分湿排尾矿库均需设置尾矿库回水系统，一方面可以提高项目的水重复利用率，另一方面也可使库内水始终保持在一个较低的液位状态，从而可减少坝体不稳定因素。该项目设计时根据尾矿库地形平坦、分段排矿，以及库内水质呈酸性的特点，回水方式按照坝顶露天固定泵站、虹吸管+坝下固定泵站以及库内移动式回水方式进行了比较，其结果见表2。

由表2可知，坝顶露天固定泵站和虹吸管+坝下固定泵站回水方式均不能满足初期库内低液位时的回水要求，且坝顶露天固定泵站还不能满足库内回水点位置需要灵活移动的要求，因此设计选择库内移动式回水方式，即采用防晒防腐的成套浮筒式液下泵，将库内水输送至堆浸场回用。

5 冷却水废热利用

项目冷却水量为9 897 m3/d，大部分来自电积车间整流器冷却水，其余来自磨机与空压机设备冷却水，且以上设备均为隔套冷却，温升约8 ℃。设备冷却水通常靠设置冷却塔进行冷却循环使用，该项目设计时考虑到加温搅拌浸出工艺的特点，充分利用冷却水这一废热资源，设计了一套水源热泵设备，从冷却水中提取热量，用于加温搅拌浸出槽加热，提完热的冷却水利用其余压直接收集至冷却循环水池中，然后再经池旁自吸泵加压输送至各个冷却设备用水点循环使用，其工艺流程见图2。该设计不仅可省去冷却塔设施的投资，还能提取大量的热量，据估算，该项目冷却水废热利用每天能够提取热量约73 652 kW，每天可节省电费约44 191元。

图2 冷却水废热利用工艺流程

6 设计建议

(1)矿山生产新水池的有效容积通常按3～8 h新水用量确定，但对于采用坑采矿山井下排水作为新水水源的项目应充分考虑其井下排水工作的特点，否则将会出现水源充足但蓄水池容积严重不足的现象。

(2)国外矿山工程设计中，对于水池结构形式的选择，应根据当地原材料费、人工费以及施工技术水平等因素综合比较确定，以选择投资最省的水池结构形式。特别是大型矿山项目，其生产新水、回水、冷却循环水池容积一般均较大，选择合理的水池结构形式能给项目节省很大的投资。

(3)尾矿库回水方式有多种，设计时应根据排矿方式、库区地形特点、水质特性、坝高、库内水位标高以及回水点位置是否固定等实际情况确定，以选择最佳的回水方式。

(4)设备冷却水通常靠冷却塔进行降温冷却，若项目工艺流程中需要大量热量，设计时宜优先考虑将冷却水提热，这样不仅可以省去冷却塔设施投资，还可实现废热利用。

[1] 中国恩菲工程技术有限公司，中国有色金属工业工程建设标准规范管理处.GB 50863—2013 尾矿设施设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

2015-03-24)

李金鹤(1977—)，男，高级工程师，330031 江西省南昌市红角洲前湖大道888号。