李金鶴

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

贊比亞某濕法冶金項目給排水設(shè)計

李金鶴

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

介紹了國外某濕法冶金項目的選冶工藝流程，結(jié)合項目生產(chǎn)新水水源特點、尾礦庫形式、當(dāng)?shù)卦牧蟽r格情況以及工藝流程特點，就項目設(shè)計過程中生產(chǎn)新水池有效容積的確定、水池結(jié)構(gòu)形式與尾礦庫回水方式的選擇，以及冷卻水廢熱利用情況分別進(jìn)行了詳細(xì)的探討，并給出了設(shè)計該類水池的經(jīng)驗體會和建議，可為其他同類設(shè)計提供參考借鑒。

濕法冶金 生產(chǎn)新水池 半挖半填式 尾礦庫回水 冷卻水廢熱利用

隨著金屬礦山的不斷開采，國內(nèi)外高品位易采、易選礦山基本開采殆盡，更多的低品位氧化礦礦山也逐漸納入了開采對象中，甚至是基礎(chǔ)設(shè)施落后、原材料價格相對較高的非洲地區(qū)，其低品位氧化礦礦山項目也得到普遍開采。因此，以國外某濕法冶金項目為例，結(jié)合項目實際工藝特點，就項目設(shè)計過程中生產(chǎn)新水池有效容積的確定、水池結(jié)構(gòu)形式與尾礦庫回水方式的選擇，以及冷卻水廢熱利用情況分別進(jìn)行了介紹，以使項目設(shè)計更加合理。

1 選冶工藝流程簡介

贊比亞某濕法冶金項目生產(chǎn)規(guī)模為40 kt/a陰極銅，其選冶廠于2011年底建成。項目原礦分為硬巖和軟巖兩種類型，其處理干量分別為9 274 t/d和4 366 t/d。由于包括2種不同類型的原礦，選礦工藝分別設(shè)計了一套符合各自礦石特性的選礦流程。硬巖礦采取堆浸工藝，先粗碎后篩分，篩下粉礦(-6 mm) 進(jìn)入加溫攪拌浸出系統(tǒng)，篩上礦石經(jīng)細(xì)碎開路破碎后，再與篩中礦石合并加部分濃硫酸熟化后筑堆，合格浸出液輸送至萃取車間，不合格浸出液與來自貧液池的萃余液一同返回堆浸場繼續(xù)噴淋。軟巖礦則采取加溫攪拌浸出工藝，先粗碎后半自磨，與來自硬巖礦篩下的粉礦一同進(jìn)入球磨機，半自磨和球磨的排礦經(jīng)旋流器分級，分級沉砂返回球磨，分級溢流水經(jīng)濃密機脫水后，底流加濃硫酸與高品位萃余液混合，且在65 ℃溫度下進(jìn)行加溫攪拌浸出，浸出后的礦漿與高品位萃余液進(jìn)行熱交換回收余熱，并經(jīng)3次逆流洗滌和1次澄清，分別獲得高品位和低品位2種富浸出液進(jìn)萃取作業(yè)，萃取車間返回的低品位萃余液則作為洗滌液加入到末端逆流洗滌濃縮機攪拌槽中。最后，硬巖礦堆浸場出來的合格浸出液與軟巖礦逆流洗滌的2種富浸出液均輸送至萃取、電積工藝，萃取采用串并聯(lián)2級萃取1級反萃工藝，電積采用不溶陽極和始極片法進(jìn)行電積作業(yè)，最終獲得純度為99.95%的陰極銅。

根據(jù)工藝需要，項目中設(shè)計了廠前回水、尾礦庫回水、冷卻循環(huán)水以及生產(chǎn)新水供水系統(tǒng)，并經(jīng)整個選冶廠水量平衡，得知項目生產(chǎn)新水量為 2 700 m3/d ，回水量為12 250 m3/d，冷卻循環(huán)水量為9 897 m3/d。

2 生產(chǎn)新水池有效容積的確定

根據(jù)現(xiàn)場踏勘以及相關(guān)資料，項目附近有一座已生產(chǎn)多年的BALUBA坑采礦山，該礦山近幾年坑下排水量比較穩(wěn)定，為5 000～8 000 m3/d，且水質(zhì)良好。但由于生產(chǎn)年限太久，坑下多處排水設(shè)施存在一定程度的損壞，需定期維修。但BALUBA礦的坑下排水系統(tǒng)每天都能運行，只是運行時間不固定。經(jīng)考察，認(rèn)為可將BALUBA礦坑下排水作為項目生產(chǎn)新水水源，且只需在選冶廠設(shè)置容積合適的生產(chǎn)新水池。

生產(chǎn)新水池有效容積通常需要根據(jù)水源取水能力與用水量之間的調(diào)節(jié)容積來確定(以下簡稱“調(diào)節(jié)法”)，但對于BALUBA礦坑下排水工作時間完全不能確定的情況，用調(diào)節(jié)法計算生產(chǎn)新水池有效容積顯然是不可行的。也有一些礦山項目，其生產(chǎn)新水池有效容積是參照《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》[1]中回水池容積計算方法來確定，即根據(jù)水源地取水形式、輸水距離、用水量大小等因素綜合取定，一般為3～8 h生產(chǎn)新水用量。但該項目生產(chǎn)新水池有效容積的確定，在充分考慮了BALUBA礦每天均有排水，且排水量可滿足項目用水要求，只是排水工作時間毫無規(guī)律這一特點，為使項目供水得到保證但又不會致使容積過大導(dǎo)致浪費的前提下，將其有效容積定為一天的生產(chǎn)新水用量，即有效容積為2 700 m3，總?cè)莘e為3 000 m3。

3 水池結(jié)構(gòu)形式的選擇

國內(nèi)礦山項目水池多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，國外礦山項目大多是鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)形式。該項目水池結(jié)構(gòu)形式的選擇，在充分考慮到當(dāng)?shù)鼗炷?、鋼材等原材料價格昂貴的因素，對鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)以及半挖半填形式水池進(jìn)行了投資比較(以 3 000 m3生產(chǎn)新水池為例)，比較結(jié)果見表1。

表1 3 000 m3水池不同結(jié)構(gòu)形式下的投資比較

注：①單價含施工安裝費，合價含施工安裝費；②鋼筋、鋼板的數(shù)量單位為t；③HDPE膜的數(shù)量單位為m2。

由表1可知，鋼筋混凝土水池投資最大，約269.1萬元，鋼結(jié)構(gòu)水池次之，半挖半填水池最省，約29.6萬元；所以該項目水池選擇設(shè)計形式為半挖半填式，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 半挖半填水池結(jié)構(gòu)(單位:m)

半挖半填式水池具體施工方法為先清除原地表植被及草根樹皮等腐殖質(zhì)土層，然后繼續(xù)開挖2.0 m 至池底，利用開挖的土料堆筑圍堤，形成水池，圍堤頂寬3.0 m，堆筑高度2.0 m，圍堤內(nèi)外邊坡均為1∶2，池內(nèi)采用2.0 mm厚的HDPE膜+GCL鈉基膨潤土全防滲。

4 尾礦庫回水方式的選擇

尾礦庫是用來堆存逆流洗滌濃縮機底流的，其庫內(nèi)水pH值約1.0。由于贊比亞當(dāng)?shù)厥业仍牧蠘O度缺乏，且酸性的庫內(nèi)水還可回用于堆浸場，故設(shè)計時將逆流洗滌濃縮底流直接輸送至尾礦庫堆存，并鋪設(shè)HDPE膜進(jìn)行防滲。另外，該項目尾礦庫地形較為平坦，四周采用黏土一次性做壩，壩高約30 m；采用溢洪道排洪，庫區(qū)呈四邊形，由于庫區(qū)面積大，為均勻排礦以及確保壩體穩(wěn)定性，設(shè)計采用周邊分段放礦形式。

除了少數(shù)干堆尾礦庫，大部分濕排尾礦庫均需設(shè)置尾礦庫回水系統(tǒng)，一方面可以提高項目的水重復(fù)利用率，另一方面也可使庫內(nèi)水始終保持在一個較低的液位狀態(tài)，從而可減少壩體不穩(wěn)定因素。該項目設(shè)計時根據(jù)尾礦庫地形平坦、分段排礦，以及庫內(nèi)水質(zhì)呈酸性的特點，回水方式按照壩頂露天固定泵站、虹吸管+壩下固定泵站以及庫內(nèi)移動式回水方式進(jìn)行了比較，其結(jié)果見表2。

由表2可知，壩頂露天固定泵站和虹吸管+壩下固定泵站回水方式均不能滿足初期庫內(nèi)低液位時的回水要求，且壩頂露天固定泵站還不能滿足庫內(nèi)回水點位置需要靈活移動的要求，因此設(shè)計選擇庫內(nèi)移動式回水方式，即采用防曬防腐的成套浮筒式液下泵，將庫內(nèi)水輸送至堆浸場回用。

5 冷卻水廢熱利用

項目冷卻水量為9 897 m3/d，大部分來自電積車間整流器冷卻水，其余來自磨機與空壓機設(shè)備冷卻水，且以上設(shè)備均為隔套冷卻，溫升約8 ℃。設(shè)備冷卻水通?？吭O(shè)置冷卻塔進(jìn)行冷卻循環(huán)使用，該項目設(shè)計時考慮到加溫攪拌浸出工藝的特點，充分利用冷卻水這一廢熱資源，設(shè)計了一套水源熱泵設(shè)備，從冷卻水中提取熱量，用于加溫攪拌浸出槽加熱，提完熱的冷卻水利用其余壓直接收集至冷卻循環(huán)水池中，然后再經(jīng)池旁自吸泵加壓輸送至各個冷卻設(shè)備用水點循環(huán)使用，其工藝流程見圖2。該設(shè)計不僅可省去冷卻塔設(shè)施的投資，還能提取大量的熱量，據(jù)估算，該項目冷卻水廢熱利用每天能夠提取熱量約73 652 kW，每天可節(jié)省電費約44 191元。

圖2 冷卻水廢熱利用工藝流程

6 設(shè)計建議

(1)礦山生產(chǎn)新水池的有效容積通常按3～8 h新水用量確定，但對于采用坑采礦山井下排水作為新水水源的項目應(yīng)充分考慮其井下排水工作的特點，否則將會出現(xiàn)水源充足但蓄水池容積嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。

(2)國外礦山工程設(shè)計中，對于水池結(jié)構(gòu)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧腺M、人工費以及施工技術(shù)水平等因素綜合比較確定，以選擇投資最省的水池結(jié)構(gòu)形式。特別是大型礦山項目，其生產(chǎn)新水、回水、冷卻循環(huán)水池容積一般均較大，選擇合理的水池結(jié)構(gòu)形式能給項目節(jié)省很大的投資。

(3)尾礦庫回水方式有多種，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)排礦方式、庫區(qū)地形特點、水質(zhì)特性、壩高、庫內(nèi)水位標(biāo)高以及回水點位置是否固定等實際情況確定，以選擇最佳的回水方式。

(4)設(shè)備冷卻水通?？坷鋮s塔進(jìn)行降溫冷卻，若項目工藝流程中需要大量熱量，設(shè)計時宜優(yōu)先考慮將冷卻水提熱，這樣不僅可以省去冷卻塔設(shè)施投資，還可實現(xiàn)廢熱利用。

[1] 中國恩菲工程技術(shù)有限公司，中國有色金屬工業(yè)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管理處.GB 50863—2013 尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

2015-03-24)

李金鶴(1977—)，男，高級工程師，330031 江西省南昌市紅角洲前湖大道888號。