剛果（金）某銅鈷礦開采方案研究

余 潯

（中國瑞林工程技術股份有限公司）

隨著新能源汽車行業的發展，國內對鈷原料的需求快速增長，但中國的鈷資源嚴重缺乏，據2021年鈷工業發展報告的數據顯示，國內鈷原料對外依存度高達98%以上，而剛果（金）的銅鈷資源豐富，其鈷產量占比全球產量的73%以上［1］。因此，高效開發剛果（金）優勢的銅、鈷資源，對國內走出鈷資源短缺的困境具有重要意義。

剛果（金）某銅鈷礦位于著名的中非銅鈷成礦帶上，資源稟賦世界罕見（銅金屬超過423 萬t、鈷金屬200 萬t，TCu2.13%、TCo1.01%和EQCu6.16%），系全球屈指可數的待開發高品位超大型銅鈷礦之一，其鈷資源量及品位均高于該礦帶上的嘉能可Mutanda、Katanga 礦以及洛陽鉬業TFM 銅鈷礦，開發價值巨大。該礦礦體多達6 個，礦石類型由上至下有氧化礦、硫氧混合礦和硫化礦，礦石性質和品位變化大，后續選冶工藝及回收率各不相同，如何經濟合理地優先開采上部高品位氧化礦，均衡剝采比，合理安排各礦體出礦計劃，讓年產銅、鈷金屬量保持均衡，是開發該銅鈷資源急需解決的難題。

針對這個難題，立足該礦地質資源分布特點，摒棄了國內傳統的礦石資源劃分方法，分析了開采方案影響因素，利用MineSight 三維礦業軟件采用分期開采技術，以“資源最大化綜合利用、項目經濟效益最優和年產金屬量保持均衡”為目標統籌整體開發方案，并根據礦體的分布情況，劃分出6個采區，優化開采順序，最終確定了合理的開采方案。

1 資源分布特點及礦石分類

該銅鈷礦具有贊比亞—剛果（金）銅鈷礦帶上典型的沉積型礦床特點，按照賦存深度依次是氧化礦（孔雀石、假孔雀石和水鈷礦等）、硫氧混合礦和硫化礦（黃銅礦、斑銅礦和硫銅鈷礦等），礦帶內礦石的氧化率變化較大，不同礦體礦石中的銅鈷礦物種類和相對含量也差別較大［2］。

整個礦石資源包含6個獨立的礦體，分布相對集中且距離較近，可考慮進行統一開采。礦區總資源量約為1.75億t，探明+控制級別的資源量為12 187萬t，推斷資源量為5 281萬t，推斷資源量中硫化礦為4 267萬t，占比約80%。礦石類型中氧化礦一般賦存深度60 m，混合礦和硫化礦在氧化礦底部。礦石主要有用元素為Cu、Co，平均含量分別為2.13%、1.01%，鈷品位優勢突出?？傮w來看6個礦體埋藏均不深、資源量大、品位高，適合大規模露天開采。

在剛果（金）銅鈷礦項目中，常依據酸溶銅ASCu、酸溶鈷ASCo 占全銅TCu、全鈷TCo 比值（RATCu=ASCu/TCu、RATCo=ASCo/TCo，近似為銅、鈷氧化率）來選擇后續的礦石加工工藝，故本項目根據RATCu值將地質模型中的3類礦石進一步細分為4類：

（1）高氧化率礦為RATCu≥85%的礦石，該類礦石平均氧化率約90%，約有2 400 萬t，適合采用直接攪拌浸出工藝［3］。

（2）中氧化率礦為RATCu60%～85%的礦石，該類礦石平均氧化率約74%，約有3 100 萬t，適合采用先浮選出硫化銅鈷精礦再全尾攪拌浸出工藝［4］。

（3）硫氧混合礦為RATCu25%～60%的礦石，該類礦石平均氧化率約41%，約有2 400 萬t，適合采用先選硫化礦再選氧化礦的浮選工藝處理［5］。當鈷品位較高時，可對浮選尾礦進行強磁選，以提高鈷的回收率，磁選尾礦排尾［6］；對產出的硫化銅鈷精礦適宜焙燒后焙砂浸出，而氧化銅鈷精礦與鈷精礦合并進攪拌浸出［7］。

（4）硫化礦為RATCu＜25%的礦石，該類礦石平均氧化率小于9%，約有9 500 萬t，適合直接浮選工藝，產出的硫化銅鈷精礦焙燒后焙砂再浸出，浮選尾礦排尾。

4 種礦石的資源量見表1?？芍?，高氧化率礦石品位具有明顯優勢，遠高于其他3 種礦石。4 種礦石在6 個礦體的平面上分布如圖1 所示，氧化礦、硫氧混合礦和硫化礦見礦標高總體上依次下降，但賦存深度上較大范圍內4種礦石類型同時存在，只不過上部以氧化礦居多，中部過渡為混合礦，下部過渡為硫化礦。因此，從資源賦存角度來看，適宜先開采上部的高、中氧化率礦石和混合礦，硫化礦因位置較深且推斷類資源大，可為遠期規劃開采。

注：EQCu為銅單量品位，TCu、TCo為全銅品位、全鈷品位，計算公式為EQCu=TCu+4TCo。

2 主要影響因素分析

隨著濕法冶金技術的發展，濕法冶金工藝對處理銅鈷氧化礦顯現出了顯著的優勢，尤其在濕法浸出段對銅、鈷回收率可達到Cu95%、Co85%以上［8］。按照同類礦山設計及運營經驗，保證最終產品金屬量大、年產量均衡是礦山開采經濟最優的方式。因此需要結合各類礦石的選冶處理工藝及銅、鈷回收率，把采礦規模、選冶規模、產品規模聯合考慮來確定開采方案，主要考慮了如下影響因素：

（1）結合礦床賦存特點，立足采礦開采技術條件擬定規模。從境界內可采礦量出發，結合各類型礦石賦存臺階位置、年下降速度、采場可布置作業面數目、采剝設備效率、合理服務年限等因素確定采礦可以達到的生產規模。

（2）結合各類礦石選冶處理工藝及銅、鈷回收率，保證產品產量均衡為目標對擬定的采礦規模進行復核。

（3）兼顧采礦、選冶技術和經濟因素后，總體規劃境界內可采礦量的總體規模方案，通過全服務年限技術經濟比較，推薦經濟優勢明顯的規模方案。

3 分期開采方案的研究

分期建設優先選擇品位高、開采條件好的礦體開采，以降低礦山前期投資，并盡快達產，提高前期經濟效益，同時為后期的擴大規模做好準備［9］。

3.1 從采礦開采技術角度研究

（1）根據境界內各類型礦石的賦存位置，按自上而下的開采順序，項目前期主要開采高氧化率礦石，搭配少量中氧化率礦石，2 種礦石一并進入選冶工藝處理系統，在供礦能力較小的情況下可實現年銅、鈷金屬產量的要求。

（2）從表1 可知，境界內高氧化率礦石當量全銅品位是中氧化率礦石的1.4 倍、混合礦石的1.7 倍、硫化礦石的1.6 倍。前期主要開采高、中氧化率礦石，之后混合礦和下部硫化礦將作為主要開采對象，從高、中氧化率礦到混合礦，最后到硫化礦的開采過程中，后期年供礦量必須加大才能保證與前期開采高氧化率礦、中氧化率礦所獲得的金屬產量接近。所以在生產服務年限的后期，采礦規模需要擴大。

（3）根據地質模型，氧化礦石集中在境界上部，基本可以單獨采出。從臺階礦量分布來看，每個臺階都分布了高氧化率礦石和中氧化率礦石，2 種氧化率礦石的生產能力各自都能達到1.2～1.5萬t/d。境界中部以下混合礦居多，開采混合礦過程中會附帶采出約1 000 萬t 硫化礦，結合混合礦臺階分布礦量情況，混合礦的生產規?？蛇_1.2～1.5萬t/d；當開采深度繼續再加深，則進入深部硫化礦開采階段，從臺階礦量分布來看，硫化礦的生產能力可以達到3萬t/d。

3.2 從各類礦石的品位、氧化率及選冶加工工藝角度研究

高氧化率礦石中酸溶銅品位達到3.59%，酸溶鈷品位達到1.18%；中氧化率礦石的酸溶銅品位僅僅為1.47%，酸溶鈷品位0.67%；混合礦全銅品位1.60%，全鈷品位0.75%；硫化礦全銅品位1.92%，全鈷品位0.91%。高氧化率礦石的品位顯著高于其他類礦石，按照技術可行、效益優先的開采思路，宜首先開采處理露天境界中高氧化率礦石，之后一期選冶廠處理中氧化率礦和混合礦，而混合礦中存在的小部分高酸耗低氧化率礦石，因適合先選硫化礦再選氧化礦的浮選工藝處理，則安排與二期擴建的硫化礦選礦系統一并處理，開采過程中順帶采出的硫化礦可與該部分混合礦一起處理。因此，結合礦床賦存條件及采礦情況，并考慮選冶處理能力及不同處理工藝的搭配，項目決定采用分期開采的方式，一期以開采高氧化率、中氧化率礦石為主；二期以開采硫氧混合礦和硫化礦為主。

根據選冶不同處理工藝的銅鈷綜合回收率，經進一步驗算，最終確定一期選冶廠起步規模為1.5 萬t/d，開采處理高氧化率、高品位氧化礦；二期時，對一期選冶廠改造，處理中氧化率礦石和混合礦，同時再新增一條1.5萬t/d能力處理線來處理硫化礦；最終待氧化礦和混合礦處理完畢，一、二期選冶設施全部改為處理深部硫化礦，處理規模最終達3萬t/d。選冶廠逐年產陰極銅和粗制氫氧化鈷產量（含鈷金屬量）實現了相對均衡，達到了最佳經濟效益。

4 開采順序

礦區的6個礦體相距較近，可以最終形成一個境界，因此可視為整體進行開采。開采順序的選擇依照“先富后貧、效益優先”的原則，首先開采品位較高、氧化率較高的礦體，逐漸將開采范圍擴大到整個礦區內的氧化礦，然后開采氧化礦下部的混合礦和硫化礦。

根據地質模型，采區4 礦量占總礦量的70%左右，其高氧化率礦、中氧化率礦石占采區內同類型礦量的62%，另外，采區4 的品位較其他采區有明顯優勢，剝采比也遠低于其他采區，故確定采區4 為首采區和主采區?？傮w開采順序是投產前期集中在主采區4，高氧化率礦、中氧化率礦同時開采供礦，以高氧化率礦居多，可保證年金屬產量。隨著采深下降及為了滿足供礦品位要求，采區逐漸向外擴展，供礦對象轉變為中氧化率礦石、混合礦，此時品位下降，供礦能力需擴增至990萬t/a，將由多個采區共同搭配出礦，實現供礦量，選冶設施將根據擴產時間適時建成，為滿足各產品年產量相對均衡，會進行配礦。

5 開采方案應用效果

以境界內全部氧化礦、硫氧混合礦、硫化礦資源為開采對象，采用MINTEC 公司的MineSight 三維礦業軟件，按照凈現值最大的原則進行了露天境界優化，圈定了露天開采以氧化礦、混合礦為主的一期境界及終了境界，一期境界位于終了境界內部，一期境界和終了境界的參數見表2。

一期境界可采礦量約7 170 萬t，平均剝采比約6.45，終了境界可采礦量1.68 億t，平均剝采比約6.93，與一期境界較為接近，但銅、鈷品位均低于一期境界。本著效益優先、滾動發展的思路，最終確定的開采方案為分期建設+處理規模由495 萬t/a 逐步擴大至990 萬t/a+選冶工藝流程與之配套逐步過渡，最終實現處理規模與礦石體量、品位的合理匹配，既保證了生產服務年限內產品產量的均衡性和持續性，同時也最大程度上挖掘出資源的經濟效益。

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6 結 語

（1）礦山合理開采方案的確定是設計過程中的核心工作，將對礦山資源的開發利用及相應的經濟效益與可持續發展能力帶來深遠的影響，影響開采方案的因素眾多，這些因素形成了多層次、多因素、多目標的復雜系統，工程設計中必須將多個因素結合起來進行綜合優化，以達到最佳經濟效益。

（2）剛果（金）銅、鈷資源非常豐富，在空間分布上，從上至下依次為氧化礦、混合礦和硫化礦，隨著中資企業在剛果（金）礦業領域的投資熱度高漲以及資源的不斷開采，高品位氧化礦及易處理礦石日益減少，復雜難選的礦石越來越多。研究涉及氧化礦、混合礦和下部硫化礦的開采利用和處理，開采方案不僅需考慮氧化礦的處理能力，還要兼顧后期混合礦、硫化礦的合理開采利用，必須依據地質資源，以采礦設計為龍頭，結合選冶工藝、選冶廠建設規模和濕法冶金產品產能的均衡等開發條件開展詳細的方案研究工作，最終確定既體現經濟效益優先又確保技術合理、可行的開采方案，促進項目建設，確保企業的可持續發展能力，也為今后開發決策提供借鑒和參考。