浅析非洲某尾矿湿法铜钴项目电积剥片机组改造与升级

铜、钴，都是关系到我国国计民生的战略性金属，铜被广泛地应用于国民经济各行业如国防工业、电气、轻工、机械制造、建筑工业等领域，铜的需求量日益增长，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝

；钴是响应“碳中和”和新能源发展战略的重要生产原料之一。我国铜和钴资源对外依存度分别高达85%和 95%

。铜钴资源短缺、对外依存度高居不下已成为制约新能源战略发展、危及国家资源安全的“瓶颈”问题

，因此，“走出去”开发国外可用资源成为解决我国铜钴行业供需矛盾的必然选择。

只有优质的材料才能造就优质的工程，明确认识到施工现场材料验收的重要性，不断规范材料的进场验收，才能为施工项目的稳定发展奠定基础。科学合理地对施工现场的材料验收将不仅能够给建筑企业带来经济效益和社会效益，也能推动整个建筑行业的持续发展。

“中非洲铜钴成矿带”横亘在赞比亚和刚果（金）两国，集中了全球10%的铜矿资源和70%的钴矿资源，是世界上最大最富的铜钴矿成矿带。如果按照边界品位全铜（TCu）为1%计算，整个中非铜钴成矿带中约含有2亿吨铜金属资源，伴生钴金属达600万吨，号称“中非原料仓”

。除了储量丰富的一次资源，此地经过近百年的开采，已经形成了数十亿吨的含铜钴尾矿（二次资源），其资源化利用价值潜力巨大。

目前，众多“走出去”中资矿业公司在中非主要开采和处理的是氧化铜钴矿物，铜主要以孔雀石、硅孔雀石等矿物存在，而钴的赋存状态主要是水钴矿

，因此，氧化铜钴矿主要采用湿法冶金工艺提取铜钴，目前典型工艺流程是：采矿-碎矿-磨矿-浸出-萃取-电积提铜-除杂-沉钴

，其中，剥片机组是电积提铜的核心专用装备，剥片机组的性能对电积阴极铜产品的形貌和产量起到至关重要的作用。在此前，境外湿法铜矿项目通常采购欧美或日本国家生产的电积剥片机组，包括配套控制系统，中国制造的电积剥片机组尚未被国际市场所接受和认同。

1 项目概况

本项目位于中非铜钴成矿带上的刚果（金）科卢韦齐市附近，拟从周边某铜钴矿选矿厂历史上（1952～1997年）生产排出的浮选尾矿中提取铜和钴资源，尾矿中主要有用矿物为氧化铜钴矿，含铜约1.3%，含钴0.32%。项目湿法冶金工艺流程为：水力采矿-原料预处理-浸出-萃取-电积提铜-除杂-沉钴。

在回答完问题一和问题二之后，教师应该首先对学生的说话能力进行训练，在训练的过程中可以分步实施，如首先要求学生对公园中的景色进行描述，然后对小女孩想要摘花的动机进行讲述，之后对阿姨的阻止过程进行想象，并以对话的形式讲给大家听，最后再对故事的结局发表一下自己的看法。在完成以上四个训练步骤之后，教师就可以引导学生将前面的话连成一个完整的故事讲给大家听，最后再将故事写出来。通过这样的训练方式，图片中所涵盖的所有信息都将在学生的习作中呈现出来，从而达到对学生看图写话能力以及语言应用能力的培养目标，同时可以使得学生明白要爱护花草树木的重要意义，这也就实现了教学的情感态度目标。

2 技术改造实施方案

（2）剥片适应性较差：由于剥片原理的限制，刮刀需紧贴不锈钢板且间隙在运行过程中不可调整，长期使用后，刮刀会在阴极板板面留下一道长长的刮痕，且由于该刮刀无法实现阴极板两侧电铜的分离，需采用工艺手段确保两侧电铜在生长过程中不粘结，故该刮刀只能适应三面夹边条，而三面夹边条的底面夹边条极易损坏，维护成本高，通常阴极板夹边条使用寿命可达18个月以上，而三面夹边的阴极板往往几个星期就需要维修夹边条。

该项目开发命运多舛，十多年间矿权几易其手，2015年最终确定了一家国际矿业公司来开发，该矿业公司接受了上一任矿权所有者的全部资产，包括遗留在现场的尚未安装的老旧破损装备和构件，其中就包括2007年采购的日本产剥片机组，该机组采用手动/半自动式剥片方式，属于淘汰工艺，剥片生产能力仅60片/小时，而本项目设计产能（一期工程年产阴极铜7.0万吨，二期工程年产阴极铜10.5万吨）对应要求的剥片能力必须不小于200片/小时，该老旧剥片机组的性能严重不足，而且在剥片过程中易出现阴极铜片难以分离、分离后偏斜、堆垛不整齐、无安全防护与连锁致使人工干预量大、故障率高等诸多问题，无法实现自动化安全生产，生产流程无法连续通畅。常规工程技术思路通常是直接放弃该老旧剥片机组，另行采购性能好、自动化程度高的全新现代化剥片机组设备，但是中方技术服务团队出于尽量节省项目投资，同时考虑到另行采购新机组存在供货周期长、现场设备基础改造施工工程量大、工期紧张等诸多问题，在细致分析研究后创新提出：尽可能地利用原有机组的构件，对原老旧机组进行升级改造，将之改造成为全自动剥片机组，实现机组性能既满足项目设计产能要求，又能满足工期进度要求。这在业内属于首创，项目业主一度对这个改造升级方案持怀疑态度。

2.1 存在问题

（1）剥片原理较为落后：阴极铜剥离主要利用金属铜与不锈钢弹性模量的不同，在承受相同的变形量时，金属铜会产生无法恢复的塑性变形，而不锈钢板则产生可恢复的弹性变形，基于此力学规律，实现电铜与不锈钢永久阴极板的分离，现场机组采用直线式刮刀，在电铜产生塑性变形后，刮刀只能朝自上而下的方向运动，利用刮刀前端斜面产生垂直直向下以及垂直板面的分力，而真正起剥离作用是垂直板面方向的分力，其力学原理的缺陷决定了该剥机组机的作业效率很低，且为使垂直板面的分力足够大，而不得不增加刮刀前端斜面的斜度以及增加向下的合力，受电铜厚度变化、阴极板晃动、电铜粘结等多重因素的影响，过大的斜度以及过大的向下合力，会较易造成电铜破损而导致现场剥片作业时故障频繁，需要大量的人工干预。

该日本产老旧机组于2007年被采购至刚果（金）项目现场，共计两台套，至2017年项目正式启动时已经历时十年，因停放户外时间太长，风吹雨打，设备腐蚀、老化严重，部件缺损、丢失、物理损坏等问题。

（3）随着技术与生产工艺的水平升级，原控制系统的大量备件型号已经停产，部分零配件已经找不到替代型号。

经过充分技术论证后，中方技术人员对老旧机组做了以下的技术改造和升级。

（4）原装备控制系统安全连锁不足、无系统报警信息和历史报警信息追溯功能。

综上分析，公益救助与志愿服务在公益伦理与志愿服务精神的发展中扮演同样的作用，都是以物质条件为基础。且两者在伦理上具有共同的特征：自愿性、非营利性、公益性等。在源远流长人类思想发展史上，公益伦理对社会进步发挥了巨大的推动作用，志愿服务活动与古老的公益救助行为有着一脉相承的联系。

（6）老旧机组的维护资料不完整。无备品备件清单及易损件图纸，无详细完整的电气接线图纸，对于机组日后故障排除、检修维护以及备件采购均带来一定的困难。

GPS控制测绘技术与其他测绘手段相比创新性较强，通过灵活精准的三维控制网即可发挥出GPS的优势，而这种网络又具有一个特点就是可以减少周围干扰物体对数据准确性的影响，避免误差的产生。这种测绘技术不仅能使用水准仪、经纬仪和测距仪获取被测高程、角度和距离，还能在定位系统的支持下在任何位置建立坐标，弥补了以往测绘技术的不足之处，满足了现代化测绘需求，是被测点的数据更为精准可靠。

（1）机械部分

2.2 技术改造和升级

在读书时期，赖尔就已经在报刊上发表过短篇评论。关于“灵感是写作的基石”这一观点，赖尔有独到的见解。在她看来，写作是日常工作，可灵感却不是时时都有。赖尔在授课时，同样如此告诫自己的学生，“如果只靠灵感，你可能一辈子都完不成一本长篇小说。但如果你每天坚持写1000字，哪怕不完美，它也是你的作品”。

（5）因调整了湿法提取铜钴工艺，新工艺不产生蒸汽，加热剥片机组洗涤水所需的蒸汽缺乏，故需要改变洗涤水的加热方式。

保留原机组主厂房平台以上部分：包括极板接受、转运、洗涤、母板输出等子系统，仅对接口部分进行适应性调整，以尽量减少对土建基础的影响，减少现场平台施工的工程量，从而缩短工期。考虑到电积车间副跨区域为空场地，各专业交叉作业量小，施工简单，故将剥片机组的核心部分，如剥片处理中心、电铜输出单元、堆垛输出单元重新制作，并布置在此区域，通过增加移载转运装置以及横送装置，实现新旧系统的对接。

新的剥片处理中心采用旋转剥刀，剥刀沿着固定转轴旋转，在旋转的过程中，会自然产生X、Y两个方向的作用力，两个方向的分力随着剥刀的旋转而时刻在变化，且剥刀与阴极板母板的间隙越来越大，完成电铜剥离的同时也极大地保护了不锈钢阴极板免受损伤，且因本项目阴极板沉积面积较一般项目更长更窄（1210mm×932mm），在竖直方向上，旋转剥刀受力的作用点随剥刀的旋转而变化，可以更好地将力沿着剥刀的旋转而作用于阴极板的中部，从而提升剥片效率。

云南、贵州、四川共同设立赤水河流域横向生态保护补偿基金，江西、湖南、湖北合力抓好湖泊湿地管理保护，上海、江苏、浙江、安徽在交通、能源、环保、信息化、公共服务等领域开展合作……

相较于原机组利用电铜自重滑入导向架进行堆垛，新的堆垛装置分别配置了过渡接板、自动升降装置、自动送出装置，由原利用自重滑入的不可靠堆垛方式，改变为主动承接、主动堆垛、主动送出的方式，使用铜垛整齐美观，避免铜垛打包时的二次整理，提升了机组的自动化程度和性能。

考虑到现场水箱移位或调整，会涉及到现场管路的调整，工作量大，为缩短工期，在不破坏水箱原有保温层的基础上，充分利用现场水箱的特点，将现场的人孔、补水口等设计成一孔多用，将两组加热器分别设计在人孔及新水冲洗孔上，平常生产时用于安装加热器，需要检修时，也可以通过人孔进行水箱的清淤及检修，以及新水冲洗。

（2）液压部分

按照最新产能规模要求重新设计液压系统，使得改造后的剥片机组满足项目产能要求。

（3）电气系统

按照项目产能要求重新设计电气系统，其中电控柜及端子箱内部接线在国内完成，电气元器件主要品牌尽量与原有设备相同，未停产元器件尽量保持互换性，现场未损坏元器件作为改造后设备的备件。增加了一套西门子人机交互界面，用于显示设备状态显示、操作、系统报警、历史报警信息追溯，实现人机交互的目的。

相当于现代建筑设计中的大样图。在乡土建筑中，冬瓜梁、牛腿、屋脊、柱础、檐口等不同做法具有相当突出的地方特色，如余少慧硕士学位论文《钱塘江流域冬瓜梁研究——以婺州地区为例》[11]中对冬瓜梁的源流进行探究，得出冬瓜梁的主要分布地区是徽州和婺州，并以此为中心进行辐射状影响。诸如此类研究提供了以小见大的视角，从构件出发探寻乡土营造的源流规律。

3 技术改造实施效果

通过上述技术改造和升级，焕发新生后的剥片机组其剥片性能提升了4倍以上，一套机组就完全满足了一期设计产能需求，并且改造升级后的剥片作业性能优秀，剥出的铜片光洁、完整、堆垛整齐美观，阴极铜达到了LMEA的产品质量要求。由于整个改造不涉及现场已有平台的修改，仅对副跨部分设施做微量调整，土建改造施工也都集中在副跨，对主跨电积槽、母排安装等均无干扰，所以现场安装历时仅1个月不到。与购买一套全新的剥片机组备相比，本次改造直接节省设备成本150多万元，加上因设备全自动化生产间接节省的运行成本近200万元/年，无论是从性能、成本还是工期考量，本次机组改造升级成效非常显著，属于业内首创。

4 结语

升级改造后，剥片机组的高度自动化和安全可靠的生产表现，打消了项目业主起初对“中国制造”的疑虑，对中国制造技术能力赞赏有加。本项目周边分布有多家类似湿法工艺生产铜钴的矿山企业，这些企业目前也正在使用半自动或手动剥片机组，均有对落后机组进行升级改造的诉求，本项目为这些企业提供了可供借鉴的解决方案，扩大了中国有色金属行业工程技术及装备在境外的影响力，提升了走出去的竞争能力。

[1]杨兵．中国有色金属矿产对外依存度与资源可供性之辨析[J]．矿产勘查, 2013,4 (1)：8-11

[2]李向前．中非铜带刚果(金)段成矿系列和成矿规律[D]．北京：中国地质大学(北京), 2011

[3]刘焕然．非洲刚果（金）加丹加铜钴成矿带地质构造特征[J]．资源环境与工程, 2010, 24(2)：137-140

[4]梁新星,胡磊,欧阳全胜．铜钴矿研究进展及发展趋势[J]．湖南有色金属, 2014,30 (3)：42-45

[5]李明．刚果(金)氧化铜钴矿冶炼工艺综述[J]．有色冶金设计与研究,2012 (1)：16-18