刚果（金）某铜钴矿开采方案研究

余 浔

（中国瑞林工程技术股份有限公司）

随着新能源汽车行业的发展，国内对钴原料的需求快速增长，但中国的钴资源严重缺乏，据2021年钴工业发展报告的数据显示，国内钴原料对外依存度高达98%以上，而刚果（金）的铜钴资源丰富，其钴产量占比全球产量的73%以上［1］。因此，高效开发刚果（金）优势的铜、钴资源，对国内走出钴资源短缺的困境具有重要意义。

刚果（金）某铜钴矿位于著名的中非铜钴成矿带上，资源禀赋世界罕见（铜金属超过423 万t、钴金属200 万t，TCu2.13%、TCo1.01%和EQCu6.16%），系全球屈指可数的待开发高品位超大型铜钴矿之一，其钴资源量及品位均高于该矿带上的嘉能可Mutanda、Katanga 矿以及洛阳钼业TFM 铜钴矿，开发价值巨大。该矿矿体多达6 个，矿石类型由上至下有氧化矿、硫氧混合矿和硫化矿，矿石性质和品位变化大，后续选冶工艺及回收率各不相同，如何经济合理地优先开采上部高品位氧化矿，均衡剥采比，合理安排各矿体出矿计划，让年产铜、钴金属量保持均衡，是开发该铜钴资源急需解决的难题。

针对这个难题，立足该矿地质资源分布特点，摒弃了国内传统的矿石资源划分方法，分析了开采方案影响因素，利用MineSight 三维矿业软件采用分期开采技术，以“资源最大化综合利用、项目经济效益最优和年产金属量保持均衡”为目标统筹整体开发方案，并根据矿体的分布情况，划分出6个采区，优化开采顺序，最终确定了合理的开采方案。

该铜钴矿具有赞比亚—刚果（金）铜钴矿带上典型的沉积型矿床特点，按照赋存深度依次是氧化矿（孔雀石、假孔雀石和水钴矿等）、硫氧混合矿和硫化矿（黄铜矿、斑铜矿和硫铜钴矿等），矿带内矿石的氧化率变化较大，不同矿体矿石中的铜钴矿物种类和相对含量也差别较大［2］。

整个矿石资源包含6个独立的矿体，分布相对集中且距离较近，可考虑进行统一开采。矿区总资源量约为1.75亿t，探明+控制级别的资源量为12 187万t，推断资源量为5 281万t，推断资源量中硫化矿为4 267万t，占比约80%。矿石类型中氧化矿一般赋存深度60 m，混合矿和硫化矿在氧化矿底部。矿石主要有用元素为Cu、Co，平均含量分别为2.13%、1.01%，钴品位优势突出。总体来看6个矿体埋藏均不深、资源量大、品位高，适合大规模露天开采。

在刚果（金）铜钴矿项目中，常依据酸溶铜ASCu、酸溶钴ASCo 占全铜TCu、全钴TCo 比值（RATCu=ASCu/TCu、RATCo=ASCo/TCo，近似为铜、钴氧化率）来选择后续的矿石加工工艺，故本项目根据RATCu值将地质模型中的3类矿石进一步细分为4类：

（1）高氧化率矿为RATCu≥85%的矿石，该类矿石平均氧化率约90%，约有2 400 万t，适合采用直接搅拌浸出工艺［3］。

（2）中氧化率矿为RATCu60%～85%的矿石，该类矿石平均氧化率约74%，约有3 100 万t，适合采用先浮选出硫化铜钴精矿再全尾搅拌浸出工艺［4］。

（3）硫氧混合矿为RATCu25%～60%的矿石，该类矿石平均氧化率约41%，约有2 400 万t，适合采用先选硫化矿再选氧化矿的浮选工艺处理［5］。当钴品位较高时，可对浮选尾矿进行强磁选，以提高钴的回收率，磁选尾矿排尾［6］；
对产出的硫化铜钴精矿适宜焙烧后焙砂浸出，而氧化铜钴精矿与钴精矿合并进搅拌浸出［7］。

（4）硫化矿为RATCu＜25%的矿石，该类矿石平均氧化率小于9%，约有9 500 万t，适合直接浮选工艺，产出的硫化铜钴精矿焙烧后焙砂再浸出，浮选尾矿排尾。

4 种矿石的资源量见表1。可知，高氧化率矿石品位具有明显优势，远高于其他3 种矿石。4 种矿石在6 个矿体的平面上分布如图1 所示，氧化矿、硫氧混合矿和硫化矿见矿标高总体上依次下降，但赋存深度上较大范围内4种矿石类型同时存在，只不过上部以氧化矿居多，中部过渡为混合矿，下部过渡为硫化矿。因此，从资源赋存角度来看，适宜先开采上部的高、中氧化率矿石和混合矿，硫化矿因位置较深且推断类资源大，可为远期规划开采。

注：EQCu为铜单量品位，TCu、TCo为全铜品位、全钴品位，计算公式为EQCu=TCu+4TCo。

随着湿法冶金技术的发展，湿法冶金工艺对处理铜钴氧化矿显现出了显著的优势，尤其在湿法浸出段对铜、钴回收率可达到Cu95%、Co85%以上［8］。按照同类矿山设计及运营经验，保证最终产品金属量大、年产量均衡是矿山开采经济最优的方式。因此需要结合各类矿石的选冶处理工艺及铜、钴回收率，把采矿规模、选冶规模、产品规模联合考虑来确定开采方案，主要考虑了如下影响因素：

（1）结合矿床赋存特点，立足采矿开采技术条件拟定规模。从境界内可采矿量出发，结合各类型矿石赋存台阶位置、年下降速度、采场可布置作业面数目、采剥设备效率、合理服务年限等因素确定采矿可以达到的生产规模。

（2）结合各类矿石选冶处理工艺及铜、钴回收率，保证产品产量均衡为目标对拟定的采矿规模进行复核。

（3）兼顾采矿、选冶技术和经济因素后，总体规划境界内可采矿量的总体规模方案，通过全服务年限技术经济比较，推荐经济优势明显的规模方案。

分期建设优先选择品位高、开采条件好的矿体开采，以降低矿山前期投资，并尽快达产，提高前期经济效益，同时为后期的扩大规模做好准备［9］。

3.1 从采矿开采技术角度研究

（1）根据境界内各类型矿石的赋存位置，按自上而下的开采顺序，项目前期主要开采高氧化率矿石，搭配少量中氧化率矿石，2 种矿石一并进入选冶工艺处理系统，在供矿能力较小的情况下可实现年铜、钴金属产量的要求。

（2）从表1 可知，境界内高氧化率矿石当量全铜品位是中氧化率矿石的1.4 倍、混合矿石的1.7 倍、硫化矿石的1.6 倍。前期主要开采高、中氧化率矿石，之后混合矿和下部硫化矿将作为主要开采对象，从高、中氧化率矿到混合矿，最后到硫化矿的开采过程中，后期年供矿量必须加大才能保证与前期开采高氧化率矿、中氧化率矿所获得的金属产量接近。所以在生产服务年限的后期，采矿规模需要扩大。

（3）根据地质模型，氧化矿石集中在境界上部，基本可以单独采出。从台阶矿量分布来看，每个台阶都分布了高氧化率矿石和中氧化率矿石，2 种氧化率矿石的生产能力各自都能达到1.2～1.5万t/d。境界中部以下混合矿居多，开采混合矿过程中会附带采出约1 000 万t 硫化矿，结合混合矿台阶分布矿量情况，混合矿的生产规模可达1.2～1.5万t/d；
当开采深度继续再加深，则进入深部硫化矿开采阶段，从台阶矿量分布来看，硫化矿的生产能力可以达到3万t/d。

3.2 从各类矿石的品位、氧化率及选冶加工工艺角度研究

高氧化率矿石中酸溶铜品位达到3.59%，酸溶钴品位达到1.18%；
中氧化率矿石的酸溶铜品位仅仅为1.47%，酸溶钴品位0.67%；
混合矿全铜品位1.60%，全钴品位0.75%；
硫化矿全铜品位1.92%，全钴品位0.91%。高氧化率矿石的品位显著高于其他类矿石，按照技术可行、效益优先的开采思路，宜首先开采处理露天境界中高氧化率矿石，之后一期选冶厂处理中氧化率矿和混合矿，而混合矿中存在的小部分高酸耗低氧化率矿石，因适合先选硫化矿再选氧化矿的浮选工艺处理，则安排与二期扩建的硫化矿选矿系统一并处理，开采过程中顺带采出的硫化矿可与该部分混合矿一起处理。因此，结合矿床赋存条件及采矿情况，并考虑选冶处理能力及不同处理工艺的搭配，项目决定采用分期开采的方式，一期以开采高氧化率、中氧化率矿石为主；
二期以开采硫氧混合矿和硫化矿为主。

根据选冶不同处理工艺的铜钴综合回收率，经进一步验算，最终确定一期选冶厂起步规模为1.5 万t/d，开采处理高氧化率、高品位氧化矿；
二期时，对一期选冶厂改造，处理中氧化率矿石和混合矿，同时再新增一条1.5万t/d能力处理线来处理硫化矿；
最终待氧化矿和混合矿处理完毕，一、二期选冶设施全部改为处理深部硫化矿，处理规模最终达3万t/d。选冶厂逐年产阴极铜和粗制氢氧化钴产量（含钴金属量）实现了相对均衡，达到了最佳经济效益。

矿区的6个矿体相距较近，可以最终形成一个境界，因此可视为整体进行开采。开采顺序的选择依照“先富后贫、效益优先”的原则，首先开采品位较高、氧化率较高的矿体，逐渐将开采范围扩大到整个矿区内的氧化矿，然后开采氧化矿下部的混合矿和硫化矿。

根据地质模型，采区4 矿量占总矿量的70%左右，其高氧化率矿、中氧化率矿石占采区内同类型矿量的62%，另外，采区4 的品位较其他采区有明显优势，剥采比也远低于其他采区，故确定采区4 为首采区和主采区。总体开采顺序是投产前期集中在主采区4，高氧化率矿、中氧化率矿同时开采供矿，以高氧化率矿居多，可保证年金属产量。随着采深下降及为了满足供矿品位要求，采区逐渐向外扩展，供矿对象转变为中氧化率矿石、混合矿，此时品位下降，供矿能力需扩增至990万t/a，将由多个采区共同搭配出矿，实现供矿量，选冶设施将根据扩产时间适时建成，为满足各产品年产量相对均衡，会进行配矿。

以境界内全部氧化矿、硫氧混合矿、硫化矿资源为开采对象，采用MINTEC 公司的MineSight 三维矿业软件，按照净现值最大的原则进行了露天境界优化，圈定了露天开采以氧化矿、混合矿为主的一期境界及终了境界，一期境界位于终了境界内部，一期境界和终了境界的参数见表2。

一期境界可采矿量约7 170 万t，平均剥采比约6.45，终了境界可采矿量1.68 亿t，平均剥采比约6.93，与一期境界较为接近，但铜、钴品位均低于一期境界。本着效益优先、滚动发展的思路，最终确定的开采方案为分期建设+处理规模由495 万t/a 逐步扩大至990 万t/a+选冶工艺流程与之配套逐步过渡，最终实现处理规模与矿石体量、品位的合理匹配，既保证了生产服务年限内产品产量的均衡性和持续性，同时也最大程度上挖掘出资源的经济效益。

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（1）矿山合理开采方案的确定是设计过程中的核心工作，将对矿山资源的开发利用及相应的经济效益与可持续发展能力带来深远的影响，影响开采方案的因素众多，这些因素形成了多层次、多因素、多目标的复杂系统，工程设计中必须将多个因素结合起来进行综合优化，以达到最佳经济效益。

（2）刚果（金）铜、钴资源非常丰富，在空间分布上，从上至下依次为氧化矿、混合矿和硫化矿，随着中资企业在刚果（金）矿业领域的投资热度高涨以及资源的不断开采，高品位氧化矿及易处理矿石日益减少，复杂难选的矿石越来越多。研究涉及氧化矿、混合矿和下部硫化矿的开采利用和处理，开采方案不仅需考虑氧化矿的处理能力，还要兼顾后期混合矿、硫化矿的合理开采利用，必须依据地质资源，以采矿设计为龙头，结合选冶工艺、选冶厂建设规模和湿法冶金产品产能的均衡等开发条件开展详细的方案研究工作，最终确定既体现经济效益优先又确保技术合理、可行的开采方案，促进项目建设，确保企业的可持续发展能力，也为今后开发决策提供借鉴和参考。

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