铜矿峪低品位矿石地下生物溶浸可行性研究.pdf

2 0 0 3年 1 0月 第 3 2 卷第 5 期 有色矿山 Non f e r r o u s M i ne s 0c t ． ． 2 00 3 Vo 1 ． 3 2 No． 5 铜矿峪低 品位矿石地下生物溶浸可行性研 究 刘 媛 媛 中条 山有色金 属公 司， 山西 垣 曲 0 4 3 7 0 0 [ 关键词 】细菌浸 出 ； 低 品位 矿石 ； 可行性 研究 [ 摘要 】 本文详细阐述了利用生物浸出技术回收铜矿峪矿崩落区、 毛石台及 5 E矿体上部存 留的大量低品 位氧化矿及表外矿的可行性。 [ 中图分类号】T D 9 2 5 ． 5 [ 文献标识码 】 A [ 文章编号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 5 0 0 3 1 0 5 Fe a s i bi l i t y s t u d y o f b a c t e r i a l l e a c hi ng f o r l o w- g r a d e o r e s i n To ng ku a ng y u LI U Yu a n y ua n Z h o n g t i a o s h a n No n f e r r o u s Me t a l s C o mp a n y，Y u a n q u 0 4 3 7 0 0 ，C h i n a Ke y wo r d s b a c t e r i a l l e a c h i n g；l o w g r a d e o r e s ；f e a s i b i l i t y s t u d y Ab s t r a c t Th i s p a p e r e x p l i c a t e s i n d e t a i l t h e f e a s i b i l i t y t h a t u s i n g b a c t e r i a l l e a c h i n g t e c h n o l o g y t o r e c o v e r l o w g r a d e o x i d i z e d o r e s a n d s u b ma r g i n a l o r e s i n To n g k u a n g y u． 1 前 言 随着我 国经济 的发 展， 铜的消费量也在不断地 增长。1 9 9 8年全国精铜 的消费量 1 3 1万 t ， 到 2 0 0 0 年我国精铜 的需求量 已达到 1 8 3万 t ， 我国铜金属储 量虽然有 6 0 0 0多万 t ， 但贫矿 多， 富矿少 ； 中、 小矿 床多， 大型矿 床少 。还有很 多铜 矿开发条件 差。 目 前， 我国开采的铜 、 铅 、 锌等主要金属矿石 的原矿 品 位都 明显低于其他 国家 ， 在全 国已探 明 8 2 0余处铜 矿山中， 含铜品位在 0 ． 7 ％以下的占 5 6 ％， 我国未开 发利用的铜资源中有 5 0 ％是属于低 品位 的。另外， 多年来的开发使富矿资源减少并产生大量铜品位很 低的尾矿、 表外矿 ， 其 中铜 金属 量有上百万 吨， 在我 国内蒙古 、 新疆还有 一些硫化矿与氧化矿 共生的矿 山， 采用传统的火法和 湿法冶炼技术 只能 回收两者 之一 的铜 ， 因而造成资源和效益低下 ， 如何利用低 品 位铜矿、 尾矿及氧硫共 生的铜资源是十分迫 切的 问 题 ， 微 生物技术为这类 矿石的有效利用 开辟 了新的 [ 收稿日期】2 0 0 3 0 7 2 9 [ 作者简介】刘嫒嫒 1 9 6 8一 ， 女， 山西垣 曲人， 高级工 程师， 从事选矿技术管理工作。 途 径 。 中条 山有色金属公司铜矿峪铜矿， 蕴藏着丰富 的铜矿资源 ， 已探 明的铜储量为 2 1 9万 t ， 平均 品位 为 0 ． 6 7 ％， 是一座大 而贫 的铜 矿 山， 采用 自然崩 落 法采矿。通过“ 九五” 攻关 ， 已建成年产 5 0 0 t电铜 的 地下溶浸一萃取一 电积示范 厂， 并产 出了符合 国家 一 级标准 的电铜 。 目前 的开采矿 石主要是 5 矿体 9 3 0 m 标高以上的 1 0 0 0万 t 低 品位铜 矿石， 该矿石 氧化率 5 0 ％～7 0 ％， 其 中还 含有一部 分硫化矿 ， 为 了充分利用资源， 有效 回收低品位硫化矿 中的铜， 在 原有基础上对该矿石进行 了细菌氧化浸出的研究。 2 细菌浸 出室 内试验 2 ． 1 矿石性质 矿体的主要含矿岩石为变石英晶屑凝灰岩， 其 次是变石英斑岩 ， 变石英二长斑岩， 顶盘岩石为绢云 母石英岩， 底盘围岩为绢 云母 石英 岩和绿泥石英 片 岩。矿体形态为似层状 ， 矿化 类型以细脉浸染型 为 主， 有部分脉型矿化， 金属 硫化物 以黄铜 矿为主， 其 次有辉铜矿 、 黄铁矿、 斑铜矿 、 辉钼矿、 磁铁矿等。氧 化矿以孔雀石为主， 其次有兰铜矿、 褐铁矿等。孔雀 石呈薄膜状分布在岩石裂 隙及片理 中， 其次是浸染 维普资讯 3 2 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 构造和绿泥石， 黑云母解理呈微 细的裂隙充填 或呈 微细粒浸染在长石、 高岭土和石英 中， 染成淡绿色的 染体或与褐 铁矿 呈化学 结合 ， 铜 呈离 子状 态存 在。 低品位铜矿石多元素分析结果见表 1 。 表 1 低品位铜矿石多元素分析结果 ％ 元素 c u F e S A s C a O Mg O A1 2 0 3 S i 02 含量1 ． 1 1 3． 3 8 0 ． 2 6 0 ． 0 0 2 0 ． 7 3 3 ． 5 0 1 5 ． 4 5 6 2 ． 5 9 2 ． 2细菌浸出试验 细菌培养及条件试验 。试验细菌从 广西某矿 山 的矿坑水 中分 离得 到以氧 化亚铁 硫杆 菌为 主的菌 种， 通过不断的移代培养及驯化， 使细菌的密度和氧 化活性达到了较高 的稳 定性 。接 着进 行了接种量 、 对 C u 2 的耐受性 、 p H值的影响、 温度的影响等条 件 试验， 通过试 验确定 了细菌培 养条件 为 p H值 1 ． 6 -- 2． 0 ； 氧化 时间 8 ～1 0 h ； 温度 2 5 ～3 0 ℃ ； 细菌浓度 1 0 ～1 0 个／ mL； 空气流量 0 ． 0 6 m3 ／ m3 mi n ； 接种 量 5 ％～1 0 ％。 为 了增加细菌对铜离子 的耐受力 ， 还进行了细 菌 对 铜 的 适 应 性 驯 化。通 过 驯 化 细 菌 可 以 在 1 ～2 g ／ L 的 C u 2 浓度下生长。后又从铜矿峪 9 4 2 矿 坑酸性水中分离得到本地菌种， 通过试验验证 ， 浸 出 效果 与广西菌种一致。 2 ． 3加 F e a 的浸 出试验 将矿样磨到 7 4 p t m 以下， 以硫酸 浸出 只能浸 出 5 0 ％的铜， 提高硫 酸浓度不能浸 出矿样 中的硫化铜 和部分氧化铜 。添加 F e 3 浸 出可 以显著提 高铜 的 浸 出率， 溶液增加 3 g ／ L F e 3 ， 浸出率提高 2 0 ％。 这充分 说 明， F e 3 是 金属矿 物 的氧化 剂， F e 3 氧化金属矿物后还原为 F e 2 ， F e 2 是氧化铁硫杆菌 的能源 ， 细菌又将 F e 2 氧化成 F e 3 而 获得能量， 此 氧化还原过程反复进行。 2 ． 4 柱浸试验 对 2 5 mm 以下和 1 0 0～1 5 0 mm两 个粒级分别 在 5 0 mm1 0 0 0 mm和 1 9 0 mm1 0 0 0 mm 的浸 柱 中进行 浸出试验， 喷淋速 率分别为 3 ～5 mL ／ mi n 和 8 ～1 0 mL ／ mi n 。 浸出开始时均先用稀硫酸进行浸 出， 以此浸出 一 部分氧化铜， 同时分解一些耗酸成分， 当浸出液的 p H值 升高十分 缓慢 时， 再 换成 无铁 的列仁 培养 介 质， 同时接种细菌培养液进行浸 出， 每 1 ～2天取一 次液体样， 化验铜 、 铁和硫酸的含量。 试验结果说明， 硫酸主要消耗在前期氧化矿浸 出上， 后期细菌氧化时无需添加硫酸 ， 而铜 回收率仍 稳定上升， 主要是 F e 3 对硫化铜矿的氧化浸出。 通过添加 F e 3 浸出试验和细菌柱浸试验表 明， F e 3 的存在对铜硫 化矿的氧化浸 出具 有重要作用， 当溶液 中 F e 3 的浓度达 2 ～3 g ／ L时， 铜的浸出率可 以提高 1 0 ％以上， 而且浸出速率显著提高。 3 细菌浸 出工业化方案及系统构成 3 ． 1 实施方案 由于地下溶浸过程中温度和通风条件均不能满 足细菌大量生长繁殖的要求， 中条 山铜 矿峪低品位 铜矿细菌浸 出的主要技术线路是 在地上 利用以氧 化亚铁硫杆菌为主的细菌将 F e 2 氧化成 F e 3 ， 然后 将含有 F e 3 的溶液注 入地下矿 体进行硫 化矿的氧 化浸出。 根据中条 山铜矿峪矿低品位矿石赋存状况及开 采现状， 拟采用地 表堆浸与崩落 区地 面喷淋溶浸相 结合 ， 回收崩 落采空 区 内的表外 矿、 5 E矿体 上部 的低品位氧化矿及地表毛台存留的氧化矿石。 3 ． 2 工业化系统 3 ． 2 ． 1 崩落区制液 系统构成 布液 在配液站配制好浸出剂， 用耐酸泵通过布 液管道送至喷淋场进 行布液， 布液系统 主管 线采用 UP VC管 。 集液 集液工程将 充分利用原有的井巷工程， 在 耙道 内建造集液池 。集液工程设置 在 8 1 0 、 6 9 0两水 平运输道 中， 利用耐酸 泵将 汇集于集液池 中的浸出 液 由 8 1 0 或 6 9 0 水平通 过竖井泵送 到 8 7 0水平 中 转池再泵送至地表集液池。 防渗漏 为确保 浸出液 回收， 防止环境污染， 需 对崩落区底部进行 防渗漏处理 ， 重 点处理 断层和破 碎带 ， 下水平以疏 导为主， 一 把渗漏 液体引流集 中， 然 后泵送到地表集液池。 3 ． 2 ． 2地表堆浸制液 系统 筑堆后在上面铺设 喷淋管 网， 喷淋管间距 4 m。 浸出剂使用萃余 液， p H值 为 1 ． 8～2 ． 0 。浸 出剂通 过泵进入喷淋管 网， 然后通过 喷头喷 向矿石 堆。喷 淋强度控制在 8 ～1 0 L ／ m2 h ， 喷淋至矿堆表面 的 溶液渗入矿层， 与矿石 中的铜矿物反应， 同时细菌可 参与反应， 氧化矿石中的硫化铜矿物， 含铜 的浸出液 从堆底流入沉砂池， 然后流入集液池中。 3 ． 2 ． 3生物氧化 系统 由于硫化铜 矿物中的铜 不易被酸直接浸出， 拟 维普资讯 第 5期 刘嫒嫒 铜矿峪低品位矿石地下生物溶浸可行性研究 3 3 通过 生物 细菌 氧化的方法将硫化铜矿物转变成易 被浸出的硫酸铜 。考虑到现场的通风和温度条件不 能很好地满足细菌生长要求， 因此， 生物氧化 的工艺 路线是 在地表利用细菌将浸 出液中的二价铁氧化成 三价铁 ， 利用三价铁作氧化剂 氧化崩落 区及 堆浸场 中的硫化铜矿物， 以保证铜浸出率达到较好水平。 生物氧 化 系 统 由 5 m3细菌 维 持 槽、 1 5 0 m3和 2 5 0 0 m3 的生物氧化槽组 成。其 中 2 5 0 0 m3氧化槽 是利用萃取车间的浸出液池。在每个氧化槽中布置 曝气装置， 提供细菌氧化需要 的氧， 并配置 p H 自动 监测氧化槽 内的 p H值。 生物氧化系统与浸出一萃取一 电积系统的配置 如下 将 2 5 0 0 m3浸出液池 中的浸 出液按 生物 氧化 槽的 比例分别泵送到 5 m3 和 1 5 0 m3的氧化槽 中， 在 这个三级氧化系统 中将浸出液中的二价铁氧化成三 价铁， 浸出液经萃取 系统后三 价铁不被萃取 而进入 萃余液中， 再将萃余液配酸后作为浸 出剂进行喷淋， 利用三价铁作氧化剂氧化崩落区及地表堆浸场中的 硫化铜矿， 以提高铜的浸出率。 3 ． 2 ． 4草取 一 电积 溶浸得到 的浸 出液泵送到地表 集液 池， 进入萃 取一电 积 厂。萃 取 采 用 高 选 择 性 的 铜 萃 取 剂 L i x 9 8 4 ， 将铜从浸出液 中有选择地萃取到有机相 中， 并通过反萃使其 富集到 富铜 液 中， 在 电积工序生产 电铜 。电积采用 不溶 阳极 电沉积工艺， 采用铅钙 锡 三元合金作阳极， 阴极为不锈钢永久 阴极。电解液 采用上进下出的循环方式， 铜 离子在阴极析出， 产出 高质量的阴极铜。在溶浸一 萃取一 电积 工艺 中， 由 于浸出液、 有机相和 电解液分别构成 自身闭路循 环， 无废水废液外排。 4 投资估算 预算的投资为湿法炼铜 能力达到 2 0 0 0 t ／ a所需 的资金。 表 2 总概算表 万 元 工 程 建筑工 程费用 设 备费用 安装工程费用 其它费用 总价值 第一部分工程费用 主要生产工程 制液系统 提铜系统 其 中 萃取 电积 生物氧化 投产的萃取 荆和煤油 主要生产工 程合计 辅助及公 用工程 供 电 给 排水 化验 维 修 供 热 仓 库 通 讯 环保监测 总图工程 场地平 整 厂 区道 路 排 洪及 挡土墙 1 0． 8 2 89． 8 1 5 8． 4 3 0 0． 6 1 0． 8 9． 6 7． 2 1 7． 2 8 4 6． 0 8 64 5． 0 11 5 1． 0 5 9 6． 0 4 1 5． 0 1 4 0． 0 8 6 4 0 0 8 5 Z 8 D ～ ～ ～ ～ 一 ～ 一 ～ 一 一 ∞ 加 鹏 鸸 0 0 ～ 舭 川 三 三 三 ∞ 加 4 5 ． 0 0 5 0 0 5 ∞ 2 3 5 2 2 维普资讯 3 4 有色矿山 2 0 0 3 年 第 3 2 卷 5 技术经济 5 ． 1 技术指标 综合 回收率 5 0 ％。 萃取 回收率 9 9 ． 5 ％， 电积 回收率 9 9 ． 5 ％。 电积铜 质量 符 合 G B ／ T 4 6 71 9 9 7 标准阴极铜要求。 5 ． 2 成本分析 成本见表 3和表 4 。 ． 表 3 制液系统 直接成本 项 目 元／成 t 本铜 项 目 元 耄 铜 酸／ t 2 0 9 8 ． 7 5 矿石 20 1 5 水／ t 1 7 3 ． 2 其 它 3 7 电／ k W h 4 4 1 ． 1 3 合计4 7 6 5． 0 8 5 ． 3 经济分析 1 产 值 利 润。年 产 电铜 2 0 0 0 t ； 电铜 售 价 1 8 0 0 0元／ t ； 年 销 售 收 入 3 6 0 0万 元 ； 年 销 售 税 金 3 3 1 ． 9 2万 元 ； 年 总 成本 费用 2 1 4 5 ． 8 6万 元 固定 表 4 阴极铜 制造成本 项 目 元／成 t 本 铜 项 目 元／成 t 本 铜 辅助材料 硫 酸 2 3 0 燃料动力 水 2 0 ． 0 萃取剂 7 0 0 电 1 0 5 0 煤 油 3 5 0 煤 2 5 0 瓜尔胶 2 ． 1 工资及 附加4 0 4 硫 酸钴 2 ． 4 修理费 5 1 5 ． 1 6 其 它 5 5 折 旧及摊销 1 9 3 2 ． 2 管理费 2 7 5 ． 5 4 合计 5 7 8 6 ． 4 6 4 2 ． 9 3 ， 变 动 1 5 0 2 ． 9 3 ； 年 利润 总 额 1 1 2 2． 2 2万 元 ； 税后利润 7 5 1 ． 8 9万元。 2 盈 亏平 衡 点。B E P s 生 产 能力 利 用率 3 6 ． 4 2 ％ ； B E P c 产 量 7 2 8 ． 4 t 。 3 净态投资收益率。i 年利润／ 总投资， 所得 税前 i 3 0 ％； 所得税后 i 2 2 ％。 维普资讯 第 5期 刘嫒嫒 铜矿峪低品位矿石地下生物溶浸可行性研究 3 5 6 环境影响评价及技术推广前景 6 ． 1 环境影响评价 根据地下生物浸 出工艺流程 特点分析， 其污染 源产生工序为萃取工序萃余 液、 电积工 序成品 电解 铜的冲洗水、 溶 浸工序的浸出液渗漏 。 该工艺流程 的主要污染源是 水污染， 主要水环 境污染物为酸度 、 硫酸根、 铜 、 铁、 铅 、 锌、 钙 、 镁及有 机萃取剂和煤油。 由于该湿法炼铜工艺特点是浸溶 液、 萃取剂 、 萃余液 、 电解后 的反萃液 及 电解铜 的冲 洗水均实行 闭路循环使用， 不会对 环境造成影响。 为保证安全， 在项 目实旋过程中， 将建立环境监 测网， 监测井下废水及地表水流的质量变化情况。 6 ． 2 技术推广前景 对铜矿峪铜矿而言 ， 细菌浸出技术成功后， 可增 加矿山经 济效益 ， 延长矿 山服 务年 限， 具 有现 实 意 义。我 国贫铜矿 多， 富铜矿少， 另外， 多年来 的开发 产生了大量的尾矿、 表外矿及废石等。如武山、 大姚 及 大 冶 的 尾 矿 含 铜 分 别 为 0 ． 4 6 ％、0 ． 2 4 ％ 和 0 ． 2 2 ％； 德兴铜矿每年排 出废石5 0 0 0 万 t ， 含铜品位 0 ． 1 2 ％， 每年丢失的铜金属量就达 6万 t 。 细菌浸 出技术具有工艺流程简单， 操作方便， 投 资少， 见效快 ， 指标先进， 安全性好， 不污染环境等优 点， 用于处理低品位矿石具有明显 的优越性， 对充分 利用资源 ， 增强 矿 山活力都 具有 十分重 要 的意义。 该技术具有十分广阔的应用前景。 7 结论 1 应用地下生物浸 出技 术 回收铜矿峪矿 低品 位铜矿石是可行的， 通过室 内可浸性试验 ， 得到 了较 好的指标， 同时有效解决 了浸出过程 中的一些技 术 问题。 2 应用细菌浸出技术可取得较好的经济效益。 可扩大矿山资源利用率， 按年产电铜 2 0 0 0 t 计， 每年 可实现 税后 利 润 1 1 2 2 ． 2 2万 元， 每 年可 增 创产值 3 6 0 0 万元 。 3 该技术安全可靠 ， 环境效益好 ， 对矿 山的可 持续发展具有深远的意义。 上接 第 1 8页 产需求， 铵油类炸药品种也 有很大发展。随着科学 技术 的不断进步， 铵油炸药品种亦不断创新。 如果开发“ 防水型敏化增粘剂 ” 产品， 就应考虑 经济、 安全 、 环保三大 问题。就 目前而言， 粒状 铵油 炸药具有广 阔的应用前 景， 这是 它 自身的优势所决 定的。 【 参考文献 】 [ 1 ] D a fi d Ma r t i n ．D r i l l a n d b l a s t s T B M a t Gl o mf j o r d [ J ] ． T u n n e l s Tu n n e l i n g ，1 9 8 5 ， 5 3 33 5 ． [ 2 ] C l a r k J ．G i l b e r t ．B l ast i n g p r a c t i c e s u p d a t e d a t C a n n o n mi n e [ J ] ．Mi n i ng E n g i n e e r i ng ，1 9 9 0 ， 2 1 7 51 8 0 ． [ 3 ] Ti mo t h y N． H a g a n ． E x 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