篦子沟铜矿坑外废石中铜的细菌浸出研究.pdf

第5 2 卷第4 期 20 00 年1 1 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r20 0 0 篦子沟铜矿坑外废石中铜的细菌浸出研究 黄海根1 ，余斌2 1 ．篦子沟铜矿，垣曲0 4 3 7 0 0 ； 2 ．北京矿冶研究总院，北京 1 0 0 0 4 4 摘要篦子沟铜矿平硐外堆存有3 0 0 多万t 掘进废石，其中含有可观的铜金属值得回收利用。本文详细论述采用细菌浸 出技术回收这部分资源的前期研究工作。 关键词细菌浸出；坑外废石；铜；回收 中图分类号T D 9 2 5 ．5 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 0 2 1 4 0 3 篦子沟铜矿位于山西省垣曲县城西南的皋落乡 金河村。隶属于中条山有色金属公司。该矿属地下 开采，平硐开拓，有底柱分段崩落法回采。随着开采 的延续，平硐外堆存的掘进废石越来越多，目前已超 过3 0 0 多万t ，这部分废石含铜品位约为0 ．3 ％～ 0 ．4 ％，铜金属量超过万t ，对铜资源的综合利用意 义重大。 ， 篦子沟铜矿系细脉浸染状铜矿床。矿体上盘围 岩主要是黑色片岩，底盘围岩为矽化、黑云母化大理 岩、白色大理岩、黑色片岩或方柱石黑云母片岩。矿 区各矿带之矿石矿物组成较简单，根据岩矿鉴定结 果，含铜硫化物主要为黄铜矿、伴生黄铁矿、磁黄铁 矿，含铜氧化矿物主要为孔雀石，伴生矿物是褐铁 矿，主要脉石矿物为方解石、石英、黑云母和泥碳质 等，次为绢云母、白云母等，其它矿物含量极少。 坑外废石中氧化矿数量很少，构造也很简单，孔 雀石单独生成或与褐铁矿共生，呈薄膜状构造浸染 在片理或裂隙中。废石中硫化矿的数量较多，且成 为浸染状聚焦，其可分为三种构造形式细脉充填状 构造、散点浸染状构造、田块状构造等。适宜采用地 表细菌浸出回收。 1坑外废石的矿物学研究 1 ．1 多元素分析 根据废石堆取样分析，坑外废石中主要金属矿 物有黄铜矿、黄铁矿、褐铁矿及孔雀石等，次要金属 矿物主要是磁黄铁矿。其它少量金属矿物有斑铜 矿、辉铜矿、闪锌矿、辉钼矿、蓝铜矿、菱铁矿、镜铁矿 及磁铁矿等。坑外含矿废石多元素分析结果见表 1 。 表1 坑外含矿废石多元素分析结果 垂室鱼塑 垒壁 垒Q坚鲤 垒兰 垒些垡垫鱼曼坌堑兰垡 品位／％0 ．3 4 5 ．2 10 ．1 0 56 ．4 20 ．5 64 4 ．6 88 ．7 50 ．1 80 ．0 1 70 ．0 6 8 篦子沟铜矿 品f i 2 ／％o ．4 11 0 ．3 4o ．0 93 ．8 9o ．5 75 0 ．3 77 ．9 3o ．2 2o ．0 2 10 ．1 9 2 盏要鼍落 1 ．2 铜物相分析床，含矿围岩主要有3 类一为矽化大理岩，主要为 坑外含矿废石铜物相分析结果见表2 。 表2 坑外含矿废石铜物相分析结果 1 ．3 岩矿鉴定 篦子沟铜矿属于中温热液型细脉浸染似层状矿 作者简介黄海根 1 9 6 4 一 ，男．高级工程师 方解石、石英、黑云母，次为绢云母、白云石、圆柱石； 二为黑色片岩，主要为泥质、碳质，次为黑云母、绢云 母、方解石、石英等；三为不纯大理岩，它介于上两者 之间，成分不太稳定。 1 ．4 金属矿物嵌布特征 黄铜矿含量居第一位，一般呈他形晶颗粒集合 体的致密块状、脉状、浸染状嵌布在脉石中，其中以 嵌布在黑色片岩中的含量较多，且有一定方向排列， 一般都沿片理方向或裂隙充填交代，呈脉状嵌布者 脉宽为2 ．0 ～8 ．0 m m ，呈浸染状者在大理岩中一般 为1 ．0 ～3 ．0 r a m ，有一部分呈细脉充填在柱状脉石 万方数据 第4 期黄海根等篦子沟铜矿坑外废石中铜的细菌浸出研究2 1 5 矿物的节理或裂隙中，其脉宽为1 ～1 0 p ．m ，在斑铜 矿中有呈细格子状的黄铜矿，格子宽度为0 ．5 ／．t i n ， 还有呈小散点状黄铜矿嵌布在乳滴状或星点状的闪 锌矿中，其粒度为0 ．1 ～0 ．5 t i m 。 斑铜矿含量占铜矿物第二位，粒度一般为1 0 ～5 0 0 v t m 。 辉铜矿含量居铜矿物第三位，1 ．0 ～4 ．0 r a m 者 较多，有的呈粒状集合体，可达5 ．0 ～7 ．0 m m ，在斑 铜矿中的辉铜矿只有5 ～1 0 , u m 。 磁黄铁矿与镍黄铁矿紧密共生，呈他形晶嵌布 在脉石或黄铜矿中，在黄铜矿中有呈乳滴状的磁黄 铁矿，粒度为1 0 ～1 0 v t m ，有时为5 p ．m ，镍黄铁矿为 1 0 ～5 0 p t m 。 黄铁矿含量次于黄铜矿，多呈不规则粒状嵌布 在黄铜矿中、黄铜矿周边或脉石中，粒度为1 0 0 ～ 1 0 t - m ，也有少量大于0 ．1 m m 。 闪锌矿含量较少，与黄铜矿共生，有一小部分 嵌布在石英脉中，粒度为5 0 ～1 0 0 ／- m ，也有的颗粒 很大。肉眼可见粒度达1 ．0 ～4 ．0 r a m ，其余如赤铁 矿、褐铁矿、辉钼矿含量都很少，粒度在5 ～5 0 v t m 范 围内。 2 可浸性试验 2 ．1 细菌培养 菌种分别采用武山铜矿、寿王坟铜矿及金堆城 露天矿等培养的菌种进行对比试验。实验室采用L 细菌培养基进行培养放大。配好的培养基用蒸汽灭 菌后，分别装入9 个三角瓶中，再加入4 ．0 m l 菌种。 将培养瓶在3 0 ℃恒温下水浴振荡，选择各自颜色变 红最快的一瓶，接种到新的培养基中。反复接种，使 菌种活性越来越强。 为了增加细菌对金属铜离子的耐受力，还进行 了细菌对铜的适应性驯化。通过驯化，细菌可在铜 浓度2 0 0 m g ／L 条件下生长。 2 ．2 浸出试验 将矿样磨至一7 4 v m ，取2 0 9 矿粉，加入三角瓶 中，并加入细菌培养基制成8 ％的矿浆，加入稀硫酸 至p H 2 ．0 ，然后接种细菌，置于水浴恒温摇床上振荡 浸出。每隔3 d 吸取上清液，样品送分析，测定铜金 属量、总铁及亚铁、p H 等参数。用加入酸性水和培 养基的办法补充每次取样的体积。试验室浸出试验 表明，三种菌种平均浸出率可达7 2 ％左右，其中有 一个矿山的菌种之浸出率高达8 0 ．6 ％。 由于矿石中含铁较高，在浸出过程中溶液中的 铁的含量会增加。在细菌浸出过程中，低价铁离子 F e 2 是氧化铁硫杆菌的能源，细菌将F e 2 氧化成 F e 3 而获得能量。V 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 ，细菌又将F e 2 氧化成 F e ”，此氧化还原过程反复进行【1 】。细菌浸出的过 程通常称为间接浸矿作用。此外还存在细菌的直接 作用，细菌直接浸出是指细菌与矿物表面接触，将金 属硫化物氧化为酸溶性的二价金属离子和硫化物的 原子团【引。细菌浸出过程中间接和直接作用一般 多同时存在，主要反应式有 C u z S 2 F e z s 0 4 3 - - - } 2 C u 8 0 4 4 F e S O , S C u 2 0 F e 2 S O , 3 H 2 S 0 4 2 C u S 0 4 2 F e S 0 4 H 2 0 C u F e S z 2 F e z fS 0 4 3 - - ，“ C u S 0 4 5 F e S 0 4 2 S 细菌 C u F e S 2 4 0 2 C u S 0 4 F e S 0 4 高价铁的浓度主要受铁的氢氧化物溶解度的控 制，随溶液p H 值的变化，F e 2 和F e 3 可生成不同形 式的沉淀物，这些沉淀物可能覆盖在矿物表面，妨碍 细菌对矿石的氧化作用，不利于浸出，应当避免。可 以用适当提高溶液酸度的办法来防止产生铁沉淀， 为此浸出过程酸度控制在p H 2 ．0 左右为宜。 3坑外含矿废石细菌浸出工业化方案 3 ．1 方案的提出 对坑外含矿废石、低品位矿、难选矿石、冒落区、 采空区中残留矿及开采技术条件比较复杂的矿体， 溶浸采矿技术提取铜金属是世界普通采用的技术。 根据篦子沟铜矿坑外废石堆存情况及周围地表地形 条件，宜采用就地细菌堆浸回收。 拟采用的技术路线是先进行室内模拟柱浸试 验，以获取工业化试验的最佳工艺参数，再开展现场 工业化试验，在工业试验中进行全流程计算机优化， 最后实现矿山工业化生产。 3 ．2 工业化浸出方案 3 ．2 ．1 布液。根据废石堆上部自然地形条件，布液 喷淋采用2 英寸送液管及1 5 P L K 旋转漫射式喷淋器 在废石堆上直接喷洒，布液管路直接铺设在矿堆上。 3 ．2 ．2 浸出。浸出包括注水试验及注入溶浸剂试 验两部分。注水试验为正常浸出喷淋创造条件，其 目的是使所浸矿石进行预湿润；将室内试验所获取 的有关浸出参数在注水试验中进行验证，观察喷淋 结果，调整优化参数。注水试验之外，还需在地表进 行模拟试验，根据这两项试验和有关工作所获取的 万方数据 2 j 6有色金属 第5 2 卷 技术参数，进行正常的浸出剂浸矿。 3 ．2 ．3 集液。充分利用地形条件，在矿堆地势最低 部位外侧下掘集液池，并进行防酸防渗处理，可考虑 在池内壁铺设厚度2 m m 的P V C 板。集液池分两格 建造，一侧为铜离子浓度合格液，另一侧为浓度不够 的浸出液。合格液用泵送至地表萃取电积厂，不合 格液继续返回矿堆喷淋。 3 ．2 ．4 防洪防渗。浸堆防渗工艺设计前，必须考虑 的因素主要有废石浸堆所在地段的水文地质条件， 废石的结构特性，地质构造的影响程度，防渗材料的 选择，渗漏监测及补救措施，浸出液的技术要求等。 在大量细致的水文地质工作研究成果基础上，充分 了解含矿废石的水文地质特征，结合现场试验，优化 选择防渗材料，以达到最佳的浸出液回收率和经济 合理的工程费用。 浸堆防洪应充分了解当地气象条件、年最大降 雨量等技术数据，结合周围地形条件合理设计施工 防洪沟等必要工程。 3 ．2 ．5 萃取电积。集液池内合格浸出液泵送进入 萃取电积厂。萃取采用高选择性的羟肟类铜萃取 剂，将铜从浸出液中选择性地提取进入有机相，并经 过反萃使其富集到富铜液中，在电积工段生产电铜。 电积采用不溶阳极电沉积工艺，采用铅钙锡三元合 金作阳极材料，铜离子在阴极放电析出，产出高质量 的阴极铜。 4投资概算 投资范围包括供水系统、配电系统、配液站、布 液系统、集液系统、泵站、防渗防洪工程费用及设备 费用、安装费用等，预算的投资为细菌地表浸出达到 设计规模5 0 0 t ／a 所需的资金。 投资项目明细 万元 如下 1 工程类，贮酸池 6 ，酸液池6 、细菌培养池3 ．2 ，地面管路基础5 ．2 ，防 渗防洪工程9 ．0 ，集液池8 ，泵基础0 ．8 。 2 设备材 料，水泵8 ，耐酸泵1 2 ，供水管道6 ，供酸管道2 4 ，布 液集液管道2 4 ，供电设备与线材6 ，各种管道配件 7 ．5 。 3 萃取电积工序，车间仓库1 6 ，富液池2 ．5 ， 有机相高低位槽9 ．5 ，萃取高低位槽9 ．5 ，萃取箱 6 0 ，过滤器2 1 ，循环泵1 8 ，油水分离器1 1 ，电解槽 8 5 ，整流机组3 6 ，不可预见费用1 5 。 4 预备费用， 涨价备用金2 0 ，资金运转费用2 4 ，辅助基建费用 2 6 。 5 安装管理费用，人工费1 5 ．4 ，安装费5 ．2 ， 工程管理费1 0 ．4 ，动力费1 0 ，合计5 2 0 万元。 5 技术经济 5 ．1 服务年限 按5 0 0 t ／a 生产能力计算，该投资项目可服务年 限为2 0 年。从现有的资源情况看，篦子沟铜矿具有 足够的贮量保证细菌浸出项目的投资回报。 5 ．2 技术指标 铜的浸出率6 5 ％，集液率8 5 ％，萃取率9 9 ％， 电积率9 8 ％，电铜质量达到国家一级电铜标准，工 艺流程全闭路循环，不影响环境。 5 ．3 成本分析 电铜车间成本 元／t 电铜 构成如下 1 制液成本 浸出部分 ，水耗2 0 0 ，酸耗 1 8 0 0 ，动力费8 5 0 ，折旧费3 5 0 ，维修费1 8 0 ，人工费 4 0 0 ，工程费摊销1 2 0 。 2 萃取电积部分，水耗1 0 0 ，酸耗3 6 0 ，萃取剂 6 0 0 ，煤油1 0 0 ，动力费1 8 0 0 ，制造费2 1 0 ，折旧费 3 8 0 ，维修费2 7 0 ，管理费3 0 0 。 3 矿石提成1 5 0 0 。 合计95 2 0 元／t 电铜。 5 ．4 经济效益分析 5 ．4 ．1 利润敏感性。年产电铜5 0 0 t ，电铜售价 1 8 0 0 0 元，总投资5 2 0 万元，年利润4 2 4 万元，年销 售收入9 0 0 万元，单价灵敏度5 ．8 ％，销售量灵敏度 2 ．3 ％，变动成本灵敏度4 ．7 ％，固定成本灵敏度 2 ．1 ％。 5 ．4 ．2 盈亏平衡点。用产量表示B E P 。 1 1 6 ．3 t ， 用销售收入表示B E P 。 3 8 7 ．6 万元，用生产能力利 用率表示B E P 。 3 9 ．3 ％。 净态投资收益率i 8 1 ．5 3 8 ％。 6 环境监测评价 地表细菌浸出对环境的可能影响有地表输液 管道泄漏酸性水污染，酸液池渗漏及酸性水蒸发，浸 出矿堆底部渗漏对地下水的污染以及对矿山大气的 影响等。 通过精心施工和管理，地表输液管及配液池可 能的泄漏问题可以得到解决。由于酸性溶浸液直接 喷淋于矿堆上，经过与矿石的反应，浸出液的p H 值 ～般上升到5 ～6 左右，不会对地下水造成酸性污 染。溶浸设备均选用耐酸材料制成，可保证生产中 不被腐蚀。为了保证安全，项目实施过程中，将建立 环境监测网，监测矿山大气及水流的质量变化情况。 下转第2 2 8 页 万方数据 2 2 8有色金属 第5 2 卷 本试验研究出原矿粗磨粗尾矿再磨的阶段磨矿 阶段选别流程，二段粗精矿集中精选，使细粒的硫化 矿有可能背负浮选，减小一5 “m 细粒硫化矿物的损 失。粗精矿不再磨，可使流程简单，精矿浓缩过滤容 易。 表4 不同捕收剂选别指标对比试验结果 捕收剂种类与用量 ／ g t 一1 入选矿石品位／％ 铜镍 产率 ／％ 品位／％回收率／％ 铜 1 ．2 1 1 ．5 6 1 ．6 2 1 ．5 2 镍 1 ．0 0 1 ，1 8 1 ．1 7 1 ．1 3 铜镍 4 1 ．4 3 4 1 ．4 9 3 8 ．5 5 3 9 ．1 8 4 0 ．2 6 4 1 ．4 3 4 5 ．9 1 4 5 ．2 1 4 3 ．8 3 戊基丙基黄药1 5 0 己黄药1 5 0 异丁基黄药1 5 0 丁基黄药2 0 0 胺醇黄药1 0 0 Y 8 91 5 0 丁基黄药2 0 0 苯羟1 0 0 P Z 0 9 0 松醇油0 丁基铵黑药7 5 松醇油0 丁基黄药2 5 0 苯胺黑药1 0 0 9 ．3 6 7 ，7 6 7 ．4 9 7 ．3 9 8 ．0 1 7 ．9 8 9 ．8 9 1 0 ．3 0 1 0 ．3 1 8 0 ．6 4 8 4 ．O O 8 1 ．3 9 8 1 ．2 4 8 1 ．8 5 8 3 ．8 8 8 5 ，7 9 8 3 ．9 0 8 4 ．5 7 ★未特殊标明均为丁基黄药1 5 0 9 ／t 捕收剂十松醇油5 7 9 ／t ；★★产品均为粗精矿。 4结语 1 该铂钯矿有用矿物品位低，嵌布粒度极细， 矿物种类繁多，结构构造复杂，属难选矿石。 2 根据超基性岩矿床中硫化矿物紧密共生，互 为集合体或成群分布，呈包裹体形式存在的显微或 超显微状态的细粒铂、钯矿物与硫化铜、镍矿物关系 密切，嵌布在磁铁矿与脉石矿物间隙及脉石矿物间 隙中的铂、钯矿物粒度相对较粗，并且易于解离，提 出在粗磨条件下浮选硫化矿物集合体及连生体的观 点。试验结果说明，该观点是正确的。粗磨方案的 确立，在工艺技术上突破矿石细磨造成的选矿难题， 为开发利用该矿产资源创造了有利条件。 3 本试验研制的P Z O 强力捕收剂和K 5 1 5 分 散剂，对改善浮选条件，提高选别指标起到了重要作 用。自然p H 条件下的浮选，为浮选工艺工程化创 造了最佳条件。 4 根据有用矿物嵌布粒度范围大，部分镍矿物 及钯矿物性脆易碎，脉石矿物易于泥化的特点，提出 原矿粗磨，粗尾矿再磨，铜、镍、铂、钯混合浮选，阶段 磨矿、阶段选别的浮选流程，取得了精矿品位为铜 3 ．8 3 ％、镍3 ．6 0 ％、铂2 9 ．6 9 9 ／t 、钯4 8 ．0 2 9 ／t ，回收 率铜8 8 ．1 3 ％、镍5 7 ．4 8 ％、铂7 7 ．3 5 ％、钯7 6 ．9 3 ％ 的技术指标。 5 连续几个班运转过程中，进行过多次流程考 查，大量试验数据说明，整个连续扩大试验技术指标 稳定，重现性强，操作稳定，波动性小，试验流程通 畅。 6 本研究推荐的工艺流程结构简单、合理，技 术先进，指标稳定，选矿成本低，易于实现工业化。 上接第2 1 6 页 7结论 1 地表细菌浸出在篦子沟铜矿应用技术上可 行，经济效益显著。通过对该矿含矿废酸室内浸出 试验，可知其可浸性是好的。浸出中不存在明显的 技术障碍。 2 细菌浸出工业化的实现可获得可观经济效 益。首先可扩大资源利用率，地表堆存的3 0 0 多万t 含矿废石可以得到综合回收。以预算结果看，年产 电铜5 0 0 t ，每年可实现产值9 0 0 万元，创利润4 2 4 万 元。 3 该项工艺技术安全、环境效果好，对矿业开 发可持续发展有促进和推动意义。 ”M 姆 卯 粥 1 1 0 0 0 郇如 n 堪 弘 l 1 l 1 1 6 1 7 3 5 5 3 1 9 瑟毖毖殂 娩毖 n 勉 n 0 O O 0 O O O O O O 4 9 8 2 3 9 5 l M H H H n H 2 0 O 0 O 0 O 0 0 O 万方数据