低品位氧化铜矿的地下溶浸工艺与生产.pdf

第5 5 卷第4 期 有色金属 矿L t l 部分 低品位氧化铜矿的地下溶浸工艺与生产 中条山有色金属集团公司铜矿峪矿张峰”常晋元 摘要铜矿峪矿采用地下溶浸工艺回牧难录难选低品位氧化铜矿铜资源和自然崩落法采矿塌陷区含铜废 石铜资源，生产高质量阴极铜、填补了国内技术空白，刨造了较好的经济效益和社会效益。 关键词地下溶浸采矿市液集液防渗萃取电积 1 - D gA 地下溶浸采矿法，是把某种化学溶剂注入地下 矿岩中使有价金属溶解出来，然后收集溶液，从中提 取有价金属产品的工艺。这种采矿技术不需要将矿 石采出地面，省去了建设选矿厂、冶炼厂的高昂费 用，一般不产生废水、废气、废石，不破坏地表植被． 能较好地控制环境污染。利用地下溶浸采矿技术对 一些无法开采、开采未尽的残矿和遗弃的低品位矿 岩进行有价金属资源的回收和利用，是现在和今后 矿山技术开发的主要方向之一。 1 技术条件 铜矿峪矿地下溶浸工艺目前的主要利用对象是 早年被遗弃的储量达4 0 0 万t 的5 “东氧化矿和自 然崩落法开采塌陷区储量约6 0 0 万t 的含铜废石。 1 _ 1 矿石类型 氧化矿含铜品位0 ．6 ％～o ．6 5 ％，氧化率3 0 ％ ～l o o ％。主要氧化矿石是孔雀石[ C u C O C u O H 2 ] ，其次是蓝铜矿[ c u 。 C O s 2 O H z ] 和硅 孔雀石l - C u S i O 。n H 。0 7 。所含硫化矿物以黄铜矿 [ C u F e S 。] 、黄铁矿[ F e S ] 、斑铜矿E C u F e S ] 为主。 自然崩落法开采塌陷区是氧化矿、硫化矿、废 石、地表黄土、沟谷有机沉积物的混合物，平均古铜 品位0 ．2 5 ％左右，平均氧化率4 8 蟛。主要脉石矿物 是石英、长石、绢云母．其次是黑云母、绿泥石、褐铁 矿等。 1 ．2 矿石的溶浸性 所有的氧化铜矿石都是易于用某种溶剂溶浸 的，其含铜浸出率几乎与矿石的氧化率相等。孔雀 石及一些次生铜矿物 蓝铜矿等 主要呈薄膜状充填 于岩石层理、片理和裂隙中，或附着在长石、石英表 面，有利于加速溶浸动力学过程。脉石矿物大多呈 酸性．故可采用较便宜的硫酸作浸出剂。缦出矿石 * 张峰高级工程师山西垣曲0 4 3 7 0 6 中所吉的黄铁矿在硫酸、水、空气及微生物作用下． 可生成有利于硫化矿溶解的F e ”。 1 ．3 地下溶浸区水文地质 铜矿峪矿地下溶浸区位于传统采矿形成的地下 水位降落漏斗内，水文地质简单，矿岩体内无大的构 造断裂存在，围岩以构造裂隙水为主，岩层渗透性系 数0 ．0 7 ～0 ．3 8 m ／d 。在溶浸过程中，大部分溶浸液 沿破碎的矿岩垂直向下渗透，侧向扩散率 8 ％，底 部围岩裂隙渗漏率约1 5 ％～2 0 ％，扩散范围与围岩 主构造分布有关。且大多沿开采水位降落漏斗内井 巷构造裂隙泄出。 2 地下溶浸工艺 2 ．1 地下溶浸方案选择 地下溶浸采矿方式目前主要有两种原地钻孔 浸出、原地破碎浸出。由于应用原地钻孔浸出的基 本条件是矿岩透水性好，围岩有隔水层，或虽无完整 的隔水层，但可以经济地构造人工隔水层。但是铜 矿峪矿并不具备这样的矿岩和矿床条件。 铜矿峪矿现存主要的氧化矿分布在58 矿体东 部．有大量的可利用的废弃井巷工程，而且该处矿体 贫富夹杂、大小相间，分支复合现象普遍。利用现有 工程，采用爆破优化技术破碎矿石，进行原地地下溶 浸，将会大大地简化工艺环节，降低生产成本。 铜矿峪矿自然崩落法已形成地表塌陷区面积约 2 1 万I l l 。，铜金属储量约1 ．6 万t 。从地表陷落区布 管喷淋溶浸液，利用井下废弃工程改造后收集浸出 液，也是一种经济有效的原地破碎浸出工艺。 经过可行性研究和室内外模拟试验，确定在5 4 东矿体采用地下布液、地下集液的原地破碎浸出工 艺；在自然崩落法塌陷区采用地表布液、井下集液的 原地浸出工艺。其中5 ”东矿体的原地破碎浸出工 艺“难采难选低品位氧化铜矿地下溶浸工业试验”课 题列为国家科委“九五”攻关项目。 万方数据 有 色金属 矿t a l l 第5 5 卷 2 ．2 地下溶浸的化学原理 大量的试验和生产经验表明，地下溶浸过程主 要是在常温常压F ，在空气、水、溶浸剂和某些微生 物参与下的化学过程。 氧化铜矿石的硫酸溶浸化学反应 i L 雀石C u C O 。．C u O H 。 2 H2 S O 。一2 c u S O 。 C O 。 H O 硅孔雀石C u S i O 。，n H O H 2 S O 。一C u S O 。 S i O n 1 H O 硫化铜矿石的硫酸溶浸化学反应 黄铜矿4 C u F e S 2 1 7 0 2 2 H 2 S O 。一4 C u S O ， 2 F e 。 S O 。 。 2 H 。O 斑铜矿4 C u F e S l 3 7 0 2 1 0 H S O d 一 2 0 C u S O 一 2 F e 2 S O 。 ， 2 H 2 0 上述硫化铜的氧化还原反应速度极慢，无实际 工业意义。只有在适当的温度、浓度和有细菌、 F e ”、空气存在条件下，方可形成有经济价值的氧 化还原反应，这也是铜矿峪矿地下溶浸下一阶段的 主要攻关方向。 在铜矿峪矿地下溶浸过程中．某些脉石矿物如 长石、黑云母、绢云母、绿泥石，某些硅酸盐都可能发 生耗酸反应 钙斜长石C a A I s i 2 0 a 8 H 一C a 卅 2 A i 十3 2 H 。S i O 。 硅酸 黑云母K 2 g e M g 。S i 6 A I z Q o o H t 2 J H 一 2 K 3 F e q 3 Ⅳk 2 ～* 十6 H 1 S i 硅酸 2 ．35 * 东试验采场地下破碎浸出工艺 根据室内外小型试验成果，铜矿峪矿在5 “矿体 东部建成了一个高3 8 m ，水平面积1 0 0 0 m 2 ，矿岩量 3 ．5 万t 的地下工业化试验溶浸采场．先用微差挤 压爆破法将矿石破碎．要求2 0 0 m m 以下的块度达 到8 0 ％以上。其溶浸工艺流程如下 I 布液。从坑外处理厂配液站将适宜浓度的稀 硫酸输送到试验采场顶部的水平布液巷道，再通过分 流阀、布液孔，均匀布液于整个采场平面。布液强度 8 ～1 2 L ／m 2 h ，采用间歇喷淋制度，每天布液1 6 h 。 2 集液和防渗。进人采场的稀硫酸液体自上 而下以一定的速度渗透通过采场矿石，经过一系列 物理化学反应．生成含C u ”浓度为2 ～3 9 ／I 。的硫酸 铜溶液，汇集于采场底部。在采场底部围岩中，已预 先用注浆法形成防渗层，在防渗层下水平布置集液 池。在集液巷道顶板向采场底部钻凿导流钻孔．将 浸出液导A 集液池中，再用泵输送到地表．经沉淀 后．进入萃取车间储液池。试验采场的生产技术指 标布液量2 0 0 m 3 ／d ，集液1 8 5 m 3 ／d ，集液率9 0 ％， 铜综合回收率7 0 ％。 另一个面积为2 0 0 0 r n 2 ，破碎矿量8 万t 的第二 溶浸生产采场已建成投产，5 。东区域最终将形成年 产电铜5 0 0 t 的独立溶浸区。 2 ．4 自然崩落法塌陷区溶浸工艺 2 ．4 ．1 塌陷区溶浸工艺流程。来自地表配液站适 宜浓度的稀硫酸，用泵输送到塌陷区9 7 0 m 标高喷 淋场，均匀喷淋布液，溶液经过1 2 0 ～1 5 0 m 的垂直 高程，大约2 0 ～3 0 h 后到达采场底部8 1 0 m 水平的 井下集液巷道，集液巷内的浸出液用多级泵输送到 地表萃取一电积厂，处理后的萃余液再进入配液站 进行循环。 2 ．4 ．2 塌陷区溶浸工艺主要特点。 1 自然崩落法开采塌陷区溶浸高度达1 2 0 ～ 15 0 m ，有利于提高布液强度，提高或平衡浸出液含 铜浓度。 2 采用沿等高线水平动态布液，以实现均匀喷 淋和节省平场工作量．实现安全生产。 3 集液系统工程利用自然崩落法废弃网状巷 道改造而成。从而减少了工程投资，降低了电铜生 产成本。 4 防渗漏工程以在溶浸区下方巷道中施工垂 直于构造面的导流疏干孔网为主，只对少数渗漏严 重的地质结构才考虑注浆隔离。 5 由于长石、黑云母、黄土沉积物、有机质含量 大，使得陷落区溶浸硫酸消耗增大．提出液杂质含量 多，萃取剂单耗高。而且陷落区矿岩块度较大．加大 了浸出周期。 塌陷区溶浸目前地表有效喷淋面积8 0 0 0 群．日 喷淋溶浸液1 2 0 0 m 3 ，日回收浸出液1 0 0 0 ～1 1 0 0 i n 3 ， 液体回收率8 0 ％～9 0 ％，浸出液含铜浓度1 ．Z - - e g ／ L ，p H 值1 ．5 ～2 。 塌陷区溶浸工艺计划将喷淋面积扩展到2 ．5 万 m 2 左右，并把该区域建成年产电积铜1 5 0 0 t 的独立 生产区域。 3 萃取一电积工艺 来自两个溶浸采场的浸出液通过萃取 电积工 艺提取电积铜。铜矿峪矿的萃取一电积工艺设计能 力为年产电积铜2 0 0 0 t 。该工艺采用二级逆流串联 f 下转第3 7 页 万方数据 第4 期壬小宝Z Y2 5 0 型工作大臂及平台的研制 3 7 在工作平台上设有紧急停止阀。当出现紧急情 况时，如控制失灵，操作失误等，搬动此阀使其处于 通流状态．可使大臂及平台的所有动作立即停止，以 避免人员及设备的损失。 在液压平动系统中．加装有双过载朴油阀。当 工作平台发生卡阻事故时，该阀起安全溢流的作用， 使系统中的油压不至过高。当系统中由于泄漏等原 因造成“亏油”时，该阀可向系统自动补油。 4 设备特点 z Y 一2 5 0 型工作大臂及平台为可伸缩两段大 臂型式．采用优质焊接结构钢H Q 6 0 制造，与传统 的1 6 M n 钢相比，具有焊接性能好，强度高的优点。 大臂截面采用上下板夹腹板的焊接形式，焊缝受力 情况好。 采用单液压缸型式实现大臂的摆动，与常用的 液压马达及齿盘旋转型式相比．成本低，结构简单， 且便于设备的安装与检修。 大臂安装架采用u 型结构，提高了大臂的安装 刚度。 考虑到地下施工的特点，工作平台护栏均采用 4 0 r a m 4 0 r a m 截面的方管焊接而成，可承受较大的 撞击。台面铺设花纹钢板以防滑。 考虑到地下施工高温、潮湿的特点，在大臂及平 台液压系统中．我们采用两台多路换向阀作为操作 元件，与使用电液操作阀相比较，具有可靠性高，成 本低的优点。本设备整机成本 含结构件及液压控 制部分 约4 万元，仅相当于一台电液操作阀的价 格。 z Y 一2 5 0 型工作大臂及平台设计合理，工作灵 活，操作方便，除用于井下装药外。也可与其它自行 车辆配合使用，完成各种地下及地面工程任务，具有 很好的通用性。 参考文献 1 邱宜恫．等．机械设计手册．北京机械工业出版社，1 9 9 2 2 徐达．专用汽车结构设计．北京北京理工大学出版杜，1 9 9 8 3 绦达．专用工作装置原理与设计计算．北京z 北京理工大学出 版社．1 9 9 8 口 p ，p p p p - “．m p p p w ，p 。4 ，p p p ，≯p p p p p p p p p p p p p p _ 8 p - 。p 、p p p p p p ≯∞8 上接第6 页 萃取、一级反萃、单级搅拌混合箱、传统澄清室；采用 德国汉高公司生产的L i X 9 8 4 作萃取剂，国产优质 煤油作稀释剂。 主要萃取工艺参数O ／A 1 ～1 ．1 ；l ，综合萃 取率9 0 ％～9 5 ％，反萃率6 5 ％～7 0 ％，生产的电积 富液C u ”浓度4 0 ～4 5 9 ／L 。 主要电积工艺参数电流密度1 3 0 ～1 5 0 A ／m 2 ， 槽电压1 ．8 ～2 ．2 V ．主要添加荆是古尔胶和硫酸钴， 电流效率8 8 ％～9 2 ％．生产周期7 ～8 d 。 4 评价 铜矿峪矿地下溶浸工艺一期工程于2 0 0 0 年5 月建成．设计能力为年产电积铜5 0 0 t 。二期工程已 于2 0 0 3 年1 月投产。年设计电积铜生产能力为 15 0 01 。2 0 0 2 年该工艺的产品成本为9 0 0 0 元／t ．C u ，其中制液 地下溶浸部分 成本5 0 0 0 元／ t ．C u ，萃取电积成本3 0 0 0 元／t ．C u 。制造费用1 0 0 0 元／t ．C u 。 电积铜单位成本与铜矿峪矿传统生产工艺产品 铜精矿 铜品位2 5 ％～2 6 ％ 含铜单位成本基本相 等，大致相当于火法冶炼电铜成本的7 0 ％。在生产 规模扩大后，铜矿峪地下溶浸的电铜单位成本还可 下降1 0 ％～1 5 ％，达到国外生产水平。 铜矿峪地下溶浸工艺处理的对象是被传统采 矿、选矿工艺废弃的低品位氧化矿，残余硫化矿和含 铜废石，扩大了铜资源利用范围，延长了矿山寿命。 特别是湿法冶金生产规模可大可小。很适合中国有 色金属企业分散、矿床规模小、资源匮乏的特点，极 具推广价值。 铜矿峪矿地下溶浸不破坏地表植被。无废石占 用山林耕地问题，提铜工艺没有S O z 烟气排放，环 境保护效果良好。 铜矿峪矿地下溶浸工艺技术填补了国内技术空 白。目前正在进行的“地下生物浸出工业试验”和 “连续离子交换技术回收低浓度酸性水中铜的试验” 将进一步提高铜矿峪矿地下溶浸工艺系统的生产能 力和技术水平。口 万方数据