德兴铜矿二次资源的回收利用技术.pdf

2 0 1 3 年增刊有色金属 选矿部分 9 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 0 ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 2 3 德兴铜矿二次资源的回收利用技术 张红华 江西铜业股份有限公司德兴铜矿，江西德兴3 3 4 2 2 4 摘要介绍德兴铜矿从废石、尾矿、废水和废渣等“二次资源”中有价元素铜、铁和铼等的综合回收利用技术及工 程化取得的效果，对我国同类型矿山“二次资源”的开发利用有一定的启发、借鉴意义。 关键词二次资源；综合回收；选矿技术；利用率 中图分类号T D 9 8 2 ；X 7 5 8 文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S 0 0 0 9 1 0 3 二次资源，通常是相对于自然资源亦或“一次 资源”而言，也称再生资源，即一般意义上的废弃 资源，是在社会的生产、流通、消费过程中产生的 不再具有原使用价值的各种废弃物总称。具体到矿 山而言，就是废石、尾矿、废水和废渣等。 德兴铜矿是江西铜业集团公司的主要矿山，建 矿于1 9 5 8 年，是中国第一大露天铜矿，也是一个 世界级的大型铜矿。包括铜厂、富家坞和朱砂红三 个矿床，累计探明铜金属量储量达8 4 0 多万t 。矿 藏具有储量大而集中、埋藏浅、剥采比小、矿石可 选性好、综合利用元素多等特点。生产规模由建矿 初期的25 0 0t ／d 逐步提高到目前的1 3 万伽，爆破 矿岩总量达1 ．3 亿以。近1 0 年来，德兴铜矿坚持 依靠科技进步和科学管理，为矿山生存发展，为企 业获得较好经济效益，认真做好资源综合回收利用 工作，不但形成了“一次资源”中铜硫金银钼等元 素高效回收集成技术，还拥有含铜废石、采区酸性 水、尾矿、废气及硫酸烧渣等“二次资源”铜、 铼、铁等元素回收技术，成为首批国家级矿产资源 综合利用示范基地。 1 含铜废石生物提铜技术 堆浸技术是一种湿法炼铜的新方法，该技术工 艺流程一般由浸出、萃取、电积三个工序组成，常 见于以氧化矿为主的矿山，而黄铜矿的浸出目前在 世界上尚属难题，以硫化矿为主堆浸、并形成一定 产能的矿山比较少见。 德兴铜矿堆浸的对象是以低品位黄铜矿为主、 未经破碎由电动轮排土筑堆的含铜废石。德兴铜矿 含铜矿石浸出试验最早于1 9 7 9 年美国福陆公司开 展的试验室柱浸试验，其后花了近二十年的时间， 先后与国内外多家科研院所合作开展一系列含铜废 石细菌浸出试验，于1 9 9 5 年建成规模为20 0 0t ／a 阴积铜的堆浸厂。堆浸厂设计的含铜废石铜品位为 0 ．1 8 ％、浸出液含铜1g ／L 以上，采用细菌堆浸一 萃取一电积流程，其中萃取为2 级萃取1 级反萃、 电积采用艾萨法，均为成熟技术，细菌堆浸是关键 技术。 堆浸厂投产后，一直存在着浸出率低的问题， 加之德兴铜矿近十年开采过程中，通过采用低品位 资源当量品位评价技术每年将金银附加值较高、约 7 0 0 万t 含铜0 ．1 ％～0 ．3 ％的废石送选厂选别，供给 堆浸的含铜废石平均品位仅0 ．1 ％左右，浸出液铜 只有0 ．1 ～0 ．2g ，L ，远低于设计值，导致堆浸厂产能 一直难以突破10 0 0t ／a 。为此德兴铜矿与相关科 研院所合作，通过对矿石性质与品位、矿堆温度与 渗透性、细菌浸出机理和筑堆方法的系统研究，形 成分级分区堆放、电动轮后倒与推土机纵横交叉犁 松相结合筑堆法、野生菌种筛选驯化与培植、p H 最佳控制范围、最佳喷淋与休闲周期及一级并联萃 取、负压式有机回收工艺等内容的含铜废石生物提 铜集成技术，解决了矿堆的渗透性和透气性、细菌 的生长与繁殖、浸出液铜离子浓度低等问题，提高 了浸出率及萃取率，实现以硫化矿为主的低品位含 铜废石铜资源的长周期有效回收，近几年堆浸厂产 能一直维持在13 0 0t ／a 左右，至2 0 1 2 年止已累计 基金项目“十二五”国家科技支撑计划项目 2 0 1 2 B A B 0 1 8 0 2 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 3 榨者简介张红华 1 9 6 6 一 ，女，湖南湘乡人，高级工程师，主要从事选矿工艺及技术等方面的研究。 万方数据 9 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 生产阴积铜1 ．7 万余t ，产品含铜9 9 ．9 9 ％。 2 低浓度酸性废水硫化提铜技术3 选矿尾矿铜综合回收技术 矿山酸性废水是一种在矿山开采和利用过程中 产生的含大量重金属离子的黄棕色酸性废水。该类 废水对人类的危害极为严重，对矿业生产、生态环 境产生巨大威胁，同时造成资源的严重浪费。目前 国内大多数矿山对酸性水都采用传统沉淀法处理， 虽能实现达标排放，但无法回收其中有价元素，且 易造成金属离子的二次污染。 要实现矿山酸性废水有价元素的有效回收，首 先要解决酸性废水中有价元素浓度低的问题。为 此，德兴铜矿通过开展大量的调查研究和基础设施 建设工作，形成矿山酸性废水源削减调控技术，实 现铜厂采区酸性废水的高效收集。该技术是指将产 生废水的各污染源按水量、水质的差异，分别进行 科学的管理调控、分质处理和综合利用研究并有机 地组合起来的优化调控治理的综合技术，分源削减 和调控两大技术。实施后一方面减少了废水产生量 与排放量，应用后比应用前酸性废水产生量减少 4 5 ％以上。另一方面提高了酸性废水中有价元素浓 度，其中铜离子含量平均达到0 ．0 3g ，L 。 其次，选取合适的提取工艺。由于铜离子浓度 远低于萃取工艺O ．1g ／L 的要求，酸性废水直接萃 取一电积提铜是不行的。为此，德兴铜矿针对含低 浓度铜酸l 生废水先后进行复杂酸性废水中金属离子 分离机理、低p H 条件下的硫化铜结晶技术、硫化 氢的循环利用工艺攻关，开发了工艺稳定、无二次 污染的低浓度酸性废水化学硫化提铜集成技术。该 技术通过对低浓度铜 铜含量3 0m g ／L 酸性废水 中金属离子分离机理的研究，依据不同p H 值金属 离子沉析性能，采用在线监控技术自动调节金属离 子分离的p H 控制点，采取优先沉铁、硫化沉铜工 艺，先后加入石灰和硫化氢钠，得到含铜3 0 ％以上 的铜精矿，从而实现高铁低铜酸性废水中铜的高效 回收。同时该技术采用氮气调节罐吸收法，开发出 硫化氢回收成套设备，有效防止硫化反应过程中硫 化氢二次污染。 2 0 0 7 年德兴铜矿以该技术建成一座硫化铜厂， 目前处理能力3 万m 3 ／d ，年回收铜金属8 0 0 余t ， 铜回收率达到9 5 ％，处理后的废水回用于生产，实 现废水资源化。随着富家坞矿区的开采，酸性水量 增大，德兴铜矿采用该技术正在建设另一座相同规 模的硫化铜厂。 德兴铜矿现有尾矿回收厂通过截取大山、泗洲 选矿厂尾矿溜槽上部的泡沫作为入选原料，从中回 收铜金属，每年产铜3 8 0t 左右，不到尾矿铜金属 量的1 ．7 ％，大部分选厂尾矿资源未得到充分回收 利用。 选厂尾矿含铜在0 ．0 6 0 ％左右，含铜矿物主要 是黄铜矿，约占尾矿总铜8 0 ％，其次为少量黝铜 矿。黄铜矿和黝铜矿绝大多数是以贫连生体和包裹 体形态存在，与其连生或包裹的脉石主要是石英和 云母。选厂流程考察表明，尾矿中 1 2 5 “m 产率 达到1 0 ％以上、粒级回收率只有2 0 ％，铜品位达到 O ．1 2 5 ％，远高于尾矿品位，存在明显富集的现象。 根据尾矿回收厂多年的生产经验，预处理回收的粗 精矿铜品位达到0 ．1 5 ％左右，采用常规再磨再选流 程，即可产出含铜1 3 ％以上、作业回收率6 0 ％以 上的铜精矿。 2 0 1 2 年8 月至2 0 1 3 年6 月，德兴铜矿与北京 矿冶研究总院，有针对性地根据 7 4 斗m 粒级的浮 选工艺要求设计并开发了2 台型号为C G F - - 4 0m 3 机械搅拌式浮选机进行工业试验。工业试验结果表 明，C G F - - 4 0m 3 机械搅拌式浮选机作为尾矿再选预 先浮选作业样机设备性能稳定、结构工艺参数合 理、液位自动控制系统正常，铜富集比2 ．6 3 倍、 作业回收率达到2 1 ．8 5 ％ 针对尾矿铜金属量 ，粗 精矿中 1 2 5 斗m 、 7 4 斗m 粒级产率分别为2 1 ．7 5 ％ 和3 2 ．O ％，均大大高于常规浮选机泡沫产品相应粒 级含量，实现了尾矿粗颗粒目的矿物有效回收。 目前德兴铜矿正在进行以C G F - - 4 0m s 机械搅 拌式浮选机为预先浮选一粗精矿脱水脱药后再磨再 选工艺为尾矿铜综合回收核心技术的“德兴铜矿选 厂尾矿综合回收铜工程”设计，项目全面实施后可 年产铜28 0 0t 。 4 钼深加工烟气铼回收技术 德兴铜矿钼精矿中的铼是以同质类相形式存 在。钼精矿在氧化焙烧时，R e S 被氧化成R e 0 ，， 在整个氧化焙烧过程中产生的R e 0 ，约6 4 ％以气态 形式进入烟气中，如不加以回收，一方面污染环 境，另一方面造成资源浪费。利用R e 0 ，极易溶于 水的原理，德兴铜矿与东北大学合作研制了尾气中 回收铼装置，并开发了尾气中回收铼的关键技术。 万方数据 2 0 1 3 年增刊张红华德兴铜矿二次资源的回收利用技术 9 3 该技术针对钼精矿焙烧过程中，烟气温度高、风量 大、铼含量极低的特性，自主研发高温烟气管道夹 套循环水冷却装置和氧化铼吸收塔，将烟气中近 9 0 ％的铼回收到淋洗液中，再将含铼烟气淋洗液和 氧化钼焙砂酸浸液合并，采用离心萃取机萃取回收 铼，实现多元混酸复杂体系中铼的高效萃取与提纯。 2 0 0 4 年5 月，德兴铜矿以该技术建成12 0 0f f a 钼酸铵生产线，钼铼综合回收实现产业化。2 0 0 7 年又完成改扩建工程，铼酸铵产量达到15 0 0k g ／．。 5 硫铁矿高效综合回收技术 德兴铜矿2 0 0 5 年建成的1 0 万t ／a 硫铁矿制酸 项目，采用的是我国传统的焙烧制酸工艺，原料系 德兴铜矿自产硫精矿。该项目年产硫酸1 0 万t ，同 时排出含铁4 5 ％的硫酸烧渣7 ．5 万t ／a ，由于达不到 钢铁原料铁精矿的质量要求，只能用于水泥行业的 添加剂，滞销、积压严重，并造成环境污染。其次 硫铁矿制酸产出的稀酸，采用中和处理，处理成本 较高，企业经营处亏损状态。如何解决废渣、废水 的高效综合回收是当时企业解困的主要途径。 当时国内关于硫酸渣综合利用的研究及生产， 大多通过采用重力浮选、磁选、浸出提纯等硫酸渣 选铁工艺对铁进行富集，使铁含量从4 5 ％富集到 6 0 ％以上，直接作为炼铁原料销往炼铁厂。然而， 这些工艺仍存在某些缺点，如回收率不高，只有 8 5 ％左右，磁选法由于只能选出硫酸渣中的F e ，0 。， 回收率不足7 0 ％；产率偏低，仍产出大量含铁不超 过4 5 ％的硫酸渣；成本较高，工艺复杂，操作控制 极其不便。 德兴铜矿通过大量探索试验和技术调研分析， 改变研发思路，将研究重点从常规硫酸渣提铁转移 至如何提高人炉原料品质、直接产出高品位硫酸渣 上，自主研发了“废酸活化浮选铜硫分离尾矿一提 高硫精矿品位和回收率一高品位硫精矿沸腾焙烧” 的硫精矿提纯技术和高硫焙烧技术，将硫精矿品位 提高到4 8 ％以上，经焙烧制酸后，产出的烧渣含铁 达到6 3 ％以上作为铁精矿销往钢铁厂，从而大大提 高硫精矿的附加值。该技术将硫精矿制酸产生的低 浓度废酸全部应用于高硫浮选过程中，实现了硫铁 矿制酸后废渣、废水资源的高效综合利用，提高了 企业整体经济效益和环境效益。 2 0 0 7 年8 月，该技术成功应用于德兴铜矿9 0 0 W 高品位选硫中试场和1 0 万妇硫铁矿制酸项目。 多年生产实践表明，硫精矿品位平均达到4 8 ％，经 焙烧产出的硫酸渣平均含铁6 5 ．4 ％，烧渣残硫 0 ．2 9 7 ％ 有效硫0 ．0 9 5 ％ ，C u ，P ，P b ，Z n ，A s ， S i O ，A 1 2 0 ，等杂质元素含量均达到国家铁精矿质量 标准，系统运行安全、环保、稳定。其中硫精矿提 纯技术于2 0 11 2 0 1 2 年通过大山选矿厂3 万W 扩 能改造、泗洲选矿厂浮选改造在德兴铜矿得到全面 推广应用，德兴铜矿从此不但告别了产标硫的历 史，而且硫精矿产量也得到大幅提升。高硫焙烧技 术分别于2 0 0 8 年、2 0 1 2 年推广应用于江铜一瓮福 化工公司4 0 万池和德兴铜矿6 0 万讹硫铁矿制酸 项目。 6 ，结论 含铜废石生物提铜技术和低浓度酸性废水硫化 提铜技术改变了矿山废石、废水只投人无产出的传 统防治方式，以废治废、变废为宝，实现资源回收 与环境保护的双赢。选矿尾矿铜综合回收技术可大 幅提升铜金属产量。硫铁矿高效综合回收技术既提 高伴生硫铁矿资源的综合利用率，同时又消除硫酸 渣滞存或再选引发的环境污染，降低废水处理成 本。钼深加工烟气铼回收技术较好地解决了钼精矿 冶金过程中钼铼分离与回收问题，全面实现伴生 钼、铼的选冶综合回收。 德兴铜矿“二次资源”综合回收技术，不但为 德兴铜矿创造了巨大的经济效益，同时也促进企业 实现清洁环保生产，在同类型矿山具有示范作用。 尽管如此，德兴铜矿“二次资源”综合回收科研工 作仍在继续，如酸性废水中镍钴的回收、硫酸烧渣 金银贵金属的回收及尾矿中铁、金红石的回收，均 进行相关试验研究，其中酸| 生废水镍钴回收技术正 在工程化。 万方数据