低品位氧化铜矿堆浸工业试验

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doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.07.001低品位氧化铜矿堆浸工业试验刘美林，刘国梁，武彪，温建康（北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室，北京100088）摘要：采用硫酸作浸出剂，对新疆土屋低品位氧化铜矿进行堆浸工业试验，重点考察了不同粒度和矿堆堆高的渗透性、铜浸出率及酸耗的变化，并探讨了当地气候条件对堆浸的影响。结果表明，-50mm的矿石堆浸60天，铜浸出率可达80%以上。吨矿酸耗和水耗分别为24.2kg和164kg，吨铜酸耗和水耗分别为9.4t和63.9t。该矿采用堆浸－萃取－电积工艺回收铜是可行的。关键词：低品位氧化铜矿；堆浸；酸耗；工业试验中图分类号：TF811文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）07-0000-00PilotPlantTestonHeapLeachingofLowGradeOxidizedCopperOreLIUMei-lin,LIUGuo-liang,WUBiao,WENJian-kang（NationalEngineeringLaboratoryofBiohydrometallurgy,GeneralResearchInstituteforNonferrousMetals,Beijing100088,China）Abstract:ThepilotplanttestonheapleachingoflowgradeoxidizedcopperoreinTuwu,XinjiangUyghurAutonomousRegionwasconductedwiththeuseofsulfuricacidasleachingagent.Thepermeability,copperleachingrateandtheconsumptionofsulfuricacidofdifferentgranularityandheapheightwereinvestigated;furthermore,theeffectoflocalweatherconditionsonheapleachingwasdiscussed.Theresultsshowthatthecopperleachingrateis80%aboveinviewof-50mmfor60dayssulfuricacidsolutionsprayleaching.Theactualconsumptionofsulfuricacidandwaterare24.2kgand164kgpertonnageore,respectively.Theactualconsumptionofsulfuricacidandwaterare9.4tand63.9tpertonnagecopper,respectively.Itisfeasibletorecovercopperfromthislowgradeoxidizedcopperorewiththeprocessofheapleaching,solventextraction,andelectrodeposition.Keywords:lowgradeoxidizedcopperore;heapleaching;consumptionofsulfuricacid;pilot-planttest随着我国优质铜矿越来越少，开采和待开采的铜矿石性质日趋恶劣[1]。湿法浸出—萃取—电积法[2]非常适合处理品位较低的矿石，其中酸法堆浸是应用最广泛的浸出工艺[3-7]。新疆土屋铜矿资源丰富，但因地处戈壁滩，这些资源目前尚未得到很好的开发利用。为验证酸浸工艺处理土屋低品位氧化铜矿的可行性和各项工艺指标，为正式堆浸场建设和投产提供可靠的工艺参数，我们开展了堆浸现场工业试验，重点考察矿石的渗透性、粒级、堆高以及当地气候条件等因素对铜浸出率的影响。1矿石性质1.1多元素分析堆浸工业试验矿石采自土屋氧化铜矿II号矿体地表矿。原矿经两段一闭路的颚式破碎系统破碎后筑堆（破碎粒度上限-50mm）。但由于矿石风化较严重，破碎后粉矿占比较大，影响矿堆的渗透性。工业入堆矿石多元素分析结果见表1。表1工业试验入堆矿石多元素分析Table1Chemicalcompositionoforeforpilotplanttest/%矿堆编号CuFeCaMgSSiO２Al2O31#，5-50mm0.244.441.541.570.4754.099.262#，-50mm0.244.531.521.580.4354.069.213#，-30mm0.404.620.991.120.8454.107.094#，-30mm0.354.991.662.560.4156.067.035#，-50mm0.315.791.862.030.5755.829.306#，-50mm0.375.951.932.120.6057.069.38基金项目：国家自然科学基金重点项目（50934002）收稿日期：2012-03-19作者简介：刘美林(1975-)，女，山西原平人，博士，高级工程师. 1.2主要矿物土屋氧化铜矿是以氯铜矿和孔雀石为主的氧化矿。氯铜矿和孔雀石多呈粉土状或胶凝状浸染分布于脉石矿物中，或与石英等脉石矿物构成斑块状集合体，部分形成脉状集合体。矿石中还少量的斑铜矿、铜蓝和黄铜矿，极少量磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和辉铜矿等。脉石矿物主要为石英、绢云母/白云母、斜长石、绿帘石、黑云母、钾长石、石膏等。铜物相分析结果显示，铜主要以氧化铜形式存在，1#~6#矿堆样品的氧化铜占有率分别为84.80%、86.67%、87.75%、89.43%、89.68%和87.11%，原生硫化铜占有率7%~10%，次生硫化铜占有率为3%左右，硅酸盐中的铜占有率很低。1.3粒度3#堆-2mm矿石比例高达33.67%，含铜品位0.48%~0.94%。粉矿比例较大，堆浸时会对矿堆的渗透性产生较大影响。其余5个矿堆-2mm矿石比例为2%~7%，含铜品位0.67%~2.73%，粉矿比例较小，堆浸时不会对矿堆的渗透性产生较大影响。2工业堆浸试验2.1矿堆参数新疆土屋氧化铜矿硫酸堆浸工业试验现场建在戈壁滩上，该堆场场地平坦，占地约3750m2，入堆总矿石量1万t以上，所建溶液池容积750m3。氧化铜矿石从采场运送到距离堆场800m附近，经破碎、筛分后，用卡车运送并堆筑到试验现场。用稀硫酸溶液进行滴淋，浸出液经分配总管、支管输送至各滴淋头。浸出液从底部流出并汇入溶液池中，再返回矿堆循环浸出，直到其中铜的质量浓度达到要求后，合格浸出液经计量检测可以直接排放到备用池中进行海绵铜置换。堆浸试验堆共6个，工艺参数见表2。表2工业矿堆试验参数Table2Parametersofpilotplantheapleachingtest矿堆编号1#堆2#堆3#堆4#堆5#堆6#堆底部粉矿厚度/cm10.611.611.912.511.412.6堆高/m3.53.51.42.04.12.5堆底底面积/m2615.2521.3448.2556.3582.4604.1堆体积/m31410.91285.2574.5888.41579.81171.6滴淋面积/m2668.8574.2460.8586.5651.6647.0堆密度/(t·m-3)1.541.501.781.651.591.66矿量/t2169192410211462250919432.2堆场平面布置工业试验堆场平面布置示意图见图1。图1工业试验堆场布置示意图Fig.1Sketchmapofarrangementforpilotplantheapleachingtest 首先平整堆场，单个堆占地面积约2500m2，在平整后的土地上用黏土压实，在宽度方向上向集液池方向设计3~50°的倾角，铺设1mm厚度的HDPE板材做防渗处理。开挖集液池、调酸池，集液池紧邻浸堆，设计深度1.5m，总容积750m3，使用容积700m3，底部采用黏土压实后打上钢筋混凝土垫层，并使底部向调酸池方向略微倾斜，以便泵出液体时减少存液。底部和边壁采用1mmHDPE板为衬垫。集液池一侧设置调酸池，进水管路与集液池相连，出水管路与喷淋系统相连。2.2.1矿样处理采取代表性原矿矿样，矿样经振动筛筛分，+50mm块矿入破碎机，破碎后与-50mm筛下矿混合均匀，即为入堆原矿，筑堆粒度为-50mm。2.2.2喷淋管布置滴淋管与主管直接相连，相邻滴淋管间距30cm，10月下旬在主管道上增加喷淋管路，在喷淋管上每隔1m间距布置一个滴淋头，滴淋和喷淋不同时进行，通过在主管道上安装阀门切换布液模式。每个堆输液主管道上均安装有流量计，各矿堆分别计量流量。2.2.3底垫层铺设各堆场地面平整后铺PE膜防渗，膜上覆盖一层厚度约10cm粒度-5mm的粉矿垫底，再在其上铺垫一定粒度的矿石。矿堆底部铺设有数目不等的导流管（由于导流管到货较晚，1#和2#矿堆底部未铺设）。2.2.4筑堆方式采用汽车入堆，将矿石运送入堆场时，从堆场边缘逐步向内方向铺堆，边铺堆边前进，直到矿石量达到筑堆需要矿量。筑堆完成后，对矿堆表层矿石进行一次彻底的翻挖疏松，防止有压实结块现象，影响矿堆的渗透性。2.2.5喷淋液酸度和强度喷淋液酸度控制在pH0.5~1.5，喷淋强度根据现场情况控制在10~15L/(m2·h)，避免形成沟流和积液。2.2.6休闲制度滴淋初期10天每天滴淋10h以上，增加喷淋系统后，由于水泵压力不够，每次只能开一半喷淋管路，矿堆两侧轮流喷，间隔1h，这段时间的喷淋休闲制度是1∶1。3工业试验结果和讨论2011年4月开始进行堆浸试验厂土建和前期准备，7~8月矿石破碎，8月开始平整底部、铺膜，9月垫底、筑堆、铺设管道、配备水和酸，10月1日开始堆浸作业，期间采用铁粉置换法处理浸出液，2011年12月19日停止试验，12月22~23日取浸渣样。3.1工业试验技术指标堆浸工业试验技术指标见表3。表3堆浸工业试验技术指标Table3Indexesofpilotplantheapleachingtest项目1#堆2#堆3#堆4#堆5#堆6#堆平均堆浸时间/d60656168676865渣计铜浸出率/%62.568.973.283.871.381.773.9吨矿酸耗/kg18.923.525.533.522.125.924.2吨矿水耗/kg145150272139144187164吨铜酸耗/t10.811.98.19.69.18.19.4吨铜水耗/t82.876.486.439.959.058.563.9从表3可知，6个矿堆的喷淋作业时间在60~68天，累计浸出率最高达83.8%。在喷淋期内矿样仍处于浸出的耗酸阶段，每吨矿石的平均耗酸量在18~33kg。原因主要是：1）矿堆内部的脉石仍在大量的溶出，脉石中的钙、镁、铝等离子随浸出液流出或沉积于矿堆中；2）在矿堆内层积累有大量被浸出的硫酸铜，这部分硫酸铜消耗大量的硫酸，随着浸出时间的延长，内层硫酸铜部分排出堆外，硫酸消耗会逐惭降低。该次现场工业试验10月1日开始滴淋，由于气候原因，12月20日停止试验。每吨矿石的平均耗水量为164kg，从该数据来看，耗水量不大。但鉴于土屋铜矿位于戈壁滩，天气干旱少雨，且每年的7、8月中午地面平均温度达到了70℃，因此在以后的生产作业中要考虑蒸发。3.1.1铜浸出率 工业试验铜浸出率结果见图2。图2工业试验6个矿堆的铜浸出率Fig.2Copperleachingrateofsixheapsinpilotplanttest在整个堆浸期间，4#矿堆一直保持较高的浸出率（83.8%），且在6个矿堆中最高，主要原因有：1）矿堆底部的导流管较多（10根），能及时排出浸出液，提高了矿堆浸出液流通速度；2）入堆矿石-2mm的粉矿比例较低，仅占7.85%，有利于渗透；3）该矿堆堆高2.0m，比较适合此类易泥化矿石，在整个堆浸过程中矿堆渗透性非常好，表面没有出现积液，甚至没有出现结晶；4）合理的布液制度。6#矿堆的浸出率达到81%，起始浸出率和4#矿堆相差无几，在堆浸作业50天后慢慢落后于4#矿堆，原因可能有：1）堆高比4#堆高0.5m，影响了渗透性；2）在堆浸作业后期，空气温度降到零下时，矿堆表面出现了少量结晶；3）导流管数量（4根）低于4#矿堆（10根），给浸出液的排出造成不利影响。5#矿堆的浸出率逊于4#和6#两个矿堆，但也达到了71.3%，从图2可以看出，该矿堆在堆浸作业开始铜浸出速率较慢，这主要是因为：1）该矿堆的堆高较高，达到了4.1m，对溶液的渗滤造成了较大影响，使溶液的循环周期变长，矿堆的浸出速率变缓；2）该矿堆的堆矿量较大（2509t），但导流管较少（只有3根），对溶液的排出造成了不利影响。3#矿堆的浸出率为73.2%，由于该矿堆粉矿比例较大（33.67%），因此严重影响了浸出液的渗滤，并在浸出1个月后矿堆表面就出现了严重的沟流，不得不在12月9日停止加酸。但该矿石粉矿的品位较高，达到了1%以上，因此该矿堆虽然渗透性不好，但浸出率并不太低。1#和2#矿堆的浸出率分别是62.5%和68.9%，在6个矿堆中相对低一些，其原因是：1）这2个矿堆的堆高都比较高（3.5m），矿堆的渗透性不是很好；2）这两个矿堆消耗的硫酸最少，在堆浸期间，硫酸供应总是不足，直到试验快结束才增加硫酸量，但因为结冰，浸出效果变差；3）这两个矿堆最先筑堆，由于导流管等没有及时到位，矿堆底部没有放导流管，导致矿堆底部排液不及时，影响了矿堆溶液的渗透。3.1.2酸耗工业试验堆浸酸耗见图3。图3工业试验6个矿堆的酸耗Fig.3Actualconsumptionofsulfuricacidofsixheapsinpilotplanttest 工业试验期间，硫酸多次出现供应不足，考虑到4#、5#和6#矿堆是重点考察对象，因此从喷淋开始硫酸出现短缺时就优先加酸。试验后期，才对1#、2#、3#的硫酸供应增加。从图3可以看出，4#堆耗酸最多，1#堆耗酸最少，吨矿耗酸平均24.2t，吨铜耗酸平均9.4t。4#、5#和6#矿堆的酸耗差别不大，3#矿堆由于表面形成了积液，导致塌陷，后来停止了喷酸，酸耗趋于平衡，1#和2#矿堆的酸耗略小一些，如果天气不结冰还允许的话，浸出率和酸耗还会有所增加。3.1.3水耗3#矿堆耗水较多，可能是由于在试验期间表面出现了大量积液，渗滤性不好，导致了水的浪费。其余5个矿堆的水耗也相差不大，粉矿含量不大，也没有发生积液现象。但在以后的生产作业中需要考虑水的蒸发消耗。3.1.4渗透性由于土屋铜矿风化严重，细粒级矿石量大，矿堆的渗透性是影响浸出过程的关键因素。本研究重点考察了不同矿石粒度及矿堆高度对浸出过程的影响，主要从矿石破碎粒度、筑堆方式、布液制度、喷淋酸度等参数的合理匹配解决该类型矿石渗透差的难题。从试验结果看，1#、2#、4#、5#和6#矿堆的渗透性良好，喷淋后1天内矿堆底部都能出液，矿堆表层无积液现象，铜浸出速率较快。3#矿堆-2mm粉矿比例大，严重影响了矿堆的渗透性，矿堆表层出现严重积液现象，浸出速率变慢，故在工业生产中一定要控制好矿石粒度。3.2出现的问题3.2.13#矿堆塌陷3#矿堆在筑堆时粉矿较多，在堆浸试验中出现了严重的沟流，虽然堆高只有1.4m，但仍然出现了渗透问题。由于渗滤性不好，矿堆表层积液较多，部分溶液从矿堆表层侧面下流，产生沟流现象，最终引起了矿堆的部分塌陷。而其它5个矿堆的粉矿比例都在8%以下，没有出现该问题。因此，在工业生产堆浸中，筑堆时要严格控制粉矿比例在8%以下。3.2.2矿堆表面结晶在堆浸过程中，矿堆表面出现了大量结晶，结晶产生的原因主要有以下几方面：1）蒸发。戈壁滩的干燥气候导致蒸发严重，容易使溶液过饱和，从而导致矿堆表面出现大量的硫酸铜结晶；2）浸出液的闭路循环。多数堆浸采取溶液闭路循环，堆浸总的耗水量小，致使溶液中某些组分不断积累，离子浓度逐渐增大，在当地气候条件下，在矿堆表面易形成过饱和现象；3）浸出液金属离子浓度。由于现场条件所限，本次工业试验浸出液采用铁粉置换法处理，为提高置换效率，当浸出液中铜离子浓度达到5g/L以上才进行置换。铜离子浓度过高，在浸出液循环过程中较易形成结晶。此外，置换后溶液中铁浓度不断升高，较易形成硫酸亚铁结晶；4）环境温度。堆浸期间天气较冷，如在天气暖和时进行滴淋可减少或避免该种情况。3.3气候对堆浸的影响新疆土屋戈壁滩地区干燥少雨，昼夜温差大，光照时间长，年平均气温9.8℃，年降水量33.8mm，风沙大，年蒸发量3300mm，年均日照3358h，无霜期182d。3.3.1堆浸期间气温变化2011年10月1日至12月20日，白天平均气温6℃，夜间平均气温-5℃；夜间最低气温-18℃，白天最高气温26℃。综合分析矿区夏季温度较高，水量蒸发严重，应采取适当的防蒸发措施。刚入冬温度在-5℃以上时，矿堆基本能正常喷淋。12月份进入严冬季节后，夜间温度可降低到-5℃以下，矿堆无法正常进行喷淋，应采用间歇方式进行。也可以参考类似矿山的保温方式[8]。3.3.2各水池蒸发量估算各矿堆喷淋蒸发情况见表4。由于1#堆和6#堆从9月上旬就开始喷淋清水，所以吨矿的水蒸发量较大。3#堆的渗透性不好，矿堆表面积水严重，喷淋液很快就渗入矿堆中，所以3#堆虽然采取滴淋方式布液，但是吨矿蒸发量也比其它矿堆要高。同时通过对各水池蒸发量计算，6个矿堆喷淋蒸发的水分为808.2m3，是6个酸池蒸发量的3.8倍。 表4各矿堆喷淋蒸发情况Table4Sprayedevaporationamountsofallpools编号蒸发损失/m3表面积/m2喷淋流量/(m3·h-1)喷淋强度/(L·m-2·h-1)1#堆196.1668.814.527.12#堆143.9574.215.132.93#堆157.7460.84.913.34#堆109.3586.516.134.35#堆194.8651.613.826.56#堆218.4647.017.533.83.4剖堆2011年12月19日停止试验，每个矿堆滴淋作业时间均达到60天以上，且哈密也进入了较寒冷的季节，昼夜温差加大，白天喷淋都很容易结冰，因此结束试验进行剖堆取渣样。1#~6#矿堆浸渣中的铜品位分别为0.096%、0.080%、0.12%、0.057%、0.089%和0.072%，对应的渣计铜浸出率分别为62.5%、68.9%、73.2%、83.8%、71.3%和81.7%，与浸出液计的浸出率一致。4结论1）表层矿风化严重，粉矿比例大，不利于溶液的渗滤，堆浸时粉矿比例应控制在8%以下；地表矿浸堆渗滤性良好，基本未出现板结、塌陷等现象。2）-50mm矿石堆浸，作业时间60天，铜浸出率可达80%以上；吨矿酸耗24.2kg，吨铜酸耗9.4t；吨矿水耗164kg，吨铜水耗63.9t。3）采用堆浸－萃取－电积工艺从土屋低品位氧化铜矿中回收铜是可行的。参考文献[1]吴爱祥，王洪江，杨保华，等.溶浸采矿技术的进展与展望[J].采矿技术，2006（3）：39-48.[2]GonzaloA，Padilla，CistemasLuisA，eta1.Ontheoptimizationofheapleaching[J].MineralsEngineering，2008(21)：673-678.[3]RobertW，Bartlett.SolutionMining[M].GordonandBreachSciencePublishers，1998[4]严佳龙，洪江，高保胜，等.羊拉铜矿氧化铜矿柱浸扩大实验研究[J].矿冶工程，2011，31（2）：79-82.[5]温建康，阮仁满.含砷低品位硫化铜矿生物柱浸实验[J].北京科技大学学报，2008，30（2）：120-125.[6]武彪，谢昆，张兴勋，等.玉龙铜矿氧化矿石合理浸出工艺研究[J].金属矿山，2010（12）：54-57.[7]习泳，吴爱祥，朱志根，等.堆浸工艺中氧化铜矿石粒级与浸出率相关性研究[J].金属矿山，2006（9）：49-52.[8]武名麟，刘丰成，张兴勋，等.高寒地区氧化铜矿堆浸工程冬季保温问题初探[J].金属矿山，2010(2)：73-75，79.