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1、doi: 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，-50 mm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 24.2 kg和164 kg ,吨铜酸耗和水耗分别为9.4 t和63.9 t。该矿 采用堆浸一萃取一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-
2、7545 ( 2012) 07-0000-00Pilot Plant Test on Heap Leaching of Low Grade Oxidized Copper OreLIU Mei-li n, LIU Guo-lia ng, WU Biao, WEN Jia n-ka ng(National Engineering Laboratory of Biohydrometallurgy, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China )Abstract: The pilot plant te
3、st on heap leaching of low grade oxidized copper ore in Tuwu, Xinjiang Uyghur Aut onom ous Regi on was con ducted with the use of sulfuric acid as leach ing age nt. The permeability, copper leach ing rate and the con sumpti on of sulfuric acid of differe nt gra nu larity and heap height were in vest
4、igated; furthermore, the effect of local weather con diti ons on heap leach ing was discussed. The results show that the copper leach ing rate is 80% above in view of -50 mm for 60 days sulfuric acid solution spray leaching. The actual consumption of sulfuric acid and water are 24.2 kg and 164 kg pe
5、r tonn age ore, respectively. The actual con sumpti on of sulfuric acid and water are 9.4 t and 63.9 t per tonnage copper, respectively. It is feasible to recover copper from this low grade oxidized copper ore with the process of heap leach ing, solve nt extracti on, and electrodepositi on.Key words
6、: low grade oxidized copper ore; heap leaching; consumption of sulfuric acid; pilot-plant test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。湿法浸出一萃取一电积法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
7、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-50 mm)。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Table 1 Chemical composition of ore for pilot plant test /%矿堆编号CuFeCaMgSSiO 2Al 2O3#1 ,5-50 mm0.244.441.541.570.4754.099.262#,-50 mm0.244.531.521.580.4354
8、.069.213#,-30 mm0.404.620.991.120.8454.107.094#,-30 mm0.354.991.662.560.4156.067.035#,-50 mm0.315.791.862.030.5755.829.306#,-50 mm0.375.951.932.120.6057.069.38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
9、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-2 mm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-2
10、 mm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3 750 m 2,入堆总矿石量1万t以上，所建溶液池容积750 m3。氧化铜矿石从采场运送到距离堆场800 m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，
11、工艺参数见表 2。表2工业矿堆试验参数Table 2 Parameters of pilot plant heap leaching test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/m31 410.91 285.2574.5888.41 579.81 171.6滴淋面积/m2668.8574.2460.8586.5651.6647.0堆密度/(t m-3)1.541.501.781.651.591.
12、66矿量/t2 1691 9241 0211 4622 5091 9432.2堆场平面布置工业试验堆场平面布置示意图见图1。r it*歆2y图1工业试验堆场布置示意图Fig.1 Sketch map of arrangement for pilot plant heap leaching test首先平整堆场，单个堆占地面积约2 500 m2,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350的倾角，铺设1 mm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1.5 m,总容积750 m3,使用容积700 m3,底部采用黏土压实后打上钢筋混凝土垫层，并使
13、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1 mm HDPE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。矿样处理采取代表性原矿矿样，矿样经振动筛筛分，+50 mm块矿入破碎机，破碎后与-50 mm筛下矿混合均匀，即为入堆原矿，筑堆粒度为-50 mm。222喷淋管布置滴淋管与主管直接相连，相邻滴淋管间距30 cm，10月下旬在主管道上增加喷淋管路，在喷淋管上每隔1 m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。底垫层铺设各堆场地面平整后铺 PE膜防渗
14、，膜上覆盖一层厚度约10 cm粒度-5 mm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）。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。喷淋液酸度和强度喷淋液酸度控制在 pH 0.51.5，喷淋强度根据现场情况控制在1015 L/（m2?i），避免形成沟流和积液。休闲制度滴淋初期10天每天滴淋10 h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
15、堆两侧轮流喷，间隔1 h，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，78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2223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Table 3 Indexes of pilot plant heap leaching test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.
16、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6068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1833 kg。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
17、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164 kg，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 C，因此在以后的生产作业中要考虑蒸发。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.2 Copper leaching rate of six heaps in pilot plant test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
18、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-2 mm的粉矿比例较低，仅占7.85%，有利于渗透；3）该矿堆堆高2.0 m,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0.5 m，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
19、。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 4.1 m，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（2 509 t），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
20、。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（3.5 m），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。酸耗工业试验堆浸酸耗见图 3。WJ产淤盗缶音图3工业试验6个矿堆的酸耗Fig.3 Actual consumption of sulfuric acid of six heaps in pilot plant t
21、est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 24.2 t,吨铜耗酸平均9.4 t。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
22、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-2 mm 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
23、矿石粒度。3.2 出现的问题3.2.1 3#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1.4 m，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。
24、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 5 g/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 C,年降水量33.8 mm，
25、风沙大，年蒸发量3 300 mm，年均日照3 358 h，无霜期182 d。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 C,夜间平均气温-5 C;夜间最低气温-18 C,白天最高 气温26 C。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 C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 C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
26、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 808.2 m3，是6个酸池蒸发量的 3.8 倍。表4各矿堆喷淋蒸发情况Table 4 Sprayed evaporation amounts of all pools编号蒸发损失/m32表面积/m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109.3586.516.13
27、4.35#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
28、滤性良好，基本未出现板结、塌陷等现象。2)-50 mm矿石堆浸，作业时间 60天，铜浸出率可达 80%以上；吨矿酸耗 24.2 kg，吨铜酸耗9.4 t;吨矿水 耗164 kg,吨铜水耗63.9 t。3 )采用堆浸一萃取一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 Gon zalo A , Padilla , Cistemas Luis A , et a1. On the optimizati on of heap leach in gJ.Min erals Engin eeri
29、 ng ,2008(21) : 673-678.3 Robert W , Bartlett. Solution MiningM.Gordon and Breach Scienee Publishers, 19984 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 ,