江西某铜矿微生物堆浸过程中矿石内部特征的CT扫描.pdf

第5 9 卷第4 期 2007 年11 月 有色金属 ‘N o d e r r o u sM e a l a V 0 1 ．5 9 ，N o ．4 N o v e m b e r20 07 江西某铜矿微生物堆浸过程中矿石 ， 内部特征的C T 扫描 习泳1 ，吴爱祥2 ，杨保华3 ，朱志根3 ，苏永定3 1 ．中国有色工程设计研究总院，北京10 0 0 3 8 ；，2 ．北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ； 3 ．申南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要利用螺旋c T 机对未漫出反应和浸出反应后的硫化矿和氧化矿进行C T 扫描试验。结果表明。在选择合适的扫描模 式和参数下，可以对矿石内部微小孔骧、裂隙等微观尺度进行探测扫描和分析。并可利用相关软件进行三维重组仿真，进一步分析 矿石内部微观尺度层面。分析C T 照片得出，硫化矿石内部组织结构非常致密。微观尺度上的孔晾、裂隙很少，而氧化矿石内部组 织疏松。自然裂踪、孔隙较丰富。这为溶浸液在矿石中对流与扩散提供了有利通道，有益于浸出反应。利用C T 扫描柱漫所得到的 横断面图像．进行相关的图像处理，可以分析得到柱浸中矿堆的孔隙率特征及其孔隙分布特征。 关键词冶金技术；铜；生物浸出；单一颗粒；C T 扫描；内部特征；孔隙率 中图分类号T F 8 1 1 ；T F S 0 3 ．2 1 ；T D 8 5 3 ．3 7文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 4 0 0 8 2 0 5 微生物浸矿技术作为从低品位、复杂多金属矿 物中回收有价金属的重要方法，具有成本低、操作简 单和对环境友好等特点，因而受到广泛关注。目前， 微生物浸矿技术已经在低品位硫化矿中浸出铜、铀 和预处理难冶炼金矿等[ 卜4 】得到了广泛应用，但是 浸出周期长、浸出率低等问题依然存在。通过C T 扫描技术。对矿石及矿堆内部进行探测，从矿石组 织结构，内部微观尺度上的裂隙、孔隙着手研究， 为进一步研究溶浸液作用机理，矿石浸出原理等作 准备。 1实验方法 1 ．1 矿样成分及其化学反应 江西某铜矿氧化矿和硫化矿的矿物组成与化学 成分分别见表1 和表2 ，矿样主要由黄铜矿及孔雀 石等构成，铜的氧化率达3 4 ．1 6 ％，故采用微生物硫 酸浸出。浸出过程的化学反应见式 1 ～式 6 [ 2 ，4 J 。 收稿日期2 0 0 6 1 0 1 6 基金项目国家重点基础研究发展规划项目 2 0 0 4 C B 6 1 9 2 0 0 ；国家 杰出青年基金项目 5 0 3 2 5 4 1 5 ；国家创新群体项目 5 0 3 2 1 4 0 2 作者简介习泳 1 9 8 0 一 ，男．侗族，湖南芷江县人，硕士，主要从 事采矿工程及溶浸采矿等方面的研究。 表1 矿样矿物组成／％ T a b l e1M i n e r a lc o m p o s i t i o no fo r es a m p l e s ／％ 表2 矿样化学成分／％。 T a b l e2C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fo r es a m p l e s ／％ 矿样C uF eSM oS i 0 2 A 1 2 0 3C a OM g O A s 硫化矿0 ．6 84 ．6 62 ．3 20 ．0 36 0 ．7 51 3 ．83 ．3 62 ．80 ．0 1 5 氧化矿0 ．5 64 ．40 ．9 10 ．0 1 26 7 ．7 31 3 ．2 10 ．21 ．6 40 ．0 1 3 硫化矿物主要成分有C u F e S 2 和C u S 等，硫化 铜矿物用稀酸浸出只有部分浸出。实验证明 2 - 5 ] ， F e 3 的存在有助于硫化矿的浸出。’随着溶浸液的 循环促使F e 3 逐渐增多，从而改善浸出效果，反应 见式 3 和式 4 。氧化矿物主要成分有C u C 0 3 C u O H 2 和C u O 等，氧化矿物的浸出反应见式 5 和 式 6 j 5’ C u F e S 2 4 0 2 C u S 0 4 F e S 0 4 1 2 C u S 2 H 2 S 0 4 0 2 2 C U S 0 4 2 H 2 0 4 S 2 C u S F e 2 S 0 4 3 C u S 0 4 2 F e S 0 4 S 3 C u F e S 2 2 F e 2 S 0 4 3 C u S 0 4 5 F e S 0 4 2 S 4 C u C 0 3 C u O H 2 2 H 2 S 0 4 2 C U S 0 4 c c h 3 H 2 0 5 C u O H 2 S 0 4 C u S 0 4 H 2 0 6 万方数据 第4 期习泳等江西某铜矿微生物堆浸过程中矿石内部特征的C T 扫描8 3 由表1 和表2 可以看出，矿样中铜的品位分别 为0 ．6 8 ％和0 ．5 6 ％，品位均比较低，且矿样中含有 较多耗酸物质，如C a O 和M g O 等，其中硫化矿样中 黄铁矿成分较多，属于较难浸出类型矿石。因此在 实际堆浸浸过程中，根据相关文献【3 _ 7J 宜选用p H 2 的H 2 S 0 4 作为溶浸液的微生物浸出。 1 ．2C T 技术检测原理 试验采用螺旋C T 机 S I E M E N SS O M A T O M B A U 斟C E 。其检测原理[ 8 - l o ] 是C T 源的X 射线 可穿透非金属材料，不同波长的X 射线的穿透能力 不同。不同的材料对同一波长的X 射线的吸收能 力也不同，材料密度愈大及原子序数愈高，对X 射 线的吸收能力愈强。C T 技术是通过计算机图像重 建，使指定层面上不同密度的材料信息以高分辨率 的数字图像显示出来。在X 射线穿透物质的过程 中，其强度成指数关系衰减，物质的密度是由物质对 于X 射线的衰减系数来体现的，在X 射线穿透被检 测物体时，它的光强遵循方程 7 。 1 一矿样照片； 2 一矿样三维重组图 图l 硫化矿样 F i g ．1S a m p l eo fs u l f i d eO l e 图2 硫化矿样8 个层面C T 扫描照片 F i g ．2 C Ts c a n n i n gi m a g e so fs u l f i d eo r es a m p l ef o r8s t r a t i f i c a t i o np l a n e s 万方数据 8 4有色金属 第5 9 卷 I 1 0 e x p 一p ，。肛 7 式中J 。一X 射线穿透物体前的光强；I X 射线穿 透物体后的光强；∥。一被检测物体单位质量的吸收 系数；p 一物质密度；z 一入射X 射线的穿透长度。 在一般情况下，卢。只与入射X 射线波长有关。所 以，按式 8 引入口作为物体对X 射线的吸收系数更 方便。对于水，I D 1 ．0 ，所以其吸收系数F 卢。。 ∥ P 。P 8 2C T 扫描结果与分析 2 ．1 硫化矿扫描 挑选一块孔隙率适中 ￡ 1 ．5 ％ 的未经过浸矿 反应的硫化矿样，进行矿石C T 扫描试验。试验照 片如图1 和图2 所示。螺旋C T 机参数为扫描间距 为I m m ，矿样一共扫描8 层，选择脑部扫描模式， 1 3 0 ．0 k V ，1 3 0 ．0 m A 。 2 ．2 硫化矿柱浸群体扫描 将经过微生物柱浸反应的硫化矿样，孔隙率为 ￡ 3 2 ％，粒级为8 ～1 0 m m ，进行C T 扫描，选择其中 某一段扫描。C T 图像如图3 ～图6 所示。C T 片中 黑色部分为孔隙，白色部分为矿石颗粒。螺旋C T 机参数扫描间距为2 r a m ，矿样一共扫描1 6 层，选择 脑部扫描模式，1 3 0 ．0 k V ，1 3 0 ．0 m A 。 2 ．3 氧化矿扫描 挑选一块孔隙率适中 ￡ 7 ．4 ％ 未经浸出反应 的氧化矿样，进行C T 扫描试验。试验结果如图7 和图8 所示。螺旋C T 机参数同硫化矿。 ． 图3C T 扫描试验装置 F i g ．3E q u i p m e n to fC Ts c a n n i n g 图4 硫化矿样颗粒群体某2 个层面C T 扫描 F i g ．4 P e l l e tc o m m u n i t yC Ts u n n i n go fs u l f i d eo r es a m p l ef o rt w ot r a t i f i c a t i o np l a n e s ’ 1 y 一侧视图； 2 一俯视图 图5 颗粒群体C T 扫描三维重组图 F i g ．5T h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o ni m a g eo fp e l l e tc o m m u n i t yC Ts c a n n i n g 万方数据 第4 期习泳等江西某铜矿微生物堆浸过程中矿石内部特征的C T 扫描8 5 1 一俯视切片图； 2 一侧视切片图 图6 颗粒群体C T 扫描三维重组切片图 F i g ．6 T h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o ns l i c ec h a r to fp e U e tc o m m u n i t yC Ts c a n n i n g 1 一矿样照片； 2 一矿样三维重组图 图7 氧化矿样 F i g ．7S a m p l eo fo x i d eo r e 图8 氧化矿样8 个层面C T 扫描照片 F i g ．8 C Ts c a n n i n gi m a g e so fo x i d eo r es a m p l ef o r8s t r a t i f i c a t i o np L a n e s 万方数据 有色金属 第5 9 卷 3结论 1 选择合适的扫描模式和参数，螺旋C T 机完 全可以对矿石内部微小孔隙、裂隙等微观尺度进行 探测扫描和分析，并可利用相关软件进行三维重组 仿真，进一步分析矿石内部微观尺度层面。 2 硫化矿的内部组织结构非常致密，微观尺度 上的孔隙、裂隙很少，单颗粒孔隙率很小 1 ．5 ％ 。 3 硫化矿柱浸横断面C T 扫描图像进行相关 的处理，可以得到柱浸中矿堆的孔隙率特征及其孔 隙分布特征。“ 参考文献 4 氧化矿石内部的微小裂隙、孔隙较丰富，这 为溶浸液在矿石中对流与扩散提供了有利通道，有 益于浸出反应。 5 根据C T 扫描的断面图像，利用相关图像 重构软件，得到其三维图像，这正好为有关数值模拟 软件提供了真实可靠的三维模型，可以直接导人进 行三维模拟仿真。 因此，在下一步研究中，可以利用C T 或X C T 高新技术，对微生物堆浸过程及其矿堆、矿石等进行 内部探测，从矿石内部组织结构、矿物成分为基准， 进一步研究其浸出机理，更好的指导堆浸工艺实践。 [ 1 ] 张卯均．浸矿技术[ M ] ．北京原子能出版社，1 9 9 4 3 2 1 3 8 0 ． [ 2 ] 邹佩麟，王惠英．溶浸采矿[ M ] ．长沙中南工业大学出版社，1 9 9 0 5 1 7 ． [ 3 ] 李尚远．铀、金、铜矿石堆浸原理与实践[ M ] ．北京原子能出版社，1 9 9 7 6 9 9 0 ． [ 4 ] R o b e r tWB a r t l e e t ．S o l u t i o nM i m n g [ M ] ／／L e a c h i n ga n dF l u i dR e c o v e r yo fM a t e r i a l s ．P h i l a d e l p h i a ，P A G o r d o na n dB r e a c h S c i e n c eP u b l i s h e r s ，1 9 9 8 1 1 5 ，8 0 1 1 0 ． [ 5 ] B o u f f a r dSC ，D i x o nDG ．O nt h er a t e l i m i t i n gs t e p so fp y r i t i cr e f r a c t o r yg o l do r eh e a pl e a c h i n g r e s u l t sf r o ms m a l la n dl a r g e c o l u m nt e s t s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 1 1 5 8 5 9 8 7 0 ． 【6 ] A n n aD e r y l o M a r c z e w s k a ，J a c e kG o w o r e k ，A n d r z e j S w i a z t k o w s k i ，e ta 1 ．I n f l u e n c eo fd i f f e r e n c e si np o r o u ss t r u c t u r ew i t h i n g r a n u l e so fa c t i v a t e dc a r b o no na d s o r p t i o no fa r o m a t i c sf r o ma q u e o u ss o l u t i o n s [ J ] ．C a r b o n ，2 0 0 4 ，2 4 2 3 0 1 3 0 6 ． [ 7 ] P h i l i pKG b o r ，C h a r l e sQJ i a ．C r i t i c a le v a l u a t i o no fc o u p l i n gp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nw i t ht h es h r i n k i n gc o r em o d e l [ J ] ．C h e m i e a lE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，2 0 0 4 ，1 0 5 9 1 9 7 9 1 9 8 7 ． [ 8 ] 杨更社．岩石损伤与C T 检测技术[ J ] ．西安矿业学院学报，1 9 9 7 ，1 7 3 1 9 5 1 9 8 ． [ 9 ] M i U e r aJD ，L i n aCL ，G a r c i aC ，e ta 1 ．U l t i m a t er e c o v e r yi nh e a pl e a c h i n go p e r a t i o n sa se s t a b l i s h e df r o mm i n e r a le x p o s u r ea n a [ y ． s i sb yx r a ym i c r o t o m o g r a p h y [ J ] ．M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 3 ，4 7 2 3 3 1 3 4 0 ． [ 1 0 ] 任建喜，葛修润，蒲毅彬．岩石破坏全过程的C T 细观损伤演化机理动态分析[ J ] ．西安公路交通大学学报，2 0 0 0 ，2 0 2 1 2 一1 5 ． ‘t O r eS a m p l eI n t e r i o rC h a r a c t e r sb yC TS c a n n i n gi nB i o l e a c h i n gf r o maM i n ei nJ i a n g x i ， ⅪY o n 9 1 ，Ⅳ【，A i - x i a n 9 2 ，Y A N GB a o - h u a 3 ，Z H UZ h i g e n 3 ，S UY o n g - d i n 9 3 1 ．C h i n aN o n f e r r o u sE n g i n e e r i n ga n dR e s e a r c hI n s t i t u t e ，B e i j i n g1 0 0 0 3 8 ，C h i n a ； 。 2 ．C i v i l E n g i n e e r i n gS c h o o lU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 3 ．S c h o o lo fR e s o u r c e s S a f e t y ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h eu n l e a c h e da n dl e _ a c h e ds u l f i d ea n do x i d eo r e sa r es c a n n e dw i t hs p i r a lC Tm a c h i n e S I E M E N SS O M A T O M B A L A N C E ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a tu n d e ra p p r o p r i a t es c a n n i n gp a t t e r na n dp a r a m e t e r s ，t h eo r ei n t e r i o rm i c r o h o l e sa n dc r e v a s s e sc a nb es c a n n e da n da n a l y z e di nm i c r o s c o p i cc r i t e r i o n ，a n dt h et h r e ed i m e n s i o n a l r e o r g a n i z a t i o ns i m u l a t i o nc a nb ec o n d u c t e dw i t hr e l e v a n ts o f t w a r es oa s t oa n a l y z et h eo r ei n t e r i o rm i c r o s c o p i c c r i t e r i o ns t r a t i f i c a t i o np l a n e ．I ti so b t a i n e df r o mt h eC Ti m a g ea n a l y s i st h a tt h ei n t e r i o ro r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e o fs u l f i d eorei se x t r e m e l yd e n s e ，a n dt h eh o l e sa n dc r e v a s s e si nm i c r o s c o p i cc r i t e r i o na r ev e r yf e w ，h o w e v e rt h e i n t e r i o ro r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo fo x i d eo r ei sl o o s e ，a n dt h en a t u r a lc r e v a s s e sa n dh o l e sa r em o r e ，w h i c hp r o v i d e sa v a i l a b l ec h a n n e l sf o rl i x i v i a n tc o n v e c t i n ga n dd i f f u s i n gi nt h eo r et h a tareb e n e f i c i a lf o rl e a c h i n ga c t i o n ． P r o c e s s i n ga n da n a l y z i n gt h ec r o s ss e c t i o ni m a g e sg o t t e nb ys c a n n i n gc o l u m nl e a c h i n gw i t hC T ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o r o s i t ya n dp o r e sd i s t r i b u t i o ni nc o l u m nd u m pc a nb eo b t a i n e d ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y y ；c o p p e r ；b i o l e a c h i n g ；s i n g l eg r a i n ；C Ts c a n n i n g ；i n t e r i o rc h a r a c t e r ； p o r o s i t y ． 万方数据