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2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y [ .b g r i m m .c n 2 0 1 5 年第1 2 期 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .1 0 0 7 7 5 4 5 .2 0 1 5 .1 2 .0 0 6 低品位次生硫化铜矿酸性矿坑水喷淋堆浸工业试验 陈聪,王滔,邹刚,伍赠玲,赖晓康,臧宏 紫金矿业集团股份有限公司,福建上杭3 6 4 2 0 0 摘要以酸性矿坑水为浸出剂,对紫金山低品位次生硫化铜矿进行堆浸工业试验。重点考察了矿石性 质、喷淋制度、堆浸过程中浸矿细菌的种群结构等对矿石铜和铁浸出率的影响。结果表明,矿石堆浸 2 1 0 天,平均铜浸出率6 5 .9 %、铁浸出率5 .4 %。含酸性坑水喷淋次生硫化铜矿生物堆浸的湿法提铜工 艺在工业上是可行的。 关键词低品位次生硫化铜矿;堆浸;工业试验;酸性矿坑水 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 1 2 0 0 2 0 0 6 I n d u s t r i a lT e s to nH e a pL e a c h i n go fL o wG r a d eS e c o n d a r yC o p p e r S u lf i d eO r eS p r a y e db yA c i dM i n eD r a i n a g e C H E NC o n g ,W A N GT a o ,Z O UG a n g ,W UZ e n g l i n g ,L A { X i a o k a n g ,Z A N GH o n g Z i i i nM i n i n gG r o u pC o .1 a d ,S h a n g h a n g3 6 4 2 0 0 ,F u j i a n ,C h i n a A b s t r a c t I n d u s t r i a lt e s to nh e a pl e a c h i n go fl o wg r a d ec o p p e ro r ew a sc o n d u c t e dw i t ha c i dm i n ed r a i n a g e A M D a sl e a c h i n ga g e n t .’I h ee f f e c t so fc o p p e ro r ec h a r a c t e r ,s p r a yo p e r a t i o n ,b a c t e r i a lc o m m u n i t y s t r u c t u r eo nl e a c h i n gr a t e so fc o p p e ra n di r o nw e r ei n v e s t i g a t e d .T h er e s u l t ss h o wt h a th e a pl e a c h i n gr a t e o fc o p p e ra n di r o ni s6 5 .9 %a n d5 .7 %r e s p e c t i v e l ya f t e r2 1 0d a y ss p r a y i n gw i t hA M D .I ti sf e a s i b l et o r e c o v e rc o p p e rf r o ml o wg r a d es e c o n d a r yc o p p e rs u l f i d eo r ew i t hh e a pl e a c h i n g . K e yw o r d s l o wg r a d es e c o n d a r yc o p p e rs u l f i d eo r e ;h e a pl e a c h i n g ;i n d u s t r i a lt e s t ;a c i dm i n ed r a i n a g e A M D 紫金山铜矿铜品位低、硫铜比高、耗酸脉石矿物 含量少,地处多雨地区等为采用生物堆浸一萃取一 电积工艺酸铁平衡带来严峻挑战[ 1 。2 ] 。自2 0 0 5 年建 成以来,采用萃余液喷淋浸出已经取得了良好的技 术经济指标,但浸出过程中酸铁过剩,存在萃取三相 物较多、夹带严重、电流效率低等缺点。根据紫金山 铜矿石性质,在紫金山低品位次生硫化铜矿堆浸过 程机理的基础上比’8 』,提出了采用酸性矿坑水 A M D 喷淋堆浸工艺的新思路。利用酸性矿坑水 所含有的浸矿细菌提高次生硫化铜矿的氧化反应速 率[ 5 ,1 0 ] ,酸性矿坑水较低的氧化还原电位抑制矿石 收稿日期2 0 1 5 0 6 1 4 作者简介陈聪 1 9 8 4 一 ,男,四川古蔺人,硕士.工程师. 中黄铁矿电化学氧化过程『4 “’1 1 I ,达到高效浸出铜矿 物的同时抑制矿堆酸铁的过剩。本文在实验室柱浸 试验的基础上[ 8 ’1 幻进行矿坑水喷淋堆浸工业试验, 重点考察了矿石性质、矿坑水性质、喷淋休闲制度、 浸矿微生物种群对矿石铜和铁浸出率的影响,提出 在生产中提高铜浸出率和有效抑制铁浸出的措施。 1矿石性质 矿石采自紫金山铜矿露采厂,原矿经一级旋回 破碎、一级圆锥破碎 破碎粒度上限一1 0 0m m 。铜 矿石铜品位0 .2 5 %,硫品位3 .5 0 %,硫铜比1 4 .0 , 万方数据 2 0 1 5 年第1 2 期有色金属 冶炼部分 h u p //y s y l .b g r i m m .c n 2 1 是典型的低品位次生硫化铜矿。矿石中的铜矿物以 蓝辉铜矿为主,黄铁矿含量较高,占6 .5 2 %。脉石 矿物主要有石英、明矾石、云母等。矿石破碎至粒度 一6 0m m 占6 0 %,入堆原矿铜品位0 .3 0 %,粒度 一1 0m r n 矿石比例仅占3 .5 %,表明堆浸时矿堆具 有良好的渗透性。 2 工业堆浸试验 2 .1 矿堆参数 堆浸工业试验堆场面积约2 万m 2 ,人堆矿量 3 0 .8 万t 。堆浸试验堆4 个,堆高均为8m 、粒度 一6 0m m 占6 0 %、堆密度22 0 0k g /m 3 、矿堆自然安 息角3 6 。,具体参数如表1 所示。 表1 工业矿堆试验参数 T a b l e1P a r a m e t e r so fp i l o tp l a n th e a p l e a c h i n gt e s t 2 .2 堆场平面布置 工业堆浸试验在已经建好的堆场上进行,堆场 底部垒筑挡墙将堆场划分为4 个堆,各堆底部预埋 H D P E 管道引流浸出液。在工业试验堆附近建成 容积约20 0 0m 3 的矿坑水收集池,用于收集矿区的 矿坑水,用喷淋泵将矿坑水输送至各堆堆面进行喷 淋。浸出液通过管道引流至溶液池贮存,用泵输送 料液至萃取车间进行萃取一电积生产阴极铜产品。 萃余液经石灰中和处理后上清液达标外排,底流渣 浆排人中和渣库堆存。 2 .2 .1 矿石筑堆 铜矿石经露天采矿、溜井放矿、机车运输、破碎、 筛分后,筛下粉矿进入浮选工艺,筛上矿石用运矿汽 车运送至堆场,采用汽车 推土机筑堆,筑堆高度为 8m 。筑堆完毕后,利用松堆机对矿堆表层压实的 矿石进行松堆,松堆深度Im ,避免堆面矿石因压实 结块影响喷淋渗透性。 2 .2 .2 喷淋管布置 矿区的酸性矿坑水引流至收集池然后经喷淋泵 组输送至试验堆进行喷淋作业。喷淋主管上安装阀 门调节喷淋强度,经支管分配器多个出口与P V C 塑 料管构成堆面喷淋布液管网,喷淋支管间距3m ,喷 淋支管上间隔3m 安装内旋式喷淋头。喷淋支管 布置时,支管放置方向与松堆方向垂直,避免喷淋支 管和喷头调入矿石沟底部,使喷头位于最高点喷淋, 达到最佳的喷淋角度。 2 .2 .3 底垫层铺设 堆场底垫采用“6 0c m 黄土底垫 1 .5m m H D P E 6 0c m 黄土 2 .0m mH D P E 3 0c m 黏土 碾压 土工布”多层防渗结构经多道工序完成堆场 底部的铺设。浸出液溶液收集池采用2 .0m m H D P E 主防渗层和1 .5m mH D P E 次防渗层的双层 防渗结构,池底两层H D P E 膜之间采用钠基膨润土 自修复漏点。堆场和溶液池底均设计地下水导排盲 沟,防止地下水对防渗层顶托,亦可检测防渗层运行 情况。在各工业试验矿堆堆底铺设H D P E 管道作 为浸出液导流管,可将浸出液引流至场口收集,并对 各导流管进行取样、化验,跟踪浸出过程溶液浓度和 浸出率。 2 .2 .4 硐坑水 矿坑水喷淋液主要来自紫金山矿区地采平硐和 露采废石堆场产生的矿坑水,矿石中的硫化铜矿和 硫化铁矿在地下渗水或者雨水及环境浸矿细菌作用 下溶解,产生含铜酸性矿坑水。工业试验引入4 9 .3 万m 3 矿坑水进行喷淋,C u 2 浓度0 .4 ~0 .9g /L 、 F e 3 浓度0 .8 ~2 .5g /L 、F e 抖浓度.1 ~0 .3g /L 、 p H1 .7 ~2 .6 、电位4 3 0 ~5 3 0m V 。工业堆浸时间 为2 0 1 2 年5 ~1 2 月,矿坑水水质情况见表2 。 2 .2 .6 喷淋休闲制度 喷淋初期3 0 天采用连续喷淋;堆浸3 0 ~1 2 0 天 采用不同的喷淋休闲制度18 堆、28 堆、3 “堆、4 8 堆 分别按照每天喷淋2 、4 、6 、8h ,其余时间休闲作业; 喷淋末期1 2 0 ~2 2 0 天休闲为主,喷淋1 天、休闲5 天。但是,矿坑水量随季节性气候变化波动较大、工 业试验过程中未能建成调节矿坑水量的蓄水池,使 嘴一卧一坫矩拍蛎蛎蛎蛆筹覃瓣吣纂曩㈦ 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 1 5 年第1 2 期 得实际喷淋制度与计划有较大差异。雨季时矿坑水 引入充沛,喷淋强度和喷淋时间超过了计划量;而旱 季矿坑水供应不足,喷淋时间和喷淋强度不足。同 月份 月份 时,试验工程中由于管道迁移、喷淋泵组损坏更换等 原因,喷淋制度未能得到严格的实施。各工业试验 堆喷淋时间和强度实际情况如图1 所示。 j | 份 J j 份 a l ;堆 1 】 25 堆 【j { 5 堆; d l 堆 图1工业试验堆喷淋制度 F i g .1 A c t u a ls p r a yo fp i l o tp l a n tt e s t 3 工业试验结果和讨论 2 0 1 2 年4 月开始进行试验场地准备、进矿筑 堆、松堆、喷淋系统安装、布管等前期准备工作,至5 月下旬开始矿石堆浸喷淋作业,期间浸出液经溶液 池收集后采用萃取一电积生产阴极铜产品,萃余液 全部进行石灰中和处理达标外排,1 2 月3 1 日全面 停止试验,取渣样分析铜和铁的浸出率。 3 .1 堆浸试验技术指标 堆浸工业试验技术指标如表3 所示。从表3 可 知,工业试验堆的浸出周期2 0 2 ~2 2 7 天,吨矿喷淋 强度平均1 .6 41 T 1 3 ,矿石平均浸出率铜6 5 .8 8 %、铁 5 .4 4 %,最高铜浸出率达6 9 .7 6 %、最低铁浸出率 2 .0 9 %。吨矿消耗矿坑水量即为喷淋强度,喷淋强 度越大矿石铜、铁浸出率越高。 工业试验铜和铁的浸出率结果见图2 。 表3 工业试验技术指标 T a b l e3I n d e x e so fp i l o tp l a n th e a pl e a c h i n gt e s t ∈唇苫苯一螫fI oE.一£.]J\划毯差彗 ∈【口‘岳f|芒一鉴二一 一..E.。LI.、一】/榭~爱}}一罾 ∈F;fI芒一路口 一oLu.。L|.一一\槲~袭差一糟【1 ∈量詈蓑彗|1 一,uJ.一.II.1J,篝n睇莛量 万方数据 2 0 1 5 年第1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ] /y s y l .b g r i m m .c n 2 3 毋 褥 芒 魁 器 5 I l o6 ,l o7 /I O 8 /I O9 /1 0 l 讲】0 】1 /1 01 2 1 1 { l 『l O 日期 求 碍 壬 型 巅 5 1 l } 6 /1 07 f 1 08 /1 0 掣1 0l 饼l { } l1 1 1 01 2 /1 1 1 /l } 日期 图2 工业试验铜 a 和铁 b 的浸出率 F i g .2L e a c h i n gr a t ec o p p e r a a n di r o n b o fp i l o tp l a n tt e s t 浸出结束后,1 。堆和4 。堆比28 堆和38 堆的铜 浸出率高,说明较大的喷淋强度有利于矿石铜浸出 率的提高。28 堆和3 。堆喷淋强度较小,特别是在9 月份至1 1 月份一段时间内较长时间的休闲作业,铜 矿物与矿坑水浸出剂之间的接触不充分,化学溶解 传质过程受到限制,铜浸出缓慢。但随后恢复正常 喷淋作业,矿石中溶解的铜迅速被浸出液带出,铜浸 出率迅速增加。1 1 月份以后,各堆矿石喷淋进入浸 出末期,铜矿物中易溶蓝辉铜几乎转化为难容的铜 蓝,铜蓝溶解反应活化能较高[ 6 ] ,需要较高的温度促 进溶解反应,但由于单层矿石保温效果差,进人冬季 后,堆内温度随气温降低,铜浸出速率减慢。 各矿堆铁浸出率的差异与喷淋制度相关,喷淋 强度越大,矿石铁浸出率亦越高,特别是在喷淋后 期,较大的喷淋强度促进黄铁矿快速溶解,其中1 。 堆铁浸出率达到了9 。3 %,而38 堆喷淋较小,铁浸 出率仅2 .1 %i 在喷淋浸出过程中,喷淋4 个月矿石浸出率均 为负值,矿堆中的铁不但未被溶出,反而将矿坑水喷 淋液中的铁滞留在矿堆内,由液相转入矿堆内的铁 赋存形态有可能是氢氧化铁或者草铁矾j 。原因主 要是入堆矿石中存在一定量的耗酸脉石,喷淋矿坑 水的酸度较低 p H2 .2 ,F e 3 T 易水解生产F e O H 。 沉淀或者以铁矾的形式沉淀在矿堆内。 随着喷淋的进行,堆内矿石中耗酸脉石逐渐被 消耗,堆内浸矿细菌的适应能力和活性增强,黄铁矿 的氧化溶解速率加快,矿石铁浸出率逐渐增加。到 了喷淋后期,矿石铁浸出率迅速增加,主要原因有 1 酸度增加有利于浸矿细菌的生长,溶液氧化还原 电位增加,黄铁矿氧化速率加快;2 随着铜矿物的溶 解,与黄铁矿构成阴极保护的电化学作用减弱,黄铁 矿电化学腐蚀较快。 工业试验堆矿石最终铁浸出率与采用萃余液循 环喷淋的柱浸试验结果[ 8 ] 相比,采用萃余液喷淋的 浸出过程,堆浸体系的氧化还原电位快速升高到 7 0 0m V ,铁浸出率高达4 4 .5 %;本次工业试验中, 由于采用硐坑水喷淋,萃余液不返回,保持了堆浸体 系氧化还原电位始终低于5 5 0m V ,低酸、低电位的 浸出体系有效抑制了黄铁矿的溶解,平均铁浸出率 仅为5 .4 %左右。 3 .3 细菌种群结构 工业试验过程中,在初期、中期利用荧光定量 P C R 技术对浸出液中浸矿细菌种群结构进行测定, 与同期的矿坑水中浸矿细菌种群结构进行对比,检 测结果见图3 。 检测结果表明,紫金山铜矿石喷淋系统中的优 势菌种是钩端螺旋菌 L e p t o s p i r i l l u m 和嗜酸硫杆 菌 A c i d i t h i o b a c i l l u s ,其次是古菌铁原体 F e r r o p l a s m a 和硫化杆菌 S u l f o b a c i l l u s ,浸出液中细菌 数量略高于同期矿坑水喷淋液。5 月份硐坑水浸矿 细菌数量级略高于1 0 月份,主要原因与气候环境的 变化有关,5 月份为高温多雨季节,矿坑水汇水量 大,对细菌浓度有稀释作用1 l O 月份高温少雨,浸矿 细菌活性高,浓度相对较高。从不同喷淋时期浸出 液菌群结构变化来看,在喷淋前期,浸矿细菌在矿石 堆内有一段适应过程,耗酸脉石与喷淋液作用后 p H 增加,以及前期堆内温度较高,嗜酸硫杆菌和钩 端螺旋菌活性增加,而硫化杆菌和古菌铁源体可能 不适应与矿堆内的新环境,基本未检出。在喷淋后 期,各种细菌已经基本适应矿石堆场环境,钩端螺旋 菌和嗜酸硫杆菌数量进一步增加,古菌铁原体和硫 化杆菌也适应矿石堆内环境,浸矿细菌活性提高,溶 液氧化还原电位升高,黄铁矿氧化速率加快。 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 1 5 年第1 2 期 IA c i d i t h i o b a c 】l l ur , 盈划L e p h t o h s a i p c iT m i l l s u ⋯ 皿F e t l .o p l a s m a 冀 矿坑水浸出液 h 1 f 1 月 图3 酸性矿坑水和浸出液中浸矿细菌群落变化 F i g .3C h a n g eo fb a c t e r i a lc o m m u n i t yo fA M Da n dl i x i v i u mi np i l o tp l a n tt e s t 3 .4 浸出液温度 工业试验过程中对各试验堆浸出液温度和大气 温度进行了监测,结构如图4 所示。 J 1 协 图4 各试验堆浸出液温度变化 F i g .4 ’F e m p e r a t u r ev a r i a t i o no fl i x i v i u mi n p i l o tp l a n tt e s t 从图4 可以看出.浸} { j 液温度随大气温度变化, 在夏季高温气候条件下.浸出液最高温度超过3 0 ℃,推测堆内最高温度4 5 ~6 0 ℃,堆内矿石氧化反 应速率加快;在喷淋后期 1 1 月后 ,相对喷淋强度 较大的15 堆和45 堆浸出液温度更低,适当减少喷 淋强度有利于保持堆内温度。 3 .5 存在问题 3 .5 .1 气候条件影响 紫金山气候环境影响雨季和旱季矿坑水引入量 不均衡,影响到了工业试验过程中喷淋作业制度的 实施和生产指标的稳定。雨季矿坑水引入量和系统 汇水增加,稀释溶液铜离子浓度,旱季矿坑水引入量 减少、蒸发量大,溶液酸、铁浓度有所升高,对萃取工 艺不利。在生产中可建成大容量的矿坑水收集池, 雨季蓄水用于旱季喷淋,可以更有效地实施喷淋制 度、均衡生产和优化工艺指标。 3 .5 .2 矿堆渗透性 铜矿石粒度分布中粉矿和含泥粉含量较少.矿 堆的渗透性良好。但在喷淋浸出后期.矿坑水中细 小的泥沙在部分矿堆表面的低洼处聚集,造成堆面 板结,形成沟流,影响r 后期矿石喷淋的渗透性。可 采用对矿坑水水质进行适当的过滤、沉淀,并在浸出 后期或者下一个进矿周期作业前对堆面进行翻送, 减少堆面板结对矿石渗透性的影响。 3 .5 .3 喷淋覆盖率 矿坑水来源于矿区的不同地方,源头远、范围 广,特别是短时强降雨后,夹带r 大量的泥沙、植物 腐殖残体、昆虫残肢等杂质.容易造成喷淋喷头堵 塞,影响喷淋覆盖率和矿石浸出效率,从而增加人工 疏通喷头的劳动强度。 3 .5 .4 萃取料液浊度 在一般情况下,堆浸输送至选冶萃取料液浊度 为l o ~2 0N T U ,满足萃取料液浊度要求。但在雨 季矿坑水引入量较大,矿坑水中含泥沙量多,导致萃 取料液浊度超过4 0N T U ,易造成萃取三相增加。 4结论 1 利用矿坑水喷淋次生硫化铜矿,铜浸出率最 高可达6 9 .8 %、铁浸出率2 .0 9 %;同时,实现了矿坑 水资源化利用。该工艺工业应用可行。 2 次生硫化铜矿矿坑水喷淋过程中,喷淋制度 是矿石铜、铁浸出率重要的控制手段。矿坑水喷淋、 萃余液不返回堆浸喷淋的工艺路线维持了堆浸系统 在较低的氧化还原电位运行,有效抑制了矿石中黄 铁矿的氧化速率,是生物堆浸酸铁平衡的有效手段。 万方数据 2 0 1 5 年第1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y [ .b g r i m m .c n 2 5 参考文献 [ 1 ] 温建康,阮仁满,邹来昌,等.紫金山铜矿生物浸出过程 酸平衡分析研究[ J ] .稀有金属,2 0 0 8 ,3 2 3 3 3 8 3 4 3 . 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