戴賤生

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦, 江西德興市 334224)

德興銅礦低品位礦石堆浸擴(kuò)能提質(zhì)生產(chǎn)實踐

戴賤生

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦, 江西德興市 334224)

德興銅礦堆浸廠投產(chǎn)以來,工程技術(shù)人員對提高陰極銅生產(chǎn)產(chǎn)量和穩(wěn)定陰極銅質(zhì)量進(jìn)行了大膽的探索和實踐,應(yīng)用各種有效方法來提高集液的原液含銅濃度,增加處理量,既大大提高了堆浸陰極銅年產(chǎn)量,又充分利用了酸性廢水資源,減少了酸性廢水外排,降低了酸性廢水的處理費用,實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)式發(fā)展。

低品位銅礦;堆浸;萃取工藝;電積

0 前 言

德興銅礦堆浸陰極銅生產(chǎn)項目1994年4月完成了初步設(shè)計,同年被列為原有色總公司重點技改項目,并相繼列為“九五”國家重點科技攻關(guān)項目,在1994年8月破土動工并在祝家建成的堆浸廠,于1997年11月一次性投產(chǎn)成功,填補了我國細(xì)菌浸出低品位硫化銅礦中銅的空白,結(jié)束了德興銅礦不能直接生產(chǎn)陰極銅的歷史。該堆浸項目原設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)陰極銅2000t,堆浸礦石含銅品位為0.15%,由于選礦邊界品位已由原0.3%降至0.25%等原因,現(xiàn)祝家廢石場所噴淋礦堆,除極少量噴淋區(qū)外,僅為含銅0.055%左右,從而導(dǎo)致浸出液銅濃度不高,歷年以來平均濃度僅為0.3g/L左右,與項目設(shè)計要求的1g/L相差太大,這也就是導(dǎo)致難以達(dá)產(chǎn)的一個重要影響因素。

多年來德興銅礦工程技術(shù)人員對陰極銅生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量進(jìn)行大膽的探索和實踐,并緊扣酸性廢水的環(huán)境治理工程,通過對廢石合理地分類分區(qū)堆放、合理設(shè)置堆筑層高、擴(kuò)大噴淋面積等達(dá)到了提高集液庫原液含銅濃度。通過2004年9月至2005年6月先后實施萃取工藝擴(kuò)能改造,使萃取處理能力提高到原設(shè)計的3倍,即由320m3/h提高到960 m3/h,彌補了萃取原液銅濃度低的劣勢,同時通過加強(qiáng)過程控制,提高了堆浸陰極銅產(chǎn)量,穩(wěn)定了陰極銅質(zhì)量。

1 擴(kuò)大噴淋面積

(1)建設(shè)河山、石塢兩個浸出場地。在2004年前,由于2#集液庫壩體滲漏嚴(yán)重,使2#集液庫上方的石塢浸出場地一直無法啟用,年總噴淋面積最高時僅有16萬m2。但是經(jīng)工程技術(shù)人員長期不間斷的對其監(jiān)測、分析,到2003年底發(fā)現(xiàn),其滲漏情況有所好轉(zhuǎn)(淤泥沉積堵塞)。于是,2004年初決定并開始在2#集液庫上方筑堆新堆場,至2005年上半年共建成面積約14萬m2的新噴場,使總噴淋面積達(dá)30萬m2左右。同時,為解決浸出場地的板結(jié)問題,改善其浸出質(zhì)量,加大了對浸出場地的犁松頻率,以提高滲透性。雖然浸出率變化不大,浸出液銅濃度不高(0.25g/L),但是,由于噴淋面積擴(kuò)大,浸出銅金屬總量增加,擴(kuò)大噴淋面積增加噴淋量,使噴淋蒸發(fā)量上升可多消耗大量酸性廢水,減少酸性廢水的產(chǎn)生量和處理費用。

(2)建設(shè)楊桃塢浸出場地。在楊桃塢酸性水庫建設(shè)浮船泵站,采用一根DN400玻璃鋼管通過輔助車巷道沿祝排靠1#集液庫堆場邊沿,直接將水輸送至240泵站;利用已有的240泵站,再鋪設(shè)主管到楊桃塢排土場,接加壓泵后,接噴淋管網(wǎng)噴楊桃塢堆場,實現(xiàn)楊桃塢堆場堆浸噴淋;楊桃塢堆場的浸出液經(jīng)攔截后自流進(jìn)楊桃塢酸性水庫,實現(xiàn)噴淋液的循環(huán);當(dāng)楊桃塢酸性庫的料液達(dá)到萃取濃渡時,則在240泵站處利用原已有的祝排噴淋管網(wǎng)去噴淋祝排,后進(jìn)入原已有的噴淋萃取系統(tǒng);當(dāng)楊桃塢酸性庫的料液未達(dá)到萃取濃渡時,則在240泵站處利用新接的楊桃塢管網(wǎng),實現(xiàn)楊桃塢堆場堆浸噴淋循環(huán)。

2 合理設(shè)置堆筑層高

(1)從硫化礦中,尤其是難浸的黃銅礦中浸出銅,主要是借助氧化鐵硫桿菌的氧化催化作用。從礦石中所浸出的80%以上的銅是在礦堆上部15m深度內(nèi)得到的,15m深度以下的礦石,由于透氣性不好而缺氧,細(xì)菌繁殖和硫化礦物的氧化都很困難,銅的浸出率很低。

(2)根據(jù)德興銅礦實際生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行計算,從排土的階段高度與成本關(guān)系可知,德興銅礦最經(jīng)濟(jì)的排土階段高度為20～30m,就排土安全穩(wěn)定性而言,排土階段高度越大,其安全穩(wěn)定性越差。從堆浸廠的經(jīng)濟(jì)效益和銅的浸出效率提高分析應(yīng)為10～15m。綜合考慮兩方面因素后得出,堆筑層高以20m左右為最佳。

3 實施分類分級堆筑

在堆浸廠生產(chǎn)中,對石塢噴淋區(qū)和河山升段噴淋區(qū)建成的堆場進(jìn)行跟蹤分析。石塢噴淋區(qū)由于礦堆含泥量大,礦堆表面又多次被電動輪汽車輾壓,滲透性極差,礦堆表面積水,浸出液從礦堆中部或上部流出,致使浸出液銅濃度無法提高,一般在0.3g/L左右,最低時僅為0.2g/L。但在河山升段噴淋區(qū)(21萬m2),由于該區(qū)域含泥量極少,礦堆滲透性良好,盡管礦石含銅品位僅為0.06%,但實施噴淋后浸出液含銅濃度快速提高到0.45g/L以上。根據(jù)這一分析,在安排周和月生產(chǎn)計劃時,應(yīng)合理安排堆浸料,并對堆浸料的含銅品位進(jìn)行標(biāo)識。生產(chǎn)調(diào)度室根據(jù)周、月生產(chǎn)計劃安排生產(chǎn)時,根據(jù)含銅品位的高低、含泥量的多少實現(xiàn)分類分級堆筑。當(dāng)含銅品位為小于0.05%時,作廢石排放,排放到靠山邊的廢石場;含銅品位為大于0.05%時,作堆浸料排放,排到靠河山堆場;含泥廢石,尤其是含表土,排放到靠山邊的廢石場。

4 提高礦堆的松散性與透氣性

堆浸物料堆筑時,電動輪汽車沿推土機(jī)做好的擋墻向下排土,整個場面被電動輪汽車反復(fù)碾壓,結(jié)實層很厚,導(dǎo)致其松散性和透氣性差。針對這一現(xiàn)象,建成堆場時用推土機(jī)犁松;噴淋三個月后再用推土機(jī)犁松,使得礦堆的松散性與透氣性增加。現(xiàn)場具體實施方法為:

(1)祝家排土場堆筑220,240m和260m3個標(biāo)高噴淋場地建成后,用推土機(jī)平整,并進(jìn)行橫、縱間距不超過1.5m,溝深0.9～1.5m,把電動輪汽車碾壓的板結(jié)層犁松,然后,在平整和犁松的堆場上布管噴淋。

(2)按一定的周期(3個月)用推土機(jī)實施犁松和再犁松。

(3)2002年5月調(diào)用邊坡鉆,在240m標(biāo)高的堆場按7m×7m的孔網(wǎng)進(jìn)行穿孔,并進(jìn)行松動爆破,這樣有利于提高礦堆的松散性與透氣性。

5 萃取工藝擴(kuò)能改造

(1)二級萃取改一級萃取。堆浸廠萃取工藝原設(shè)計為二級萃取、一級反萃工藝(見圖1),處理量為320m3/h,原液銅濃度為1g/L萃取率為90%以上。由于目前原液銅濃度僅為0.3g/L左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計要求。工程技術(shù)人員通過試驗,提出將二級萃取改為一級萃取(見圖2)。2004年初在有關(guān)專家和技術(shù)人員的指導(dǎo)下,反復(fù)進(jìn)行了一級萃取和二級萃取的對比實驗。實驗結(jié)果表明,二級萃取改為一級萃取后其萃取率均達(dá)到88%以上,且二級萃取僅比一級萃取的萃取率高2%左右,同時結(jié)合多年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析,其它各項技術(shù)指標(biāo)基本穩(wěn)定。通過半年多一系列實驗和理論分析,確定將原二級萃取改一級萃取,2004年9月底開始實施流程改造。改造后,各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo),從而使處理量在原有基礎(chǔ)上提高一倍,達(dá)到640m3/h,銅產(chǎn)量隨之提高近一倍。

圖1 改造前萃取工藝流程

圖2 改造后萃取工藝流程

(2)擴(kuò)大萃取能力。根據(jù)二級萃取改為一級萃取的成功經(jīng)驗、改造前堆浸廠原萃取工藝中第二級萃取的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)分析(原液銅濃度為0.1g/L左右、萃余液銅濃度0.02g/L左右、萃取率達(dá)80%),以及祝家和楊桃塢兩廢石場每年都有大量的超低銅濃度(0.08～0.12g/L)酸性廢水需經(jīng)污水處理站達(dá)標(biāo)處理外排等情況,工程技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究分析,萃取處理能力有望再提高320m3/h,決定再擴(kuò)建一套一級萃取、一級反萃萃取工藝系統(tǒng)(處理能力為320m3/h),銅離子的回收減少了重金屬離子對河流的污染。

該項目從2005年初開始自行設(shè)計、自籌資金,用兩個多月的時間完成擴(kuò)建工作,于6月投產(chǎn),經(jīng)過近半年的生產(chǎn),系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定,各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。截止2009年底,累計生產(chǎn)陰極銅12786.9t(見表1)。

表1 1999～2009年原液平均銅濃度與年陰極銅產(chǎn)量統(tǒng)計

6 加強(qiáng)過程控制

(1)合理控制電積出液濃度。針對2004年9月以來對萃取工藝進(jìn)行的改造,相應(yīng)的電積工藝的技術(shù)條件發(fā)生變化,結(jié)合現(xiàn)場的生產(chǎn)條件以及現(xiàn)場相關(guān)要求,對電積工藝主要技術(shù)參數(shù)作了適當(dāng)修訂,如:電積出液Cu離子濃度為35～45g/L;電流密度為150～200A/m2陰極;槽電壓1.9～2.2V;電流強(qiáng)度7000～12500A;電積液循環(huán)量為60～80 m3/h;電銅出槽周期10～14d。

根據(jù)每天電積出液濃度化驗結(jié)果,及時調(diào)整電流強(qiáng)度和合理調(diào)節(jié)電積液循環(huán)量。當(dāng)電積出液Cu離子濃度低于35g/L時,降低電流強(qiáng)度,調(diào)大電積液循環(huán)量;當(dāng)電積出液Cu離子濃度高于35g/L時,提高電流強(qiáng)度,調(diào)小電積液循環(huán)量。

(2)改進(jìn)添加方式。在堆浸廠生產(chǎn)現(xiàn)場添加硫酸鈷和硫脲時,通過自行設(shè)計并制作的一套添加劑的加入裝置,在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下,添加量已由原來每天添加一次粗放型,變?yōu)樽詣犹砑?只需每間隔2h檢查一次添加劑添加情況,即可做到添加劑24h連續(xù)均勻添加。

(3)及時調(diào)整和更換極板。從堆浸陰極銅生產(chǎn)以來有35%極板處于超周期使用,未及時更換,極板變形,導(dǎo)致極間距不均,必須及時調(diào)整和更換極板。現(xiàn)場采取的措施為:2006年3月中旬先后對超限使用的陽極板數(shù)量統(tǒng)計,共更新超限使用的陽極板260片;由專人負(fù)責(zé)陰極板的平整工作,裝槽前及時調(diào)整極板平整度,嚴(yán)格把關(guān),杜絕不平整的陰陽板下槽,確保極間距均勻;每天檢查電積液反應(yīng)情況。

(4)安裝超聲波除油裝置。反萃后液因夾帶有機(jī)嚴(yán)重,直接影響陰極銅質(zhì)量,導(dǎo)致陽極板出現(xiàn)穿孔和斷裂現(xiàn)象,因此,在反萃后液和電積進(jìn)液之間加裝一套超聲波除油裝置,反萃后液通過氣振產(chǎn)生超聲波,然后溶合澄清分離,最后達(dá)到液和有機(jī)分開,降低有機(jī)夾帶。

(5)改造出銅工藝。在堆浸廠電積車間剝銅時,銅板要從3m高的斜面,下落到水泥地面,由于每塊陰極銅板厚度約為5mm左右,極容易變形,且僅用鐵絲簡易包裝,客戶多次要求加以改進(jìn)。采礦場先后派人與礦相關(guān)單位到陰極銅使用單位進(jìn)行了解,傾聽用戶對提高陰極銅表面質(zhì)量建議,通過現(xiàn)場調(diào)查和研討分析,組織技術(shù)人員設(shè)計、改造一套新的剝銅方案,對出銅工藝進(jìn)行改造,利用檢修時間進(jìn)行設(shè)置,并添置了一臺小型的打包機(jī),以確保陰極銅板平整,包裝整齊。

7 結(jié) 語

德興銅礦廣大技術(shù)人員經(jīng)過十幾年對堆浸陰極銅生產(chǎn)的實踐與探索,通過對廢石合理地分類分區(qū)堆放、合理設(shè)置堆筑層高、擴(kuò)大噴淋面積等達(dá)到了提高集液庫原液含銅濃度的目的;通過實施萃取工藝擴(kuò)能改造,使處理量在原有基礎(chǔ)上提高到960 m3/h,年產(chǎn)堆浸陰極銅提高到1450t左右;通過加強(qiáng)過程控制,堆浸陰極銅化學(xué)成份含銅量達(dá)到了99.998%以上,符合GB/T1467-1997陰極銅標(biāo)準(zhǔn),各批次表面質(zhì)量合格率均得到提高,穩(wěn)定陰極銅表面質(zhì)量;同時還充分利用好酸性廢水資源,將萃余液通過管道泵送到4#尾礦庫實施酸堿中和,降低了酸性廢水的處理費用,真正實現(xiàn)了以廢治廢、變廢為寶,實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)式發(fā)展。

2010-02-09)

戴賤生(1963-),男,采礦工程師,從事礦山生產(chǎn)技術(shù)管理工作。