王洪江,吳愛祥,張新普,張 儀,顧曉春

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083;2.迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司,云南迪慶674500;3.云南銅業(yè)集團(tuán)公司科技部,云南昆明650051)

溶浸采礦技術(shù),由于投資少、成本低、污染小以及適合于復(fù)雜難處理礦石,是傳統(tǒng)采礦技術(shù)的有力補(bǔ)充[1-3]。堆置浸出是氧化礦的首選浸出方法.該法的優(yōu)點(diǎn)是處理能力大、建設(shè)周期短,省去了磨礦和固液分離等工序[4-5]。然而,高含泥氧化礦滲透性差,容易形成浸堆板結(jié),曾是堆置浸出應(yīng)用的禁區(qū)[6-8]。雖然制粒技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展,但受制粒劑、設(shè)備的限制,其處理能力小、成本高,且制粒質(zhì)量波動(dòng)性大。攪拌浸出因設(shè)備簡單、操作方便,常應(yīng)用于精礦浸出[9-11]。但是,攪拌浸出工藝投資多、能耗大、成本高[12-13],限制了該項(xiàng)工藝在低品位原礦的應(yīng)用。提高礦石滲透性、簡化浸出工藝,實(shí)現(xiàn)高效低成本、節(jié)能降耗,是高含泥氧化礦浸出技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

1 礦石的基本性質(zhì)

礦樣粒級組成曲線如圖1所示。破碎后物料粒度范圍為0～30mm,平均粒徑為4.88mm。由圖1可以看出,-0.1mm物料占7%,-1mm占34.68%,-5mm物料占60%。

由于含泥量的增加,礦石含濕率增大,實(shí)測值平均高達(dá)11.99%,是原設(shè)計(jì)礦石含濕率的2倍。礦石含濕率較高,在原礦倉溜槽內(nèi)容易板結(jié),冬季尤甚。

礦石含銅品位在0.762%～1.512%之間,平均值為1.24%。礦石中含鐵量較高,其平均值是銅的16.7倍。堿性脈石礦物 (A l2O3+CaO+M gO)含量達(dá)13.33%,若采用酸浸技術(shù)路線,其酸耗較高。

物相分析結(jié)果如表1所示。礦石氧化率在30%～90%之間變化,結(jié)合率高達(dá)10%～25%。同時(shí),黃銅礦占到較大的比例,平均值為30.25%,且隨著采深的不斷延伸,其比例將會(huì)更大。

圖1 礦石破碎后物料粒級組成曲線

表1 銅物相分析結(jié)果

2 礦石聯(lián)合浸出工藝流程

原設(shè)計(jì)中,浸出采用堆浸技術(shù)。礦石從露天采場經(jīng)汽車運(yùn)輸至電銅廠,經(jīng)兩段碎礦后 (粒度控制在 30mm以下),用汽車上堆。浸出劑為2%～5%的 H2SO4,p H達(dá)到2.0左右。

經(jīng)過近3個(gè)月的堆浸試生產(chǎn),浸出效果差,浸出率不到1%。經(jīng)過堆場翻堆檢測,發(fā)現(xiàn)溶浸液下滲深度在20～30cm之間。由此可見,礦堆板結(jié)嚴(yán)重、浸堆滲透性差,是銅浸出率低下的主要原因。

攪拌浸出技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng),但需要球磨機(jī)進(jìn)行粉磨,將-200目粒度控制在85%左右。同時(shí),液固分離需要壓濾設(shè)備,將浸渣制成濾餅。經(jīng)可行性論證,當(dāng)處理原礦量為2000t/a,攪拌浸出工藝必須投入球磨機(jī)2臺(tái)、攪拌桶8臺(tái)、壓濾機(jī)10臺(tái)、濃密池2臺(tái),各種設(shè)備共需45臺(tái)。經(jīng)估算,投資共需2803.96萬元。

為了提高產(chǎn)能、降低成本,采用了“堆浸為主、攪拌為輔”的分級聯(lián)合浸出方案,如圖2所示。分級浸出是指按照礦石預(yù)處理后的粒級不同,采用不同的浸出路線,+1mm以上礦石進(jìn)入堆浸系統(tǒng),而-1mm的泥質(zhì)礦漿進(jìn)入攪拌浸出系統(tǒng)。

圖2 礦石聯(lián)合浸出工藝流程示意圖

在堆浸方面,為了降低礦堆表面的壓實(shí)度,采用皮帶上堆方式,配合小松挖掘機(jī)進(jìn)行平場。在礦石分級之后,按照不同的粒級組成堆放在不同的區(qū)域,并采取不同的噴淋強(qiáng)度。堆場酸度采用動(dòng)態(tài)控制方式,最大程度降低酸耗量。

在攪拌浸出方面,利用硫酸廠的工業(yè)余熱提高浸出的溫度。為了降低投資、簡化工藝,液固分離采用高效濃密機(jī),并實(shí)現(xiàn)了濃縮、澄清與洗滌三大功能。

3 礦石破碎-水洗分級技術(shù)

礦石破碎采用粗碎與細(xì)碎開路循環(huán)方式。經(jīng)統(tǒng)計(jì),礦石處理能力大大提高,最大月生產(chǎn)能力達(dá)2.8×104t。礦石粒徑明顯變小,平均粒徑由原來的10.73mm減小到4.88mm,-1mm含量由改造前的18.46%提高到34.68%,為提高浸出率提供了保證。

礦石分級采用水洗機(jī)與分級機(jī)串聯(lián)方式。水洗機(jī)中的礦粉經(jīng)槳葉攪拌擦洗后實(shí)現(xiàn)分級,其中細(xì)粒級從溢流口溢出進(jìn)入螺旋分級機(jī),粗粒級則被槳葉帶到返砂口排出。螺旋分級機(jī)處理水洗礦的溢流部分,返砂從返砂口排出,溢流進(jìn)入礦漿池。

經(jīng)過水洗分級后,供給聯(lián)合浸出的物料粒度得到有效地控制。從入堆礦石取樣分析,+1mm礦石達(dá)到90.84%,1～22mm之間的礦石達(dá)到51.54%,基本控制在1～30mm之內(nèi)。從分級機(jī)溢流渣粒級組成來看,-200目達(dá)到81.33%,最大粒度達(dá)40目,基本上控制在-1mm以下。

采用破碎-水洗分級后,使分級聯(lián)合浸出成為可能。+75%的礦石進(jìn)入堆場,25%的泥質(zhì)礦進(jìn)入攪拌浸出系統(tǒng)。通過分級技術(shù)得到泥質(zhì)礦,避免使用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨,大大降低了能耗與投資。

4 礦石堆浸強(qiáng)化浸出技術(shù)

4.1 皮帶入堆

原設(shè)計(jì)采用裝載機(jī)-汽車聯(lián)合使用的方案,試生產(chǎn)中已經(jīng)暴露出堆場表面出現(xiàn)壓實(shí)現(xiàn)象,從而影響礦堆滲透性。為此,采用皮帶入堆方案。礦石通過固定皮帶機(jī)之后進(jìn)入移動(dòng)式皮帶機(jī),將礦石轉(zhuǎn)運(yùn)至礦堆,之后采用挖機(jī)進(jìn)行平場。平時(shí),移動(dòng)式皮帶機(jī)的移位以及翻堆松散工作,也要靠挖機(jī)來完成。

皮帶機(jī)入堆可以較好地控制堆層高度,經(jīng)測量,堆層高度在在3～4m之間,堆場自然安息角在32～41°之間。同時(shí),大大提高了入堆能力,入堆能力最大高達(dá)26134t/月。

4.2 動(dòng)態(tài)用酸制度

羊拉銅礦礦石堿性脈石礦物含量較高,大部分硫酸無為地消耗于堿性脈石。硫酸消耗量越大,脈石礦物浸出越多,將堵塞顆粒之間的滲流通道。但是,硫酸用量并非越小越好,當(dāng)浸出體系的酸度較小時(shí),已經(jīng)被浸出的離子會(huì)產(chǎn)生水解反應(yīng),同樣會(huì)形成化學(xué)堵塞。因此,為了提高浸出效率,必須將硫酸消耗控制在合理水平,是至關(guān)重要的。

根據(jù)室內(nèi)柱浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從Cu2+濃度、酸耗量與浸出率三個(gè)角度來講,浸出過程應(yīng)劃分為三個(gè)不同的階段,即初期為0～4d、中期為4～16d、后期為16d以上。在不同的階段,采用不同的酸度,即初期應(yīng)采用50g/L,中期應(yīng)采用40g/L,后期應(yīng)采用30g/L。

在現(xiàn)場堆浸過程中,由于物料性能的變化,其浸出周期會(huì)發(fā)生一定的波動(dòng)。同時(shí),不同分層的浸出周期處于交替變化之中,硫酸的消耗量難以精確計(jì)量。為此,控制堆場浸出液的余酸量在5～15g/L左右為宜,此時(shí)p H值為1.0～1.5。

5 泥質(zhì)礦攪拌浸出節(jié)能技術(shù)

5.1 工業(yè)余熱利用

為了降低硫酸運(yùn)輸成本,在羊拉銅礦建設(shè)了配套的硫酸廠,利用自產(chǎn)硫精礦生產(chǎn)硫酸,年生產(chǎn)能力為10萬t。硫酸生產(chǎn)工藝過程有大量的高品位余熱產(chǎn)生,理論估計(jì)以硫鐵礦為原料采用沸騰爐熔燒時(shí),每生產(chǎn)1t硫酸可獲得4.0M Pa(表壓)400℃的過熱蒸汽1.0～1.2t[14]。

采用管道將蒸汽從硫酸廠引至攪拌車間?？紤]到蒸汽管道長度700m,盡管采用了石棉保溫措施。蒸汽的入口溫度比原始溫度略低,為400℃,目前的蒸汽用量為2.386t/h。管道直徑為100mm,插入攪拌筒液面下 2.0m。要求攪拌浸出溫度為60℃。

攪拌筒為4個(gè),采用并聯(lián)方式,進(jìn)行間斷攪拌,即投料-加熱-浸出-放料工序往復(fù)循環(huán)。在攪拌桶中加入礦漿到適當(dāng)?shù)母叨?再根據(jù)礦漿濃度、液固比、浸出劑酸度估算萃余液及濃硫酸用量,并添加到攪拌桶中。之后,打開蒸汽閥門,通入蒸汽加熱礦漿。攪拌桶礦漿溫度變化規(guī)律如圖3所示。

圖3表明,蒸汽加熱能夠直到很好的控溫效果。在第50min將攪拌桶內(nèi)礦漿溫度提高到60℃,之后,溫度上升緩慢,最終控制在65℃以內(nèi)。因此,選擇60℃是合適的,其加時(shí)間為50min。

5.2 礦漿濃密技術(shù)

采用濃密技術(shù)進(jìn)行液固分離,需要3臺(tái)濃密機(jī),分別用于浸出前礦漿濃縮、浸出后浸渣澄清與洗滌。同時(shí),為進(jìn)一步澄清浸出液,設(shè)置了6組沉淀池,總面積為960m2。礦漿濃密機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單,操作方便,耗電較少。

對于浸出前的原礦漿濃縮,采用陰離子型聚丙烯酰胺為絮凝劑,其最佳添加值為5g/t,沉降速度由原來了1.174t/m2·d提高到3.914t/m2·d。加入絮凝劑后,沉降效果明顯改善,在2m in后澄清層體積變化不大,4min后基本上不再變化。

對于浸渣的絮凝沉降,經(jīng)過多種絮凝劑對比,認(rèn)為非離子型聚現(xiàn)烯酰胺比較合適。圖4表明,浸渣在浸出液中最初的15s內(nèi)沉降速度最大,之后迅速下降,出現(xiàn)第二個(gè)峰值后又急劇降低,第16min后絮凝劑幾乎不起作用。67g/t的絮凝劑用量維持最高沉降速度的時(shí)間最長,現(xiàn)場以此用量為準(zhǔn)。在沉降時(shí)間的選擇上,所有曲線均是在前8min內(nèi)沉降速度最快,30min趨于穩(wěn)定。因此,沉降時(shí)間選擇為30m in之內(nèi)。

圖3 蒸汽加熱溫度變化規(guī)律

圖4 浸渣絮凝沉降速度變化曲線

為了降低濃密機(jī)的底流夾帶,進(jìn)行了清水洗滌模擬實(shí)驗(yàn)。隨著洗滌次數(shù)的增加,底流夾帶逐漸降低。生產(chǎn)中采用清水洗滌次數(shù)為二次,夾帶損失率基本控制在18%以下。

6 分級聯(lián)合浸出工業(yè)試驗(yàn)

6.1 堆浸

經(jīng)統(tǒng)計(jì),堆浸浸出液銅離子濃度平均值為1.299g/L,達(dá)到了萃取的要求。浸出過程中,溶浸液初始酸度為50g/L,浸出過程中控制酸度在5～15g/L之間。

1號(hào)礦堆第一分層浸出結(jié)束后,在礦堆表面取樣,經(jīng)化驗(yàn)銅品位為0.367%,浸出率計(jì)算結(jié)果見表2,渣計(jì)浸出率達(dá)到63.98%,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表2 首堆礦石浸出率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

6.2 加溫?cái)嚢杞?/h3>

在大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與分析的基礎(chǔ)上,確定泥質(zhì)礦漿攪拌浸出的溫度控制在60℃,泥礦漿液固比為4∶1,硫酸酸度為40g/。純浸出時(shí)間為1h,2.5h完成一個(gè)浸出循環(huán)。

攪拌浸出系統(tǒng)工業(yè)試驗(yàn)期間,共處理泥質(zhì)礦0.94萬t,渣計(jì)浸出率達(dá)55.78%,如表3所示。將攪拌浸出溫度提高到60℃,銅浸出率由44.79%提高到55.78%,增長幅度達(dá)24.5%。雖然耗酸量也由14.38t/t上升到22.70t/t,但經(jīng)濟(jì)效益還是顯著的。

表3 加溫?cái)嚢杞雎式y(tǒng)計(jì)表

由于采用綜合節(jié)能技術(shù)措施,節(jié)約了投資,降低了成本.與可行性研究相比,裝機(jī)功率下降了33%,實(shí)際只有1444kW;投資費(fèi)用只有883萬元,是原來可研值的31.5%;電解銅成本由3.74萬元/t降到2.42萬元,在波動(dòng)較大的市場環(huán)境中,增強(qiáng)了風(fēng)險(xiǎn)抵御能力。

6.3 分級聯(lián)合浸出主要指標(biāo)

經(jīng)過2009年的生產(chǎn)實(shí)踐,羊拉銅礦分級聯(lián)合浸出技術(shù)取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。2009年,共處理礦量22.6萬t,總浸出金屬量1112t,平均浸出率達(dá)54.5%。硫酸總耗量為1.98萬 t,單耗量達(dá)17.84t/t Cu。車間成本為32934元/t Cu,其中礦石成本占40%,硫酸費(fèi)用占25%,工人工資占16%。

7 結(jié)論

羊拉銅礦高含泥物料經(jīng)過正常堆浸失敗后,采用分級聯(lián)合浸出工藝,確立了“堆浸為主、攪浸為輔”的技術(shù)路線,提高了礦石利用率,使生產(chǎn)正?；?/p>

1)礦石采用破碎+水洗分級預(yù)處理技術(shù),粗顆粒 (+1mm)石進(jìn)入堆浸系統(tǒng),-1mm的泥質(zhì)物料進(jìn)入攪拌浸出系統(tǒng),使分級聯(lián)合浸出技術(shù)得以實(shí)施。

2)在堆浸過程中,采用了皮帶入堆動(dòng)態(tài)用酸制度,避免了輪式機(jī)械的反復(fù)輾壓,消除了礦堆表面積液現(xiàn)象,降低了硫酸單耗量。堆浸工業(yè)試驗(yàn)取得圓滿成功,浸出液濃度平均達(dá)到1.299g/L,浸出率達(dá)到63.98%。

3)采用硫酸廠的蒸汽余熱直接加溫浸出礦漿,不僅改善了浸出效果、提高了浸出產(chǎn)能,而且充分利用了廢熱、避免了噪音污染。液固分離環(huán)節(jié)沒有追求技術(shù)水平較高的壓濾技術(shù),而是采用了簡單實(shí)用的高效濃密機(jī),實(shí)現(xiàn)了濃縮、澄清、洗滌三大功能。[1] J.A.Brierley,C.L.Brierley.Present and future commercial app lication of biohydrometallurgy[J].Hyd rometallurgy,2001,(59):233—239.

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