新疆戈壁灘含鹽堿低品位氯化銅礦的堆浸工業(yè)試驗(yàn)研究

譚貴寬（①新疆怡寶礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)有限責(zé)任公司　清河　836200②北京有色金屬研究總院生物冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室北京100088）

新疆戈壁灘含鹽堿低品位氯化銅礦的堆浸工業(yè)試驗(yàn)研究

譚貴寬①②
（①新疆怡寶礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)有限責(zé)任公司清河836200②北京有色金屬研究總院生物冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室北京100088）

在極端溫度和持續(xù)的強(qiáng)風(fēng)沙塵氣候條件下，對(duì)含鹽堿低品位氯化銅礦的浸出方法和生產(chǎn)控制措施進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)研究，成功解決了滲透性問題，并有效控制了蒸發(fā)量。在原礦品位為0.32%左右的情況下，浸出率達(dá)到了85%（液計(jì)），為工程的初步設(shè)計(jì)提供了有效的工藝參數(shù)。

氯化銅礦滴淋鹽堿蒸發(fā)與冰凍沙塵

試驗(yàn)場(chǎng)處于新疆塔克拉瑪干沙漠范圍，常年干旱少雨，冬季極端寒冷，夏季炎熱，蒸發(fā)量大，特別是在春秋季節(jié)，伴隨有狂風(fēng)沙塵暴。所試驗(yàn)粉礦比例大，鹽堿（鈉硝石）含量高，是少有的強(qiáng)風(fēng)化氯化銅礦。本試驗(yàn)研究了在特殊條件下堆浸生產(chǎn)的滲透性、浸出率、酸耗、水耗等指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)氣候特點(diǎn)，采取了針對(duì)性的防風(fēng)沙、防蒸發(fā)、防凍措施。特別是使用了混淋實(shí)時(shí)控制模式，浸出初始先洗泥和除鈉硝石、冬季結(jié)晶除鹽等新技術(shù)，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

1　原礦工藝礦物學(xué)研究

1.1原礦的粒級(jí)分析和主要化學(xué)元素組成

將礦樣直接用50mm的篩子進(jìn)行篩分，篩上只有個(gè)別顆粒，幾乎都是篩下樣品，取混合均勻的樣品分別過30mm、20mm、10mm、2mm、0.074mm篩子進(jìn)行篩分，分別取篩上和篩下樣品進(jìn)行銅含量分析，結(jié)果顯示，礦樣中-2mm以下樣品中銅的比例為52.92%，含銅品位在0.76%～1.35%；+2mm以上樣品中銅的比例為47.08%，含銅品位在0.20%～0.25%。礦石粒度較細(xì)，-2mm下礦樣比例達(dá)20.78%。

原礦礦物學(xué)分析結(jié)果分別見表1、表2、表3、表4。

表1　氧化礦原礦X熒光半定量分析結(jié)果　%

表2　氧化礦原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果　%

礦石中有益金屬元素為銅，其他的元素?zé)o回收價(jià)值。銅品位為0.38%，其中酸溶銅含量為0.35%，占總銅量的92%，以氯銅礦和孔雀石為主的氧化銅形式存在，氯銅礦和孔雀石兩種氧化銅礦具有類似的特征，均成孔雀綠色，呈粉土狀或膠凝狀集合體分布于脈石礦物和孔隙中，常與褐鐵礦混雜共生；酸不溶銅的占有量是0.03%，占總銅量的8%，這部分酸不溶銅主要是少量的斑銅礦、銅藍(lán)和黃銅礦等，即常說的脈石中的結(jié)合氧化銅。

2　攪拌浸出試驗(yàn)和柱浸擴(kuò)大試驗(yàn)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)之前，開展了攪拌浸出和柱浸擴(kuò)大試驗(yàn)，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫酸攪拌浸出液固比4∶1、浸出時(shí)間2.5 h，氧化銅礦礦樣的銅浸出率在90%以上，結(jié)果表明該礦中氧化礦的攪拌酸浸性能較好。柱浸擴(kuò)大試驗(yàn)礦石粒度為-10mm、-30mm、-50mm，浸出10天銅浸出率即達(dá)45%～50%，之后浸出率上升變緩，浸出90天銅浸出率達(dá)86%以上，柱浸酸耗38.40kg/（t礦石）；滴淋浸液酸度的高低直接影響了銅的浸出速率，酸度太高會(huì)使鐵離子大量溶出，酸度太低則銅浸出率太慢，因此合適的酸度選擇是pH 0.8～1.5為宜。

3　工業(yè)試驗(yàn)

3.1氣候條件

試驗(yàn)地區(qū)（新疆戈壁灘）氣候干燥少雨，晝夜溫差大，光照時(shí)間長(zhǎng)，年平均氣溫9.8℃，夏季最高地表溫度高達(dá)70℃，冬季最低氣溫-40℃，年降水量33.8mm，年蒸發(fā)量3 300mm，年均日照3 358 h，無霜期182天，6級(jí)以上的風(fēng)85天。

3.2極端高低溫

極端高溫時(shí)，因?yàn)榈乇頊囟缺容^高，工人露天操作易中暑，碎礦選擇在早晚和夜間生產(chǎn)；對(duì)發(fā)熱電機(jī)進(jìn)行遮蓋，配散熱風(fēng)機(jī)；潤(rùn)滑油膨脹泄漏，夏季采用了防高溫潤(rùn)滑油；皮帶受熱發(fā)軟，加上強(qiáng)風(fēng)的作用易拉長(zhǎng)和斷裂，選擇抗紫外線輸送帶。

堆場(chǎng)作業(yè)采用混淋模式，噴淋和滴淋交替進(jìn)行生產(chǎn)，夏季和中午溫度較高時(shí)，盡量選擇滴淋模式進(jìn)行生產(chǎn)，冬季和夜間溫度低，選擇噴淋模式進(jìn)行生產(chǎn)。其中一個(gè)堆采用了埋管滴淋（掩埋40 cm深）模式，為減少蒸發(fā)和防凍。混淋管路系統(tǒng)設(shè)置低位排空閥，當(dāng)冬季氣溫較低時(shí)，停浸后立即排空管路系統(tǒng)內(nèi)的溶液，以免爆管和堵塞管。

3.3防風(fēng)措施

春秋季節(jié)常有極端沙塵天氣，6級(jí)以上風(fēng)85天左右，有時(shí)風(fēng)速高達(dá)12級(jí)，礦粉易被吹走，在極端沙塵天氣情況下暫停碎礦生產(chǎn)。堆場(chǎng)按順風(fēng)向進(jìn)行排列，降低噴淋料液的損失，利用堆場(chǎng)遮擋溶液池，避免大量進(jìn)入沙塵。

礦石鹽堿含量高，其主要含硝酸鈉、硝酸鉀、氯化鈉，屬于典型的含鹽堿礦，在冬季，當(dāng)氣溫低于-3℃時(shí)，溶液池底部開始出現(xiàn)大量結(jié)晶鹽，利用這個(gè)條件，在冬季對(duì)循環(huán)使用的廢液進(jìn)行結(jié)晶除鹽，凈化后的溶液再循環(huán)浸出生產(chǎn)。

氧化礦直接采自地表，風(fēng)化嚴(yán)重，-2mm粉礦含量高達(dá)20%，但粉礦多為砂性，水浸后粉土不粘稠。筑堆后挖機(jī)松堆，初期用弱酸液緩慢滴淋滲透。

3.4總體布局

破碎系統(tǒng)位置除考慮防風(fēng)砂外，還需減少礦石倒運(yùn)成本。采場(chǎng)、破碎站、堆場(chǎng)建設(shè)在一條直線上，采出來的礦石一次性運(yùn)到破碎站原礦倉內(nèi)或附件存放，用鏟車協(xié)助完成進(jìn)料，實(shí)時(shí)利用運(yùn)礦汽車倒運(yùn)碎后礦石到堆場(chǎng)。清水池和酸罐選擇建設(shè)在高位，堆場(chǎng)與溶液池按集中方式排列原則建設(shè)。

3.5堆場(chǎng)與溶液池的建設(shè)

先平整堆場(chǎng)，單個(gè)堆占地面積為2 500m2，長(zhǎng)25m，寬25m，平整土地，在平整后的土地上用黏土壓實(shí)，在寬度方向上向集液池方向設(shè)計(jì)3°～5°的傾角，鋪設(shè)1mm厚度的HDPE板材做防滲處理。開挖集液池、調(diào)酸池，集液池位置緊鄰浸堆，設(shè)計(jì)深度為1.5m，總?cè)莘e750m3，使用容積700m3，底部采用黏土壓實(shí)后打上鋼筋混凝土墊層，并使底部向調(diào)酸池方向略微傾斜，以便泵出液體時(shí)減少存液。底部和邊壁采用1mm HDPE板為襯墊。集液池一側(cè)設(shè)置調(diào)酸池，調(diào)酸池是液體循環(huán)的核心設(shè)施，進(jìn)水管路與集液池相連，出水管路與噴淋系統(tǒng)相連。

3.6礦石破碎與筑堆

采用兩段一閉路破碎系統(tǒng)，破礦總量2萬噸，其中-50mm礦1萬噸、-30mm礦0.4萬噸、2～50mm礦0.6萬噸，篩下粉用于墊底，防止膜被石塊割破，生產(chǎn)班次為兩班，每班10 h。前進(jìn)式筑堆，挖機(jī)松堆，筑好的礦堆表面有槽溝，溝內(nèi)用于鋪設(shè)滴淋管路，整體堆場(chǎng)具備良好的疏松度，共設(shè)計(jì)6個(gè)堆，編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#。

3.7浸出系統(tǒng)

試驗(yàn)同時(shí)設(shè)置噴淋和滴淋系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱混淋），在共用的主管上分接出滴淋支管和噴淋支管，閥門控制流量走向。設(shè)置混淋系統(tǒng)的目的之一是克服極端氣候的影響，減少蒸發(fā)量，防結(jié)晶，防風(fēng)；目的之二是能精確控制流量，確保有效完成初期洗泥和除鹽，過程中能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)調(diào)整流量，后期噴淋洗堆等工作。噴淋頭間距為2m，滴淋孔間距40 cm。管路系統(tǒng)布置合理，壓力均勻，從運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，噴淋頭通暢率達(dá)到了98%以上，滴淋通達(dá)率95%。

浸液酸度控制在pH值0.8～1.5范圍，在開始的20天，浸液強(qiáng)度控制在6～8 L/m2?h，20天后逐漸加大到10～15 L/m2?h；生產(chǎn)過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)做出適當(dāng)調(diào)整，避免形成溝流和積液，初期10天、每天浸出10 h以上，為減少蒸發(fā)，夜間和低風(fēng)時(shí)啟用噴淋，白天和大風(fēng)時(shí)開滴淋。

3.8浸出液pH值變化

浸出10 h后開始出液，礦堆滲透性良好。初期浸出前10天，浸出液中有大量銅出現(xiàn)，浸出液中銅濃度也開始升高，浸出液pH值下降較快，由最初的1.0很快上升到了2.0，甚至有的礦堆pH值上升到了2.5。15天后加大了滴淋時(shí)間，不間歇的對(duì)礦堆進(jìn)行滴淋/噴淋浸出。

結(jié)果表明，浸出初期耗酸量較大，浸出液pH變化幅度較大。隨著浸出過程的進(jìn)行，耗酸量逐漸降低，pH變化幅度減小，浸出后期pH基本保持在2.0以下。

3.9礦堆的滲透性

本研究重點(diǎn)考察了不同礦石粒度及礦堆高度對(duì)浸出過程的影響，主要從礦石破碎粒度、筑堆方式、布液制度、滴淋酸度等參數(shù)的合理匹配解決該類型礦石滲透差的難題。從試驗(yàn)結(jié)果看，1#、2#、4#、5#和6#礦堆的滲透性良好，礦堆表層無積液現(xiàn)象，銅浸出速率較快。3#礦堆為-5mm粉礦，浸出速率變慢，浸出時(shí)間長(zhǎng)。試驗(yàn)完畢后在每個(gè)堆四角及中間進(jìn)行刻槽取樣，分析結(jié)果顯示滲透性良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

3.10水 耗

7～8月份，日蒸發(fā)量占浸出液量的28.5%，11～12月份，蒸發(fā)量下降到5%。溫度越高，風(fēng)速越大，蒸發(fā)量越大；濕度越大，蒸發(fā)量越小。由表5可看出3#礦堆耗水較多，是因?yàn)?#堆全是粉礦，表面含水率高，部分地方出現(xiàn)積液，大量水分暴露在外，粉礦堆存在水分傳遞的情況。其余五個(gè)礦堆沒有發(fā)生積液現(xiàn)象，水耗也相差不大。

3.11結(jié) 晶

試驗(yàn)經(jīng)歷冬季，溫度較低，導(dǎo)致礦堆表面出現(xiàn)了大量的鹽結(jié)晶，包括硫酸銅結(jié)晶鹽，結(jié)晶情況主要發(fā)生在礦堆陰面。銅離子濃度過高，在浸出液循環(huán)過程中較易形成結(jié)晶。此外，浸液經(jīng)鐵置換后鐵濃度不斷升高，形成硫酸亞鐵結(jié)晶物。為防止結(jié)晶堵管，冬季選擇埋管滴淋是最好的方式，并利用低溫實(shí)時(shí)結(jié)晶除鹽。

3.12試驗(yàn)結(jié)果及浸出率分析

表5　堆浸工業(yè)試驗(yàn)浸出結(jié)果

從表5可以看出，6個(gè)礦堆的浸出作業(yè)時(shí)間都在65～68天，浸出率按浸渣計(jì)。4#礦堆一直保持較高的浸出率（85.8%），主要是：

⑴礦堆底部的導(dǎo)流管較多（10根），能及時(shí)排出浸出液，提高了礦堆浸出液的流通速度；

⑵入堆礦石-2mm的粉礦比例較適中，占15%，有利于滲透；

⑶礦石粒度較細(xì)，該礦堆堆高3.0m，比較適合此類礦石；

⑷滴淋埋管，耗水量低；

⑸合理的布液制度。

6#礦堆的浸出率也達(dá)到了83%，起始浸出率和4#礦堆相差無幾，在浸出作業(yè)30天后慢慢落后于4#礦堆，可能原因：（1）導(dǎo)流管數(shù)量（4根）低于4#礦堆，浸出液的排出造成了一些不利影響；（2）礦石品位稍低；（3）堆高比4#堆稍高，作業(yè)后期，空氣溫度到零下時(shí)，礦堆表面出現(xiàn)了少量的結(jié)晶。

5#礦堆的浸出率遜于4#和6#兩個(gè)礦堆，但也達(dá)到了80.4%，該礦堆在堆浸作業(yè)開始銅浸出速率較慢，這主要是因?yàn)椋?/p>

⑴該礦堆的堆高較高，達(dá)到了5m，給溶液的滲濾造成了一定的影響，使溶液的循環(huán)周期變長(zhǎng)，使得浸出速率較緩；

⑵導(dǎo)流管較少（只有3根），對(duì)溶液的排出造成了不利影響；

⑶品位稍低。

3#礦堆為全-5mm粉礦，浸出率為75.2%，全粉礦嚴(yán)重影響了浸出液的滲濾，但該礦石粉礦的品位較高，達(dá)到了0.6%，因此該礦堆雖然滲透性不好，但浸出率并沒有太低，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間浸出率會(huì)進(jìn)一步升高。

1#和2#礦堆的浸出率在六個(gè)礦堆中相對(duì)低一些，（1）未設(shè)導(dǎo)流管；（2）品位低；（3）時(shí)間稍短。

4　結(jié)論

⑴生產(chǎn)推薦礦石破碎粒度-40mm，堆高4m，粉礦含量控制18%以內(nèi)，如粉礦比較高，可以降低筑堆高度，堆底鋪設(shè)適當(dāng)導(dǎo)流管，浸出時(shí)間70天左右較適合。

⑵礦石風(fēng)化嚴(yán)重，粉礦比例大，不利于溶液的滲濾，應(yīng)該采用前進(jìn)筑堆，挖機(jī)松堆，滴淋埋管，前期洗泥和除鹽，利用混淋系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制浸出，可解決滲透性問題和防蒸發(fā)、防凍、防風(fēng)。

（3）耗酸、耗水量在可接受的范圍。臨時(shí)停浸時(shí)，生產(chǎn)管路排空，避免堵管和爆管，當(dāng)溫度低于-10℃后停止生產(chǎn)。

（4）設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮防風(fēng)措施，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行加蓋、加固。

（5）試驗(yàn)溶液中銅采用了鐵粉還原收集，同時(shí)取料液樣進(jìn)行了萃取—電積模擬生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了良好的效果，該礦完全可用濕法工藝進(jìn)行處理。

［1］楊佼庸.濕法冶金技術(shù)研討會(huì)文集.2012.

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［3］阮仁滿.紫金山銅礦生物堆浸工業(yè)案例分析.中南大學(xué).2011.

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收稿：2016-05-12

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.028