紫金山金礦資源裂變與創新開發工程實踐

摘要：紫金山金礦是典型的低品位金礦，通過大量的技術和管理創新，可利用金礦資源發生了重大裂變，成為中國乃至世界超大型、低品位金礦綠色高效開發的典范。在紫金山金礦創新開發過程中，形成了“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式。該管理模式以經濟地質理論為基礎，統籌地質、采礦、選礦、冶煉及環境保護五大環節技術與流程，歸結于實現經濟和社會效益最大化，通過技術和管理系統創新，大幅降低了投資和成本，在紫金山金銅礦及諸多礦山開發過程中發揮了重要作用，使低品位資源開發取得了高效益。該管理模式對中國礦業開發具有重要指導意義。

關鍵詞：紫金山金礦;低品位;五環歸一;工程管理模式;創新

中圖分類號：TD-9 文章編號：1001-1277（2020）09-0006-06

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20200902

引 言

紫金山金銅礦位于福建省上杭縣境內，是20世紀80年代發現并探明的特大型金屬礦山之一，黃金資源儲量為5.45 t，通過系列技術創新及補充勘查，可開發利用黃金資源達到300 t以上[1]。紫金山金銅礦為高硫中低溫次火山熱液型礦床（斑巖成礦系列上部），金礦經歷強烈的氧化作用，呈現“上金下銅”的垂直礦化分帶特征[2-3]。

自1993年以來，紫金礦業集團股份有限公司（下稱“紫金礦業”）對紫金山金礦進行開發，在地質、采礦、選礦、冶煉和環境保護方面進行了大量的創新，成為中國乃至世界超大型、低品位金礦綠色高效開發的典范[4-7]。其主要經濟和技術指標達到國際先進水平，創造了金可利用資源量最大、金產量最大、采選規模最大、礦石入選品位最低、單位礦石處理成本最低、經濟效益最好等多項全國第一。2008年，被中國黃金協會授予“中國第一大金礦”榮譽稱號。

在紫金山金礦的創新開發實踐過程中，形成了“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式，并在實踐中得到不斷豐富和發展，在紫金山金銅礦及諸多國內外礦山開發過程中發揮了重要作用，對紫金礦業的迅速崛起做出了重要貢獻。本文介紹了紫金山金礦創新開發工程實踐，以及“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式的形成與發展，為國內外礦業企業開發利用金礦資源提供可借鑒范本。

1 紫金山金礦創新開發工程實踐

從1982年起，福建省閩西地質大隊對紫金山進行了長達十幾年的地質勘查工作，按照國家工業指標進行礦體圈定，1995年經相關部門批準，提交表內金礦體45個，C+D級礦石量129萬t，金金屬量5 451 kg;表外金礦體49個，礦石量680萬t，金金屬量10 516 kg，平均品位1.55 g/t，金礦為低品位中小型礦床。根據設計單位的可行性研究方案，礦山建設規模150 t/d，采用地下開采及全泥氰化工藝，年產金158 kg，總投資2 900萬元，年利潤69萬元，項目沒有經濟可行性，成為“雞肋”礦。

由于原設計開發方案沒有經濟可行性，而且地方企業也無力獲得巨額的開發資金，經過研究和比對，選擇了20世紀60年代在美國興起的金礦堆浸工藝。堆浸工藝由于礦石不需要磨礦，具有投資少、成本低、規模靈活、工藝技術容易掌握等特點，特別適合于低品位氧化金礦石的處理，但回收率相對較低。為此，紫金礦業開展了堆浸工業生產。但是，在礦山地下開采初期，由于礦體變化極大，圈定的工業礦體實際上并不連續，礦石貧化率很高，采出礦石平均品位低于3 g/t，加之黃金由國家統一收購而且價格低，生產處于微利狀態。鑒于礦山存在大量低品位含金“廢石”，通過大幅度降低圈定礦體邊界品位，眾多的小礦脈合并為巨厚大礦體，可利用資源總量裂變式增長，開采方式從地下開采轉為露天開采，采礦規模急劇擴大，成本顯著降低。由于礦石中含顆粒金，采用單一堆浸工藝不能有效回收顆粒金，且礦石含泥影響礦堆滲透性，因此在堆浸工藝基礎上，有針對性地增加了礦石分級洗礦重選和炭浸工藝，大幅度提高了選礦回收率。研究開發了無氰加壓炭解吸和金提純冶煉技術及裝備，對礦石生產過程中的溶液實施閉路循環，實現零排放，同時在開發階段進行全面的生態恢復，取得了巨大的經濟和社會效益，實現了紫金山低品位金礦資源綠色高質量開發。

1.1 金礦資源的重新評估與裂變

礦產資源是礦業公司的核心資產，是礦業公司生存和發展的最重要基礎。圈定和核算資源儲量的工業指標，在計劃經濟年代是相對固定的，其顯然不符合經濟規律和礦山實際;按照市場準則，根據產品市場價格和開發成本確定工業指標是必然選擇。

紫金山金礦在開發之初，按照國家工業指標圈定的礦體組織開采，項目開發舉步維艱。根據黃金市場價格的變化，加之礦山開發技術的不斷創新和突破使得成本不斷降低，礦山采選規模迅速擴大，大量低品位資源轉化為可利用的礦石資源，礦體邊界品位從1.00 g/t下降到0.20 g/t，工業品位從3.00 g/t下降到0.50 g/t;近年邊界品位下降到0.15 g/t，工業品位下降到0.20 g/t;礦體也由原來近百條變化極大脈狀小礦體合并成巨厚大礦體（見圖1），為礦山大規模開發創造了條件。紫金山金礦也從無人問津的“雞肋”礦發展成為中國最大、效益最好的黃金礦山。紫金山金礦露采境界內累計探明資源儲量匯總見表1。

此外，根據礦山開發內外部條件的變化，對礦山全生命周期實行資源儲量動態管理，大大提高了資源綜合利用率，為紫金山金礦全面大規模開發奠定了資源基礎[8-9]。

1.2 地下開采轉露天開采的重大變革

1993—1998年，紫金山金礦采用地下開采，即空場采礦法。由于礦體變化極大，開采礦量遠低于設計礦量，可利用資源非常有限，且礦石貧化率高達50 %，采出礦石品位低于3 g/t，顯著影響企業的生產經營效益;而且地下開采成本大于100元/t礦，安全風險大，生產規模受到極大的限制。1998年，根據礦山存在大面積低品位金礦資源的情況，以及黃金市場價格和不同生產方式及成本，重新圈定礦體和核算資源儲量，降低品位后合并為巨厚大礦體，同時進行補充勘查，礦石量和黃金資源量大幅度增長，原地下開采轉為露天開采，技術經濟指標顯著改善。

為減少基建剝離量及費用投入，露天開采使用陡幫開采工藝。陡幫開采組合臺階每組一般由3～5個臺階組成，工作臺階高12 m，工作臺階坡面角75°，最小工作平臺寬30～40 m，臨時非工作平臺寬10～15 m， 工作幫坡角24°～28°，最終臺階高24 m（并段），最終邊坡角42.0°～45.7°（見圖2）。

紫金山金礦是國內首家應用國際先進“全斷面陡幫開采技術”的礦山。該技術的應用，實現了一邊剝離，一邊采礦，減少基建剝離量600萬m3，節約費用6 600萬元。同時，紫金礦業與馬鞍山礦山研究院合作完成了邊坡穩定性研究，提高了最終邊坡角，減少剝離量229萬 m3，節約費用2 500萬元。

1.3 礦石運輸方式的革命性變革

針對紫金山地形陡峭，相對高差900多m，且在高標高部分基本沒有工業場地的現狀，充分利用礦山地形，創造性地在露天采礦場打通17條超高位天井。礦石卸入數百米深的溜井中，通過控制振動放礦機+破碎機，裝運到自卸式電機車或運輸皮帶，再輸送到選礦廠（見圖3），縮短汽車運輸距離5 km以上，有效解決了大規模露天礦山的運輸問題，實現每年3 000多萬t礦石的安全平穩運輸，極大降低了礦石運輸成本。噸礦（巖）采運綜合成本僅10元左右（僅為地下開采的10 %），累計節約運輸成本30億元以上，節能減排及經濟效益極其顯著。

根據礦山地形和排土場狀況，基本實現廢石準水平運輸排放，實現高土高排，低土低排。為了確保安全，在排土場下游構筑金礦堆浸場，實行不卸堆的疊置式筑堆，并成為排土場的下游大壩，中間形成可以確保安全的庫區，顯著降低了建設投資和廢石排放費用。

1.4 從單一堆浸到選冶聯合工藝及裝備的重大創新

紫金山金礦主要為低溫次火山熱液及火山熱泉成因，之后有強烈的氧化作用，礦石基本為氧化礦石，礦物組成比較簡單，金屬礦物主要為褐鐵礦（黃鐵礦氧化），脈石礦物以不同類型的石英為主，另有地開石、明礬石等。該金礦最早設計采用全炭浸工藝，但由于技術經濟評價項目不可行，以及資金問題，企業無法承擔近3 000萬元的投資，項目未能實施。經過比對和研究，選擇了投資少、見效快的堆浸工藝。由于堆浸選礦多在露天進行，需要大面積的堆浸場，所以該工藝多應用在北方干旱及地表平坦地區。但是，紫金山地形陡峭，而且降雨量大，特別是受到夏秋季臺風的影響，常有強降雨，對于堆浸生產是一個挑戰。通過在紫金山低標高地區建設堆浸場，礦石通過高位溜井及平硐運輸，有效解決了堆浸場地問題;對于強降雨問題，采取清污分流系統，設置足夠大的溶液池，實現生產系統溶液完全內部循環利用，既解決了環境污染問題，又實現了金的高效回收。

由于礦石含泥量大和存在顆粒金，采用單一堆浸工藝時礦堆滲透性差，顆粒金在堆浸周期內不能完全溶解，選礦綜合回收率不到68 %。經過持續技術攻關，2000年，紫金山金礦將選礦流程改為破碎—洗礦篩分—粗粒級堆浸、細粒級重選、炭浸，形成了堆浸和炭浸聯合提金工藝（見圖4）。粗粒級無需磨礦直接進入堆浸系統，細粒級進入炭浸系統;在分級前設置了重選，通過重選預先回收粗顆粒金。新工藝有效解決了礦堆滲透性和顆粒金影響回收率的問題，選礦回收率提高了12百分點至14百分點，黃金產量增加超過20 t，新增經濟效益高達35億元以上。

由于紫金山金礦品位低，選冶工藝獨特，其生產規模至少是其他大型黃金礦山的10倍以上，沒有現成的選冶裝備可以借鑒。為了實現產業化，紫金礦業通過自主研發，開發了浸出貴液大型流態化床逆流靜態吸附、載金炭高溫高壓無氰解吸—電積系列技術和裝備，溶液吸附量從每天幾百立方米提高到超過10萬m3。

1.5 廢水零排放及高標準生態恢復的環保舉措

紫金山金礦采用含氰廢液閉路循環工藝，有效降低了藥劑成本，實現了含氰廢液零排放，同時采取一系列有效的防護措施，在下游持續不間斷地進行監測，20多年來未發現任何氰化物異常。此外，充分發揮現場優勢條件，對含金廢石進行綜合利用。截至2018年6月，累計處理含金廢石925.52萬t，回收金金屬量1.91 t， 新增產值4.77億元，新增利稅3.21億元。

在環境保護的基礎上，篩選出耐受性強的鄉土植物，并利用中和渣改造土壤，解決強酸性礦山生態恢復中植被成活率低的問題，從而有效解決了強酸性礦山生態恢復問題，實現了礦山的綠色開發和發展。

1.6 礦山開發與經濟社會效益的高度統一

從1993年到2008年，紫金山金礦進行了6次技術改造，年采選規模從5萬t增加到最大達3 750萬t，年產金18 t，成為中國最大的世界級金礦。至2019年底，紫金山金礦累計產金208 t，累計實現利潤225億元，低品位金礦資源實現了高效益。紫金山金礦的成功開發，奠定了紫金礦業創新高速發展的基礎，紫金礦業的成長，帶動了其所在地上杭縣的發展，上杭縣從國家級貧困縣發展成為福建省經濟發展十強縣。

2 “礦石流五環歸一”礦業工程管理模式的形成與發展

2.1 管理模式的形成

資源的高效、綠色開發需要在“自然-科學-技術-工程-產業-經濟-社會”的知識鏈和知識網絡中，認識和把握工程發展規律，指導礦冶工程實踐。礦山資源開發點多、線長、面廣，綜合了地質、采礦、選礦、冶煉和環保等各個環節的系統性、復雜性特點。但是，傳統資源開發模式工序分割，技術路線單一和靜態思維，過度強調各專業的重要性和技術性，忽視經濟目標指導下的系統工程和動態優化，生態和社會效益意識薄弱[10-11]。因此，必須突破傳統局限思維，充分認識各環節及子工程之間的相互影響，深化整體協同、創新驅動、不斷挖潛、持續優化的管理思維。

紫金山金銅礦為低品位礦山，單位礦石價值很低，開采條件差，無同類礦山成功經驗可循，如運用傳統礦山工程開發模式，成本將高于礦石價值，礦山則成為不具開發價值的“呆礦”。在紫金山金礦的開發過程中，以經濟礦業和系統工程思想指導技術與工程管理創新，突破工藝分段研究的傳統思維定式，以礦石流為走向，將地質、采礦、選礦、冶煉、環境保護五個環節進行統籌研究和全流程控制，實現了紫金山金礦的綠色高效開發，形成了“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式，并在實踐中得到不斷豐富和發展。紫金山金礦1992—2018年主要生產指標見圖5。

2.2 管理模式

“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式（見圖6）[12]是運用系統工程理念和創新思維，統籌地質、采礦、選礦、冶煉和環境保護五大環節經濟指標和技術路線，歸結于實現經濟和社會效益最大化。

由圖6可知：金屬礦山開發工程中，礦產資源是前提和基礎，經過采礦使礦石與自然狀態分離，通過選礦富集有價值礦物，冶煉則從有價值礦物中提取金屬;現代濕法冶金技術可以實現選冶一體化，在礦山直接生產出金屬，在開發過程中注重環境保護和環境再造，使有價金屬被高效、綠色提取的同時，礦山生態環境得到同步恢復。五個環節相互依存、互為轉化，其中某一環節變化，都會引起整個系統發生變化。“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式的本質是打破常規思維，統籌礦山開發五個主要環節的整體協同，通過創新驅動，根據市場情況，從礦山實際出發，不斷挖掘資源潛力，選擇最合適的開發方案，并不斷優化，控制投資，降低礦山綜合生產成本，提高資源綜合利用率和礦山整體效益，歸結于一個目標——實現礦山全生命周期經濟和社會效益最大化。“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式示意圖見圖7。

由圖7可知：礦山開發中地質、采礦、選礦、冶煉和環境保護各環節工程通過體制、科技和管理方面的創新驅動，從礦山的實際出發，持續進行創新優化，同時帶動其子工程的創新優化，最終實現最佳的礦山整體效益。

“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式形成于紫金山金礦的開發過程中，并對紫金山金銅礦的大規模、綠色高效開發起到了重要的指導作用。紫金山大量低品位資源的存在為其裂變準備了物質基礎（內因）;根據資源情況，礦山開發方式的創新變革（外因）實現了低成本，使得大量低品位資源得到工業利用，從而發生資源裂變，資源裂變又為成本控制創造了條件;二者相互作用，相互依存，互為條件，互為促進，最終實現經濟和社會效益最大化。以礦石流為走向，以勘定采，解放資源;以采保選，釋放能力;以選代冶，降低成本;以冶保環，降耗低排;以環提效，循環利用;同時，采選冶環成本又決定了資源價值，環環相扣，環環協同，從而實現經濟和社會效益最大化。

2.3 管理模式的推廣應用

“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式的成功應用，使紫金礦業由紫金山金礦起步，之后成功開發下部低品位銅礦，并面向全國及全球發展。紫金礦業從一個缺資金、少技術的老區小企業，變成擁有國內14家、 國外12家大型礦山的企業，紫金礦業金、銅、鋅礦產資源及產量和主要經濟綜合指標約位于全球有色礦業企業第十位，名列國內前茅，并成功成為金屬礦業領域“一帶一路”的先行者。

2.3.1 紫金山低品位銅礦

由于金礦的露天開采，揭去了上部超過5億t的“頂蓋”，使得下部銅礦實施露天開采成為可能。在“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式的指導下，實施了金銅聯合露采，開發了低品位硫化銅礦資源生物冶金成套技術，建成國內首個百萬噸級生物提銅冶煉廠;成功運營開發了世界首套傳統浮選和生物堆浸相結合的選（冶）系統，將銅礦浮選系統半自磨排礦篩上超低品位礦石（0.16 %）開路到生物堆浸流程（篩下浮選），大大提高了銅礦資源的綜合利用率，使銅礦入選邊界品位降低到0.15 %，可利用銅礦資源儲量增加到242萬t（不包括紫金山外圍銅礦資源），資源價值增加約1 000億元;開發了礦山含銅酸性廢水資源化回收工藝，近10年從含銅酸性廢水中累計回收銅4.56萬t。礦山采選銅礦石累計1.55億t，平均品位0.364 %，產銅52.80萬t，累計實現利稅117億元，實現了低品位銅礦資源的綠色高效開發。

2.3.2 吉林曙光金銅礦

吉林曙光金銅礦是瀕臨破產的老礦山，紫金礦業并購后，應用“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式，針對礦山存在的大量低品位礦石，按價值法重新圈定礦體，從金2.5 t（0.8 g/t）、銅8 000 t（0.78 %）重新核算為金73.2 t（0.48 g/t）、銅30.4萬t（0.2 %）;開采方式從地下轉為露天，規模從850 t/d擴大到28 200 t/d，噸礦成本從312元降低到68.8元，累計實現利稅57億元。同時，礦山高度重視生態建設，取得了顯著的經濟和社會效益。

2.3.3 剛果（金）科盧韋齊銅鈷礦

“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式在科盧韋齊銅鈷礦的應用取得了巨大成功。通過補充勘查，新增銅資源131萬t、鈷資源9萬t。經過系統技術優化和工程管理創新，項目建設期大幅縮短，一期設計建設期2.5 a，實際建設期2 a;一期可研預算總投資6.4億美元，實際投資約3億美元。二期僅用9個月完成建設，投產后形成了年產銅10萬t、鈷3 000 t的大型礦山。項目投產第一年實現利潤1億美元，成為非洲礦山建設與運營的新標桿。

3 結 語

1）紫金山金礦是典型的低品位金礦，通過大量的技術和管理創新，應用經濟地質理論對資源進行重新評價，使可利用金資源儲量從約5.45 t擴大到近316.0 t， 實現了金礦資源的裂變，成為中國乃至世界超大型、低品位金礦綠色高效開發的典范。

2）創新是礦業企業的核心競爭力。礦業工程與傳統制造業具有較大的差異，每個礦山都不相同，都需要進行獨立設計。在一定程度上，礦業工程也是一個“藝術創作”過程，能否成為杰作，關鍵看其創新能力和水平。

3）在經濟目標指導下的技術創新和管理創新可以獲得良好的創新成果，技術是為經濟目的服務的手段，要有系統工程思想和經濟思維，突破各環節技術至上的思維局限。

4）“礦石流五環歸一”礦業工程管理模式形成于紫金山金礦的創新開發過程，是紫金礦業25年來大量礦業工程實踐理念的總結，其核心是歸一，即要以經濟和社會效益最大化為出發點和目標，運用系統工程理念和創新思維，對地質、采礦、選礦、冶煉和環境保護五大主要環節進行綜合研究，結合市場和其他外部環境因素，選擇最適合的工藝技術路線和開發方案，并全面、持續地進行創新和優化，最終實現經濟和社會效益最大化。

[參 考 文 獻]

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Resource fission and innovative development engineering practice in Zijinshan Gold Mine

—"Five-process Integration" mining engineering management mode

Chen Jinghe

（Zijin Mining Group Co.，Ltd.）

Abstract：Zijinshan Gold Mine is a typical low-grade gold mine.Through a large number of technological and management innovations，available gold resources have achieved significant fission，which is a classic case of green and efficient development of super-large，low-grade gold mines in China，even in the world.The "Five-process Integration" mining engineering management mode formed in the process of innovative development of Zijinshan Gold Mine.The mode is developed based on the theory of economic geology，coordinates the technology and flow of the 5 important links including geology，mining，mineral processing，smelting and environmental protection and is concluded with maximum economic and social profits.With technological and management innovations，the mode has greatly reduced the investment and cost，played an important role in the development of Zijinshan Gold Copper Mine and many other mines，and generated good returns from the low-grade resources.The management mode could play an important guiding role in the mining industry development in China.

Keywords：Zijinshan Gold Mine;low grade;Five-process Integration;engineering management mode;innovation

收稿日期：2020-07-15; 修回日期：2020-08-26

作者簡介：陳景河（1957—），男，福建龍巖人，教授級高級工程師，國務院政府特殊津貼專家，黨委書記，董事長，從事礦產勘查與開發工作;主持的重大科研項目有國家級科技成果推廣項目“黃金生產廢水廢氣零排放技術應用”（2000E041D7200148），國家火炬計劃項目“上杭紫金山金礦低品位物料綜合利用”（2001EB00683），“十五攻關計劃”項目“生物冶金技術及工程化”（2001BA609A-17）等多項;獲得的重大獎項有國家科技進步獎一等獎1項，國家級教學成果獎二等獎1項，省部級科技獎28項，發明專利24項等;福建省上杭縣紫金大道1號，紫金礦業集團股份有限公司，364200;E-mail：cjh@zijinmining.com