德兴铜矿低品位矿石堆浸扩能提质生产实践

戴贱生

(江西铜业集团公司德兴铜矿, 江西德兴市 334224)

德兴铜矿低品位矿石堆浸扩能提质生产实践

戴贱生

(江西铜业集团公司德兴铜矿, 江西德兴市 334224)

德兴铜矿堆浸厂投产以来,工程技术人员对提高阴极铜生产产量和稳定阴极铜质量进行了大胆的探索和实践,应用各种有效方法来提高集液的原液含铜浓度,增加处理量,既大大提高了堆浸阴极铜年产量,又充分利用了酸性废水资源,减少了酸性废水外排,降低了酸性废水的处理费用,实现了经济的循环式发展。

低品位铜矿;堆浸;萃取工艺;电积

0 前 言

德兴铜矿堆浸阴极铜生产项目1994年4月完成了初步设计,同年被列为原有色总公司重点技改项目,并相继列为“九五”国家重点科技攻关项目,在1994年8月破土动工并在祝家建成的堆浸厂,于1997年11月一次性投产成功,填补了我国细菌浸出低品位硫化铜矿中铜的空白,结束了德兴铜矿不能直接生产阴极铜的历史。该堆浸项目原设计规模为年产阴极铜2000t,堆浸矿石含铜品位为0.15%,由于选矿边界品位已由原0.3%降至0.25%等原因,现祝家废石场所喷淋矿堆,除极少量喷淋区外,仅为含铜0.055%左右,从而导致浸出液铜浓度不高,历年以来平均浓度仅为0.3g/L左右,与项目设计要求的1g/L相差太大,这也就是导致难以达产的一个重要影响因素。

多年来德兴铜矿工程技术人员对阴极铜生产产量和质量进行大胆的探索和实践,并紧扣酸性废水的环境治理工程,通过对废石合理地分类分区堆放、合理设置堆筑层高、扩大喷淋面积等达到了提高集液库原液含铜浓度。通过2004年9月至2005年6月先后实施萃取工艺扩能改造,使萃取处理能力提高到原设计的3倍,即由320m3/h提高到960 m3/h,弥补了萃取原液铜浓度低的劣势,同时通过加强过程控制,提高了堆浸阴极铜产量,稳定了阴极铜质量。

1 扩大喷淋面积

(1)建设河山、石坞两个浸出场地。在2004年前,由于2#集液库坝体渗漏严重,使2#集液库上方的石坞浸出场地一直无法启用,年总喷淋面积最高时仅有16万m2。但是经工程技术人员长期不间断的对其监测、分析,到2003年底发现,其渗漏情况有所好转(淤泥沉积堵塞)。于是,2004年初决定并开始在2#集液库上方筑堆新堆场,至2005年上半年共建成面积约14万m2的新喷场,使总喷淋面积达30万m2左右。同时,为解决浸出场地的板结问题,改善其浸出质量,加大了对浸出场地的犁松频率,以提高渗透性。虽然浸出率变化不大,浸出液铜浓度不高(0.25g/L),但是,由于喷淋面积扩大,浸出铜金属总量增加,扩大喷淋面积增加喷淋量,使喷淋蒸发量上升可多消耗大量酸性废水,减少酸性废水的产生量和处理费用。

(2)建设杨桃坞浸出场地。在杨桃坞酸性水库建设浮船泵站,采用一根DN400玻璃钢管通过辅助车巷道沿祝排靠1#集液库堆场边沿,直接将水输送至240泵站;利用已有的240泵站,再铺设主管到杨桃坞排土场,接加压泵后,接喷淋管网喷杨桃坞堆场,实现杨桃坞堆场堆浸喷淋;杨桃坞堆场的浸出液经拦截后自流进杨桃坞酸性水库,实现喷淋液的循环;当杨桃坞酸性库的料液达到萃取浓渡时,则在240泵站处利用原已有的祝排喷淋管网去喷淋祝排,后进入原已有的喷淋萃取系统;当杨桃坞酸性库的料液未达到萃取浓渡时,则在240泵站处利用新接的杨桃坞管网,实现杨桃坞堆场堆浸喷淋循环。

2 合理设置堆筑层高

(1)从硫化矿中,尤其是难浸的黄铜矿中浸出铜,主要是借助氧化铁硫杆菌的氧化催化作用。从矿石中所浸出的80%以上的铜是在矿堆上部15m深度内得到的,15m深度以下的矿石,由于透气性不好而缺氧,细菌繁殖和硫化矿物的氧化都很困难,铜的浸出率很低。

(2)根据德兴铜矿实际生产技术指标进行计算,从排土的阶段高度与成本关系可知,德兴铜矿最经济的排土阶段高度为20～30m,就排土安全稳定性而言,排土阶段高度越大,其安全稳定性越差。从堆浸厂的经济效益和铜的浸出效率提高分析应为10～15m。综合考虑两方面因素后得出,堆筑层高以20m左右为最佳。

3 实施分类分级堆筑

在堆浸厂生产中,对石坞喷淋区和河山升段喷淋区建成的堆场进行跟踪分析。石坞喷淋区由于矿堆含泥量大,矿堆表面又多次被电动轮汽车辗压,渗透性极差,矿堆表面积水,浸出液从矿堆中部或上部流出,致使浸出液铜浓度无法提高,一般在0.3g/L左右,最低时仅为0.2g/L。但在河山升段喷淋区(21万m2),由于该区域含泥量极少,矿堆渗透性良好,尽管矿石含铜品位仅为0.06%,但实施喷淋后浸出液含铜浓度快速提高到0.45g/L以上。根据这一分析,在安排周和月生产计划时,应合理安排堆浸料,并对堆浸料的含铜品位进行标识。生产调度室根据周、月生产计划安排生产时,根据含铜品位的高低、含泥量的多少实现分类分级堆筑。当含铜品位为小于0.05%时,作废石排放,排放到靠山边的废石场;含铜品位为大于0.05%时,作堆浸料排放,排到靠河山堆场;含泥废石,尤其是含表土,排放到靠山边的废石场。

4 提高矿堆的松散性与透气性

堆浸物料堆筑时,电动轮汽车沿推土机做好的挡墙向下排土,整个场面被电动轮汽车反复碾压,结实层很厚,导致其松散性和透气性差。针对这一现象,建成堆场时用推土机犁松;喷淋三个月后再用推土机犁松,使得矿堆的松散性与透气性增加。现场具体实施方法为:

(1)祝家排土场堆筑220,240m和260m3个标高喷淋场地建成后,用推土机平整,并进行横、纵间距不超过1.5m,沟深0.9～1.5m,把电动轮汽车碾压的板结层犁松,然后,在平整和犁松的堆场上布管喷淋。

(2)按一定的周期(3个月)用推土机实施犁松和再犁松。

(3)2002年5月调用边坡钻,在240m标高的堆场按7m×7m的孔网进行穿孔,并进行松动爆破,这样有利于提高矿堆的松散性与透气性。

5 萃取工艺扩能改造

(1)二级萃取改一级萃取。堆浸厂萃取工艺原设计为二级萃取、一级反萃工艺(见图1),处理量为320m3/h,原液铜浓度为1g/L萃取率为90%以上。由于目前原液铜浓度仅为0.3g/L左右,远远低于设计要求。工程技术人员通过试验,提出将二级萃取改为一级萃取(见图2)。2004年初在有关专家和技术人员的指导下,反复进行了一级萃取和二级萃取的对比实验。实验结果表明,二级萃取改为一级萃取后其萃取率均达到88%以上,且二级萃取仅比一级萃取的萃取率高2%左右,同时结合多年的生产数据分析,其它各项技术指标基本稳定。通过半年多一系列实验和理论分析,确定将原二级萃取改一级萃取,2004年9月底开始实施流程改造。改造后,各项技术指标均达到预期目标,从而使处理量在原有基础上提高一倍,达到640m3/h,铜产量随之提高近一倍。

图1 改造前萃取工艺流程

图2 改造后萃取工艺流程

(2)扩大萃取能力。根据二级萃取改为一级萃取的成功经验、改造前堆浸厂原萃取工艺中第二级萃取的生产运行数据分析(原液铜浓度为0.1g/L左右、萃余液铜浓度0.02g/L左右、萃取率达80%),以及祝家和杨桃坞两废石场每年都有大量的超低铜浓度(0.08～0.12g/L)酸性废水需经污水处理站达标处理外排等情况,工程技术人员进行了系统、深入的研究分析,萃取处理能力有望再提高320m3/h,决定再扩建一套一级萃取、一级反萃萃取工艺系统(处理能力为320m3/h),铜离子的回收减少了重金属离子对河流的污染。

该项目从2005年初开始自行设计、自筹资金,用两个多月的时间完成扩建工作,于6月投产,经过近半年的生产,系统运行正常稳定,各项技术指标均达到设计要求。截止2009年底,累计生产阴极铜12786.9t(见表1)。

表1 1999～2009年原液平均铜浓度与年阴极铜产量统计

6 加强过程控制

(1)合理控制电积出液浓度。针对2004年9月以来对萃取工艺进行的改造,相应的电积工艺的技术条件发生变化,结合现场的生产条件以及现场相关要求,对电积工艺主要技术参数作了适当修订,如:电积出液Cu离子浓度为35～45g/L;电流密度为150～200A/m2阴极;槽电压1.9～2.2V;电流强度7000～12500A;电积液循环量为60～80 m3/h;电铜出槽周期10～14d。

根据每天电积出液浓度化验结果,及时调整电流强度和合理调节电积液循环量。当电积出液Cu离子浓度低于35g/L时,降低电流强度,调大电积液循环量;当电积出液Cu离子浓度高于35g/L时,提高电流强度,调小电积液循环量。

(2)改进添加方式。在堆浸厂生产现场添加硫酸钴和硫脲时,通过自行设计并制作的一套添加剂的加入装置,在现有生产条件下,添加量已由原来每天添加一次粗放型,变为自动添加,只需每间隔2h检查一次添加剂添加情况,即可做到添加剂24h连续均匀添加。

(3)及时调整和更换极板。从堆浸阴极铜生产以来有35%极板处于超周期使用,未及时更换,极板变形,导致极间距不均,必须及时调整和更换极板。现场采取的措施为:2006年3月中旬先后对超限使用的阳极板数量统计,共更新超限使用的阳极板260片;由专人负责阴极板的平整工作,装槽前及时调整极板平整度,严格把关,杜绝不平整的阴阳板下槽,确保极间距均匀;每天检查电积液反应情况。

(4)安装超声波除油装置。反萃后液因夹带有机严重,直接影响阴极铜质量,导致阳极板出现穿孔和断裂现象,因此,在反萃后液和电积进液之间加装一套超声波除油装置,反萃后液通过气振产生超声波,然后溶合澄清分离,最后达到液和有机分开,降低有机夹带。

(5)改造出铜工艺。在堆浸厂电积车间剥铜时,铜板要从3m高的斜面,下落到水泥地面,由于每块阴极铜板厚度约为5mm左右,极容易变形,且仅用铁丝简易包装,客户多次要求加以改进。采矿场先后派人与矿相关单位到阴极铜使用单位进行了解,倾听用户对提高阴极铜表面质量建议,通过现场调查和研讨分析,组织技术人员设计、改造一套新的剥铜方案,对出铜工艺进行改造,利用检修时间进行设置,并添置了一台小型的打包机,以确保阴极铜板平整,包装整齐。

7 结 语

德兴铜矿广大技术人员经过十几年对堆浸阴极铜生产的实践与探索,通过对废石合理地分类分区堆放、合理设置堆筑层高、扩大喷淋面积等达到了提高集液库原液含铜浓度的目的;通过实施萃取工艺扩能改造,使处理量在原有基础上提高到960 m3/h,年产堆浸阴极铜提高到1450t左右;通过加强过程控制,堆浸阴极铜化学成份含铜量达到了99.998%以上,符合GB/T1467-1997阴极铜标准,各批次表面质量合格率均得到提高,稳定阴极铜表面质量;同时还充分利用好酸性废水资源,将萃余液通过管道泵送到4#尾矿库实施酸碱中和,降低了酸性废水的处理费用,真正实现了以废治废、变废为宝,实现了经济的循环式发展。

2010-02-09)

戴贱生(1963-),男,采矿工程师,从事矿山生产技术管理工作。