紫金山金矿资源裂变与创新开发工程实践

摘要：紫金山金矿是典型的低品位金矿，通过大量的技术和管理创新，可利用金矿资源发生了重大裂变，成为中国乃至世界超大型、低品位金矿绿色高效开发的典范。在紫金山金矿创新开发过程中，形成了“矿石流五环归一”矿业工程管理模式。该管理模式以经济地质理论为基础，统筹地质、采矿、选矿、冶炼及环境保护五大环节技术与流程，归结于实现经济和社会效益最大化，通过技术和管理系统创新，大幅降低了投资和成本，在紫金山金铜矿及诸多矿山开发过程中发挥了重要作用，使低品位资源开发取得了高效益。该管理模式对中国矿业开发具有重要指导意义。

关键词：紫金山金矿;低品位;五环归一;工程管理模式;创新

中图分类号：TD-9 文章编号：1001-1277（2020）09-0006-06

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20200902

引 言

紫金山金铜矿位于福建省上杭县境内，是20世纪80年代发现并探明的特大型金属矿山之一，黄金资源储量为5.45 t，通过系列技术创新及补充勘查，可开发利用黄金资源达到300 t以上[1]。紫金山金铜矿为高硫中低温次火山热液型矿床（斑岩成矿系列上部），金矿经历强烈的氧化作用，呈现“上金下铜”的垂直矿化分带特征[2-3]。

自1993年以来，紫金矿业集团股份有限公司（下称“紫金矿业”）对紫金山金矿进行开发，在地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护方面进行了大量的创新，成为中国乃至世界超大型、低品位金矿绿色高效开发的典范[4-7]。其主要经济和技术指标达到国际先进水平，创造了金可利用资源量最大、金产量最大、采选规模最大、矿石入选品位最低、单位矿石处理成本最低、经济效益最好等多项全国第一。2008年，被中国黄金协会授予“中国第一大金矿”荣誉称号。

在紫金山金矿的创新开发实践过程中，形成了“矿石流五环归一”矿业工程管理模式，并在实践中得到不断丰富和发展，在紫金山金铜矿及诸多国内外矿山开发过程中发挥了重要作用，对紫金矿业的迅速崛起做出了重要贡献。本文介绍了紫金山金矿创新开发工程实践，以及“矿石流五环归一”矿业工程管理模式的形成与发展，为国内外矿业企业开发利用金矿资源提供可借鉴范本。

1 紫金山金矿创新开发工程实践

从1982年起，福建省闽西地质大队对紫金山进行了长达十几年的地质勘查工作，按照国家工业指标进行矿体圈定，1995年经相关部门批准，提交表内金矿体45个，C+D级矿石量129万t，金金属量5 451 kg;表外金矿体49个，矿石量680万t，金金属量10 516 kg，平均品位1.55 g/t，金礦为低品位中小型矿床。根据设计单位的可行性研究方案，矿山建设规模150 t/d，采用地下开采及全泥氰化工艺，年产金158 kg，总投资2 900万元，年利润69万元，项目没有经济可行性，成为“鸡肋”矿。

由于原设计开发方案没有经济可行性，而且地方企业也无力获得巨额的开发资金，经过研究和比对，选择了20世纪60年代在美国兴起的金矿堆浸工艺。堆浸工艺由于矿石不需要磨矿，具有投资少、成本低、规模灵活、工艺技术容易掌握等特点，特别适合于低品位氧化金矿石的处理，但回收率相对较低。为此，紫金矿业开展了堆浸工业生产。但是，在矿山地下开采初期，由于矿体变化极大，圈定的工业矿体实际上并不连续，矿石贫化率很高，采出矿石平均品位低于3 g/t，加之黄金由国家统一收购而且价格低，生产处于微利状态。鉴于矿山存在大量低品位含金“废石”，通过大幅度降低圈定矿体边界品位，众多的小矿脉合并为巨厚大矿体，可利用资源总量裂变式增长，开采方式从地下开采转为露天开采，采矿规模急剧扩大，成本显著降低。由于矿石中含颗粒金，采用单一堆浸工艺不能有效回收颗粒金，且矿石含泥影响矿堆渗透性，因此在堆浸工艺基础上，有针对性地增加了矿石分级洗矿重选和炭浸工艺，大幅度提高了选矿回收率。研究开发了无氰加压炭解吸和金提纯冶炼技术及装备，对矿石生产过程中的溶液实施闭路循环，实现零排放，同时在开发阶段进行全面的生态恢复，取得了巨大的经济和社会效益，实现了紫金山低品位金矿资源绿色高质量开发。

1.1 金矿资源的重新评估与裂变

矿产资源是矿业公司的核心资产，是矿业公司生存和发展的最重要基础。圈定和核算资源储量的工业指标，在计划经济年代是相对固定的，其显然不符合经济规律和矿山实际;按照市场准则，根据产品市场价格和开发成本确定工业指标是必然选择。

紫金山金矿在开发之初，按照国家工业指标圈定的矿体组织开采，项目开发举步维艰。根据黄金市场价格的变化，加之矿山开发技术的不断创新和突破使得成本不断降低，矿山采选规模迅速扩大，大量低品位资源转化为可利用的矿石资源，矿体边界品位从1.00 g/t下降到0.20 g/t，工业品位从3.00 g/t下降到0.50 g/t;近年边界品位下降到0.15 g/t，工业品位下降到0.20 g/t;矿体也由原来近百条变化极大脉状小矿体合并成巨厚大矿体（见图1），为矿山大规模开发创造了条件。紫金山金矿也从无人问津的“鸡肋”矿发展成为中国最大、效益最好的黄金矿山。紫金山金矿露采境界内累计探明资源储量汇总见表1。

此外，根据矿山开发内外部条件的变化，对矿山全生命周期实行资源储量动态管理，大大提高了资源综合利用率，为紫金山金矿全面大规模开发奠定了资源基础[8-9]。

1.2 地下开采转露天开采的重大变革

1993—1998年，紫金山金矿采用地下开采，即空场采矿法。由于矿体变化极大，开采矿量远低于设计矿量，可利用资源非常有限，且矿石贫化率高达50 %，采出矿石品位低于3 g/t，显著影响企业的生产经营效益;而且地下开采成本大于100元/t矿，安全风险大，生产规模受到极大的限制。1998年，根据矿山存在大面积低品位金矿资源的情况，以及黄金市场价格和不同生产方式及成本，重新圈定矿体和核算资源储量，降低品位后合并为巨厚大矿体，同时进行补充勘查，矿石量和黄金资源量大幅度增长，原地下开采转为露天开采，技术经济指标显著改善。

为减少基建剥离量及费用投入，露天开采使用陡帮开采工艺。陡帮开采组合台阶每组一般由3～5个台阶组成，工作台阶高12 m，工作台阶坡面角75°，最小工作平台宽30～40 m，临时非工作平台宽10～15 m， 工作帮坡角24°～28°，最终台阶高24 m（并段），最终边坡角42.0°～45.7°（见图2）。

紫金山金矿是国内首家应用国际先进“全断面陡帮开采技术”的矿山。该技术的应用，实现了一边剥离，一边采矿，减少基建剥离量600万m3，节约费用6 600万元。同时，紫金矿业与马鞍山矿山研究院合作完成了边坡稳定性研究，提高了最终边坡角，减少剥离量229万 m3，节约费用2 500万元。

1.3 矿石运输方式的革命性变革

针对紫金山地形陡峭，相对高差900多m，且在高标高部分基本没有工业场地的现状，充分利用矿山地形，创造性地在露天采矿场打通17条超高位天井。矿石卸入数百米深的溜井中，通过控制振动放矿机+破碎机，装运到自卸式电机车或运输皮带，再输送到选矿厂（见图3），缩短汽车运输距离5 km以上，有效解决了大规模露天矿山的运输问题，实现每年3 000多万t矿石的安全平稳运输，极大降低了矿石运输成本。吨矿（岩）采运综合成本仅10元左右（仅为地下开采的10 %），累计节约运输成本30亿元以上，节能减排及经济效益极其显著。

根据矿山地形和排土场状况，基本实现废石准水平运输排放，实现高土高排，低土低排。为了确保安全，在排土场下游构筑金矿堆浸场，实行不卸堆的叠置式筑堆，并成为排土场的下游大坝，中间形成可以确保安全的库区，显著降低了建设投资和废石排放费用。

1.4 从单一堆浸到选冶联合工艺及装备的重大创新

紫金山金矿主要为低温次火山热液及火山热泉成因，之后有强烈的氧化作用，矿石基本为氧化矿石，矿物组成比较简单，金属矿物主要为褐铁矿（黄铁矿氧化），脉石矿物以不同类型的石英为主，另有地开石、明矾石等。该金矿最早设计采用全炭浸工艺，但由于技术经济评价项目不可行，以及资金问题，企业无法承担近3 000万元的投资，项目未能实施。经过比对和研究，选择了投资少、见效快的堆浸工艺。由于堆浸选矿多在露天进行，需要大面积的堆浸场，所以该工艺多应用在北方干旱及地表平坦地区。但是，紫金山地形陡峭，而且降雨量大，特别是受到夏秋季台风的影响，常有强降雨，对于堆浸生产是一个挑战。通过在紫金山低标高地区建设堆浸场，矿石通过高位溜井及平硐运输，有效解决了堆浸场地问题;对于强降雨问题，采取清污分流系统，设置足够大的溶液池，实现生产系统溶液完全内部循环利用，既解决了环境污染问题，又实现了金的高效回收。

由于矿石含泥量大和存在颗粒金，采用单一堆浸工艺时矿堆滲透性差，颗粒金在堆浸周期内不能完全溶解，选矿综合回收率不到68 %。经过持续技术攻关，2000年，紫金山金矿将选矿流程改为破碎—洗矿筛分—粗粒级堆浸、细粒级重选、炭浸，形成了堆浸和炭浸联合提金工艺（见图4）。粗粒级无需磨矿直接进入堆浸系统，细粒级进入炭浸系统;在分级前设置了重选，通过重选预先回收粗颗粒金。新工艺有效解决了矿堆渗透性和颗粒金影响回收率的问题，选矿回收率提高了12百分点至14百分点，黄金产量增加超过20 t，新增经济效益高达35亿元以上。

由于紫金山金矿品位低，选冶工艺独特，其生产规模至少是其他大型黄金矿山的10倍以上，没有现成的选冶装备可以借鉴。为了实现产业化，紫金矿业通过自主研发，开发了浸出贵液大型流态化床逆流静态吸附、载金炭高温高压无氰解吸—电积系列技术和装备，溶液吸附量从每天几百立方米提高到超过10万m3。

1.5 废水零排放及高标准生态恢复的环保举措

紫金山金矿采用含氰废液闭路循环工艺，有效降低了药剂成本，实现了含氰废液零排放，同时采取一系列有效的防护措施，在下游持续不间断地进行监测，20多年来未发现任何氰化物异常。此外，充分发挥现场优势条件，对含金废石进行综合利用。截至2018年6月，累计处理含金废石925.52万t，回收金金属量1.91 t， 新增产值4.77亿元，新增利税3.21亿元。

在环境保护的基础上，筛选出耐受性强的乡土植物，并利用中和渣改造土壤，解决强酸性矿山生态恢复中植被成活率低的问题，从而有效解决了强酸性矿山生态恢复问题，实现了矿山的绿色开发和发展。

1.6 矿山开发与经济社会效益的高度统一

从1993年到2008年，紫金山金矿进行了6次技术改造，年采选规模从5万t增加到最大达3 750万t，年产金18 t，成为中国最大的世界级金矿。至2019年底，紫金山金矿累计产金208 t，累计实现利润225亿元，低品位金矿资源实现了高效益。紫金山金矿的成功开发，奠定了紫金矿业创新高速发展的基础，紫金矿业的成长，带动了其所在地上杭县的发展，上杭县从国家级贫困县发展成为福建省经济发展十强县。

2 “矿石流五环归一”矿业工程管理模式的形成与发展

2.1 管理模式的形成

资源的高效、绿色开发需要在“自然-科学-技术-工程-产业-经济-社会”的知识链和知识网络中，认识和把握工程发展规律，指导矿冶工程实践。矿山资源开发点多、线长、面广，综合了地质、采矿、选矿、冶炼和环保等各个环节的系统性、复杂性特点。但是，传统资源开发模式工序分割，技术路线单一和静态思维，过度强调各专业的重要性和技术性，忽视经济目标指导下的系统工程和动态优化，生态和社会效益意识薄弱[10-11]。因此，必须突破传统局限思维，充分认识各环节及子工程之间的相互影响，深化整体协同、创新驱动、不断挖潜、持续优化的管理思维。

紫金山金铜矿为低品位矿山，单位矿石价值很低，开采条件差，无同类矿山成功经验可循，如运用传统矿山工程开发模式，成本将高于矿石价值，矿山则成为不具开发价值的“呆矿”。在紫金山金矿的开发过程中，以经济矿业和系统工程思想指导技术与工程管理创新，突破工艺分段研究的传统思维定式，以矿石流为走向，将地质、采矿、选矿、冶炼、环境保护五个环节进行统筹研究和全流程控制，实现了紫金山金矿的绿色高效开发，形成了“矿石流五环归一”矿业工程管理模式，并在实践中得到不断丰富和发展。紫金山金矿1992—2018年主要生产指标见图5。

2.2 管理模式

“矿石流五环归一”矿业工程管理模式（见图6）[12]是运用系统工程理念和创新思维，统筹地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护五大环节经济指标和技术路线，归结于实现经济和社会效益最大化。

由图6可知：金属矿山开发工程中，矿产资源是前提和基础，经过采矿使矿石与自然状态分离，通过选矿富集有价值矿物，冶炼则从有价值矿物中提取金属;现代湿法冶金技术可以实现选冶一体化，在矿山直接生产出金属，在开发过程中注重环境保护和环境再造，使有价金属被高效、绿色提取的同时，矿山生态环境得到同步恢复。五个环节相互依存、互为转化，其中某一环节变化，都会引起整个系统发生变化。“矿石流五环归一”矿业工程管理模式的本质是打破常规思维，统筹矿山开发五个主要环节的整体协同，通过创新驱动，根据市场情况，从矿山实际出发，不断挖掘资源潜力，选择最合适的开发方案，并不断优化，控制投资，降低矿山综合生产成本，提高资源综合利用率和矿山整体效益，归结于一个目标——实现矿山全生命周期经济和社会效益最大化。“矿石流五环归一”矿业工程管理模式示意图见图7。

由图7可知：矿山开发中地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护各环节工程通过体制、科技和管理方面的创新驱动，从矿山的实际出发，持续进行创新优化，同时带动其子工程的创新优化，最终实现最佳的矿山整体效益。

“矿石流五环归一”矿业工程管理模式形成于紫金山金矿的开发过程中，并对紫金山金铜矿的大规模、绿色高效开发起到了重要的指导作用。紫金山大量低品位资源的存在为其裂变准备了物质基础（内因）;根据资源情况，矿山开发方式的创新变革（外因）实现了低成本，使得大量低品位资源得到工业利用，从而发生资源裂变，资源裂变又为成本控制创造了条件;二者相互作用，相互依存，互为条件，互为促进，最终实现经济和社会效益最大化。以矿石流为走向，以勘定采，解放资源;以采保选，释放能力;以选代冶，降低成本;以冶保环，降耗低排;以环提效，循环利用;同时，采选冶环成本又决定了资源价值，环环相扣，环环协同，从而实现经济和社会效益最大化。

2.3 管理模式的推广应用

“矿石流五环归一”矿业工程管理模式的成功应用，使紫金矿业由紫金山金矿起步，之后成功开发下部低品位铜矿，并面向全国及全球发展。紫金矿业从一个缺资金、少技术的老区小企业，变成拥有国内14家、 国外12家大型矿山的企业，紫金矿业金、铜、锌矿产资源及产量和主要经济综合指标约位于全球有色矿业企业第十位，名列国内前茅，并成功成为金属矿业领域“一带一路”的先行者。

2.3.1 紫金山低品位铜矿

由于金矿的露天开采，揭去了上部超过5亿t的“顶盖”，使得下部铜矿实施露天开采成为可能。在“矿石流五环归一”矿业工程管理模式的指导下，实施了金铜联合露采，开发了低品位硫化铜矿资源生物冶金成套技术，建成国内首个百万吨级生物提铜冶炼厂;成功运营开发了世界首套传统浮选和生物堆浸相结合的选（冶）系统，将铜矿浮选系统半自磨排矿筛上超低品位矿石（0.16 %）开路到生物堆浸流程（筛下浮选），大大提高了铜矿资源的综合利用率，使铜矿入选边界品位降低到0.15 %，可利用铜矿资源储量增加到242万t（不包括紫金山外围铜矿资源），资源价值增加约1 000亿元;开发了矿山含铜酸性废水资源化回收工艺，近10年从含铜酸性废水中累计回收铜4.56万t。矿山采选铜矿石累计1.55亿t，平均品位0.364 %，产铜52.80万t，累计实现利税117亿元，实现了低品位铜矿资源的绿色高效开发。

2.3.2 吉林曙光金铜矿

吉林曙光金铜矿是濒临破产的老矿山，紫金矿业并购后，应用“矿石流五环归一”矿业工程管理模式，针对矿山存在的大量低品位矿石，按价值法重新圈定矿体，从金2.5 t（0.8 g/t）、铜8 000 t（0.78 %）重新核算为金73.2 t（0.48 g/t）、铜30.4万t（0.2 %）;开采方式从地下转为露天，规模从850 t/d扩大到28 200 t/d，吨矿成本从312元降低到68.8元，累计实现利税57亿元。同时，矿山高度重视生态建设，取得了显著的经济和社会效益。

2.3.3 刚果（金）科卢韦齐铜钴矿

“矿石流五环归一”矿业工程管理模式在科卢韦齐铜钴矿的应用取得了巨大成功。通过补充勘查，新增铜资源131万t、钴资源9万t。经过系统技术优化和工程管理创新，项目建设期大幅缩短，一期设计建设期2.5 a，实际建设期2 a;一期可研预算总投资6.4亿美元，实际投资约3亿美元。二期仅用9个月完成建设，投产后形成了年产铜10万t、钴3 000 t的大型矿山。项目投产第一年实现利润1亿美元，成为非洲矿山建设与运营的新标杆。

3 结 語

1）紫金山金矿是典型的低品位金矿，通过大量的技术和管理创新，应用经济地质理论对资源进行重新评价，使可利用金资源储量从约5.45 t扩大到近316.0 t， 实现了金矿资源的裂变，成为中国乃至世界超大型、低品位金矿绿色高效开发的典范。

2）创新是矿业企业的核心竞争力。矿业工程与传统制造业具有较大的差异，每个矿山都不相同，都需要进行独立设计。在一定程度上，矿业工程也是一个“艺术创作”过程，能否成为杰作，关键看其创新能力和水平。

3）在经济目标指导下的技术创新和管理创新可以获得良好的创新成果，技术是为经济目的服务的手段，要有系统工程思想和经济思维，突破各环节技术至上的思维局限。

4）“矿石流五环归一”矿业工程管理模式形成于紫金山金矿的创新开发过程，是紫金矿业25年来大量矿业工程实践理念的总结，其核心是归一，即要以经济和社会效益最大化为出发点和目标，运用系统工程理念和创新思维，对地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护五大主要环节进行综合研究，结合市场和其他外部环境因素，选择最适合的工艺技术路线和开发方案，并全面、持续地进行创新和优化，最终实现经济和社会效益最大化。

[参 考 文 献]

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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

作者简介：陈景河（1957—），男，福建龙岩人，教授级高级工程师，国务院政府特殊津贴专家，党委书记，董事长，从事矿产勘查与开发工作;主持的重大科研项目有国家级科技成果推广项目“黄金生产废水废气零排放技术应用”（2000E041D7200148），国家火炬计划项目“上杭紫金山金矿低品位物料综合利用”（2001EB00683），“十五攻关计划”项目“生物冶金技术及工程化”（2001BA609A-17）等多项;获得的重大奖项有国家科技进步奖一等奖1项，国家级教学成果奖二等奖1项，省部级科技奖28项，发明专利24项等;福建省上杭县紫金大道1号，紫金矿业集团股份有限公司，364200;E-mail：cjh@zijinmining.com