德興銅礦低品位礦石堆浸擴能提質生產實踐

戴賤生

(江西銅業集團公司德興銅礦, 江西德興市 334224)

德興銅礦低品位礦石堆浸擴能提質生產實踐

戴賤生

(江西銅業集團公司德興銅礦, 江西德興市 334224)

德興銅礦堆浸廠投產以來,工程技術人員對提高陰極銅生產產量和穩定陰極銅質量進行了大膽的探索和實踐,應用各種有效方法來提高集液的原液含銅濃度,增加處理量,既大大提高了堆浸陰極銅年產量,又充分利用了酸性廢水資源,減少了酸性廢水外排,降低了酸性廢水的處理費用,實現了經濟的循環式發展。

低品位銅礦;堆浸;萃取工藝;電積

0 前 言

德興銅礦堆浸陰極銅生產項目1994年4月完成了初步設計,同年被列為原有色總公司重點技改項目,并相繼列為“九五”國家重點科技攻關項目,在1994年8月破土動工并在祝家建成的堆浸廠,于1997年11月一次性投產成功,填補了我國細菌浸出低品位硫化銅礦中銅的空白,結束了德興銅礦不能直接生產陰極銅的歷史。該堆浸項目原設計規模為年產陰極銅2000t,堆浸礦石含銅品位為0.15%,由于選礦邊界品位已由原0.3%降至0.25%等原因,現祝家廢石場所噴淋礦堆,除極少量噴淋區外,僅為含銅0.055%左右,從而導致浸出液銅濃度不高,歷年以來平均濃度僅為0.3g/L左右,與項目設計要求的1g/L相差太大,這也就是導致難以達產的一個重要影響因素。

多年來德興銅礦工程技術人員對陰極銅生產產量和質量進行大膽的探索和實踐,并緊扣酸性廢水的環境治理工程,通過對廢石合理地分類分區堆放、合理設置堆筑層高、擴大噴淋面積等達到了提高集液庫原液含銅濃度。通過2004年9月至2005年6月先后實施萃取工藝擴能改造,使萃取處理能力提高到原設計的3倍,即由320m3/h提高到960 m3/h,彌補了萃取原液銅濃度低的劣勢,同時通過加強過程控制,提高了堆浸陰極銅產量,穩定了陰極銅質量。

1 擴大噴淋面積

(1)建設河山、石塢兩個浸出場地。在2004年前,由于2#集液庫壩體滲漏嚴重,使2#集液庫上方的石塢浸出場地一直無法啟用,年總噴淋面積最高時僅有16萬m2。但是經工程技術人員長期不間斷的對其監測、分析,到2003年底發現,其滲漏情況有所好轉(淤泥沉積堵塞)。于是,2004年初決定并開始在2#集液庫上方筑堆新堆場,至2005年上半年共建成面積約14萬m2的新噴場,使總噴淋面積達30萬m2左右。同時,為解決浸出場地的板結問題,改善其浸出質量,加大了對浸出場地的犁松頻率,以提高滲透性。雖然浸出率變化不大,浸出液銅濃度不高(0.25g/L),但是,由于噴淋面積擴大,浸出銅金屬總量增加,擴大噴淋面積增加噴淋量,使噴淋蒸發量上升可多消耗大量酸性廢水,減少酸性廢水的產生量和處理費用。

(2)建設楊桃塢浸出場地。在楊桃塢酸性水庫建設浮船泵站,采用一根DN400玻璃鋼管通過輔助車巷道沿祝排靠1#集液庫堆場邊沿,直接將水輸送至240泵站;利用已有的240泵站,再鋪設主管到楊桃塢排土場,接加壓泵后,接噴淋管網噴楊桃塢堆場,實現楊桃塢堆場堆浸噴淋;楊桃塢堆場的浸出液經攔截后自流進楊桃塢酸性水庫,實現噴淋液的循環;當楊桃塢酸性庫的料液達到萃取濃渡時,則在240泵站處利用原已有的祝排噴淋管網去噴淋祝排,后進入原已有的噴淋萃取系統;當楊桃塢酸性庫的料液未達到萃取濃渡時,則在240泵站處利用新接的楊桃塢管網,實現楊桃塢堆場堆浸噴淋循環。

2 合理設置堆筑層高

(1)從硫化礦中,尤其是難浸的黃銅礦中浸出銅,主要是借助氧化鐵硫桿菌的氧化催化作用。從礦石中所浸出的80%以上的銅是在礦堆上部15m深度內得到的,15m深度以下的礦石,由于透氣性不好而缺氧,細菌繁殖和硫化礦物的氧化都很困難,銅的浸出率很低。

(2)根據德興銅礦實際生產技術指標進行計算,從排土的階段高度與成本關系可知,德興銅礦最經濟的排土階段高度為20～30m,就排土安全穩定性而言,排土階段高度越大,其安全穩定性越差。從堆浸廠的經濟效益和銅的浸出效率提高分析應為10～15m。綜合考慮兩方面因素后得出,堆筑層高以20m左右為最佳。

3 實施分類分級堆筑

在堆浸廠生產中,對石塢噴淋區和河山升段噴淋區建成的堆場進行跟蹤分析。石塢噴淋區由于礦堆含泥量大,礦堆表面又多次被電動輪汽車輾壓,滲透性極差,礦堆表面積水,浸出液從礦堆中部或上部流出,致使浸出液銅濃度無法提高,一般在0.3g/L左右,最低時僅為0.2g/L。但在河山升段噴淋區(21萬m2),由于該區域含泥量極少,礦堆滲透性良好,盡管礦石含銅品位僅為0.06%,但實施噴淋后浸出液含銅濃度快速提高到0.45g/L以上。根據這一分析,在安排周和月生產計劃時,應合理安排堆浸料,并對堆浸料的含銅品位進行標識。生產調度室根據周、月生產計劃安排生產時,根據含銅品位的高低、含泥量的多少實現分類分級堆筑。當含銅品位為小于0.05%時,作廢石排放,排放到靠山邊的廢石場;含銅品位為大于0.05%時,作堆浸料排放,排到靠河山堆場;含泥廢石,尤其是含表土,排放到靠山邊的廢石場。

4 提高礦堆的松散性與透氣性

堆浸物料堆筑時,電動輪汽車沿推土機做好的擋墻向下排土,整個場面被電動輪汽車反復碾壓,結實層很厚,導致其松散性和透氣性差。針對這一現象,建成堆場時用推土機犁松;噴淋三個月后再用推土機犁松,使得礦堆的松散性與透氣性增加。現場具體實施方法為:

(1)祝家排土場堆筑220,240m和260m3個標高噴淋場地建成后,用推土機平整,并進行橫、縱間距不超過1.5m,溝深0.9～1.5m,把電動輪汽車碾壓的板結層犁松,然后,在平整和犁松的堆場上布管噴淋。

(2)按一定的周期(3個月)用推土機實施犁松和再犁松。

(3)2002年5月調用邊坡鉆,在240m標高的堆場按7m×7m的孔網進行穿孔,并進行松動爆破,這樣有利于提高礦堆的松散性與透氣性。

5 萃取工藝擴能改造

(1)二級萃取改一級萃取。堆浸廠萃取工藝原設計為二級萃取、一級反萃工藝(見圖1),處理量為320m3/h,原液銅濃度為1g/L萃取率為90%以上。由于目前原液銅濃度僅為0.3g/L左右,遠遠低于設計要求。工程技術人員通過試驗,提出將二級萃取改為一級萃取(見圖2)。2004年初在有關專家和技術人員的指導下,反復進行了一級萃取和二級萃取的對比實驗。實驗結果表明,二級萃取改為一級萃取后其萃取率均達到88%以上,且二級萃取僅比一級萃取的萃取率高2%左右,同時結合多年的生產數據分析,其它各項技術指標基本穩定。通過半年多一系列實驗和理論分析,確定將原二級萃取改一級萃取,2004年9月底開始實施流程改造。改造后,各項技術指標均達到預期目標,從而使處理量在原有基礎上提高一倍,達到640m3/h,銅產量隨之提高近一倍。

圖1 改造前萃取工藝流程

圖2 改造后萃取工藝流程

(2)擴大萃取能力。根據二級萃取改為一級萃取的成功經驗、改造前堆浸廠原萃取工藝中第二級萃取的生產運行數據分析(原液銅濃度為0.1g/L左右、萃余液銅濃度0.02g/L左右、萃取率達80%),以及祝家和楊桃塢兩廢石場每年都有大量的超低銅濃度(0.08～0.12g/L)酸性廢水需經污水處理站達標處理外排等情況,工程技術人員進行了系統、深入的研究分析,萃取處理能力有望再提高320m3/h,決定再擴建一套一級萃取、一級反萃萃取工藝系統(處理能力為320m3/h),銅離子的回收減少了重金屬離子對河流的污染。

該項目從2005年初開始自行設計、自籌資金,用兩個多月的時間完成擴建工作,于6月投產,經過近半年的生產,系統運行正常穩定,各項技術指標均達到設計要求。截止2009年底,累計生產陰極銅12786.9t(見表1)。

表1 1999～2009年原液平均銅濃度與年陰極銅產量統計

6 加強過程控制

(1)合理控制電積出液濃度。針對2004年9月以來對萃取工藝進行的改造,相應的電積工藝的技術條件發生變化,結合現場的生產條件以及現場相關要求,對電積工藝主要技術參數作了適當修訂,如:電積出液Cu離子濃度為35～45g/L;電流密度為150～200A/m2陰極;槽電壓1.9～2.2V;電流強度7000～12500A;電積液循環量為60～80 m3/h;電銅出槽周期10～14d。

根據每天電積出液濃度化驗結果,及時調整電流強度和合理調節電積液循環量。當電積出液Cu離子濃度低于35g/L時,降低電流強度,調大電積液循環量;當電積出液Cu離子濃度高于35g/L時,提高電流強度,調小電積液循環量。

(2)改進添加方式。在堆浸廠生產現場添加硫酸鈷和硫脲時,通過自行設計并制作的一套添加劑的加入裝置,在現有生產條件下,添加量已由原來每天添加一次粗放型,變為自動添加,只需每間隔2h檢查一次添加劑添加情況,即可做到添加劑24h連續均勻添加。

(3)及時調整和更換極板。從堆浸陰極銅生產以來有35%極板處于超周期使用,未及時更換,極板變形,導致極間距不均,必須及時調整和更換極板。現場采取的措施為:2006年3月中旬先后對超限使用的陽極板數量統計,共更新超限使用的陽極板260片;由專人負責陰極板的平整工作,裝槽前及時調整極板平整度,嚴格把關,杜絕不平整的陰陽板下槽,確保極間距均勻;每天檢查電積液反應情況。

(4)安裝超聲波除油裝置。反萃后液因夾帶有機嚴重,直接影響陰極銅質量,導致陽極板出現穿孔和斷裂現象,因此,在反萃后液和電積進液之間加裝一套超聲波除油裝置,反萃后液通過氣振產生超聲波,然后溶合澄清分離,最后達到液和有機分開,降低有機夾帶。

(5)改造出銅工藝。在堆浸廠電積車間剝銅時,銅板要從3m高的斜面,下落到水泥地面,由于每塊陰極銅板厚度約為5mm左右,極容易變形,且僅用鐵絲簡易包裝,客戶多次要求加以改進。采礦場先后派人與礦相關單位到陰極銅使用單位進行了解,傾聽用戶對提高陰極銅表面質量建議,通過現場調查和研討分析,組織技術人員設計、改造一套新的剝銅方案,對出銅工藝進行改造,利用檢修時間進行設置,并添置了一臺小型的打包機,以確保陰極銅板平整,包裝整齊。

7 結 語

德興銅礦廣大技術人員經過十幾年對堆浸陰極銅生產的實踐與探索,通過對廢石合理地分類分區堆放、合理設置堆筑層高、擴大噴淋面積等達到了提高集液庫原液含銅濃度的目的;通過實施萃取工藝擴能改造,使處理量在原有基礎上提高到960 m3/h,年產堆浸陰極銅提高到1450t左右;通過加強過程控制,堆浸陰極銅化學成份含銅量達到了99.998%以上,符合GB/T1467-1997陰極銅標準,各批次表面質量合格率均得到提高,穩定陰極銅表面質量;同時還充分利用好酸性廢水資源,將萃余液通過管道泵送到4#尾礦庫實施酸堿中和,降低了酸性廢水的處理費用,真正實現了以廢治廢、變廢為寶,實現了經濟的循環式發展。

2010-02-09)

戴賤生(1963-),男,采礦工程師,從事礦山生產技術管理工作。