某高緯度寒冷地區(qū)低品位銅礦資源綜合利用試驗研究

摘要：某高緯度寒冷地區(qū)低品位銅礦由原生硫化銅礦、次生硫化銅礦和氧化銅礦組成，且礦石性質(zhì)隨礦體深度逐漸變化。在自然溫度、中溫或酸性條件下，原生硫化銅礦中砷黝銅礦及黝銅礦、次生硫化銅礦及氧化銅礦易于浸出。針對淺部低品位銅礦，在溫度13 ℃～23 ℃條件下對其進行常溫硫酸柱浸34 d，而后在加入浸礦菌、溫度-23 ℃～30 ℃條件下進行中溫生物氧化柱浸試驗，銅浸出率可達65.01 %。在礦石粒度-50 mm，柱浸時間288 d條件下，對中深部低品位銅礦進行擴大試驗，銅浸出率達41.66 %。

關(guān)鍵詞：原生硫化銅；次生硫化銅；氧化銅；硫酸浸出；生物氧化柱浸;低品位

中圖分類號：TD923"TF111"""""""""文章編號：1001-1277（2024）08-0085-04

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20240814

引"言

銅礦資源開發(fā)過程易產(chǎn)生大量現(xiàn)有技術(shù)條件下不能經(jīng)濟利用的低品位銅礦，這部分礦石只能作為廢石堆存于排土場。尤其是高緯度寒冷地區(qū)，由于環(huán)境惡劣，礦石利用率大大降低。截至2016年末，某高緯度寒冷地區(qū)露天開采境界內(nèi)堆存的低品位銅礦總量達到2.6億t，平均銅品位0.154 %，銅金屬量40萬t。這些長期堆積的低品位銅礦逐年被雨水和空氣氧化，形成酸性液體，不僅造成資源浪費，還會污染環(huán)境。綠水青山就是金山銀山，保護礦區(qū)周邊環(huán)境，建設(shè)綠色環(huán)保礦山刻不容緩［1-4］。本文對該高緯度寒冷地區(qū)淺部、北礦段及混合段低品位銅礦開展小型及擴大試驗，選別指標良好，為高效開發(fā)利用低品位銅礦資源提供參考依據(jù)。

1"礦石性質(zhì)

1.1"化學成分分析

由于該高緯度寒冷地區(qū)低品位銅礦的礦石性質(zhì)變化較大，故針對淺部、北礦段及混合段3個具有代表性的礦點取樣［5］。該低品位銅礦化學成分分析結(jié)果見表1。

由表1可知：隨著深度變化，該低品位銅礦性質(zhì)變化較大。其中，淺部銅品位0.240 %，含有害元素砷0.16 %；北礦段銅品位0.169 %，含有害元素砷0.006 %；混合段銅品位0.172 %，含有害元素砷0.006 %。

1.2"物相分析

淺部、北礦段及混合段3個礦點的低品位銅礦銅物相分析結(jié)果見表2。

由表2可知：該低品位銅礦銅物相組成主要為次生硫化銅礦（輝銅礦、銅藍等）、氧化銅礦（孔雀石、藍銅礦等）、原生硫化銅礦（黃銅礦、砷黝銅礦、黝銅礦等）等。其中，淺部低品位銅礦以次生硫化銅礦為主，占54.20 %；其次為氧化銅礦與原生硫化銅礦，分別占21.40 %與24.40 %。北礦段低品位銅礦以原生硫化銅礦為主，占73.96 %；其次為次生硫化銅礦與氧化銅礦，分別占20.71 %與5.33 %。混合段低品位銅礦以原生硫化銅礦為主，占70.93 %；其次為次生硫化銅礦與氧化銅礦，分別占23.26 %與5.81 %。

綜上所述，北礦段、混合段礦石性質(zhì)差異較小，故后續(xù)對其進行混合試驗，統(tǒng)稱為中深部低品位銅礦。

1.3"銅礦物嵌布狀態(tài)分析

銅礦物嵌布狀態(tài)分析結(jié)果見表3。

由表3可知：淺部低品位銅礦中銅礦物以粒間銅為主，其中，脈石礦物粒間銅占31.57 %，黃鐵礦粒間銅占7.35 %，金屬礦物與脈石礦物粒間銅占10.48 %，合計占49.40 %；其次為裂隙銅，占41.40 %；少量包裹銅，占9.20 %；而中深部低品位銅礦主要為粒間銅、裂隙銅，合計占89.37 %。

1.4"礦物組成及粒度分析

淺部低品位銅礦中金屬礦物占7.53 %，其中金屬硫化礦物占7.29 %，主要為黃鐵礦，其次為輝銅礦、銅藍、黃銅礦、砷黝銅礦、黝銅礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等；金屬氧化物占0.24 %，主要為孔雀石、藍銅礦等；脈石礦物占92.47 %，主要為石英，其次為長石、高嶺土、絹云母、白云母、伊利石、金紅石等。中深部低品位銅礦中金屬礦物主要為黃鐵礦，其次為黃銅礦、銅藍、輝銅礦、砷黝銅礦等；脈石礦物主要為石英、鉀長石及絹云母等。該礦石屬于混合低品位銅礦。淺部低品位銅礦粒度大多分布在0.030～0.370 mm，而中深部低品位銅礦粒度多分布在-0.053 mm。

2"結(jié)果與討論

由礦石性質(zhì)分析及探索試驗結(jié)果可知，淺部低品位銅礦與中深部低品位銅礦性質(zhì)差異較大，所需試驗條件不同，故將二者分開選別。查閱資料可知，礦物晶格能順序依次為原生硫化銅礦（黃銅礦、砷黝銅礦、黝銅礦等）gt;次生硫化銅礦（輝銅礦、銅藍等）gt;氧化銅礦（孔雀石、藍銅礦等）。由于銅礦物晶格能越高，其穩(wěn)定性就越高，故在中溫生物氧化作用下，晶格能越低的銅礦物越容易被氧化，從而有利于浸出［6-10］。根據(jù)以往試驗結(jié)果，該礦石中暴露的部分次生硫化銅礦及氧化銅礦可被酸性溶液溶解，故對其進行常溫硫酸柱浸—中溫生物氧化柱浸試驗［11-12］。

2.1"柱浸時間

2.1.1"淺部低品位銅礦

在溫度13 ℃～23 ℃條件下對淺部低品位銅礦進行常溫硫酸柱浸34 d，而后在加入浸礦菌、溫度-23 ℃～30 ℃條件下進行中溫生物氧化柱浸（4#柱）試驗，考察柱浸時間對淺部低品位銅礦銅浸出率的影響，并與其他條件相同但未加入浸礦菌情況下的標準組（1#柱）對比，試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知：該低品位銅礦在常溫硫酸柱浸—中溫生物氧化柱浸試驗過程中，銅浸出率隨著柱浸時間的延長而增長，前段常溫硫酸柱浸時間直到34 d趨于穩(wěn)定，中溫生物氧化硫酸柱浸試驗直到250 d趨于穩(wěn)定；且在同等條件下，加入浸礦菌的4#柱的銅浸出率比未加入浸礦菌的1#柱高，以渣計的銅浸出率高出約9.90 %，這主要是因為部分銅礦物被中溫生物氧化。故前段常溫硫酸柱浸時間選擇34 d為宜，后續(xù)加入浸礦菌條件下的中溫生物氧化柱浸時間選擇250 d為宜。

2.1.2"中深部低品位銅礦

參考淺部低品位銅礦小型柱浸試驗研究成果，在礦山開展了中深部低品位銅礦擴大試驗研究。試驗過程中，定期抽取浸出液檢測相關(guān)參數(shù)，維持試驗最佳條件。試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可知：中深部低品位銅礦在柱浸試驗過程中，銅浸出率隨著柱浸時間的延長而增長，但在柱浸后期，銅浸出率增長不再明顯，故柱浸時間選擇288 d為宜。

2.2"礦石粒度

2.2.1"淺部低品位銅礦

由上述試驗可知，加入浸礦菌有利于提高銅浸出率。礦石粒度對銅浸出率具有較大影響，故分別選取-10 mm、-30 mm、-50 mm、-100 mm粒度的淺部低品位銅礦在溫度13 ℃～23 ℃，礦漿pH值1.2～1.5，滴淋強度0.039 L/（m2·h）條件下對該低品位銅礦進行常溫硫酸柱浸34 d，而后在23 ℃～30 ℃，柱浸時間250 d條件下進行中溫生物氧化柱浸，考察礦石粒度對銅浸出率的影響。試驗結(jié)果見表4。

由表4可知：礦石粒度對銅浸出率影響較大，在常溫硫酸柱浸過程中，隨著礦石粒度的增加，該淺部低品位銅礦的銅浸出率逐漸降低，在-100 mm達到最低，即為20.20 %；而在后續(xù)中溫生物氧化柱浸過程中，隨著礦石粒度的增加，該低品位銅礦的銅浸出率呈現(xiàn)先增加后下降趨勢，在-30 mm達到最高，銅浸出率為65.01 %。

2.2.2"中深部低品位銅礦

在礦石質(zhì)量0.433 t，液固比2∶15，滴淋強度13 L/（m2·h），柱浸時間288 d條件下，對中深部低品位銅礦進行擴大試驗研究，考察礦石粒度對銅浸出率的影響。試驗結(jié)果見表5。

由表5可知：礦石粒度對銅浸出率影響較大，隨著礦石粒度的增加，該中深部低品位銅礦的銅浸出率逐漸降低，在-150 mm達到最低，為36.33 %。這與淺部低品位銅礦的變化一致。

3"結(jié)"論

1）該低品位銅礦銅物相分析表明，銅礦物均由原生硫化銅礦、次生硫化銅礦和氧化銅礦組成，銅礦石性質(zhì)隨礦體自上而下逐漸變化。

2）加入浸礦菌可以提高銅浸出率，淺部低品位銅礦在礦石粒度-30 mm，常溫硫酸柱浸34 d，中溫生物氧化柱浸250 d條件下，銅浸出率可達65.01 %。

3）中深部低品位銅礦在礦石粒度-50 mm，柱浸時間288 d條件下，銅浸出率達41.66 %。

［參 考 文 獻］

［1］"溫建康.生物冶金的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中國有色金屬，2008（10）：74-76.

［2］"肖巍，趙玉龍，賴春華，等.氧化銅礦浮選技術(shù)進展［J］.礦產(chǎn)保護與利用，2023，43（5）：32-41.

［3］"王雙才，李元坤，史光大，等.氧化銅礦的處理工藝及其研究進展［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2006，27（2）：37-39.

［4］"劉媛媛，張學鋒.復雜氧化銅礦堆浸生產(chǎn)實踐［J］.有色金屬（冶煉部分），2019（8）：38-42.

［5］"長春黃金研究院.某礦山含銅廢石生物堆浸提銅試驗研究報告［R］.長春：長春黃金研究院，2014.

［6］"廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司.某低品位銅礦石堆浸預可行性研究試驗報告［R］.廈門：廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司，2017.

［7］"長春黃金研究院有限公司.某礦山低銅廢石環(huán)境污染預防及資源綜合回收擴大試驗研究［R］.長春：長春黃金研究院有限公司，2020.

［8］"高昭偉，曹成超，李耀山，等.高鈣型低品位銅礦酸性浸出動力學研究［J］.礦冶工程，2021，41（6）：170-173.

［9］"范道焱，林海彬，伍贈玲，等.硫化銅礦生物堆浸過程中的覆堆技術(shù)研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2019（5）：1-6.

［10］"胡凱建，吳愛祥，王洪江，等.產(chǎn)氨菌化學誘變及浸出低品位銅礦試驗研究［J］.中南大學學報（自然科學版），2016，47（10）：3 289-3 294.

［11］"余靖冉，烏仁格格，宋娜.混合細菌浸出低品位銅礦的研究［J］.化工管理，2016（8）：178，180.

［12］"劉新星，王龍，謝建平，等.低品位氧化銅礦柱浸試驗研究［J］.礦冶工程，2016，36（1）：83-87，91.

Experimental study on the comprehensive utilization

of low-grade copper ore resources in a high-latitude cold region

Wang Muzhi1，Yang Xiaolong2，Miao Yu3，Xie Zhao1

（1.Kichi-Chaarat Closed Stock Company; 2.China National Gold Group Co.，Ltd.;

3.Inner Mongolia Mining Co.，Ltd.，China National Gold Group Co.，Ltd.）

Abstract：The low-grade copper ore in a high-latitude cold region consists of primary copper sulfide "ore，secondary copper sulfide "ore，and copper oxide "ore.The ore properties gradually change with the depth of the ore body.Under natural temperature，medium temperature，or acidic conditions，tennantite and tetrahedrite in the primary copper sulfide "ore，secondary copper sulfide "ore，and combined copper oxide "ore are easily leached.For shallow low-grade copper ore，sulfuric acid column leaching in atmospheric temperature was conducted at temperatures of 13 ℃-23 ℃ for 34 d，followed by medium-temperature bio-oxidation column leaching with leaching bacteria added at temperatures of -23 ℃-30 ℃，achieving a copper leaching rate of 65.01 %.For medium-deep low-grade copper ore，a pilot test was conducted under conditions of ore particle size -50 mm and a column leaching time of 288 d，achieving a copper leaching rate of 41.66 %.

Keywords：primary copper sulfide ;secondary copper sulfide ;copper oxide;sulfuric acid leaching;bio-oxidation column leaching;low grade