溶浸采矿技术研究应用现状综述

ｌＳＳＮ　１６７１—２９００　采矿技术第１３卷第３期　２０１３年５月　Ｍａｙ　２０１３　ＣＮ　４３—１　３４７／ＴＤ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１３，Ｎｏ．３　溶浸采矿技术￣ｉＪＦ究应用现状综述　马春华，黄治能　（云南金鼎锌业有限公司，　云南怒江州　６７１４００）　摘要：溶浸采矿法是把采矿、选矿及水冶综合为一体，来回收矿床内金属物质的一种古老　而拥有诸多优点的开采工艺。概述了当前溶浸采矿法在国内外的研究现状、最新进展、存在　的问题及日后的发展趋势。　关键词：溶浸采矿；研究现状；技术应用；发展趋势　０　前　言　溶浸采矿是集采矿、选矿、冶金于一体的新采矿　方式来看，地表堆浸、钻孔浸出、地下就地破碎浸出等　都已在我国进行了工业化应用；从金属的种类来看，　铀、铜、黄金的浸出已进行了工业化应用，其技术已经　非常成熟。许多机构都正在进行镍、钻、铅、锌等金属　的浸出研究，有望获得突破；从溶浸采矿应用的地理　方法和技术，是涉及采矿学、地质学、流体力学、地球　化学、湿法冶金学等多学科交叉的边缘科学＿１　］。溶　浸采矿可分为原地浸矿法、就地破碎浸矿法和堆浸法　３种主要方法。　位置来看，使用溶浸采矿的矿山企业已遍布我国各　地。由此看来，在全国各地，各种环境条件下，溶浸采　矿技术都获得了全面应用。我国在原地浸出采矿的　原地浸出是指将溶浸液通过人工钻孔注入原矿　体中，有选择性地浸出有用矿物成分，并将浸出液通　过钻孔抽至地表加工处理的采冶方法＿３］。原地浸出　技术近几十年来发展很快，目前主要用于大规模开采　铀矿和铜矿。１９８４年云南腾冲３８１矿床地浸采铀试　验取得成功，１９９２年新疆５１２矿床建成了我国首座地　浸采铀矿山，这标志着我国地浸采铀技术已经实现了　从试验研究阶段向工业规模生产阶段的飞跃。　就地破碎浸出即先借助爆破手段把自然状态下　溶浸范围控制、溶浸液的配方及使用方法、产品溶液　的移动式处理装置、堆浸喷淋系统、堆浸场的防渗漏　和底部结构以及金矿造粒准浸等方面发展较快。但　在理论、新工艺研究和工艺技术、仪器设备研制及生　产上，与先进国家相比还有较大的差距［５］。　在溶浸采矿法试验研究方面，我国相继做了大量　的工作，并取得了丰硕的成果［６］。　（１）原地钻孔溶浸试验＿７］。武山铜矿从１９９３年　开始进行此方面的研究，在杯浸、矿物学、柱浸和溶浸　剂优选等方面都取得了一定成果。在１９９８年年末，　项目被国家有色金属工业局鉴定为国际先进水平。　（２）低品位硫化矿地表细菌堆浸试验　］。每年　德兴铜矿有２０００多万ｔ难选贫矿排至排土场，现在　的矿体破碎到一定块度后再使用溶浸液浸出，与原地　浸出的差别为前者矿石通过爆破破碎发生了一定位　移。堆浸法指将化学溶液直接喷淋到矿石或低品位　矿石堆存体上，在其渗滤的过程中，选择性地溶解和　浸出有用矿物成分，使之溶于溶液中，再进一步提取　的一种方法。目前堆浸法已渐成为我国大量再回收　废石量已达几十亿吨，其中含金属铜２００多万ｔ。德　兴铜矿与北京有色冶金设计研究院进行了合作，采用　细菌浸出技术，建成年产２０００　ｔ电铜的地表堆浸提铜　系统，堆浸厂面积７．５万ｍ　，堆高８０　ｍ，萃取箱处理　能力３２０　ｍ　／ｈ，于１９９７年５月投产，生产的电解铜达　到Ａ级。　资源如尾矿、贫矿、废石中矿物，提取铀、金、铜和银等　金属的一种经济合理而行之有效的方法ｌ＿４］。　溶浸采矿具有工艺简单、低投资、低成本、绿色环　保等优点，尤其对低品位金属矿或尾矿的开发回收比　较有效，具有明显的经济效益和社会效益。　１　国内外研究现状　１．１国内研究与应用现状　中条山铜矿峪矿８１０　ｍ标高以上低品位铜矿石　地质储量达１０００多万ｔ，铜平均品位０．５９　，氧化率　≥５０％，如果采用一般采矿法进行开采，在经济上是　目前溶浸采矿在我国研究与应用广泛。从浸出　不合理的。为提高资源利用率，该矿被列为“九五”科　马春华，等：　溶浸采矿技术研究应用现状综述　４３　技攻关项目难采难选低品位铜矿地下溶浸试验研究　的试点矿山，中条山有色公司和北京矿冶研究总院等　规模的原地溶浸厂。我国于８Ｏ年代中期取得了离子　型稀土矿原地溶浸的成功，至此，原地溶浸铀已经走　向了规模生产。　１．２国外研究及应用现状　单位进行了共同研究合作，在２０００年３月建成了５００　ｔ／ａ电解铜地下溶浸采矿示范系统，２０００年８月该项　目通过国家“九五”项目鉴定和验收，技术水平达到世　在国外，溶浸采矿技术已经用于多种金属的开　采，目前已有几十座铜、铀、金矿山规模性的采用了此　方法ｌＩ　。早在１６世纪，德国Ｈａｒｚ地区和西班牙Ｒｉｏ　界先进水平，使我国第一次实现了数万吨级的地下破　碎就地浸出，铜在浸出液中的含量达到２．１８９～５．７８　ｇ／Ｌ，电铜质量等同于国际一级标准，电铜吨成本为　８７５４．３１元，仅为传统采矿法成本的一半。鉴于经济　Ｔｉｎｔｏ矿山就使用了溶浸方法来处理硫化矿石。１９４７　年Ｃｏｌｍｅｒ和Ｈｉｎｋｌｅ又从酸性废坑水中分离出氧化　效益良好，该矿又进行了地下溶浸采矿系统的扩大建　设，使规模扩大到年产电铜２５００　ｔ。　２０００年，国家“十五”科技攻关项目将紫金山铜　矿生物提铜项目列入其中，并于２００２年建成产铜　１０００　ｔ／ａ的生物冶金提铜试验厂，各种浸矿堆累计浸　出时间为１０００　ｈ，浸出率为４０　～６Ｏ　９／６［８］，各项经济　技术指标都获得了良好的效果。　另外，我国在高海拔地区的氧化铜矿浸出试验、　Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ等金属的溶浸研究方面也取得了一些　进步　。　（３）在应用方面，我国在１９６０年代，安徽铜陵有　色金属公司松树山铜矿回收铜残矿就率先采用了就　地破碎浸矿法；９０年代中后期，德兴铜矿建成年产　２０００　ｔ电铜堆浸厂；２０００年，中条山铜矿峪矿建成年　产５００　ｔ电解铜的地下溶浸提铜示范系统；２００３年，　云南官房铜矿建成了处理含铜０．９％的原生硫化铜　和次生硫化铜的生物堆浸厂；２００６年，福建紫金山建　成万吨级生物提铜堆浸厂。武山铜矿地下原地钻孔　浸出技术也取得了良好的收效，铜矿浸出的各项指标　为：浸出率６８　９／６，铜含量２．５　ｇ／Ｌ，萃取率９５　，电积　率９８％，回收综合指标４１．１５％，电铜成本不到１０００　元／ｔ。并且，国家在“八五”期间还设立了“离子型稀　土原地浸矿新工艺研究”重点科技攻关项目，南方离　子吸附型稀土矿原地浸出采矿法也取得了明显的研　究成果，在“十五”期间获得了一定程度的使用，应用　该法可达到的技术指标为：母液收集率＞９Ｏ　，离子　相稀土浸出率＞９Ｏ％，离子相稀土综合回收率＞　７５　。　铀矿方面，１９８５年云南腾冲３８１矿岩型铀矿床　首次进行铀的原地浸出，金属总回收率达到了６５　，　生产成本降低了５０　，成为我国首个原地浸出的矿　山。１９８７年江西某铀矿万吨级试验取得成功，铀浸　出率≥９０　，金属生产成本降低３Ｏ　～４Ｏ　９／６，１９８９年　改为全堆浸矿山。１９９２年新疆５１２矿扩建了５０　ｔ／ｄ　亚铁硫杆菌，从此人们开始认识到细菌在硫化矿浸出　中的作用ｌｌ　。１９６０年代，美国和苏联就开始试用原　地溶浸法开采铀矿，在怀俄明州建成世界首座溶浸采　铀矿山。１９７０年代，美国Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ矿业公司建成世　界最大的微生物堆浸场，处理矿石量３６亿ｔ，年产７．２　万ｔ铜金属。１９８６年南非Ｆａｉｒｖｉｅｗ矿建成世界首个　金矿生物浸出工厂，日处理金精矿１０　ｔ。近２Ｏ年来，　溶浸技术在美国、智利、澳大利亚等国得到了较大推　广Ｌ１引。目前，世界２５　的铜、２Ｏ　的铀都来自溶浸　采矿。　１９７０年代初美国矿业局进行了堆浸试验研究，　来解决难选贫矿回收问题Ｅ¨］。堆浸法在美国的金矿　回采中得到了广泛的应用［１　，作为世界第三大金产　地的内华达州，绝大多数的黄金都来自于堆浸，２００３　年产量达到７０００多盎司，其价值大于２５亿３１３美　元，丰产期一度达到８５０００００盎司；Ｒｏｕｎｄ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｍｉｎｅ露天金矿主要采用堆浸的方法提取金属，矿石　破碎后堆积在可重复利用的底垫上浸出，而废石则直　接在废石堆上堆浸。智利大约有３Ｏ　的铜金属产量　来自堆浸，如Ｚａｌｄｉｖａｒ矿，位于智利北部，为一大型堆　浸矿山企业，２００４年铜产量为１．４８万ｔ，阴极铜占到　了９８　，生产成本平均为０．６６美元／磅，Ａ级铜占　９６　，之后，矿山一直着力研究浸出动力学，改善浸出　机制，使硫化矿的氧化反应变快，结果浸出率高出约　２Ｏ　，浸出过程减少了３３０　ｄＥ　］。　２　溶浸采矿存在的问题　溶浸采矿技术在国内外得到较为广泛的应用，且　在理论研究方面也取得了一系列进展，但矿堆渗透性　差、溶液分布不均、细菌活性低、堆内温度分布不均等　问题仍制约着溶浸技术的迅速发展口　。　２．１矿堆渗透性差　如下一些原因会造成矿堆渗透性变差：　（１）矿堆被压实。受到铲装设备的反复碾压后，　４４　采矿技术　堆面矿石会被挤压密实，而堆体中部和下部的矿石受　到的挤压力更大，甚至被压裂、压碎口　；　（２）含泥量过大。因矿体含难以分离的泥质夹　层或露天开采剥离时表土混入，使矿堆或废石堆含有　大量泥土；　矿岩散体微细观结构参数，并构建孔裂隙网络空间模　型，目前这方面的研究仍很欠缺　引。另一方面就是，　通过开展矿岩浸出过程原位扫描试验，分析出不同浸　出阶段孔裂隙动态结构参数，来探明其时空演化　规律。　（２）多相多场环境中浸出过程的响应特征。在　气相、液相、固相及温度场、渗流场、浓度场直接或间　（３）受风化影响。在风吹日晒及雨水淋漓条件　下，一些矿石比较容易风化崩解，粒度变小而产生溶　解、沉淀、胶结作用＿】　。　２．２溶浸液在矿堆里的不均匀分布　矿堆具有的非均质性可导致粗粒多分布在上部，　而细粒多分布在下部，而不同粒径的矿石渗透性也不　同，溶浸液流经导水能力较强的区域时流速较快，与　矿石接触的时间短，反应不完全，影响矿石的浸出效　果¨】　。此外，由于某些区域溶液流速高，导致其它区　域溶液更新速率慢，矿物不易及时有效溶解，出现浸　出死角。　２．３矿堆内含氧量低　在生物浸出过程中氧气不可或缺，浸出过程的氧　化反应和浸矿微生物的繁殖生长，都需要氧气和二氧　化碳的参与，所以，堆内氧气浓度在很大程度上制约　着硫化矿物浸出反应速率。透气性、渗透性差的矿石　堆体，氧气难以经过对流过程进入矿堆内部，而只能　利用分子扩散作用缓慢的进入堆体，使得堆内含氧量　偏低。　２．４矿堆内温度的不均衡性　温度对浸矿细菌的繁殖生长和浸矿效率有重要　影响，在硫化矿物浸出反应的同时还会释放热量，浸　堆各处反应速率不同，释放热量的速率也不同，加之　堆内热量传导、辐射过程的差异，产生了温度的不均　衡性。　此外，溶浸采矿在我国还存在着规模小，机械化、　自动化程度及自动监控水平低等问题　］。　３　溶浸采矿技术发展趋势　溶浸采矿是一种具有广阔前景的采矿方法，在我　国获得了迅速的发展＿２　。随着理论基础的研究及实　践经验的丰富，它将会更加广泛的应用于各种金属矿　床的开采。溶浸采矿未来的研究方向主要有以下３　个方面［２　。　（１）浸出体系孔裂隙网络结构表征的研究。浸　出体系具有复杂的孑Ｌ裂隙结构形态，是一种典型的动　态不稳定结构，要对其进行定量描述难度较大。为　此，通常利用ＣＴ、图像处理和三维重构等技术来获取　接交互作用下，浸出过程响应特征复杂。为此需进一　步研究多场耦合作用下气液两相渗流、固液相互作用　规律，并分析多相多场环境下矿岩浸出行为的变化　规律。　（３）浸出体系多场耦合作用机理的研究。由于　浸出体系温度、浓度、流速在空间分布上很复杂，且外　部环境易对其产生影响，使人们难以对多场耦合机理　做出清晰的解释。为此，有待进一步探讨研究以下几　个方面：化学反应、气液流动对反应放热的产生、传　递、耗散及温度场分布特征效应；溶质在温度梯度、浓　度梯度影响下的迁移机制；渗流场与温度场、浓度场　的耦合规律；溶液饱和度和渗流速率的空间分布特征　及其演变规律；溶液渗流、热量传递对浓度场分布特　征的影响。　４　结　论　与传统采矿方法相比，溶浸采矿有着突出的优越　性：能耗较低；作业安全，工作条件好　驰　；低成本、低　基建费用，建矿速度快，自动化程度高；绿色环保；资　源回收利用率高等　］。　但从研究应用情况来看，溶浸采矿技术基础理论　还非常薄弱　，在散体渗流动力学、高效菌种的培　育、强化浸出时多因素强关联机制方面还需做更多的　理论研究，来改变溶浸采矿技术存在的浸出周期长、　浸出率低等问题，使之成为金属矿床开采的最佳方　法。　参考文献：　［１］　王昌汉．溶浸采铀（矿）［Ｍ］．北京：原子能出版社，１９９８：１５—２８．　［２］万长峰．溶浸采矿法在城门山铜矿的应用前景［Ｊ］．采矿技术，　２０００（１）．　［３］梁卫国，赵阳升，徐素国，等．原位溶浸采矿理论研究［Ｊ］．太原　理工大学学报，２０１２，４３（３）：３８２—３８７．　［４］　吴爱祥，王少勇，杨保华．堆浸散体颗粒结构对溶浸液渗流规律　的影响［刀．矿业研究与开发，２Ｏｌ１，３１（５）：２２—２６．　［５］　袁长林．中国南岭淋积型稀土溶浸采矿正压系统的地质分类与　开采技术［Ｊ］．稀土，２ＯｌＯ，３１（２）：２１．　［６］　周青生，李建红，罗毅，等．中南地区碎裂蚀变花岗岩型铀矿　溶浸试验ｒＩ］．世界核地质科学，２Ｏｌｏ．２７（］）．４７—５４　马春华，等：　溶浸采矿技术研究应用现状综述　４５　［７］　吉兆宁，孙利清．溶浸采矿是有效回收低品位矿产资源的新技　［１７］潘伟，吴爱祥，马俊伟．原地浸出的矿岩结构演化机理研究　术［Ｊ］．矿冶，２００２，１１（增）：８２—８４，１０７．　［Ｊ］．矿业研究与开发，２００５，２５（１）：１４—１６．　［８］　熊有为，王洪江，胡凯建．基于Ｏｒｉｇｉｎ的溶浸浸出率预测模型研　［１８］赖兆添，姚渝州．采用原地浸矿工艺的风化壳淋积型稀土矿山　究［Ｊ］．黄金，２０１１，３２（９）：２５—２７．　“三率”问题的探讨［Ｊ］．稀土，２０１０，３１（２）：８６—８８．　［９］　余斌．高温高硫铜矿原地破碎微生物浸出理论与实践ＥＪ］．采　［１９］吉兆宁，黄光柱．地下溶浸采矿技术与我国铜矿山的可持续发　矿技术，２０１０，１０（３）：１３—１６．　展口］．有色金属，２００２，５４（４）：９９—１０１，１１３．　［１ｏ］吴爱祥，王洪江，杨保华，等．溶浸采矿技术的进展与展望［Ｊ］．　［２Ｏ］古德生，李夕兵．现代金属矿床开采科学技术［Ｍ］．北京：冶金　采矿技术，２００６，６（３）：３９—４８．　工业出版社，２００６：１６４—１７０．　［１１］招国栋，刘清．可变形多　Ｌ介质渗透系数的时间效应［Ｊ］．西　［２１］孙永贵．积极探索勇于创新谋求矿业新发展［Ｊ］．采矿技术，　部探矿工程，２０１１，２３（３）：８０—８６．　２０１０，１０（３）：１２１—１２４．　［１２］Ｗａｔｌｉｎｇ　Ｈ．Ｒ．Ｔｈｅ　ｂｉｏｌｅａｅｈｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｌｐｈｉｄｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｅｍｐｈａｓｉｓ　［２２］郭滕飞，韦库明．我国金属矿山开采方法及发展前景研究［Ｊ］．　ｏｎ　ｃｏｐｐｅｒ　ｓｕｌｐｈｉｄｅｓ－－Ａ　ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８４）：　黑龙江科技信息，２０１０，（２２）：２１—２１，ｌ１．　８ｌ一１０８．　［２３］黄礼富．当代采矿技术发展趋势及未来采矿技术的探讨［Ｊ］．金　［１３］Ｐｒａｄｈａｎ　Ｎ．Ｎａｔｈｓａｒｍａ　Ｋ．Ｃ．，Ｒａｏ　Ｋ．Ｓ，Ｓｕｋｌａ　Ｌ．＆，Ｍｉｓｈｒａ　Ｂ．，　属矿山，２００９（７）：２４—２７．　Ｈｅａｐ　ｂｉｏｌｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｅｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８　［２４］张强．溶浸采矿在我国的使用前景［Ｊ］．新疆有色金属，１９９６　（２１）：３５５—３６５．　（２）：９－１０．　［１４］Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｎ　Ｒ　Ｂｉｏｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：Ｉｎｔｉｍａｔｅ—　［２５］王运敏，黄礼富．现代金属矿采矿技术发展趋势［Ｊ］．中国矿业，　ａｎｄ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｔｅｒｐｌａｙ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８３）：１５３一　２００８，１７（１）：７－１０．　ｌ６６．　［２６］郭良金．采矿方法的创新与应用＿Ｊ］．科技咨询导报，２０１２（１６）：　［１５］Ｃｌａｒｋ　Ｍ．Ｅ．，Ｂａｔｔｙ　Ｊ．ｎ，Ｂｕｕｒｅｎ　Ｃ　Ｂ，Ｄｅｗ　ｎ　Ｗ．，Ｅａｍｏｎ　Ｍ．　２３．　Ａ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：［１１］Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　（收稿日期：２０１３—０１—２２）　ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓ　ｃｒｅａｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８３）：　作者简介：马春华（１９８７一），男，云南曲靖人，助理工程师，硕　３—９．　士，研究方向：爆破工程及安全技术，从事采矿设计与施工管　［１６１曾晟，谭凯旋．矿岩破碎块度分布分形特征对铀浸出率的影　理工作，Ｅｍａｉｌ：ｌ１８６９０００７９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　响［Ｊ］．矿冶二【程，２０１１，３１（１）：１６－１８．　◆－◆一◆＿．．◆－－ｏ－・　（上接第３８页）　原有的搅拌系统中添加了二次强力搅拌系统，同时利　７８　的高浓度充填料浆自流胶结充填工艺时，粉煤灰　用ｌＯ　的粉煤灰替代水泥，不但保证了充填体强度　的替代量为５％～２０％，其早期虽强度降低　要求，且降低了充填成本。该系统完全实现自动化控　１５％～２０　，但其后期强度提高了１８　左右。　制，系统运行稳定，参数可靠。　系统调试运行后，本项目确定粉煤灰添加量占原　参考文献：　水泥量的１Ｏ％，初期强度降低ｌ６　，为３．０　ＭＰａ，但　［１］袁毅棕．２５ｔ／ｈ粉煤灰输送系统的设计［Ｊ］．硅酸盐工业，２００７　其后期强度提高了１８　，强度值达到６．８　ＭＶａ，不但　（３）．　［２］闫如安，康影，赵维涛．全自动活化给料机在选煤厂的应用　满足下向胶结充填采矿法充填体强度要求，同时降低　［Ｊ］．矿山机械，２０１１（１１）．　了水泥消耗，使充填成本有所降低。　［３］　黄志平．圆盘给料机的液位控制装置［Ｊ］．矿山机械，１９９９（０９）．　［４］张钦礼，王新民，古德生，等．新桥硫铁矿粉煤充填技术研究　５　结论　ｆｊ］．矿业研究与开发，２００４，２４（２１）：７６—７９．　粉煤灰渣的排放，不仅污染环境，而且占用大量　［５］　王正辉．胶结充填中粉煤灰替代水泥的比例研究［Ｊ］．采矿技　术，２０１０，１０（３）：４３—４５．　的土地，已成为社会的一大公害。利用粉煤灰代替部　［６］　张磊，吕宪俊，金子桥．粉煤灰在矿山胶结充填中应用的研究　分水泥，进行井下充填生产，是资源循环利用的新举　现状口］．矿业研究与开发，２０１１，３１（４）：２２—２５，１２９．　措，具有明显的节能环保特点，产生良好的保护国土、　（收稿日期：２０１３—０３—０６）　净化环境、节约能源的社会、经济效益。　作者简介：杨宏信（１９６４一），男，汉族，陕西渭南人，机械工程　煎茶岭镍矿充填系统进行了粉煤灰技术改造，在　师，从事矿山机械设计及管理工作。