有效面積滴淋法在堆浸工藝中的應(yīng)用實踐

沈 鑫

(內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司)

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司(下稱“太平礦業(yè)公司”)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特中旗新忽熱蘇木東部11 km處,隸屬中國黃金集團有限公司。太平礦業(yè)公司的生產(chǎn)系統(tǒng)包括露天開采、破碎、堆浸、炭吸附、解吸電解、冶煉等環(huán)節(jié);有2期生產(chǎn)系列,一期選冶生產(chǎn)系統(tǒng)由鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計院設(shè)計[1],于2009年10月開始生產(chǎn),設(shè)計能力為日處理礦石3萬t;二期選冶生產(chǎn)系統(tǒng)由長春黃金設(shè)計院有限公司設(shè)計[2],于2013年9月開始生產(chǎn),設(shè)計能力為日處理礦石3萬t;礦石平均金品位0.53 g/t左右,年產(chǎn)黃金4～5 t,目前是中國西北部最大的低品位礦石黃金堆浸礦山生產(chǎn)企業(yè)。采用堆浸工藝提金,存在氰化物消耗大、金回收率低等問題。為了解決這些問題,太平礦業(yè)公司成功地應(yīng)用了有效面積滴淋法。這種新技術(shù)能夠有效控制氰化鈉消耗量,降低生產(chǎn)成本,在太平礦業(yè)公司的降本增效和精細(xì)化管理工作中發(fā)揮了重要作用。

1 堆浸生產(chǎn)工藝

1.1 堆浸場技術(shù)要求

1)堆浸場鋪設(shè)流程。堆浸場采用底部一次性鋪設(shè)底墊、多次(臺階)向上筑堆的浸出工藝[1-2]。破碎后的礦石用汽車運到堆浸場地,按照每層10 m的高度用推土機筑成礦堆。第一層礦堆到邊界后,在第一層的基礎(chǔ)上,向上堆第二層到第七層,形成多層臺階式筑堆結(jié)構(gòu)。

2)礦堆技術(shù)參數(shù)。礦堆高度設(shè)計為70 m,每層高度為10 m(滴淋后礦石沉降約1 m),礦堆的角度是礦石自然下落形成的角度,為53°～57°(礦堆的三角部分:底部寬度與高度比約為1∶2.5);上層堆底部邊沿與下層堆頂部邊沿之間為8～10 m的臺階。截至2016年6月,堆浸場有3期:一期堆浸場于2007年4月建成開始上礦, 2015年末一期堆浸場第七層堆滿后停止滴淋操作;二期、三期堆浸場于2014年7月和2016年3月分別建設(shè)完成,目前在滴淋使用中。堆浸場側(cè)面見圖1。

圖1 堆浸場側(cè)面

1.2 工藝流程

1)堆浸工藝流程。堆浸工藝[1-2]采用埋管滴淋工藝:當(dāng)?shù)V石堆筑到5 000 m2時,開始用推土機犁溝鋪設(shè)專用的滴淋管,將滴淋管埋入礦石表面1 m處。利用離心泵[3]抽取浸金溶液,將滴淋管充滿浸金溶液,以一定的滴淋強度滴淋礦堆;礦石在浸金溶液的作用下,浸出貴金屬“金”形成含金氰絡(luò)離子[Au(CN)2]-的液體(貴液)[4-6]。貴液滲透礦石,流入底部的集液管中,通過集液管流入貴液池。在堆浸生產(chǎn)工藝中,太平礦業(yè)公司引進了埋管滴淋技術(shù),保證了礦山在北方寒冷地區(qū)可全年生產(chǎn);貴液池覆蓋技術(shù)及全密閉循環(huán)重復(fù)利用工藝有效減少了水分蒸發(fā)和浪費,同時也實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水的零排放,成為礦山行業(yè)節(jié)約水資源和環(huán)境保護的典范。

2)金回收工藝流程。金回收工藝[2-3]采用活性炭吸附(無動力吸附槽)、解吸電解、冶煉等傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝。貴液通過離心泵和管路輸送到多級炭吸附槽,經(jīng)過炭吸附后,金氰絡(luò)離子吸附到活性炭表面,然后流入貧液池。在貧液池中再次加入氰化鈉、氫氧化鈉、阻垢劑、清水等物質(zhì)后,由貧液泵再次輸送至礦堆繼續(xù)滴淋,常年往復(fù)循環(huán)利用。當(dāng)活性炭表面吸附一定的金屬量后,經(jīng)過解吸電解、冶煉[7]等工序,最終生產(chǎn)出合質(zhì)金。

2 有效面積滴淋法

有效面積滴淋法,又稱效率面積滴淋法。它通過確定堆浸場中具有最佳浸出率的區(qū)域面積,并在該區(qū)域內(nèi)進行藥劑的滴淋,其他浸出率低的礦石區(qū)域不再加入氰化鈉藥劑,從而降低氰化鈉的消耗量。該方法適用于堆浸場礦石面積大、滴淋面積大、水循環(huán)量大的堆浸生產(chǎn)工藝。

2.1 理論和實際回收率

根據(jù)柱浸試驗數(shù)據(jù),當(dāng)氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(CN-)≥200×10-6、pH值在10～10.5[8]、滴淋強度為9.0 L/(m2·h)、溫度約為18 ℃時,礦石在不同時間段的回收率為:滴淋0～30 d的回收率約為37 %,滴淋31～60 d的回收率約為11 %,滴淋61～90 d的回收率約為5 %,滴淋91～120 d的回收率約為2 %。其余時間按照1 %計算,直至回收率達到60 %。在實際生產(chǎn)中,由于礦堆的面積、堆高、滲透情況、滴淋強度、CN-質(zhì)量濃度、溫度等都會影響浸出效果,因此實際回收率比理論數(shù)據(jù)低1～5個百分點。通過對礦堆取樣化驗,實際結(jié)果約為:0～30 d的回收率33 %,31～60 d的回收率12 %,61～90 d的回收率5 %,91～120 d的回收率2 %。原生礦(硫化礦)柱浸試驗結(jié)果見表1和圖2。

表1 原生礦(硫化礦)柱浸試驗結(jié)果 %

圖2 1號柱浸出試驗結(jié)果

2.2 理論有效面積和金金屬量

上礦量按照平均每天4.5萬t,每月28 d計算,每月上礦量為126萬t;按照堆高10 m、礦石密度2.10 t/m3,上堆面積為6萬m2;原礦最低平均品位0.53 g/t計算,則每月上礦金金屬量為667.8 kg;按照4個月上堆礦石504萬t、面積24萬m2計算,結(jié)果見表2。

表2 理論有效面積和金金屬量計算結(jié)果 kg

由表2可知:上礦時間在4個月以內(nèi)的滴淋區(qū)域,滴淋30 d可浸出金約為347.3 kg,120 d以后至回收率達到60 %時的240 d時間內(nèi)每月有含金6.68 kg的液體循環(huán),合計金金屬量53.44 kg,理論上在正常上礦期間每月金產(chǎn)量約400.7 kg。由于冬天內(nèi)蒙古地區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū),有3個月浸出效果不佳,另有20 d不上礦;冬天和不上礦期間靠其他月份來彌補,減去20 d的產(chǎn)金量267.1 kg,以此循環(huán),全年可完成產(chǎn)金量約4 541.3 kg。

2.3 有效面積滴淋法應(yīng)用條件

1)合格礦石中粒度9 mm以下礦石量占礦石總量的百分比必須達到83 %以上,合格礦石中細(xì)小顆粒的含量越高,浸出效果越好。

2)為了保證滲透時間和效果,不在礦堆內(nèi)部形成溝流,需要控制滴淋強度。夏天滴淋強度控制在8.0 L/(m2·h);冬天為了防止凍害,滴淋強度控制在10 L/(m2·h)。

3)CN-質(zhì)量濃度控制在220～260 mg/L,可根據(jù)供礦品位和產(chǎn)金量調(diào)整,進一步降低CN-質(zhì)量濃度和用量。

4)貧液pH值控制為10.5,浸出后貴液pH值控制為10。理論證明pH越高,氰化鈉浸出效率越低,且不利于活性炭吸附;pH過低,氰化鈉發(fā)生水解,增加氰化鈉用量,因此需要在貧液池中加入保護堿調(diào)整pH。

5)有效面積內(nèi)要有足夠的上礦量和金屬量,礦石平均品位保證在0.53 g/t以上,貴液中金平均質(zhì)量濃度應(yīng)不低于0.15 g/m3。

3 工藝優(yōu)化及生產(chǎn)實踐

1)2019年生產(chǎn)情況。由于堆浸場2B、2C堆面積大,滴淋面積為82萬多m2,CN-質(zhì)量濃度為300～320 mg/L,貧液循環(huán)量平均為5 500 m3/h,2019年共計使用45 724 t液體氰化鈉,固體氰化鈉為46 000 t,平均每天126 t,使用量非常大,造成選礦成本居高不下。因此,采用有效面積滴淋法進行工藝優(yōu)化。

試驗證明,浸出時間為1～4個月,礦石的浸出效果最好,超過4個月的浸出效率非常低,如果大面積加入同樣濃度的氰化鈉只會增加其他元素對氰化鈉的消耗,造成氰化鈉浪費,因此需要把堆浸場地劃分成不同區(qū)域,把4個月的有效面積區(qū)域和其他區(qū)域分開,將氰化鈉集中加入到有效面積內(nèi)滴淋。

2)“有效面積滴淋法”的應(yīng)用。截至2020年4月20日,2C堆的滴淋面積分布如下:1個月以內(nèi)的面積有53 607 m2,滴淋1～2個月的面積為71 371 m2,滴淋2～3個月的面積為76 649 m2,滴淋3～4個月的面積為21 895 m2,其他區(qū)域已關(guān)閉,滴淋4個月以內(nèi)的面積共計22.352 2萬m2。把浸出效率最高的22萬m2的面積定為滴淋有效面積(根據(jù)平均品位的高低、CN-質(zhì)量濃度等實際生產(chǎn)情況調(diào)整面積的大小),加入氰化鈉滴淋。其余用于滴淋超過4個月的約60萬m3循環(huán)液體不再加入氰化鈉,以此類推循環(huán)。通過優(yōu)化減少了其他元素對氰化鈉的消耗,降低了氰化鈉用量。

3)具體實施措施。

(1)吸冶一車間貧液池的貧液量控制在2 200 m3/h左右,按照每小時2.8～3.0 t加入液體氰化鈉,液體氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %,相對密度為1.17。根據(jù)理論計算,每小時應(yīng)加入約1.4 t氰化鈉。但在實際生產(chǎn)中,貧液中含有大量消耗氰化鈉的雜質(zhì)離子,實際加入量是理論值的2倍多,要根據(jù)每天的化驗結(jié)果進行調(diào)整,CN-質(zhì)量濃度控制在230～260 mg/L(初始CN-質(zhì)量濃度70～90 mg/L),由離心泵送到2C堆有效面積內(nèi)噴淋;有效面積內(nèi)的礦石被浸出后,貴液滲透到堆的底部并集中到2C貴液池。

(2)2C貴液池的貴液由離心泵送到吸冶二車間吸附槽吸附,被活性炭吸附后形成CN-質(zhì)量濃度為90～110 mg/L的貧液,不再加入液體氰化鈉,而是直接由離心泵送到2B堆(堆內(nèi)礦石堆浸已超過6個月)大面積噴淋,這部分液體量約為3 000 m3/h。2B堆內(nèi)的礦石被貧液浸出后,滲透到堆的底部并集中到2B貴液池。

(3)2B貴液池的貴液一部分(2 000 m3/h)由離心泵送到吸冶一車間吸附槽吸附,被活性炭吸附后形成CN-質(zhì)量濃度為70～90 mg/L的貧液;另一部分(1 300 m3/h)在管道內(nèi)和2C貴液混合后送往吸冶二車間吸附槽吸附。

(4)吸冶二車間貧液的CN-質(zhì)量濃度平均為90～110 mg/L,泵送至2B 堆循環(huán)滴淋,貴液進入吸冶一車間吸附槽吸附后的CN-質(zhì)量濃度平均為70～90 mg/L。2B堆也會有一定量的金屬被浸出,這與實際生產(chǎn)的情況相符。

試驗和理論均表明,CN-質(zhì)量濃度越低,水中含氧量越高,不添加氰化鈉的區(qū)域有充足的時間依靠液體循環(huán)進行充氧,相當(dāng)于在2B堆充入一定量氧氣,增加了礦石的活性,有利于后期滴淋過程中金的浸出,每年能浸出約1 %的金金屬量,可用來平衡每月的產(chǎn)金量,使礦石最終的浸出率達到或超過60 %。

4)有效面積內(nèi)的液體實際用量和產(chǎn)金量。 從2020年4月至12月生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)來看,貴液循環(huán)液體總量為5 000 m3/h,在2C堆有效面積內(nèi)滴淋,貧液流量在2 200 m3/h,滴淋強度在8.50 L/(m2·h),貧液最佳CN-質(zhì)量濃度是230～260 mg/L,每天液體氰化鈉消耗75～80 t。從化驗數(shù)據(jù)看,2C堆有效面積滴淋區(qū)域貴液含金0.18 g/m3,貧液含金0.25～0.3 g/m3,貴液量在2 200 m3/h,每天可以吸附金金屬量8.1 kg,每月250.1 kg;其他貴液含金0.07 g/m3,貧液含金0.015 g/m3,貴液量在3 300 m3/h,每天可以吸附金金屬量4.36 kg,每月130.7 kg。實踐證明,每月冶煉產(chǎn)金量在360～395 kg,保證了全年4 500 kg的產(chǎn)量任務(wù)。

4 有效面積滴淋控制措施

從理論計算和運行實踐來看,控制有效滴淋面積是在保證產(chǎn)金量的前提下降低氰化鈉用量的最佳方法,但實際生產(chǎn)中控制非常困難,經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)考察,進行了如下改造優(yōu)化措施:

1)調(diào)整優(yōu)化階段。2020年4月27日—5月30日,在吸冶一車間新貧液池添加氰化鈉,調(diào)整CN-質(zhì)量濃度為230～260 mg/L、滴淋強度為8.0 L/(m2·h),關(guān)閉滴淋時間超過4個月的區(qū)域,不再添加氰化鈉。從生產(chǎn)運行情況和指標(biāo)來看,調(diào)整滴淋地點、滴淋強度、氰化鈉用量是可行的,金產(chǎn)量不但沒有受到影響,有些指標(biāo)甚至更好,有效降低了氰化鈉用量。

2)用量控制。在有效面積內(nèi),必須把液體流量控制在2 200 m3/h以內(nèi),CN-質(zhì)量濃度為230～260 mg/L。實踐證明,每班氰化鈉用量控制在25 m3(液體濃度0.125 %,固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.038 %,每克黃金消耗5.5～6.0 kg液體氰化鈉),能夠滿足生產(chǎn)需要。

3)管道布置。堆浸場周圍直徑為700 mm的主管道示意圖見圖3。

圖3 堆浸場周圍直徑700 mm主管道示意圖

4)液體流量控制。如果將液體流量控制在2 200 m3/h以內(nèi),必須把2A、2B、2C堆貴液管道連通,以便調(diào)配吸冶一、二車間的貴液量。貧液管道以直徑200 mm的分支管路跨接方式連接,見圖4。

圖4 管道連接方式示意圖

5 應(yīng)用效果

有效面積滴淋法自2020年4月6日—12月20日實施以來,生產(chǎn)指標(biāo)逐步穩(wěn)定,運行效果良好。每月液體氰化鈉用量控制在2 500～2 750 t,每年控制在30 000～33 000 t,較2019年的45 724 t(折合固體氰化鈉660 t)可節(jié)約12 724～15 724 t。如果平均品位和粒度提高,氰化鈉用量還可以在30 000 t基礎(chǔ)上繼續(xù)降低;如果平均品位降低,為了完成產(chǎn)金任務(wù),便不可以降低氰化鈉用量。2019—2021年氰化鈉消耗對比見表2(液體氰化鈉平均價格為4 500元/t)。應(yīng)用有效面積滴淋法后,2021年節(jié)約藥劑成本5 514萬元。

表2 2019—2021年氰化鈉消耗對比 t

6 結(jié) 語

有效面積滴淋法在太平礦業(yè)公司的成功應(yīng)用,既有利于各種指標(biāo)的控制,又起到降本增效的作用,取得了顯著的經(jīng)濟效益,僅2021年節(jié)約藥劑成本5 514萬元。在實際應(yīng)用過程中,需要根據(jù)上礦量、礦石品位、上礦面積、粒度等指標(biāo)科學(xué)地調(diào)整有效滴淋面積。根據(jù)產(chǎn)量完成情況,及時增減有效滴淋面積以達到降低氰化鈉消耗和成本的目標(biāo)。