中国铜矿资源的综合利用与绿色矿业.pdf

工 贸 源 i育 搬 中国铜矿资源的综合利用与绿色矿业 陈从 喜 ( 国土资 源部信 息 中心 ， 北京 1 0 0 8 1 2 ) 摘要 ： 本 文从 中 国铜 矿资源的主要特 点 出发 ， 综述 了铜 资源开发综合利 用和绿 色矿 业的进展 和 实 例 ， 对 未来铜 资源综合利 用和绿 色矿 山建设进行 了展 望。 关键词 ： 铜资源综合利 用绿 色矿 业 根据 中国铜矿 资源的主要特点 ，中国正在 大力提 倡绿色矿业 ， 发展适 宜处理低 品位 、 复杂难 选冶铜矿 的 提取技术和开展矿 渣和尾矿 的综合利用 ，提 高铜 的利 用率 ， 并对铜矿 山进行 生态恢复治理 和土地复垦 ， 规划 到 2 0 2 0 年 实现基本建成绿 色矿 山的 目标 。 一 、中国铜矿 资源的特点 截至 2 0 0 9年底 ，中国 的铜 矿产 探 明矿 山数量 有 1 6 0 7 处 ， 查 明资 源储量 为 8 0 2 6 3万吨 ， 居世界第 7位 。 但中国铜矿资源分布存在富矿少， 贫矿 、 复杂难选冶矿 多， 且矿区分散、 点多 、 量少等特点， 在全国已经探明的 铜 资源中 ， 有 5 6 储 量的铜 品位在 0 7 以下 。中国铜 矿资源多数不适合火法冶 炼 ，只能用湿法提炼 的方法 进行 富集 。 正是由于铜矿资源的这些特点决定了必须采用综 合利用 的方法 回收铜 。 经过 多年的技术革新 ， 采用 了绿 色矿业的理念，注重开发利用复杂难选冶和低品位矿 石 ， 在铜矿回收率上有很大的提高， 特别是硫的固化率 明显得 到了改善 ， 从而减少 了铜 工业对环境 的污染 ， 为 铜工业 的可持续发展提供 了很 大的前提保 障 ；在 能耗 方面有了大幅度的降低，符合了世界工业低碳经济发 展要求 ； 铜的成材率也得到了很大提高， 从而提高了铜 的利用率 ” 。 二 、 铜矿资源综合利用进展 ( 一) 铜矿业生命周期 按照铜矿开发生命 周期过程回 ， 即勘探一 开发一设 计及可行性论证一环境评估一批准一选矿加工和冶金 加工一废水处 理一矿渣 废石 管理一矿 山厂址退役 和 修 复一环 境 监 控一 土 地 复垦 再 利用 的过 程 进 行 管 理，采用综合利用和绿色矿业的理念进行资源开发管 理 。 ( 二) 铜矿资源综合利用 铜矿资源综合利用目前有以下几个途径【引 。 1 勘 探环 节 国家地质勘查规范规定 ，在勘探阶段要加强共伴 生金属的勘查和评价 ，同时开展铜等有色金属矿产资 源综合利用科技攻关 ，提 高低 品位和难选冶矿 的资源 综合利用 能力 。 从 2 0 0 4年起 ， 在东 部 、 中部一些 危机矿 山的深部 和外 围实施 国家 危机矿 山找矿计划 ， 也取得 明显成效 。 2 采矿开发环节 针对中国矿产的特点和开发利用现状 ，开展了对 深部矿产资源开发研究。尤其是东部已进人深部开采 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 8 8 作 者 简介 ： 陈从喜 ( 1 9 6 3一) ， 男 ， 研 究员 ， 主要 从事 国土资 源战略和政策 研究 。 国家可持续 发展 国土资 源战略研究专项综 合战略研究课 题专题 五 国土资源高效 和集约利用 战略研 究成果之一 。 2 0 1 0 年第9期 圄阻 国土资源情报 的矿 区， 开展了高效低耗露天与地下开采工艺 、 开采方 法 以及中低 品位 、 复杂矿产的选冶工艺技术的研 究。 对 表外矿 、 边坡及外 围残矿进行回收利用 。 3 选矿 冶炼环节 针对 中国铜矿石低 品位 、 复杂难选冶 的特点 ， 开展 了复杂难选冶矿石和难选氧化铜矿 的选冶工作 。 ( 1 ) 铜矿石浮选技术进展 。 铜矿石主要有硫化铜和 氧化铜两大类 。 硫化铜矿石主要采取浮选法处理 ， 而氧 化铜 矿石 多采用浮选与湿法 冶炼 相结合 的方式处理 。 近年来在 硫化铜 浮选工 艺上 ，不 断有 新工 艺流 程提 出 ， 这些新 工艺主要 以“ 快 收 、 早 收 、 早 丢 ” 为原 则 ， 表 现在多碎少磨 、 异步浮选 、 分支 串流浮选 、 电化 学控制 浮选和原 生电位 调控 浮选新工 艺受到广泛重视和推广 应用【 1 。 ( 2 ) 生物浸铜技术进展 。 自 1 9 5 8年肯尼考特铜业 公司实现细菌浸铜工艺以来 ， 经过多年的探索与实践 ， 细 菌浸铜工艺大致形成几种原则流程 。细菌浸铜工艺一般 用来处理大量的含铜贫矿石 、 尾矿 、 废矿和小而分散矿山 的铜矿石 ， 处理的矿石铜品位通常在 0 1 1 0 t6 9 m 1 。 主 要有堆浸与地浸两种方式。 堆 浸 ： 作为一种简便 、 经济有效 的铜浸 出技 术 ， 由 于生产成本低 ，已在1 二 业生产 中获得广泛应用 。近年 来 ， 堆浸的发展趋势 主要 表现在规模大 型化 、 机械化 、 堆层薄化、 矿石制粒堆浸等方面。 地浸 ： 即地下溶 浸技术 ， 是把某种化学溶剂注入地 下矿岩 中使有 价金属 溶解 出来 ， 然后收集 溶液 ， 从中提 取有价金属产 品的工艺 。这种技术不需 要将矿石采 出 地面 ， 省 去了建选矿厂 、 冶炼 厂的高昂费用 ， 一般不产 生废水 、 废气 、 废石 ， 不破坏地表植被 ， 能较好地 控制环 境污染 。 4 废水废气处理环节 铜矿生产矿山要求全 面推行清洁生产 。如德兴铜 矿 现场 标准化管理 ， 优化 采剥工程 ， 杜绝 清水酸化 ， 预 防生产过程中的跑 、 冒、 滴 、 漏 ， 不断降低选矿吨耗水 量 ，削减选矿废水 的产生量和排放量 ，提高回水利用 率 ， 实现节能 、 降耗 、 减污 、 增效的 目标 。 金川公 司现冶炼产生 的废气余 热基本 已全部 回收 利用 ， 废气 中的 s o 用于制酸硫 酸和 n a s 0 该公 司还 对硫 酸用于贫矿 的浸 出进行过研 究。冶炼烟尘也全部 囵2 0 1 0年第 9 期 进行了回收处理 。 5 废渣 尾矿处理环节 随着中国炼铜工业的持续发展，铜矿资源已日趋 枯竭，目前 含铜 0 - 2 0 3的铜矿 已被开采利用， 而 在铜冶炼过程产 出的炉渣含铜量却在 0 5 以上 。 中国 的铜渣主要为火法熔炼渣， 每年产出 1 5 0万吨 以上， 日 前 累计达 2 5 0 0多万吨， 此外还有相当数量的转炉渣和 湿法炼铜 浸出渣 。 铜渣利用 的化学处理工艺 主要指通过对铜渣采用 贫化工艺而提取渣 中的有用元 素， 最终达到对铜渣贫 化利用 的 目的。对铜渣 的贫化处理， 目前世界上工业应 用 的有 电炉贫化 和炉渣选矿两种方法 。通 过对铜废渣 的处理 ， 可 以再选铜 、 金 、 银 、 钴 等金属 ， 还 可以再 选其 他金属和非金属 ， 金属回收率可达到 8 0 9 0 。 此外， 铜渣经过物理处理可用于制造铜渣水泥 、 砌块 、 矿棉等 其他建筑 材料 1 。 铜 矿尾矿 可以再选矿和冶炼 ， 提取有价金属铜 、 铁 等。如安庆铜矿尾 矿中含铜 0 1 1 9 、 含铁 1 1 ， 该矿对 尾矿 中铜 、 铁 资源进行 了综 合 回收 ， 获得含 铜 1 6 9 4 的铜精矿( 回收率 8 4 4 3 ) 和含铁 6 3 的铁精矿( 回收 率 4 8 7 1 ) 。铜矿尾矿剩余废弃物还进行资源化处理 ， 真正做到资源“ 吃干榨净” 1 1 1 , 12 1 。 6 矿 山生态恢复和土地复垦环节 中国建 了矿山生态环境恢复治理保证金制度 ， 主动做好矿山地质环境恢复治理1 二 作 。有条件的地方 ， 还开展 _ r 矿 山废弃土地的复垦。 对于有历史意义和游览 价值的闭坑矿山， 开展矿山公园建设。还大力倡导绿色 矿山建设 ， 初 步建成一批示范 试点矿 山， 建立并完善了 绿色矿山标准体系和管理制度 ， 研究形成 了配套绿色矿 山建设的激励政策 。 规划到 2 0 2 0年， 全国绿色矿山格局 基本形成 ， 大 中型矿 山基本达到绿 色矿 山标准 ， 小 型矿 山企业按照绿色矿山条件严格规范管理。 资源集约节约 利用水平显著提高 ， 矿山环境得 到有效保护 ， 矿 区土地 复垦水平全面提升 ， 矿 山企业与地方 和谐发展 。 三、 实例 1 德兴铜矿分步优先浮选新工艺 德兴铜矿为世界级特大型斑 岩型铜矿床 ，其最初 i 鎏l - r贸 骤 1 育雪 l曼 的工艺流程 为一段磨 浮 j 艺 ，后发展为粗精矿再 磨铜 硫分 离工 艺 ， 该工艺一直沿用至今 ， 为企业创造 了极 大 的经济效益 。 在不断探索 与实践 的基 础上 ， 德兴铜 矿选 矿 工艺流程不 断调整 、 优化 、 革新 ， 流程 的变化 主要 表 现在 铜硫 分离阶段 ， 先后经历过低 碱度 铜硫浮选工 艺 、 异步混合 浮选一 艺和分步优先浮选新 工艺 。分步优先 浮选 新 工艺 的应用 使铜 精矿 品位 由原来 的 2 4 提 高 到 2 5 以上 ， 同时钼的富集 比 由原来 的 3 0 倍左右提 高 到 4 5倍 以上 ，钼 回收率 由 5 0 左 右 提 高 到 6 0 6 5 。 该工 艺在江西铜 业 、 安徽铜 陵 、 大冶有 色 、 武 汉钢 铁等数十家 大中型选矿厂获得 了工业应用 。生产实践 表 明， 新 工艺浮选 过程稳 定 、 易 于操作 ， 选铜 回收 率均 有较大程度的提高lf i。 2 德兴铜矿堆浸厂 在原生黄铜矿石占 9 0 以上且含铜废石铜品位 仅 0 0 9 的情 况下 ， 成 功地 实现了细菌浸出提铜工艺 。 t艺流程 为全闭路循环 ， 共有 3 个 闭路循环 系统 ， 即： 酸 性水闭路循环 、 萃取有机闭路循环和电积液 、 反萃液闭 路循环 。 堆浸生产过 程中 ， 在 清污分 流工程做好 的前提 下， 生产液体通过闭路循环 ， 将废石中的铜提取 出来 ， 酸性水在 喷淋循环 中不断蒸发损 耗 ， 达到 以废治废 、 回 收资源 的 目的 。 3 紫金 山铜矿 紫金 山铜矿是一座大型铜矿 ， 铜金属工业储量 1 4 6 万 吨 ， 平均 品位 c u 0 6 3 ， a s 0 0 3 。 由于原矿铜 品位 低 ， 含砷 高 ， 采用传统 的浮选火法炼铜 工艺 ， 投资 大 、 成 本高 、 污染 重。因而 ， 投资省 、 成本低 、 污染少的生物提 铜技术成 为首选工 艺。紫金 山铜 矿 2 0 0 0年 建 成 3 0 0 吨 年 生 物 堆 浸 实 验 厂 ， 2 0 0 4年 生 产规模 扩大 到 1 万吨 年 。 目前该矿正在进行建设年产 2万吨阴极铜 的微 生物 堆浸 厂 的可行 性 研究 ，拟用 矿石 破 碎 +筑 堆 +微生物浸出 +溶剂 萃取 +电积的流程1 9 。 4 冲 条山有色金属公司铜矿峪矿 铜 矿峪 矿在 8 l o米 标高 以上有 数千 万吨铜 矿石 ， 平 均含 c u 0 5 9 ， 氧化率 5 0 以上 ， 用 常规 的采选 冶 方法回收在经济上不合算。 通过科研攻关 ， 采用地下溶 浸技术 ，在 中国首次实现 了数万 吨级的地下破碎 就地 浸出，建成了年产电解铜 5 0 0吨的地下溶浸提铜示范 系统， 其工业生产指标和技术均达到国际先进水平。 通 过扩建 ， 规模将 达到 年产 电解铜 2 5 0 0吨 ， 经济 效益将 进一步提 高。 此外 ， 进行地浸技术研究 的还有寿王坟铜 矿 、 柏坊铜矿、 双马铜矿等。其中寿王坟铜矿已完成工 业 试验 ， 铜浸 出率达 到 6 8 1 1 ， 柏 坊铜矿 和双 马铜矿 还 在进行 小型试 验与技术探讨之 中嘲 。 5 四川拉拉铜矿床尾矿的综合利用 四川 i 拉拉铜矿床是 四川 目前最 大的铜 矿床 。拉拉 铜 矿 目前铜 金属储 量 5 6 万 吨 ，已回收利 用的元 素有 c u 、 c o 、 m o 、 a u 、 a g 、 f e 、 s等 。拉拉 铜矿 自 1 9 5 8年建 成 投产 以来 ，先后 建成 3 个尾矿库 ，到 目前共储 集尾矿 2 0 0 0 万 吨。 第 1、 期尾矿中铜 、 钴 、 钼 、 金 、 磷和稀土品 位分别为 0 2 1 7 、 0 0 1 2 5 、 0 0 0 5 、 0 2 克 吨 、 0 7 6 和0 6 。因此对早期尾矿 的处理有重大意义。 ( 1 ) 再选金属和非金属。 主要基于早期尾矿中多种 有价元素含量较 高 ，通 过研究主元素与伴生元素 的关 系及特点 ，采用先进 工艺流程 ，根据铜矿 目前生产 条 件，最终能获得含铜为 2 1 左右 的铜精矿 ，回收率 8 5 左右 ； 含钴 o 4 左右钴精矿 ， 回收率 2 5 左右 ； 含 金 3 2克 吨 左 右 金 精 矿 ， 回收 率 5 5 左 右 ； 含 p 2 0 3 0 左 右 的磷灰 石精矿 及含 p 2 0 2 1 左右 的独居 石 精矿 ， 总体 能产生较 大的经 济价值 。 ( 2 ) 做水泥矿化剂 。 在水 泥生料 中单掺或混合掺入 铜尾矿， 烧成水泥熟料时可降低烧成温度， 这样既降低 能耗又能改善水泥熟料 的性能 。 ( 3 ) 多功能肥料 。 拉拉铜矿尾矿 中含有较丰富的为 某 些植物 生长或质 量优化所 需的微 量和常 量元素 ， 如 钼 、 铁 、 钾 、 磷、 稀土元素等 ， 将其适当加工， 施于缺乏相 应元素的土壤中，可以起到促进植物生长或优化质量 的作用 ， 故这些尾矿是一种综合性的多功能肥料。 ( 4 ) 回填和 复垦。只要处 理得 当， 尾矿是一 种采 矿 区充填很好 的材 料 ， 具 有就地取材 、 来 源丰 富和输送 方 便的特点 ， 并省去扩建 、 增建尾矿库的费用 。拉拉铜矿 用尾矿造地覆 田也取 得 了很 大成功。 ( 5 ) 铜尾矿可作为砂替代 品 、 水 泥粗骨料 等建筑材 料 阎。 四、 展 望 ( 1 )中国是一个铜矿资源非常缺乏但铜消费量又 很大的 国家 ， 而且铜矿具有 富矿少 、 贫矿多 、 矿 区分散 、 2 0 1 0 年第 9 期圈 崮 = l ： 贸 碌 1 胃馓 点多 、量少 等特点 ，在全 国已经探 明的铜 资源 中 ， 有 5 6 储量的铜 品位在 0 7 以下 。对于这种资源来说 ， 不适合采用火法冶炼 ， 相反， 湿法炼铜技术f 浸 出一萃 取一 电积工艺) 非 常适合 提炼这 种铜矿 ， 所 以湿法炼铜 在 中国具有 广阔的市场前景 ，也是缓 和 目前 国内铜资 源供需矛盾的一种很重要的方法 。 ( 2 ) 湿法炼铜技术的核心是铜高效萃取剂的使用。 目前 国内大部分 湿法炼 铜企 业都 使用 国外进 口的药 物 ， 这样就使得 国内的铜企业对 国外依赖性增大。 如何 研制具有高选择性 、反萃效果好和铜铁分离系数大的 特效铜萃取剂是 目前和今后湿法冶炼工作者的主要任 务。国内对铜萃取剂的研究主要集中在羟肟和 b 一二 酮等不适宜高氯条件下萃铜的萃取剂上 ，还有就是对 一 些萃取剂进行局部改性，对新型铜萃取剂的开发研 究力度不够， 所以今后要在这方面加大投入， 大力开发 具有 自主知识产 权的铜萃取剂 ，提高铜工业 的抗 风险 能力 ， 摆脱 对国外产 品的依赖 ， 这对 中国国民经济发展 具有深远意义。 ( 3 ) 提高铜冶炼技 术水平 ， 是发展铜工业 的最根本 途径 。 最大效率地从铜矿石或铜精矿 中提取铜 、 从工业 含铜废水中回收铜、减少铜资源的浪费已成为中国铜 工业发展亟待解决的问题。要努力加大对再生金属铜 的投入 ，再生金属铜是缓和 国内铜资源供 需矛盾 的又 一 种很重要的方法。 ( 4 )绿色矿山是 当前铜资源可持续开发 的急迫而 又持久 的任务。 绿 色矿 山是以保护生态环境 、 降低资源 消耗 、 追求循环经济为 目标 ， 将绿色生态 的理念与实践 贯穿于对矿产资源开发利用 的全过程 ，体现 了对 自然 原生态的尊重 、 对矿产 资源 的珍惜 、 对景观生态的保护 与重建。绿色矿 山建设就是要实现矿产资源利用集 约 圄 日 2 0 1 0 年第 9 期 化 ， 达 到开采方式科学 化 、 生产工艺环保 化 、 企业 管理 规范化 、 闭坑矿区生态化的有关标准和要求 。因此 ， 要 加大对全 国铜矿 山绿色矿 山建设 的力度 ，争取在 2 0 2 0 年前使全 国规模以上铜矿 山达到绿色矿山的目标。 参考文献 1 】张新 安 ，陈从喜中国国土资源安全状况分析报告 ( 2 0 0 4 2 0 0 5 ) 。北京 ： 中国大地出版社 ， 2 0 0 6 3 04 3 0 5 2 s e v k e t d u mc ， an n a k o r r e ， g a b r i e l a mu n o z - me l e n d e z mi n i n g l i f e c y c l e mo d e l l i n g ： a c r a d l e t o - g a t e a p p r o a c h t o e n v i r o n me n ta l ma n a g e me n t i n t h e mi n e r a l s i n d u s t r y e l s e v i e r ：j o u r n a l o f c l e a n e r pr od u c t i o n 2 0 0 61