低品位矿床开采先进技术方法

(一)溶浸采矿技术

溶浸采矿是根据物理化学原理和化学工艺，利用某些化学溶剂及微生物，有选择性地溶解、浸出和回收矿床、矿石或废石中有用组份的一种采矿方法，它是一门涉及地质学、采矿学、湿法冶金学、物理化学、流体力学等多学科交叉的边缘学科。按浸出工艺和方法不同，溶浸采矿可分为原地浸矿法、堆浸法、就地破碎浸矿法等三种主要方法。

原地浸矿法简称“地浸”，其显著特点是用溶浸液直接从天然埋藏条件下的非均质矿石中选择性地浸出有用组分的地、采、选、冶联合开采矿石的方法;堆浸法指用传统采矿方法将矿石采出，运出原地后堆置于井下空场或巷道中，或运到地表堆场或废石场，然后进行浸出和加工成商用产品的方法;就地破碎浸矿法是利用露天或井下碎胀补偿空间，通过爆破或地压手段将矿石就地进行破碎，然后进行淋浸，并通过集液系统将浸出液送往提取车间，制成合格产品的方法。

随着现代化建设的发展，中国激增的矿石需求量与中国大多表现为“一贫二杂三差”的矿产资源之间的矛盾愈发突出。溶浸采矿因能较好地回收常规开采方法不能回收的低品位矿石、难采矿体、难选矿石和废石中的有用成分，拓宽了地下矿产资源的利用范围，增加了矿石储量，为满足中国工业对矿石产品日益增长的需求开辟了新途径。而且，与传统的采矿方法相比，溶浸采矿具有环境污染小、生产成本低等显著优势，故溶浸采矿技术在低品位矿床开采中显示出了广阔的应用前景。

长期以来，国内外学者对溶浸采矿的理论和实践给予了极大关注。特别是20世纪70年代以后，美国、加拿大、前苏联、澳大利亚等国在溶浸采矿领域开展了大量的研究。据不完全统计，目前国外采用溶浸法生产的铜金属占总产量的30%左右，铀金属量占总产量的20%，金产量占到25%左右。

目前国内外溶浸采矿技术己日趋成熟，在几种主要金属如铀、铜、金、银的生产中，溶浸采矿技术生产量所占比例逐年增加。在理论和技术方面也不断取得创新、突破，主要表现在以下几个方面：

1、工艺技术经过多年实践，不断改革，已日趋完善，如钻孔工程的改善;溶浸范围的控制及生态环境的保护与复原;溶浸液的最佳选择与配制;钻孔网度的数值模拟;各种控制和监测系统的形成;细菌的培养与菌液的制备;布液和集液工艺;流程设施和输送与抽注液管道的防腐;防止渗漏的技术;爆破块度的控制;浸出与提取工艺的改进等方面均积累了丰富的经验。

2、已将多学科的最新成就紧密结合起来。如矿床成因新理论、湿法冶金的离子交换、溶剂萃取;石油开采的钻井、固井、完井技术;水文地质学中水动力学和渗流理论等。溶浸采矿是在矿床学、地质学、地球化学、水文地质学、采油工艺学、湿法冶金学、选矿学及常规采矿学等相互渗透、相互影响下迅速发展的。

3、溶浸采矿理论的研究，在浸矿热力学条件和动力学机理、细菌浸矿机理、多孔介质流体动力学、计算机模拟等方面取得了大量成果。

(二)溶浸采矿关键技术

1、地下浸出矿石块度控制的挤压爆破技术

地下破碎浸出工艺中，矿石的爆破破碎效果将直接影响到地下浸出率。如何根据具体的情况和条件，研究设计一种切实有效的爆破技术对浸矿块度进行控制是地下溶浸的关键之一。采用自拉槽小补偿空间一次挤压综合崩矿技术，成功地实现了数万吨级爆破的矿石块度控制，满足了地下浸矿工艺对爆岩块度的要求。起爆方案是：毫秒微差非电导爆管与导爆索复式起爆。具体的爆破网络设计方案是：双排同段多排微差一次挤压爆破。

2、孔网布液与静态液流系统控制技术

设计下向垂直扇形孔进行静态渗透布液，确保了布液均匀，不留死角。设计全新的地下浸出液流系统模拟试验方法，考察不同布液方式、不同布液强度、不同喷淋制度、不同矿石块度等因素对浸矿液流的影响，最终为工业化浸出生产的各项工艺参数的确定提供设计依据。工业化生产表明，设计的布液方案正确，液流系统均衡，没有形成浸矿径流，浸出效果好，浸出液浓度最高达5.6g/L。

3、注浆防渗与疏导结合的综合集液技术

集液是地下溶浸的关键环节，如果浸出富液没有得到有效收集，不但造成铜金属的损失，而且将对地下水造成污染。一方面通过导流孔进行浸出液的疏导汇集，另一方面通过注浆孔进行防渗注浆。注浆采用孔口循环的半循环式注浆工艺。工业化生产表明，该项技术应用效果良好，集液率达92.18%。地下水环境监测数据也证实，地下浸出生产以来，地下水的pH值、S042-，Cu2+、Fe3+浓度均符合地下水环境评价(GB/T14848-93)“地下水质量标准”的三类标准。

(三)溶浸采矿在低品位矿床开发的应用

1、低品位铜矿

为了开发利用铜矿峪铜矿赋存的大量难采难选低品位氧化矿资源，1997～2000年北京矿冶研究总院、中条山有色金属公司和长沙矿山研究院合作，进行了国家“九五”重点科技项目“难采难选低品位铜矿地下溶浸试验研究”的攻关，形成了“孔网布液，静态渗透，注浆封底，综合收液”技术特色的成套地下浸出提铜技术，首次成功地实现了原地破碎浸出采矿技术在我国有色矿山的应用，取得了良好的经济效益和显著的社会效益。

1997～2001年，经北京矿冶研究总院和寿王坟铜矿共同努力，完成了国家财政部资源补偿费资助项目“寿王坟铜矿空区存窿矿石就地细菌浸出技术研究及工业化”，对于低品位的混合铜矿，浸出率达68.11%，集液率达93.48%，已属于优异指标。实现了国内__家铜矿资源数万吨级就地细菌浸出工业化生产，取得了914.32万元的年直接经济效益和显著的社会效益。此外，黑龙江省多宝山铜矿对地下低品位氧化铜矿首次实现了国内首家寒冷地区的堆浸。在防冻方面采用埋入矿堆的滴管布液法，效果非常好。

紫金山铜矿生物提铜技术研究在完成试验室小型试验和扩大试验基础上，进行了现场300t·Cu/a和1000t·Cu/a级工业试验。入浸铜品位0.42%～0.88%，浸出周期180～240天，铜浸出率75.68%～80.84%。电铜质量达到国家A级铜标准。技术创新点包括：①改良与应用了本土微生物，得到驯化菌与诱变菌，提高了耐酸性和浸出效率;②研究成功了适合于高S/Cu比铜矿特点的生物堆浸工程技术、酸铁平衡技术和除杂技术;③成功开发了高温多雨地区生物堆浸过程水平衡技术;针对紫金山含砷低品位铜矿特点，与传统的选矿-火法炼铜工艺相比，该技术较好地解决了砷的污染问题。所开发的技术及其指标居国内领先，达到国际先进水平。紫金山铜矿已形成国内__条地下采矿-生物堆浸-萃取-电积千吨级生产线，累计生产阴极铜3209t，获得经济效益2590万元。应用该技术成果建设的紫金山万吨级生物提铜矿山基本建成，使铜储量达146万t的紫金山大型低品位硫化铜矿得到大规模开发，预计年经济效益可达1.84亿元。该技术成本低、对环境友好，经济效益显著，可推广应用于我国低品位及偏远地区铜资源开发。

2、离子型稀土

采用就地控速淋浸采矿方法开采离子型稀土矿，基本上不破坏矿山植被，不产生剥离物及尾矿污染。由于浸出电解质溶液从风化矿层上部注入，进入风化层下部后，还可渗入到半风化层、微风化层直到花岗岩基岩，因此大大提高了稀土资源的利用率。就地浸出采场面积小则数千平方米，大则数万平方米，参加浸出矿量几万吨至几十万吨，稀土产量几十吨到几百吨，矿山生产能力比池浸成倍增长，不但使工人劳动条件大为改善，而且生产费用大大降低。由于采用碳铵沉淀，上清液经回收处理，闭路循环使用后，浸出电解质耗量比池浸工艺要低，加上无需建造一系列造价较高的浸析池，因而吨稀土成本比池浸工艺有大幅度降低。寻乌稀土原矿生产公司近十年来一直在探索用溶浸采矿法来开发离子型稀土矿床，其中部分矿区已经取得了一定的成功。

二、低品位矿床开采面临的形势

近年来，中国有色行业虽然在低品位矿利用方面取得了一定的成绩，但也还存在许多问题。

首先，低品位矿利用发展不平衡。有色矿山低品位矿利用工作，在绝大多数矿山已开展，但发展缓慢且不平衡。开展低品位矿利用往往是社会效益大于经济效益，是“功在当代，利及千秋”的事业。其次，开展低品位矿利用的相关试验研究深度、广度不够。很多矿山对低品位矿利用没有形成系统的科学管理体系，使利用工作上不了档次，上不了规模。因此在矿石采选过程中，在回收主产品的同时应加强改进工艺流程以提高综合利用率。第三，低品位矿利用回收率低。据报道，目前中国共、伴生组分综合回收率达70%以上的企业不足40%，有色矿山伴生金的选矿回收率一般只有50%～60%，伴生银的回收率60% ～70%，与国外的指标相比分别相差10%左右。第四，中国的现行矿业税费过重。1994年1月以来，实行新的税费制度，有色矿山企业的税费增加了15%左右，这使得大多数企业必然采富弃贫以暂时减轻过重的税赋。

三、加强低品位矿床开发的对策

(一)进一步转变观念，提高低品位矿利用意识。矿山企业应树立长远战略观念，把低品位矿利用作为实现矿业可持续发展的必要措施来认识，在经济合理的前提下，逐步提高低品位矿综合利用率。

(二)加强地质勘查力度，合理确定矿山边界品位和工业最低品位。国家应该组织力量对全国的矿产资源进一步进行勘查，在寻找新矿山的同时，努力挖掘老矿山的潜力，重新界定其边界品位，使过去被抛弃的废石变成可以利用的低品位矿，特别是老空区以及崩落区的残留铜金资源的综合回收。

(三)提高矿山科技含量，加大科技攻关力度。首先要加强低品位矿资源的调研工作，摸清低品位矿资源量、类型、质量，根据不同类型的低品位矿的不同特点，做好经济评价，因地制宜地寻找低品位矿利用的先进设备、新技术、新工艺，特别是加强溶浸采矿法的研究：①进一步加强难浸矿物的溶浸采矿工艺技术研究;②扩大溶浸采矿使用范围的试验研究，使更多品种的金属能采用溶浸采矿技术回收，并加强研究，使溶浸采矿进行较大规模工业化生产;③重点加强原地浸出工艺技术研究，原地浸出是低品位金属矿床回收最有效的方法，尤其在地表下不允许崩落时更是如此。

(四)强化管理，制定相关管理条例。低品位矿利用工作应组织专门的班子进行负责，实行从调研、经济评价、科技攻关到最后开发利用全面管理，各个环节分别由专家把关，管理班子要分工协调，相互制约。同时制定低品位矿利用的具体实施细则，使低品位矿开发利用工作真正纳入矿山企业的正常生产轨道。

(五)减免赋税，缓解压力。为鼓励矿山企业利用低品位矿，国家应给予一些优惠政策，从政策上给矿山更多的优惠。