含铜金矿（通用3篇）
含铜金矿 篇1
由于铜会造成高的氰化物耗量, 因此铜金矿石用直接氰化法提金往往不经济。经过近百年的研究, 氨氰体系已被证明是从各种铜金矿石中选择性浸金的最有效的方法。但是由于氨氰体系的复杂性, 对该体系溶解金的机理至今仍未达成共识。目前对氨氰体系浸金机理主要形成以下3种认识: (1) 金是被Cu (NH3) 4 (CN) 2浸出的 (反应1) , 氨被人能使Cu (Ⅱ) 的活性降低, 并抑制与CN-的反应; (2) 金被Cu (Ⅰ) CN2络合物连同Cu (Ⅰ) —NH3作氧化剂浸的 (反应2) , 氨被认为能使可溶性的Cu (Ⅱ) 的数量控制在痕量水平, 足以使金氧化, 不会使氰化物氧化; (3) 金由一种混合的Cu (Ⅰ) —CN—NH3络合物, 以O2作氧化剂浸出的 (反应3) , 该机理假定氨能形成一种反应活性的混合络合物使金氧化[1,2,3]。
可以看出, 在氨氰体系浸金中, 主要是对氨的作用、Cu (Ⅱ) 的影响、浸金的氧化剂不太清楚。研究的目的是通过一系列的试验结果来探讨这些问题, 研究氨氰体系的浸金机理。
1 矿石性质
试验精矿样品取自山西某金矿的浮选厂。该矿床属中温热金矿床, 矿石类型为原生矿石。矿石中金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、闪锌矿和方铅矿, 脉石矿物主要为石英、长石和方解石。矿石中金主要以独立矿物形式产出, 金矿物有自然金和银金矿。金矿物中次显微金形态复杂多样, 有粒状、片状、树枝状和细脉状等。金矿物主要以裂隙金和晶隙金的形式产于黄铁矿、黄铜矿和脉石矿物石英中。浮选精矿的主要元素:Au25.23g/t、Ag757.08g/t、Cu6.3%、S43%。试样的自然粒级为:+0.074mm占20%, -0.074~+0.043mm占26.5%, -0.043mm占53.5%。
对试样全泥氰化结果表明, 金有较高的当出率, 但氰耗高达130kg/t。结果与矿石性质一致, 即金以裂隙或晶隙的存在形式使精矿具有良好的氰化浸出性能, 但游离氰根会溶解大量铜, 造成高的氰耗。对试样还进行了硫脲、硫代硫酸盐和分步浸出试验, 但未能取得理想的结果, 条件优化后的浸出条件及结果见表1。
2 小型试验
2.1 试验方法:
小型试验采用可调式电动搅拌器在1L烧杯中进行, 搅拌浸出考察金的浸出性能。搅拌试验样品均为100g, 液固比为3:1, 试验均在室温下进行。搅拌浸出结束后, 将矿浆地滤, 对滤渣和浸出液进行相关测试。
2.2 分析方法:
试验涉及的主要分析方法如下:Au、Ag、Cu用原子吸收法;CN-用二硫腙硝酸银滴定法。p H用p H试纸和p H计测定。室内试验中基准试剂用基准纯, Na CN为工业品 (含量98%) , 其余试剂均用分析纯。扩大试验中浸出试剂均为工业品。
2.3 结果与讨论。
2.3.1 游离氰根对铜和金浸出的影响。游离氰根对铜和金浸出的影响采用了直接氰化试验, 结果见表2。
样品中的铜矿物主要为黄铜矿和辉铜矿, 这些铜矿物都能在常温条件下被氰化物浸出, 因此它们很容易消耗相当数量的游离氰化物, 溶解大多数铜矿物并形成Cu (CN) 2-, 而Cu (CN) 2-对金和铜矿物都是惰性的。从试验结果可以看出, 随着氰化物消耗量的增加, 铜的溶解率在增加。但是, 达得55.84%的铜溶解率时, 每浸出矿石中1%的Cu大约需要消耗37.18kg/t的Na CN, 而铜溶解率为22.58%和13.10%时, 每浸出矿石中1%的Cu大约需要消耗的Na CN分别下降到21.13kg/t和17.81kg/t。由此可以看出, 铜的浸出与氰化物的消耗并不是线性关系, 要降低铜的浸出, 显然要降低氰化物的用量。但是正如试验结果显示的一样, 金的浸出率也是随氰化钠用量的减少而降低。
2.3.2 铜的加入量对浸出的影响。
在试验D、E、F、G中 (表3) , 固定NH3:CN-为3:1, 逐步减少Cu2+的加入量 (以Cu SO4·5H2O形式加入) , 试验G中, 没有添加Cu2+, 根据浸出液中可溶性铜计算了:Cu:CN-。试验中药剂的添加顺序是先加入NH3, 再加入Cu2+, 最后加入CN-。加入铜后, 浸出液呈现Cu (NH3) 42+的天蓝色, 再加入CN-后, 天蓝色逐渐变成了黄色。
试验结果表明, 适量Cu2+的存在对金的浸出是有利的, 而过量Cu2+则会使金的浸出率降低。另外在试验D、E、F中都出现了铜的沉淀, 而在试验G中, 试样中的铜开始溶解。这个结果表明Cu2+参与了金的浸出反应。而从药剂添加顺序的反应现象判断, Cu2+可能是以Cu (NH3) 42+或者更复杂的氰氨铜络合物参与了反应, 适量Cu2+的在反应中起到氧化剂的作用。另外已有结果表明, 系统中存在的Cu+与CN-与氰的络合物 (Cu (CN) 32-、Cu (CN) 43-) 具有溶解金的能力[1,2]。结合这一点, 试验结果似乎支持了它的反应机理, Cu (NH3) 42+为氧化剂, Cu (CN) 32-为浸金剂, 过量的Cu2+的会氧化Cu (CN) 32-, 使金的浸出率降低。
2.3.3 氨氰比。
在进行氨氰比的试验中, 没有加入Cu2+, 浸出液中铜浓度保持样品中可溶性铜的水平。在试验G、H、I中 (表3) , 固定氨 (0.3mol/L, NH4HCO3方式加入) 的加入量, 改变CN-初始浓度, 氨氰比从2:1到9:1。金的浸出率结果表明, 存在一个最佳的氨氰比 (3:1左右) , 过高或过低都会导致金浸出率的降低, 而且随着CN-初始加入量的增大, 铜的溶解率明显增高。
在试验G、J、K中 (表3) , 固定氰 (0.1mol/L) 的加入量, 改变氨的初始加入量, 氨氰比从2:1到4:1。金的浸出率结果表明, 最佳的氨氰比是3:1, 如果在此基础上增加氨, 会导致铜的溶解, 如减少氨, 则会降低金的浸出率。但值得注意的是, 同样的氰化物加入量, 在氨氰体系中, 金的浸出结果明显好于直接氰化结果。
氨氰比的试验结果表明最佳氨氰比在3:1左右, 过高或过低都会导致金浸出率的降低 (除非增加氰化物的量) 。另外过高的氨氰比会导致铜的溶解, 即过量的氰或者过量的氨都会使铜矿物加速溶解, 而过量Cu2+对金的浸出是有害的, 如2.2所讨论的一样。因此不但存在一个最佳的氨氰比, 而且还存在一个最佳的氨或氰的用量, 本次试验中, 氰化钠最佳用量为14.7kg/t, 碳酸氢铵为71.1kg/t。
由试验结果可以看出氨在体系中的复杂性, 一方面, 氨的添加量取决于氨氰比, 另一方面, 在适合的氨氰比条件下, 适量的氨的存在不但提高了金的浸出率, 而且抑制了铜的溶解, 从而降低了氰耗。
2.3.4 浸出液中铜和氨浓度。
在另外一组试验中, 用500g样品进行了48h的浸出, 其它浸出条件与试验G相同。试验过程中浸出液中Au和Cu的浓度变化规律也定性地反应了氨氰体系中的浸金机理。
3 结论
在氨氰体系浸出中, 最佳的氨氰比为3:1, 最大的氰化钠用量为14.7kg/t, 继续增大氰化钠用量, 金的浸出率并不明显增高, 而过量的氨则导致试样中铜的快速溶解, 同样不利于金的浸出。试样中的可溶性铜使浸出液中的Cu2+浓度满足氨氰体系浸金的要求, 过量的Cu2+对浸金不利。
氨氰体系浸出金的机理可能是铜氨络离子充当氧化剂, 而氰铜络离子 (以Cu (CN) 32-为主) 充当浸金济。浸出液中铜浓度和金浓度的变化规律支持了此浸金机理。
参考文献
[1]夏光祥, 涂桃枝, 石伟等.氨氰法从含铜矿石中提金研究与工业实践[J].黄金, 1995, 16 (7) :26-29.
含铜金矿 篇2
坦桑尼亚金矿资源丰富,目前已探明金资源量近2 500t。过去十几年来坦桑尼亚金产量增长迅速,1996年金产量仅为318kg,2005年产量已达到52.3t,2011年产量更增长为40.4t,其黄金年产量约占世界年总产量的2%,为非洲第三大黄金生产国[1,2,3]。坦桑尼亚北部的环维多利亚湖绿岩带为主要的黄金产地,该成矿带分布有Bulyanhulu金矿、Golden Pride金矿、Tulawaka金矿、Buzwagi金矿和North Mara金矿等5座世界级的大型矿山,其中最大的矿山金储量为370t,也分布有Buckreef、Golden Ridge等中小型矿山及众多小型金矿点。
河南省地矿局第二地质矿产调查院于2008年在维多利亚湖南部绿岩带区域获得了多个探矿权,并开展了地质勘查工作,其中在新阳嘎地区(Shinyanga)发现了一大型含铁建造型金矿床,共提交(331)+(332)+(333)金矿石量885万t,金金属量34t。
该大型金矿床类型为含铁建造型金矿床,目前已知的坦桑尼亚大型金矿床多数为该类型。为了给同类矿床的开采提供借鉴,对该矿床类型的开采技术条件开展研究工作。
为制定矿山的总体开采规划,详细查明矿床的充水条件、涌水量大小、顶底板的稳定性及矿山开采带来的环境地质问题等开采技术条件十分关键[4,5,6,7,8]。
2 区域地质背景
该矿床位于坦桑尼亚维多利亚湖南部卡哈马(Kahama)绿岩带与马巴勒(Mabale)绿岩带之间的过渡地带,见图1。区内大部被花岗岩及其原地风化物所覆盖,地表几乎见不到基岩,西侧为太古宙尼安萨群条带状含铁建造(Banded Irom Formation,简称BIF)出露的低山区。
3 矿体地质特征
矿区内主要分布有3条金矿体,分别为M1、M2和M3,其矿体特征如下。
M1金矿体区内控制长度2 808m,矿段赋存标高454～1 153m,埋深0～643m,延深60～763m,矿体形态较简单,整体呈不规则的层状、似层状,矿体平均厚度2.61m,厚度变化系数为1 17.07%,属厚度较稳定矿体。矿体厚度受剪切破碎带和条带状含铁建造岩层双重控制,在平面上矿体厚度沿走向呈锯齿状变化,沿倾向矿体厚度无明显变化规律。
M2金矿体区内控制长度约900m,24～20勘探线间矿段赋存标高776～1 136m,埋深4～365m,延深25～365m,金矿体呈层状、似层状,矿体总体走向8°,平均倾向278°,平均倾角83°左右。矿体最大厚度2.06m,最小厚度0.40m,平均厚度1.04m,厚度变化系数为50.59%,属稳定型。
M3金矿体区内已控制长度228m,矿体赋存标高880～1 030m,埋深120～270m,延深120m。金矿体呈层状、似层状,矿体总体走向8°,平均倾向278°,平均倾角73°左右,矿体倾角在倾斜方向上无较大变化。矿体最大厚度2.75m,最小厚度0.61m,平均厚度1.42m。
金矿石中主要的金属矿物是自然金、黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、褐铁矿及赤铁矿等;脉石矿物主要有石英、绢云母、阳起石、绿泥石、碳酸盐矿物、黑云母、长石、绿帘石和高岭石等。但氧化矿石和原生矿石矿物组成略有差别,氧化矿石中褐铁矿、赤铁矿和高岭石等粘土矿物含量相对原生矿石更高。
区内含矿围岩主要蚀变有硅化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化、阳起石化,并伴生有黄铁矿化、毒砂化、磁黄铁矿化、褐铁矿化、铅锌矿化等金属矿化。其中硅化、绿泥石化、黄铁矿化、褐铁矿化与金矿化关系最为密切。
4 水文地质
4.1 区域水文地质
矿区周边地形较平坦,不能构成一个比较完整的水文地质单元,小范围内也不能构成一个相对完整的地质单元。
4.1.1 地形地貌
矿区位于东非高原东部、坦桑尼亚西北部的地形起伏微缓的中央高原,向东距印度洋约750km,向北距世界第二大淡水湖维多利亚湖约106km。矿区总体地势呈东北、西南高,中间低,平均海拔在1 140m以上,区域内最高点位于矿区外西部Siga山,海拔约1 440m,最低点在矿区中北部,海拔约1139m,相对高差较小,地势平坦,属热带高原地貌。
4.1.2 气象特征
矿区地处东非高原,南纬3°左右,由于海拔高,气温低,空气对流旺盛,蒸发弱,降水少,根据世界气候分带属于热带草原半荒漠气候。一年分为雨季和旱季两季。雨季为每年的1 1月至次年的4月,降雨量约占全年的88%左右;雨季潮湿多雨,遍地生长着稠密的高草和灌木,并杂有稀疏的乔木。旱季为每年的5～10月,雨量约占全年的12%;旱季干燥少雨,土壤干裂,草丛枯黄,树木落叶。据当地雨量监测站1970～2012年4月统计资料,年平均降雨量约为810.6mm,雨季月平均雨量约为118mm,月最大降雨量318.1 mm,日最大降雨量为64.5mm,旱季月平均雨量约为15 mm;年降雨日为66～118d,年均降雨日约为86.4d。因地处高原,即使在赤道附近,平均气温并不高,年均气温在22～23℃,最热月平均温度在24～26℃;昼夜温差较大,据项目组2012年5～10月简易气温观测资料,早上7点气温14～20℃,中午14点气温28～40℃。旱季适合于室外工作。
4.1.3 区域含水层
该区属于东非高原贫水地段,区域内出露有太古界尼安萨群中酸性火山岩、含铁建造、太古界花岗岩以及新生界第四系不同成因的松散岩类,根据地下水赋存条件及水力性质将区域内含水层划分为第四系松散岩类孔隙含水层、尼安萨群基岩风化裂隙含水层。
(1)第四系松散岩类孔隙含水层。区域上广泛分布,含水层主要由淤泥质粘土、砂质粘土、残坡积杂砂土等组成,最大厚度约20m,在雨季低洼处积存少量水,旱季中后期干涸,为富水程度很弱。区域范围内仅少量水井及泉点,矿区范围内无水井、泉出露。据调查情况,个别水井及泉在旱季基本保持原水量不变外,大部水井及泉在旱季中后期很难再提供水;同时,有个别水井水位埋深18.50m,周围同水平水井水位埋深仅1～2m,反映出区域内本含水层含水量较小,弱富水性,含水层透水性较差,彼此间水力联系弱,补给来源较近,一定程度上表现为隔水性。该含水层雨季旱季供水能力说明地下水主要补给源为大气降水。旱季水样水质分析结果,机井水样分析结果为pH值6.7～6.8,浑浊度超标,总大肠杆菌、耐热大肠菌超标,溶解性总固体0.060g/L;地表水水样分析结果为pH值7.4,矿化度0.209 2g/L,偏碱性淡水;水井水样分析结果为pH值6.7,矿化度0.088 7g/L,偏酸性淡水。
(2)尼安萨群基岩风化裂隙含水层。主要赋存于尼安萨群中,岩性主要为千枚岩、变磁铁石英岩、变凝灰质砂岩、变凝灰岩,构造、风化裂隙均较发育。风化裂隙水主要赋存于地下50m以上,地下2m以下,个别裂隙延伸到地下100多米。由于地形平缓,地表区域内无该层地下水出露,弱富水性,水文孔SHK092水质分析结果pH值6.8～7.29,氟化物超标、总大肠菌群超标;矿化度0.780g/L,根据地下水化学类型舒卡列夫分类法为7-A型,即矿化度不大于1.5g/L的HCO3-Na型淡水。
4.1.4 地下水的补给和径流及排泄条件
地下水的补给来源主要为大气降水。由于地形坡度不大,部分大气降水沿缓坡汇入洼地,形成地表季节径流和季节湖泊,部分沿孔隙、裂隙垂直渗入地下,形成基岩风化带裂隙潜水和第四系孔隙潜水。基岩裂隙潜水与洼地第四系孔隙潜水在水重力作用下相互补给。消耗于蒸发和人工开采,地下水最终从南向北排出区外,汇入维多利亚湖。
4.2 矿区水文地质
4.2.1 矿区含水层及水文地质特征
矿区位于东非高原贫水地段,属于地下水排泄区。区内地势平缓,最高点标高1 155.04m,位于矿区中西部,最低点标高1 139.53m,位于矿区东北部,为当地最低侵蚀基准面。区内中东部为耕地,西部为稀疏灌木及乔木,区内无常年性地表径流,个别低洼段在雨季有暂时性水体,地下水位埋藏较深,据地表20～40m,含水层主要为第四系松散岩类孔隙含水层和尼安萨群基岩风化裂隙含水层两大类。分别叙述如下。
(1)第四系松散岩类孔隙含水层。主要分布于矿区东部及洼地中,出露标高为1 139～1 140m,厚度0～9.78m,含水层主要由淤泥质粘土,一般无地下水,仅在雨季时淤泥质粘土经过雨水浸泡后含水,透水性较差,矿区内人工挖掘的浅井部分水位接近地表,干涸较慢,部分迅速干涸。根据与当地降雨观测资料进行对比分析,地下水动态随季节变化明显。接受大气降水、上游地表水、地下水补给,对矿坑充水意义不大。
(2)尼安萨群基岩风化裂隙含水层。矿区内中、西部大面积分布,出露标高1 140～1 155m,风化厚度为23～78.7m,平均厚度约为38.8m,岩性主要为千枚岩、变磁铁石英岩、变凝灰质砂岩、变凝灰岩,以风化裂隙水为主,次为构造裂隙水,根据SHK092、SHK202潜水稳定流抽水试验情况,其钻孔单位涌水量分别为0.003 5、0.000 8L/s.m,弱富水性,为矿床顶板间接或直接充水含水层。大气降水通过地表风化裂隙及构造破碎带补给深层地下水,但上部风化带具有隔水性质,对矿坑充水意义不大。
4.2.2 隔水层(带)
基岩风化裂隙含水带以下,未经风化的完整岩石裂隙主要为压性裂隙,透水性差,为隔水层。
4.2.3 断裂破碎带对矿床充水的影响
根据钻孔资料无明显的断裂破碎带,个别钻孔揭露有破碎段,韧性剪切,硅质胶结,表现为不导水,对矿坑充水无意义。
4.2.4 大气降水对矿床充水的影响
大气降水入渗是地下水的唯一补给来源,以地下径流的方式为主,流向与地形基本吻合。矿区基岩裂隙水水量极为贫乏,对矿床开采影响较小,第四系松散岩类孔隙水在一定意义上形成隔水层,对矿床开采影响较小。因此需注意雨季大气降水影响,特别是洪水期,开采时一定要有防洪措施,防止暴雨形成的洪水涌入坑道,造成不应有的损失和事故,在矿区及外围地带筑路时,也应考虑这方面的因素。
4.3 矿床水文地质勘探类型
就整个矿区而言,矿体所处地形位置不高,大部分降雨会通过风化裂隙汇集于矿坑内,但雨季降雨较少,雨量较小,给井下开采带来一定的威胁;风化裂隙水、成岩裂隙水水量极为贫乏,对采矿影响较小。矿区大部分矿体位于当地侵蚀基准面以下,是以裂隙直接充水为主的简单型矿床。
4.4 矿坑涌水量预测
根据矿床水文地质条件、地形地貌条件和矿体埋深、产状等情况,未来开采将是井巷开采方式。根据水文地质工程地质综合编录情况,矿坑充水因素主要是考虑基岩本身的风化裂隙水,根据SHK092、SHK202抽水试验,预测矿坑涌水量。
本次利用大井法中根据裘布衣潜水完整井公式及库萨金经验公式进行计算,公式如下:
式中:K——含水层渗透系数,m/d;
Q——抽水井流量,m3/d;
S——抽水井中水位降深,m;
R——影响半径,m;
r——抽水井半径,m;
H——潜水含水层厚度,m;
h——潜水含水层抽水后的厚度,m。
SHK092、SHK202计算参数及结果如表1所示。
4.4.1 矿坑涌水量预测计算参数的确定
(1)渗透系数K。本次施工SHK092、SHK202水文孔主要是结合物探、钻孔编录及矿区各个钻孔施工情况分析布设的,通过试验,其单位涌水量分别为0.003 5、0.000 8L/s·m,渗透系数分别为0.002 6、0.000 5m/d。该区渗透系数按两钻孔平均数计算为0.001 6m/d。
(2)含水层厚度H。根据SHK092、SHK202水文孔两孔含水层厚度平均数计算为98.16m。
(3)水位降低S。近年来钻探揭露M1矿层底板埋藏最高标高约1 154m,最低标高约454m,相差约700m,按90m一个开采水平,本次矿坑涌水量计算标高拟设为1 064m水平,静水位标高取1 127m,结合各地质孔,S=63m。
(4)矿坑的影响半径R。按库萨金经验公式,计算得59.87m。
(5)矿坑的引用半径r0。因为矿体平面投影为矩形,a/b远远大于10(a、b分别为矩形的长、短边的边长),按未来1 064m水平为矿坑底,采用公式r0=0.25a,矿坑长度a为1 100m,代入上式得r0=275m。
(6)矿坑的引用影响半径R0。R0=R+r0=59.87+275=334.87m。
4.4.2 计算过程和结果及评述
将计算参数代入(3)式,其计算结果列入表2。
根据结果,矿坑涌水量Q为493.54m3/d。由于裂隙不发育,导水性差,计算结果偏大;同时由于采用大井法进行计算,一般都没有考虑地下水补给量的问题,该涌水量仅作为矿山开采设计参考。
4.5 水质评价
4.5.1 生活用水
水文孔SHK092经过两个单位3批次送样检验,以检测批号B598水质分析结果进行评价:氟化物超标,为V类水,不适宜饮用,其他用水可根据使用目的选用。对地表水塔水质分析结果进行评价:水质正常,适宜饮用。
4.5.2 工程建筑用水
对D0074-CA、D0 179-SA、D0207-SA、SHK092(B598)测试结果进行分析:当地地下水、地表水对混凝土结构微—弱腐蚀性、长期浸水对钢筋混凝土结构中的钢筋微腐蚀性、干湿交替对钢筋混凝土结构中的钢筋微腐蚀性。
4.6 矿区水资源综合利用评价
矿区内深部岩石不含水,地表风化层及第四系含水层厚度小,水资源贫乏,不能满足矿山日常生活用水,只能在附近地区寻找合适的水源地。
矿区外西部山区距矿区约5.6km处见一井、一泉,泉在旱季水量变化不大,2012～2013年观测期间稳定流量为0.2～0.3L/s,水井水位变化随季节变化不大,随降水变化略有起伏,为1.15～1.74m,补给来源较广,适宜建立水源基地;另外可以派专人从附近约11.7km水塔处用车拉至矿部,但是矿区道路为土路、砂石路,雨季被雨水浸泡,不能承受较重汽车通过;矿区北部约42km处有地表水直接连通维多利亚湖,离矿区也相对较近,适宜作为稳定生产用水供水基地,且该位置有Bu1yanhulu金矿、中水电建立的提水站,可通过建提水站管道输水或与Bu1yanhulu金矿、中水电合作,利用现成的管网的方法往矿区输水。除利用以上方式外,可同时配合在矿区非矿脉位置建立大型水池,雨季蓄水,旱季供水。矿区供水条件属于可以解决范围。
5 工程地质
5.1 矿区工程地质特征
M1、M2矿脉矿体出露地表,顶底板主要为变凝灰岩、变磁铁石英岩、变硅质岩、变凝灰质砂岩、绿泥千枚岩、绢云母千枚岩。矿体及围岩多呈致密块状,裂隙不发育,除个别风化裂隙影响外,均属隔水层。
参考相应规范,结合矿区钻孔地质编录情况,依据钻孔ZK242将矿区岩石按风化程度从上至下划分如下。
(1)全风化带。矿区内各处均有分布,深度一般距地表0～5m,地表表现为残坡积物,风化岩石呈土状,遇水软化,为散体结构,岩石强度低,RQD=0,是地下水的径流通道,一定程度上表现为隔水性。
(2)强风化带。矿区内各处均有分布,深度一般距地表5～13.52m,风化岩石呈角砾一块状,为团块一碎裂结构,岩石强度低,RQD≤36.3%,岩石质量极劣一劣,岩体破碎—岩体完整性差,是地下水的径流通道。
(3)中等风化带。矿区内各处均有分布,深度一般距地表13.52～31.60m,风化岩石呈块状一短柱状,个别长柱状、碎屑状,为碎裂结构,岩石强度低,RQD≤50%,局部<25%,岩石质量劣,岩体完整性差,是地下水的径流通道,也是地下水主要赋存部位。
(4)微风化带。矿区内各处均有分布,深度一般距地表31.60～42.60m,风化岩石呈长柱状,局部碎块状一块状,个别柱状,RQD一般在50%～90%,局部小于50%,岩石质量中等一好,岩体中等完整—较完整,是地下水的径流通道,也是地下水主要赋存部位。
(5)未风化带。矿区内各处均有分布,该带为坚硬的结晶岩石,块状结构,岩石强度高,据钻孔水文地质工程地质综合编录,RQD>90%,岩石质量极好,岩体完整,是上部裂隙水的隔水层。
5.2 矿区工程地质勘探类型
以钻孔ZK242为例,矿区地表42.46m深度范围内风化裂隙发育,岩石呈碎裂结构一散体结构,工程地质不甚稳定;42.46m以下延伸为未风化岩石层,结构紧密,抗压强度高,稳固性好;42.46m以下个别风化裂隙及构造裂隙对开采有一定的影响。
从矿体和围岩的力学试验分析,岩石的抗压强度理论值较高,干状态下抗压强度除M2ZK161-L11-1试验数据偏小,为37.8MPa,其余为72.3～167MPa,饱和状态下抗压强度除M2ZK161-L9-3、ZK062-L12-3、ZK242-L6-3试验数据偏小,分别为44.5、57.5、51.2MPa,其余为70.5～179MPa,表明矿层及顶底板岩石结构紧密,稳定性好。根据软化系数可评定所采取岩石力学样为不软化岩石。该矿区工程地质勘探类型属二类一型,即以块状岩类为主简单型矿床。
5.3 应注意的工程地质问题
矿区工程地质问题相对简单,断裂构造不发育,含矿地层易发生较大的工程地质问题,但矿体顶部岩石质量极劣,岩体破碎,浅部开采可能会发生一些坍塌、冒顶等不良工程地质问题,应予以防范,加强支护。
6 环境地质
根据世界地震带分布,矿区所属东非裂谷地震带,属地震剧烈区,但勘查中没有发现引发地震的活动断裂,矿区及附近无地震史,近期也没有发生有感地震。走访坦桑尼亚有关部门发现,该国无地震预防预测专门部门,也未有地震记录。根据相关资料,矿区附近1910～1973年无震级M≥5.0地震,1958～1963年无震级M≥4.0地震,1963～1970年无震级M>3.0地震,应属稳定地块,区域地壳属稳定区,建议地震设防烈度为6°。
区内地表水体甚少,仅在矿区东北部见季节性水体,地表水、地下水均未受到污染,但地下水水质较差,氟化物超标,不宜饮用。未来矿井大规模疏排水,会将矿井中有害物质及开采中产生的有害物质带入地表水、地下水中,对地表水、地下水产生不同程度的影响。
矿区的环境地质调查表明,矿区总体地势起伏不大,未发现陡坡、危岩,崩塌、滑坡及泥石流等地质灾害均不易发生;同时矿区内目前无任何工业活动,无超量抽取地下水和地下开采活动,因此不存在地裂缝、地面塌陷和地面沉降的地质灾害发生的前提条件;M1、M2金矿化蚀变带局部在雨季有被季节性水体淹没的危险;在未来开采过程中应采取措施,减少岩渣、粉尘对动植物及生态环境的破坏;矿山开采过程中尽量减少对地形地貌的破坏,在矿山开采完毕后,应在裸露开采区种植草地、树木,进行复垦,防止水土流失;矿山各类设施建设都应避开可能产生地面变形、开裂、塌陷的区域,并设置安全警示标识,对出现的裂缝、塌坑等及时进行封填,防止人、畜进入和对人、畜造成危害;在矿床开采过程中应做水流改道或设置拦洪坝等防范措施。
水工环组2012年进行的地下水水温测试表明,5～6月水井水温为25～27.5℃,泉点水温25～27.5℃;9～10月抽水试验测得SHK092水温25～27℃,SHK202水温28～30.8℃,表明地下水温度明显受当地气候影响,未来井下气温、地温较高,井下开采时需注意通风。
矿区内有少量居民居住,无工业建筑,非旅游区、文物保护区及自然保护区。
综上所述,矿区区域地壳属稳定区,自然条件较好,自然灾害主要为水灾、旱灾,不易发生崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和地面沉降等地质灾害,该矿区环境地质勘探类型属二类,即地质环境质量中等。
7 开采问题及建议
(1)矿区内Isanga河虽已干涸,但是在雨季时容易在河道附近形成大面积的汇水区,所以在未来矿山开采过程中,在近河地段应留适当距离的安全矿柱并采取相应措施,以预防矿带坍塌造成河水直接进入开采井巷。
(2)由于含矿带及近矿围岩稳固性较差,主要井巷应避开构造带及构造影响带。
(3)地表堆浸氰化废液排入水体,应采取一定措施,防止污染水质。
(4)对采矿活动产生的局部地表变形,应及时进行复耕复林,注意保护矿区自然环境。
参考文献
[1]谭代卫,付芝康,郭磊,等.坦桑尼亚辛阳嘎地区PL7017/2011研究区综合找矿初步研究[J].贵州大学学报(自然科学版),2013,(3):52-55.
[2]任军平,土杰,刘晓阳,等.坦桑尼亚Nzega绿岩带Golden Pride金矿床研究进展[J].地质调查与研究,2013,(1):47-53.
[3]张同中,白德胜,庞绪成.坦桑尼亚金矿勘查中的地球物理综合找矿研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2010,(1):45-50.
[4]王平.西藏自治区谢通门县雄村铜矿矿床开采技术条件研究[D].成都:成都理工大学,2012.
[5]仝长水,李萍,杨兴明,等.西藏工布江达县亚贵拉铅锌矿床开采技术条件分析[J].中国矿业,2011,(12):99-102.
[6]李石桥,沈睿文,郭俊华.阳山金矿床开采技术条件分析[J].黄金,2005,(1):18-21.
[7]徐维成,保正岳,李衍业,等.野马泉M4、M5矿区开采技术条件分析与评价[J].青海大学学报(自然科学版),2010,(5):34-41.
含铜金矿 篇3
1 矿石性质
原矿石中主要金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、砷黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然金、含银黝铜矿及其他含金、银矿物。其次为硫砷铜矿、黝铜矿、毒砂。脉石矿物以石英、绢云母为主。其次为方解石、长石, 另有少量的绿泥石、高岭石等其他矿物。脉石矿物粒度最粗, 黄铁矿居中, 铜矿物较细。-0.02mm粒级中, 脉石0.21%～3.96%, 黄铁矿1.56%～4.40%, 铜矿物3.98%～45.26%。
铜矿物是金的主要载体, 其次是黄铁矿。铜矿物含金占原矿金分布率的63.12%, 黄铁矿含金占原矿金分布率22.86%, 脉石中金的分布率不到15%。矿石自然金粒度分布检测结果表明:0.037～0.01mm细粒金及0.01～0.005mm微细粒金占多数, 两粒级含量达88.63%;小于0.005mm超显微金也占有一定比例, 占8.61%。因原矿金品位不高, 对原矿进行了浮选富集。金精矿多元素分析结果见表1。
2 金精矿硫脲浸出试验
* 单位为g/t。
2.1 常规硫脲浸出试验
采用探索试验的最优条件进行常规硫脲浸出试验。金精矿细度为-0.043mm90%, 液固比为2∶1, pH值1.5, 硫脲用量7kg/t, 硫酸铁用量2.5kg/t, 在电动搅拌机中搅拌浸出12h。浸出结束后对浸液进行过滤, 滤渣烘干制样化验Au。浸出结果金浸出率仅48.71%, 表明在常规硫脲浸出条件下, 金精矿难浸, 浸出率低。
2.2 磁场强化浸出试验
选择在永磁磁化装置中进行试验, 重点考察磁感应强度对金浸出率的影响。在金精矿细度为-0.043mm90%, 液固比为2∶1, pH值1.5, 硫脲用量7kg/t, 硫酸铁用量2.5kg/t, 搅拌浸出12h, 磁感应强度为15×10-3T的条件下, 金浸出率达61.82%, 较常规硫脲浸出提高了13.11%。添加磁场能明显促进金的浸出作用, 但浸出率仍较低, 究其原因, 有部分金嵌布粒度细被包裹, 阻碍了浸出剂与金的接触。因此, 设法暴露被包裹的金将有利于提高金的浸出率。
3 金精矿细菌预处理试验
通过细菌及其代谢产物作用来分解载金硫化物和砷化矿物, 达到解离包裹金的目的, 再浸出回收金的方法已有较广泛的应用。这种方法投资少, 生产消耗低, 工艺方法简单, 操作方便, 无环境污染。因此, 试验中开展了金精矿细菌氧化预处理试验。浸矿细菌为氧化亚铁硫杆菌, 从某酸性矿坑水中筛选培养。在预处理试验之前专门进行了细菌驯化。细菌驯化为在有金精矿的环境中分批进行, 每转移驯化一次都提高矿样量直至达到细菌氧化浸矿矿浆浓度时的矿量, 细菌的驯化终点以细菌能正常生长, 浓度达109个/ml为限。
3.1 富氧细菌预处理试验
在细菌预处理过程中, 为促进细菌的生长繁殖, 提高浸出速度, 对浸出矿浆进行了充气充氧, 提高溶液中氧的溶解量。采用小型气泵进行充气, 气体流量计控制充气量, 自制充气环使空气在溶液中均匀分布。浸出过程中采用水冷及空调联合控制的办法, 使浸出温度控制在17±1℃, 溶解氧量在9.2～10.1mg/L。其他不变的条件为驯化菌作菌源, 培养基为9K无铁培养基, pH值1.3～1.5。在富氧细菌处理金精矿试验中, 考察了金精矿细度、预处理矿浆浓度以及预处理时间等因素对硫脲浸金的影响。
金精矿细度试验结果见图1。
图1表明, 随着金精矿细度的增加, 开始时金浸出率也随之增加, 这是由于矿石粒度越小, 含金矿物的解离程度越高, 细菌对包裹金的矿物氧化速度越快, 暴露的金也越多, 浸出率越高。但当金精矿细度-0.043mm含量大于90%后, 金浸出率却呈下降趋势。这是因为随着细度的增加, 矿石泥化更加严重, 阻止了细菌浸出剂的渗透和空气的进入。另一方面, 泥的吸附使药剂消耗增加, 从而影响了金精矿的氧化预处理和金的浸出。因此, 合适的金精矿细度确定为-0.043mm90%。
金精矿细菌氧化预处理矿浆浓度试验的浓度取值为13%、15%、17%、19%、21%。试验结果表明, 随着矿浆浓度的增加, 金浸出率越来越低。矿浆浓度的升高将导致细菌的生存环境恶化, 进而降低了细菌对矿样的氧化效果, 影响了金的浸出。特别是当矿浆浓度大于15%时, 浸出率急剧下降, 综合考虑选择矿浆浓度为15%。
试验同时考察了细菌氧化预处理时间不同, 对浸金效果的影响。试验结果见图2。
从图2可看出, 随着细菌氧化预处理时间的增加, 金浸出率总的趋势是上升的, 但当预处理时间达100h后, 金浸出率提高缓慢, 增加幅度已不大, 说明此时绝大部分包裹金已被氧化暴露。因此, 合适的预处理时间为100h, 此时金浸出率为91.67%。
3.2 磁场强化低氧细菌预处理试验
上述富氧细菌预处理试验表明, 在氧量充足温度适宜的优越浸出环境中, 经细菌预处理的金精矿达到了较高的金浸出率。但是, 富氧、低温控制的高要求不适宜实际推广。为此, 本研究安排了在磁场条件下低氧细菌预处理金精矿的试验研究。细菌氧化硫化矿过程中产生大量热量, 浸出温度可达40～50℃以上。在此温度环境下溶液中溶解氧浓度较低。该试验在溶液与空气接触自然供氧的条件下, 溶液温度控制在38℃, 经检测溶液中溶解氧量在4.2～4.6mg/L之间。驯化菌作菌源, 因低氧条件下细菌的活性较低, 因此, 培养基为9K培养基, 其他不变的条件为pH值1.3～1.5, 金精矿细度-0.043mm90%, 矿浆浓度为15%, 预处理时间100h。试验在带永磁磁化装置的浸出装置中进行。试验重点考察了磁感应强度的变化对硫脲浸金的影响。试验中磁感应强度分别为:10×10-3T、15×10-3T、20×10-3T、25×10-3T、30×10-3T。试验结果如表2所示。
分析表2可知, 随着磁感应强度的增加金浸出率呈上升趋势, 磁感应强度25×10-3T与30×10-3T浸出率相差不大, 因此, 合适的磁感应强度为25×10-3T, 此时金浸出率为91.72%。试验表明, 在磁场的作用下, 细菌低氧氧化预处理达到较理想效果。
4 磁场强化氧化渣浸金试验
金精矿经细菌氧化预处理后, 进行了硫脲浸出最优条件试验。试验结果为液固比为2∶1, pH值1.5, 硫脲用量8kg/t, 硫酸铁用量3kg/t, 在电动搅拌机中搅拌浸出10h。在前面的试验中, 添加磁场有助于促进金的浸出, 为进一步提高金的浸出率, 又安排了在磁场条件下强化氧化渣硫脲浸金的试验研究。
将浸金溶液置于永磁装置中, 重点考察磁感应强度对硫脲浸金的影响, 其他条件为氧化渣硫脲浸出最优条件。磁感应强度分别为:6×10-3T、10×10-3T、14×10-3T、18×10-3T、22×10-3T。试验结果列于表3。
从表3结果可看出, 添加磁场强化氧化渣硫脲浸出, 随磁感应强度的增加金浸出率呈上升趋势。但当磁感应强度高于18×10-3T时, 金浸出率增长明显减缓。综合考虑, 18×10-3T为较佳感应强度, 此时, 金浸出率达92.86%。试验表明, 磁场促进了氧化渣硫脲浸金。
5 机理分析
细菌氧化硫化矿物的机理, 目前较普遍接受的是直接间接作用机理。浸出过程既有细菌的直接作用, 也有细菌代谢产物Fe2 (SO4) 3间接浸出作用。黄铜矿细菌氧化的直接和间接机理可用方程 (1) 和 (2) 分别描述[1]:
黄铁矿细菌氧化的直接和间接机理可用方程 (3) 、 (4) 和 (5) 分别描述[2]:
undefined
undefined
由 (2) 式可知, 黄铜矿的溶解速度为硫酸铁消耗速度的一半。如Fe3+扩散速度不够快, 黄铜矿表面就会产生Fe3+瞬时短缺现象, 从而影响黄铜矿的溶解速度。 (5) 式则要求Fe3+的扩散速度更快, 否则将极大影响黄铁矿的溶解速度。
磁场强化低氧细菌氧化预处理是磁场作用促使了Fe3+扩散速度加快, 渗透能力增强, 及时补充了硫化矿粒表面的Fe3+吸附量, 也促使了Cu2+、Fe2+扩散速度加快, 脱离硫化矿粒表面, 进而促进了硫化矿的浸出。结果表明, 金精矿低氧细菌氧化预处理通过磁场的强化作用, 也达到了较高的金浸出率。检测表明, 细菌氧化预处理硫化矿浸出溶液体系中添加磁场还有助于维持细菌的活性, 促进细菌的浸矿作用。
据硫脲浸金反应式:
Au+2CSundefined2+ (6)
可知, 硫脲浸金体系中发生着电子得失电化学过程以及离子和分子的扩散运动, 如Au[CS (NH2) 2]+2扩散速度不够快, 则会影响金的溶解速度。将硫脲浸金过程置于磁场作用下, 促进Au[CS (NH2) 2]+2、Fe3+、Fe2+扩散速度加快, 促进了金的浸出。
6 结 语
1.试验金矿石为含黄铜矿、黄铁矿等硫化矿物为主的矿石。脉石矿物粒度最粗, 黄铁矿居中, 铜矿物较细。铜矿物是金的主要载体。该金精矿常规硫脲浸出金浸出率仅48.71%。
2.经细菌预处理金精矿浸出率大幅度提高。富氧细菌预处理金浸出率达91.67%。在低氧细菌预处理浸出过程添加磁场的试验表明, 磁场对细菌预处理有明显的促进作用, 金浸出率达到了91.72%的较理想指标。
3.在金精矿低氧细菌预处理过程中, 磁场通过加快Fe3+扩散, 及时补充硫化矿粒表面的Fe3+吸附量, 以促进Cu2+、Fe2+扩散速度加快, 脱离硫化矿粒表面, 进而促进了硫化矿的浸出, 也促进了金的浸出。在氧化渣硫脲浸出过程中添加磁场促使了Au[CS (NH2) 2]+2、Fe3+、Fe2+加快扩散, 促进了金的浸出。
参考文献
[1]路殿坤, 刘大星, 蒋开喜, 等.硫化矿物细菌氧化机理研究进展[J].有色金属 (冶炼部分) , 2001 (1) :2~6.