會澤鉛鋅礦資源綜合利用技術的實踐與應用

敖順福，崔茂金，石增龍，張長洪，張 賢，洪 武，陳麗昆

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655011)

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會澤鉛鋅礦資源綜合利用技術的實踐與應用

敖順福，崔茂金，石增龍，張長洪，張 賢，洪 武，陳麗昆

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655011)

會澤鉛鋅礦為世界罕見的特富鉛鋅礦產(chǎn)，深部資源開采條件較為復雜，集“水、深、碎、難”于一體，且為復雜難選多金屬氧-硫混合礦石。通過采用機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法為主、機械化盤區(qū)下向進路充填采礦法為輔的采礦工藝，有效防止了井下突水水害，成功控制了深井開采地壓活動，可靠緩減了深井開采巖爆，提高了采礦作業(yè)安全性，實現(xiàn)了資源高效回收；通過采用先硫后氧分段選別主干流程、等可浮-優(yōu)先浮選原則流程、多碎少磨-階段磨礦階段選別工藝流程等多種流程結構并存的綜合選礦新工藝，實現(xiàn)了礦石中有用組分的充分回收；構建了以膏體充填和選礦廢水處理回用為核心的廢棄物處理與資源化利用技術，不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)流程廢石、尾礦、礦井水、選礦廢水及歷史遺留尾礦、水淬渣的資源化利用，而且徹底消除了新生高危污染物膏體制備溢流水、選礦廢水處理污泥的潛在危害。在生產(chǎn)中取得了采礦回采率98.95%、貧化率6.50%及選礦金屬回收率鋅95.70%、鉛86.35%、銀66.01%、鍺77.13%，為金屬礦山礦產(chǎn)資源綜合利用及清潔生產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗。

綜合利用；環(huán)境保護；采選技術；無廢礦山；會澤鉛鋅礦

我國鉛鋅礦產(chǎn)資源豐富，總體形勢較好；但目前我國鉛鋅工業(yè)在生產(chǎn)工藝、技術和生產(chǎn)設備等方面總體相對落后，存在鉛鋅礦供應保證程度低、礦物綜合利用和加工工藝水平低、鉛鋅產(chǎn)品結構不合理和鉛鋅工業(yè)污染嚴重等問題[1]。始建于1951年的會澤鉛鋅礦已形成從規(guī)劃、設計、建設及生產(chǎn)的全方位、全過程，施行資源高效利用、無廢開采、人性化配置等，建成了一座“花園式”的現(xiàn)代化綠色礦山[2]。與此同時，會澤鉛鋅礦依托科技進步及創(chuàng)新，堅持生產(chǎn)技術革新升級、技術裝備改造提升，形成了獨具預防性、和諧性、持續(xù)性的資源綜合利用及清潔生產(chǎn)模式，代表著未來礦業(yè)開發(fā)利用的發(fā)展趨勢。礦山曾獲得首屆全國礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用先進礦山企業(yè)、全國礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進適用技術推廣應用示范礦山、國家重點環(huán)境保護實用技術示范工程、國家級綠色礦山試點單位等稱號。

1 礦山概況

會澤鉛鋅礦位于云南省東北部，地理坐標為東經(jīng)103°43′～103°45′E，北緯26°38′～26°40′N，礦區(qū)地處云貴高原烏蒙山脈中段，可采礦體位于牛欄江西岸坡地之下。會澤鉛鋅礦是世界聞名的特富鉛鋅礦床，鉛鋅礦體特富且厚大，Pb、Zn平均品位達30%～40%以上，局部高達50%以上，厚度可達30余米；礦石中除高度富集Pb、Zn、Fe、Ag外，還富含Ge、Cd、In、Ga、Ti等稀散金屬[3]。會澤鉛鋅礦地理位置、區(qū)位條件、資源稟賦的特殊性，也給該礦山資源開發(fā)利用帶來了更大的挑戰(zhàn)和更高的要求。

2 超深井復雜難采礦床的安全高效采礦技術

2.1 礦床開采條件及面臨的采礦難題

會澤鉛鋅礦區(qū)屬于長江上游水土保持重點防治區(qū)和環(huán)境保護區(qū)，且開采條件極其復雜。深部礦體開采條件集“水、深、碎、難”于一體，在我國尚無先例[4]。礦床三面環(huán)水，礦體與礦區(qū)東側距牛欄江水平距離僅為900m，礦體與充水層、含水層直接接觸，水文地質條件復雜，突水水害風險大。礦山深部開采礦體埋藏深度達1600m，在建井深1526m的3#豎井，建成后將成為亞洲第一深井，為國內為數(shù)較少的超深井開采礦山之一，井下的提升、通風、排水等難度大；礦巖破碎，礦巖穩(wěn)定性差，支護、回采等難度大。礦區(qū)處云貴高原峽谷地區(qū)，原巖應力高，巖爆、采場失穩(wěn)易發(fā)，安全開采難度大。隨著開采深度的延伸，各因素的影響更加突出，且相互牽制、相互影響，導致深部資源開采更加困難。

2.2 安全高效的充填采礦技術

隨著淺部礦體的逐漸開采耗盡及科學技術的不斷發(fā)展，井下開采深度正逐年增加，許多礦山逐步進入了深井開采階段。目前，我國采深度超過600m的礦山有金川集團股份有限公司金川鎳礦、水口山有色金屬集團有限公司康家灣礦等，采深超過1000m的有銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦、深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦等，其中冬瓜山銅礦采用的采礦方法為階段空場嗣后充填采礦法、凡口鉛鋅礦采用的采礦方法為VCR采礦法[5-6]。對于集“水、深、碎、難”于一體的會澤鉛鋅礦，要實現(xiàn)安全高效開采，在國內尚無成熟的經(jīng)驗可供借鑒。為實現(xiàn)會澤鉛鋅礦資源的開發(fā)利用，礦山先后與北京科技大學、中南大學、長沙礦山研究院等知名科研院所開展了合作攻關，并被納入國家“十一五”科技支撐計劃項目進行重點研究，取得了一系列的科技成果及產(chǎn)業(yè)化利用技術。

1980年代末，會澤鉛鋅礦建立水砂充填系統(tǒng)進行采礦生產(chǎn)應用，由于上部礦體開采結束及深部礦體資源的接替開發(fā)，啟動了膏體充填的相關試驗研究，并于2006年建成膏體充填系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用，核心技術深錐濃密制漿、密閉干式水泥添加、超長距離膏體自流輸送等在國內外礦山充填技術應用中尚屬首例?，F(xiàn)形成了以機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法為主、機械化盤區(qū)下向進路充填采礦法為輔的安全高效采礦模式。由于采礦工程主要布置在復雜多變礦體內，且時空變化快，對礦體中中等穩(wěn)固或中等穩(wěn)固以上的礦石，采用機械化盤區(qū)上向進路充填法采礦，一步驟回采進路上部及左右兩幫均為礦石，底板是膠結充填體，相當于巷道掘進；二步驟回采進路頂板為礦石，兩幫為膠結充填體，起著礦柱作用支撐頂板，機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法見圖1。對礦體中不穩(wěn)固和極不穩(wěn)固礦體采用機械化盤區(qū)下向進路充填法采礦，一步驟回采進路的頂板為充填體，兩幫和底板為礦石；二步驟回采時，巷道的頂板和兩幫均為充填體，底板為礦石，相當于在充填體的掩護下進行采礦作業(yè)，有效提高了采礦作業(yè)的安全性。且采用了TORO151E及EST-2D電動鏟運機、Rocker Boomer 281液壓鑿巖臺車、Sullair螺桿壓縮機等國外先進設備，提高了采礦機械化效率。與此同時，礦山建成了非煤礦山安全避險“六大系統(tǒng)”、采場微震監(jiān)測系統(tǒng)等，以便科學、有效地預防及避免井下作業(yè)的不安全因素。由于機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法與機械化盤區(qū)下向進路充填采礦法的聯(lián)合應用，有效防止了井下突水水害，成功控制了深井開采地壓活動，可靠緩減了深井開采巖爆，提高了采礦作業(yè)安全性，取得了先進的采礦技術經(jīng)濟指標：采礦回采率98.95%、貧化率6.50%，采礦耗電2.68kg標準煤/t礦、耗水0.02t/t礦；2015年發(fā)布的《鉛鋅行業(yè)規(guī)范條件(2015)》，要求礦體厚度≥15m、鉛鋅(當量)品位≥11.5%的混合鉛鋅礦資源，其回采率≥92%，采礦電耗<6.3kg標準煤/t礦。

從國內外近些年采礦技術的發(fā)展趨勢來看，尋求安全、可靠、高效的采礦技術已成為礦山生存與發(fā)展的必然選擇，機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法與機械化盤區(qū)下向進路充填采礦法在會澤鉛鋅礦的成功應用，不但有效解決了會澤鉛鋅礦面臨的技術難題，而且推動著采礦技術的不斷進步，尤其為國內超深井開采又增加了一個可學習、借鑒的模式。

圖1 機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法

3 復雜難選氧硫混合礦的清潔高效選礦技術

3.1 礦石工藝礦物學特征及存在的選礦難題

會澤鉛鋅礦深部礦體氧硫混合礦中，鉛、鋅礦物既有硫化物又有碳酸鹽礦物，脈石也為碳酸鹽礦物，閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、菱鋅礦、白鉛礦占總礦物量的72.15%，鉛的氧化率為27.08%，鋅的氧化率為16.13%；閃鋅礦呈不規(guī)則狀產(chǎn)出，常與方鉛礦、黃鐵礦緊密共生，常沿黃鐵礦的裂隙充填、交代，形成復雜的鑲嵌關系；方鉛礦與閃鋅礦、黃鐵礦關系密切，常共生，有時沿閃鋅礦裂隙充填、交代，常沿黃鐵礦晶隙及內部裂隙充填，膠結交代黃鐵礦，形成復雜的嵌布關系；黃鐵礦主要以不規(guī)則狀嵌布于脈石礦物中，黃鐵礦與方鉛礦、閃鋅礦關系密切，常被方鉛礦、閃鋅礦膠結交代形成復雜的鑲嵌關系；閃鋅礦嵌布粒度相對較粗，方鉛礦、白鉛礦、菱鋅礦、黃鐵礦等呈微細不均勻嵌布[7]。因此，由于礦石中有用礦物種類多及含量高、含泥重、嵌布復雜多變、易過粉碎，且部分有用礦物及脈石均為碳酸鹽礦物，致使有用礦物的相互解離、分離困難，精礦品質及金屬回收率難以提高。

3.2 清潔高效的選礦技術

我國的鉛鋅礦資源，貧礦多，富礦少，易選礦少，鉛鋅品位之和多在5%～10%之間，品位高于10%的礦石僅占總儲量的15%[8]。類似于會澤鉛鋅礦特富、復雜的難選氧硫混合多金屬礦石，在國內外絕無僅有，對其清潔高效利用也尚無可參考借鑒的成功技術。因此，針對會澤鉛鋅礦的復雜難選礦石，北京有色金屬研究總院、北京礦冶研究總院、廣州有色金屬研究院、昆明冶金研究院、昆明理工大學等知名科研院所均進行過選礦攻關工作，并取得了不少研究成果，伴隨著選礦廠從300t/d→500t/d→800t/d→2000t/d的不斷升級改造，相關研究成果的逐步應用及創(chuàng)新，形成了現(xiàn)在特有的清潔高效選礦技術。

目前，2000t/d選礦廠采用先硫后氧分段選別主干流程、等可浮-優(yōu)先浮選原則流程、多碎少磨-階段磨礦階段選別工藝流程等，形成多種流程結構并存的綜合選礦新技術(圖2)。前段鉛鋅硫化礦浮選流程，充分利用礦物的可浮性差異，借助等可浮-優(yōu)先浮選的優(yōu)勢，采用乙基黃藥、丁基黃藥、乙硫氮、硫酸鋅、硫酸銅、石灰等常規(guī)清潔高效藥劑進行選別，有效減輕了殘留藥劑對后段鉛鋅氧化礦浮選的干擾和破壞；鉛鋅硫化礦選別中混合粗精礦再磨，選擇性地提高了連生體礦物的單體解離度，并暴露出礦物新鮮的表面，兼具清潔礦物表面脫藥之效，有利于改善礦物浮選分離時與浮選藥劑作用的選擇性。后段鉛鋅氧化礦的選別，借助硫化電位控制選別優(yōu)勢，采用十八胺、丁基黃藥、硫化鈉等常規(guī)清潔高效藥劑，實現(xiàn)了鉛鋅氧化礦的不脫泥選別，簡化了選別工藝，并強化了鉛鋅氧化礦的選別；且采用了Sandvik細碎設備、Krebs水力旋流器、Outokumpu高效濃密機等國外先進設備，以確保流程的高效、可靠運行。由于選礦技術及裝備的先進適用，在生產(chǎn)中取得了先進的選礦技術經(jīng)濟指標：選礦金屬回收率鋅95.70%、鉛86.35%、銀66.01%、鍺77.13%，選礦耗電4.40kg標準煤/t礦、耗水3.98t/t礦；2015年發(fā)布的《鉛鋅行業(yè)規(guī)范條件(2015)》，要求鉛品位≥3.6%、鉛礦物微細粒嵌布，鋅品位≥5.5%、鋅礦物細粒嵌布，且呈交代結構構造的鉛鋅混合礦，其選礦金屬回收率鋅≥82.5%、鉛≥82.0%，選礦電耗<7kg標準煤/t礦。

從國內外近些年的鉛鋅選礦技術的發(fā)展趨勢來看，尋求清潔、簡單、高效的選礦技術以成為選礦生產(chǎn)企業(yè)生存與發(fā)展的必然選擇，會澤鉛鋅礦集成了多年的選礦技術要點，實現(xiàn)了傳統(tǒng)選礦工藝流程與常規(guī)選別藥劑的創(chuàng)新應用，最大限度地回收利用了礦石中的有用組分，展示了會澤鉛鋅礦依靠科技進步促進礦產(chǎn)資源綜合利用效益最大化，對其他礦山的選礦生產(chǎn)具有一定的指導與參考意義。

圖2 會澤鉛鋅礦2000t/d選礦廠工藝原則流程

4 廢棄物綜合利用先進技術

4.1 廢棄物的現(xiàn)狀及其特點

礦山開采過程中將不可避免的產(chǎn)生數(shù)量巨大的廢棄物，主要有除塵廢氣、礦井水、選礦廢水、采礦廢石、選礦尾砂等，具有點多、面廣、量大、復雜的特點，其造成的生態(tài)破壞和環(huán)境污染非常嚴重。選礦廢水、采礦廢石、選礦尾砂為礦山的主要污染源，會對環(huán)境造成一定危害[9]。會澤鉛鋅礦歷經(jīng)半個多世紀建設及生產(chǎn)，除源源不斷產(chǎn)生的廢棄物之外，還面臨大量歷史遺留的選礦尾砂、冶煉廢渣等，更加重了礦山廢棄物的處理與利用難度，若處理不好將危及到礦山的生存與發(fā)展。

4.2 廢棄物的處理及資源化利用技術

隨著礦山環(huán)境保護標準的不斷提高及科學技術的不斷發(fā)展，礦山采選生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的破壞和影響得到了有效地控制和減少，采礦廢石膠結充填技術、尾砂膏體充填采礦技術、選礦廢水處理回用技術等得到有效的推廣應用，如凡口鉛鋅礦、南京銀茂鉛鋅礦等。但伴隨著產(chǎn)生的膏體制備溢流水、選礦廢水處理新生污泥等，大部分直接排放進入尾礦庫，易造成資源浪費及再次污染。會澤鉛鋅礦經(jīng)過不斷的理論研究與實踐探索，研發(fā)構建了以膏體充填和選礦廢水處理回用為核心的廢棄物處理與資源化利用技術，并與采礦方法、選礦方法互補形成閉環(huán)工藝，實現(xiàn)了廢棄物源頭控制與末端治理的資源化利用清潔生產(chǎn)(圖3)。

在廢渣方面，膏體-廢石聯(lián)合充填采礦法的生產(chǎn)應用，一方面將選礦流程生產(chǎn)尾砂、老尾礦庫尾砂、老渣庫水淬渣進行膏體制備充填利用，另一方面將采礦生產(chǎn)廢石不出井回填采空區(qū)，實現(xiàn)了選礦流程生產(chǎn)尾砂、采礦生產(chǎn)廢石的零外排。在廢液方面，采礦廢水經(jīng)處理合格后補充全礦生產(chǎn)用水，剩余部分達標外排，產(chǎn)生的底泥與老尾礦一同供給膏體制備利用。選礦廢水及膏體制備溢流水經(jīng)“pH值調節(jié)→混凝沉淀→活性炭吸附→臭氧氧化”水處理系統(tǒng)快速深度處理后循環(huán)用作選礦生產(chǎn)用水，實現(xiàn)了選礦廢水的零外排，水處理產(chǎn)生的底泥微細粒級含量高，且富含有價金屬，最終并入精礦產(chǎn)品過濾后供給冶煉回收有價金屬[10]。礦山生活污水經(jīng)處理合格后用作廠區(qū)綠化用水，剩余部分達標外排。在廢氣方面，選礦廠產(chǎn)塵點經(jīng)除塵設備強制除塵及通風設施強制通風，產(chǎn)生的收塵進入選礦流程回收有價組分。在廢棄物的處理及回用中，產(chǎn)生的廢水處理底泥、膏體制備溢流水為新生高危污染物，其處理利用徹底消除后續(xù)潛在的污染。膏體充填后不會對地下水質引起污染，并具有吸附作用，使井下水中的重金屬含量有所下降，可改善水質，其用于井下充填是安全、可行的[11]。

圖3 會澤鉛鋅礦廢棄物的處理及資源化利用的清潔生產(chǎn)工藝流程

從國內外近年來的礦業(yè)開發(fā)利用來看，歷史遺留尾礦、冶煉廢渣和生產(chǎn)工藝流程產(chǎn)出的廢石、尾礦、冶煉廢渣等固體廢棄物占用并破壞了大量土地，生產(chǎn)工藝流程產(chǎn)出采礦廢水、選礦廢水等易造成環(huán)境污染，已成為制約企業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一，會澤鉛鋅礦廢棄物的處理及資源化利用技術，為類似礦山的建設及發(fā)展又新增了一可參考、借鑒的模式。

5 結 語

會澤鉛鋅礦始終堅持科技進步求發(fā)展的主線，積極加強和行業(yè)的科研院所合作攻關，攻克了一系列技術難題，大幅度提高了礦產(chǎn)資源綜合利用水平，創(chuàng)造了較好的資源效益、環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。伴隨著會澤鉛鋅礦礦產(chǎn)資源開發(fā)孕育的云南馳宏鋅鍺股份有限公司，已將會澤鉛鋅礦礦產(chǎn)資源綜合利用的先進技術及成功經(jīng)驗推廣應用到整合的礦山，如國內的瀾滄老廠鉛礦、昭通毛坪鉛鋅礦、保山勐糯鉛鋅礦、內蒙古甲烏拉-查干銀鉛鋅銅礦、西藏墨竹工卡銅鉛鋅礦等的采選生產(chǎn)中，以及國外加拿大塞爾溫鉛鋅礦、玻利維亞揚帆金銻礦等的開發(fā)建設中。鑒于此，我國在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方面應該從以下幾個方面推進礦產(chǎn)資源綜合利用，提高發(fā)展質量。

1)我國的礦產(chǎn)資源豐富，但人均占有量少，加之大量開采及開采技術參差不齊，使得我國的礦產(chǎn)資源形勢不容樂觀，推進實施礦產(chǎn)資源綜合利用是實現(xiàn)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要先決條件條件。

2)礦產(chǎn)資源的逐漸開采耗竭是必將面臨的現(xiàn)實，資源型企業(yè)未來的發(fā)展，應屬于占有礦產(chǎn)資源，并有技術及能力實施資源綜合利用及環(huán)境保護的企業(yè)；目前國內資源利用率低、環(huán)境污染嚴重的礦山須盡快關停，其礦產(chǎn)資源應優(yōu)先整合給資源綜合利用及環(huán)境保護方面有實力、有經(jīng)驗的企業(yè)。

3)通過開展科技攻關及技術創(chuàng)新，我國的采選技術已得到了長足的發(fā)展與進步，礦產(chǎn)資源綜合利用水平得到了大幅度提高，與先進發(fā)達國家的差距正逐步縮小，故有實力的企業(yè)應著力爭取控制海外優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，重點推進海外礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，進一步鞏固我國在國際礦業(yè)的競爭力。

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The industrial practice and application of resources comprehensive utilization technologies in Huize lead-zinc mine

AO Shun-fu，CUI Mao-jin，SHI Zeng-long，ZHANG Chang-hong，ZHANG Xian，HONG Wu，CHEN Li-kun

(Yunnan Chihong Zn & Ge Co.，Ltd.，Qujing 655011，China)

The grade of lead-zinc ore from Huize mine is extremely high around the world.The deep resource is hard to mine because of the water bearing deep broken orebody，moreover，the resource is a sulfide and oxidation mixed ore which is complicated and difficult to beneficiation.The mainly mining technology of the deep ore body is mechanized upward drift cut and fill method，the secondarily mining technology is mechanized downward drift cut and fill method，which prevented mining water hazards，successfully controlled geostress hazards，reliably avoided rockburst，enhanced the safety of mining，and it effectively recovered the mineral resource.The advanced integrated beneficiation technologies includes the segmented flotation flowsheet with the sulfide minerals first and then oxidation minerals，the iso-floation and differential-flotation flowsheet，the staged grinding and staged concentration flowsheet with more breaking and less milling，so it fully recovered the useful componants.The waste treatment and the resource utilization were built on the treating and recycling of wastewater，and the paste filling.So the waste rock，tailings，mine water and water quenched slag were comprehensive utilized，and also it eliminated the harm of the overflow water of paste production and the sludge of wastewater treatment.The results of industrial practice showed that the recovery and the dilution rate of mining were reached 98.95% and 6.50%，the recoveries of zinc，lead，silver and germanium in concentrator were reached 95.70%，86.35%，66.01% and 77.13%.The industrial practice in Huize lead-zinc mine provides some precious experiences of the comprehensive utilization of mineral resources and cleaner production for researchers and managers.

comprehensive utilization；environmental protection；mining and minerals processing technology；no-waste mine；Huize lead-zinc mine

2016-04-16

國家科技支撐計劃資源、環(huán)境領域項目資助(編號：2015BAB13B00)

敖順福(1982-)，男，漢族，云南昭通人，畢業(yè)于武漢理工大學礦物加工工程專業(yè)，選礦工程師，主要從事選礦技術、礦產(chǎn)資源綜合利用的研究及管理工作。E-mail：aoshunfu1982@126.com。

TD98

A

1004-4051(2016)11-102-05