0 前言

铜是四大有色金属之一, 我国铜资源分布较分散, 且铜矿床贫矿多, 开采品位低。但是, 几乎所有的铜矿床均伴生多种有益组分, 因此, 综合利用其中有益组分, 对提高矿床经济价值和矿山开发的经济效益, 合理利用铜资源都有重要意义。我国铜储量比较丰富, 其储量在世界上仅次于智利、美国而居第三位。在我国江西、西藏、云南、甘肃等省份储量比较丰富, 其中有30%以上的储量分布于边缘或交通不便的西南省份, 这就更突出了江西铜资源在全国的重要地位。江西省已探明的铜矿分布于全省六个地区, 26个县。上饶地区和九江地区为全省铜储量集中地区, 这二个地区占全省大中型矿床90%。因此, 对江西铜资源状况进行全面分析, 探讨铜矿资源合理开发利用及提高铜矿床勘查、开发的途径和方向有重要意义。

1 江西铜矿主要矿床类型

江西铜矿床类型比较齐全, 但以斑岩型铜矿为主, 其次为矽卡岩型铜矿, 缺乏砂岩型铜矿。

1.1 斑岩型铜矿

江西省有斑岩型铜矿3个, 并且均为大型矿床, 其总储量占全省保有储量的59.45%。

德兴铜矿矿田由铜厂、朱砂江、富家坞三个斑岩矿床组成。与斑岩铜矿有关的岩体, 主要以燕山期花岗闪长斑岩为主体的浅成侵入杂岩体。主要铜矿体, 赋存于浅成含矿斑岩株的接触带, 上接触带矿体规模大, 厚度稳定, 且向深部延伸长度较大; 下接触带矿体向下延伸长度较小。矿体倾向32°, 倾角30~50°, 矿体规模上大下小, 适于露天开采。矿石平均品位0.458%, 黄铜矿为主要矿物, 占铜矿物总量的90%以上, 目前已综合利用的有益伴生组分有金、银、铝、硫。

1.2 矽卡岩型铜矿

全省有矽卡岩型铜矿9个, 占全省保有储量3%以上。

以九江城门山铜矿为例, 矿床主要环绕花岗闪长斑岩、石英斑岩体与碳酸盐围岩的接触带分布; 部分为交代岩体内部之围岩捕虏体形成。环绕花岗闪长斑岩体之接触带, 形成含铜矽卡岩、含铜硅化灰岩和含铜大理岩构成的矽卡岩铜矿体。总体呈环带状展布, 单个矽卡岩矿体则多呈透镜状, 产状与地层产状基本一致, 在剖面上作后侧式排列。主要金属矿物有:黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、辉铜矿、赤铁矿、针铁矿和闪锌矿等。矿石平均品位0.76%。

1.3 热液型铜矿

全省有热液型铜矿9个, 约占全省保有储量的6.81%。

以银山铅锌铜矿床为例, 矿床主要位于NNE向与NE向断裂构造复合控制的侏罗纪火山盆地的边缘, 赋矿围岩主要为中——上侏罗世火山岩及前震旦纪浅变质岩系。主要火山熔岩及次火山岩有:流纹英安斑岩、安山岩、英安斑岩、英安纷岩及石英斑岩等。矿体在岩体和围岩中均有分布, 在千枚岩之围岩中, 以脉型矿体为主; 在岩体中, 以细脉侵染型和角砾岩筒型矿体为主。矿体长一般为几百米, 最长> 700m, 厚一般为1~5m, 最厚达23m, 主要金属矿物有:黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿及自然银等。铜的平均品位1.04%。

2 铜矿资源的开发

我国铜的供需矛盾一直相当突出, 消费量远远超过生产量。例如1985年, 全国精炼铜产量为63万t以上, 其中矿产铜39万t左右, 占62.3%, 再生铜11万t左右。而铜的消费量为91万t以上, 缺口27万t以上。实际上我国铜的生产量的增长有限, 1992年我国铜的需求量达到120万t, 可见缺口越来越大^[1]。

几十年来, 我国大多数铜矿山生产工艺和装备仍处在低水平。矿山规模一般为国外同类型矿山的20%~50%, 劳动生产率则为国外的5%~10%^[1]。随着开采深度的增加, 铜矿石品位趋于下降, 针对铜矿矿床赋存特点, 只有采用新技术、新工艺, 实现高效、低成本的综合回收, 才能扭亏为盈。

国外露天铜矿山的采矿设备不断向大型发展, 目前液压铲的斗容达到30m³, 电动铲的斗容为43m³, 汽车的有效载重85t以上。迈向21世纪后几乎所有的各种级别的设备规格都会增大25%~30%。同时, 联合采矿系统已开始应用, 如美国西雅里塔铜钥矿采用汽车-坑内破碎-胶带运输-连续堆排系统, 实现了采矿、剥离、运输作业的连续化。

铜矿床地下开采的大型矿山向高阶段、大采场连续化方向发展, 矿块自然崩落法矿山生产能力一般在5000~6000 t/d, 如美国圣曼纽尔铜矿日出矿量6.2万t, 可以和露天开采媲美。

溶浸采矿由于开采成本低、投资少, 成为低品位矿石、氧化矿和二次资源回收的开采方法。目前美国在铜金属产量中, 溶浸采矿产量所占比例达到30%左右, 说明溶浸开采技术已成熟、可靠, 在金属矿产开采中占据重要地位。

江西铜矿床开采技术, 特别在低品位铜矿床开采技术方面, 与发达国家比较差距较大。但近年来, 低品位铜矿床在大型露天开采以及溶浸采矿技术方面已迈出了可喜步伐。

3 铜矿产资源开采新技术 3.1 溶浸采铜

溶浸采铜是从低品位矿石、残矿、废石、尾矿中回收金属的一种行之有效的采矿方法。它可使采用常规采选方法得不偿失、甚至无法回收的矿产资源得到充分利用。它可直接从矿石中回收金属, 极大地降低了金属提取成本, 因此得到了世界各国的广泛重视, 它将成为人类未来采矿的方法之一。

德兴铜矿在露天开采过程中留下了11.7亿t无入选价值的0.25%以下低品位铜矿石, 含铜总量约120万t, 相当一个中型铜矿。目前以细菌堆浸-萃取-电积流程工艺建起了一个年产量2000t, 年创产值4000万元以上的含铜废石堆浸工程。为进一步提高技术经济指标, 该项目被列为国家“九五”重点科技攻关项目。该项目的试验成功将开创废石提铜的先河, 并可延长矿山服务年限10年以上。

3.2 大型露天采铜

德兴铜矿是我国大型低品位铜矿床, 已探明铜矿石的储量为16亿t, 铜金属为700万t之多。1995年原矿处理量为2015万t, 采剥总量为5518.9万t, 铜金属7.27万t, 金3.5t, 银11.4t。1998年三期工程建成后, 矿石日产规模将达9万t/d, 成为超大型露采铜矿。

德兴铜矿现采用国内外先进的开采工艺与装备, 并采用联合运输方式运送矿石, 采场东部建立了汽车-破碎机联合运输系统, 两条平行布置在斜井内的胶带机, 倾角8°左右, 带宽1.2m, 水平运距达1340m, 每日运送矿量6万t, 是我国最大的汽车胶带联合运输系统, 也是我国最先使用计算机联网、集中控制、自动调节的连续运输系统。其露天矿后期的废石运输开拓系统也将由公路开拓改为公路-破碎站-胶带机联合开拓方式。

该矿的贫矿采用综合开采, 将含铜品位0.1%~0.3%的表外矿作为可利用的矿石, 将边界品位从0.3%降到0.25%, 从而可降低作业量而减少设备投入6亿多元, 缓解采矿滞后金属产品生产能力的状态, 多产铜2434万t, 金14.3t, 延长矿山寿命5年以上。

4 江西铜资源开采技术方向

依据江西铜矿资源的客观特点, 铜资源开发利用的发展方向应该是:高效地下采矿方法不断完善; 溶浸采铜技术的全面推广及铜矿床大型露天开采的普遍采用。

4.1 深化溶浸采铜技术研究

德兴铜矿溶浸采铜无论是浸出工艺方法, 还是生产规模都应进一步深化和加强。应该大力发展溶浸采铜, 深入研究溶浸机理和新工艺, 如研究浸出化学过程, 溶浸液的控制, 布液与集液优化, 原地爆破和破碎新工艺等。为使溶浸采矿技术成果广泛付诸工业实施, 具体应重点发展如下几个方面。

(1) 进一步加强难浸铜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, 使更多类型的铜矿石能采用溶浸技术回收。

(3) 加强原地浸出工艺技术研究, 包括原地钻孔浸铜和就地破碎浸铜等。

4.2 完善和推广自然崩落法

自1895年自然崩落法在美国试验成功以来, 经过100余年的不断发展, 已经成为一种生产能力大、效率高、成本低、作业安全性好的地下采矿方法。江西部分铜矿采用了这种采矿方法, 但需要研究的工作还很多, 其中, 主要应做好以下两方面的工作:一是要努力研究降低采矿成本的措施, 尽量增加回采高度, 向全面、连续崩落的技术高度发展; 二是要根据不同用途和服务年限确定与完善底部结构工程支护与维护方法, 完善底部结构工程的掘进、支护以及拉底装药爆破和出矿等设备的配套, 以提高产量和生产效率。

4.3 扩大露天采铜能力

目前, 露天采铜进一步向大型化和深挖化发展。大型露天铜矿劳动生产率高, 成本低, 损失和贫化率低。今后, 应加强露天开采技术的研究, 加强排土新工艺和设备的研究, 重视复垦技术和环境控制技术; 采用大型高效采、装运和辅助设备; 广泛应用计算机。可以说, 大力发展大型露天采铜, 扩大其生产能力是今后的发展方向。