老窿废弃矿物目前尚无确切定义。笔者认为,老窿废弃矿物是指在当时的经济技术条件下,在采矿过程中产生的不可利用或未被发现的矿物,而被丢弃堆放在老窿的固体废弃物。随着技术进步,老窿废弃矿物中不可利用组分可以被回收利用。因此,可以将老窿废弃矿物看作人工矿床。随着资源的紧缺,开发利用老窿废弃矿物资源已经越来越受到重视,特别是随着采矿技术、选矿工艺和冶炼技术的进步(尤其是在微生物理论和技术方面),为其综合回收利用展示了广阔的前景。根据矿山地质勘查工程验证,湖南龙山金锑矿在地表浅部残留大量老窿废弃矿物,仅1#脉和2#脉的老窿废弃矿物资源储量就在100万t以上,加上其它矿脉老窿废弃矿物资源储量约50万t左右,全矿老窿废弃矿物资源总量估计在150万t以上。根据勘探取样结果,按平均含Au品位3.7g/t,含Sb品位3.15%计算,老窿废弃矿物的总金属储量为Au5.5t、Sb5.2万t,其储量规模相当于一个中型矿床,或又找到一个新的龙山金锑矿。为了充分利用这部分废弃矿物资源,我们采用下盘脉外平巷加短穿脉群采准布置方案-分段自然崩落或局部强制崩落采矿法;分散矿泥、强力捕收措施及部分优先-混合浮选新工艺技术,使老窿废弃矿物得到开发利用并取得了较好的经济效益。
一、老窿废弃矿物地质特征
(一)老窿废弃矿物的形成
湖南龙山金锑矿是一个有百年开采历史的老矿区,在发现矿石含金及选冶回收黄金成功之前的七十多年中,采用民窿手工土法开采,采锑弃金,采富弃贫,只采高品位锑块矿(俗称青砂),而对于品位较次锑矿石(手工无法分选的矿石俗称“花砂”)和采挖下来的含金脉石均一并弃置于采空区,作为空区充填物,即形成现在的老窿废弃矿物。
(二)老窿废弃矿物资源储量
矿山在分析研究原地质勘探报告基础上,对老窿区域实施生产地质探矿工作。勘探手段采用坑探,勘探网度为40m×20m,获取老窿废弃矿物资源储量见表1,加上其它矿脉如7、8、5、17,23#等矿脉老窿废弃矿物资源储量约60万t左右,全矿老窿废弃矿物资源总量在150万t左右,其储量规模相当于一个中型矿床。
表1 老窿废弃矿物资源储量表
矿体号 | 剖面积(m2) | 厚度(m) | 比重(t/m3) | 矿石量(万t) | 品位 | 金属量 | ||
Au/(g/t) | Sb(%) | Au(kg) | Sb(t) | |||||
1#脉 | 150000 | 2.2 | 1.86 | 61.38 | 3.5 | 3.3 | 2148.3 | 20255.4 |
2#脉 | 120000 | 1.5 | 1.86 | 33.48 | 4.17 | 2.95 | 1396.12 | 9876.6 |
共计 | 270000 | 3.70 | 3.15 | 3544.42 | 30132 |
从探采老窿废弃矿物的工作面揭露情况来看,可将老窿废弃矿物分为:
松散型泥结矿石。这是代表性的老窿废弃矿物。民窿采挖过程弃置的矿石-空区充填物,受上部采挖区的渗水和岩层裂隙水影响,促使弃置矿石的泥化,形成含水较多的泥结矿石。
密实型胶结矿石。上部疏水(或隔水)条件好的部分老窿,采区滴水量少,这种情况下弃置的“渣石”中,块状、细粒状、粉状(泥质)的矿岩渗入少量的水,在弃置物的堆积重力作用下,经过长时间的氧化胶结,成为密实型氧化胶结矿石。
残留矿柱、矿壁.民窿开采留下的不规则矿柱、矿壁,经反复民采,开采条件好的、有青砂的矿柱已基本采完,但因青砂脉较薄或受安全条件和涌水量大的制约,未采完的矿柱、矿壁还是存在的。
未采矿块。由于含矿破碎带中,青砂脉沿走向的连续性不稳定,无可采青砂脉的地段没有采动,成为老窿区内的未采矿块。这种未采矿块虽无可采青砂,但其含矿品位还是较高的。
二、老窿废弃矿物回收技术
(一)采矿技术
目前,国内外常用的老窿废弃矿物(二次开采)采矿方法,主要有崩落法、充填法、直接法三种采矿法。由于龙山金锑矿老窿废弃矿物受民采破坏严重,开采技术条件复杂,回收的难度大,国内外无成熟的工艺可供借鉴。针对该矿床开采技术条控制,呈脉状产出,倾角陡(70°-80°)且破碎,不明空洞多,安全性差;矿体平均厚度为2. 31m,不适于采用大规模崩落采矿方法;围岩节理裂隙极其发育且稳固性差,易造成采矿过程中矿石的大量贫化;胶结充填法,成本高,也不宜采用。试验采用脉外平巷加穿脉群回采方案,对老窿废弃矿物进行开采。该方法具有成本低、回采作业安全性好等优点。
中段高度一般为20-40m较合适,分为1070中段、1030中段、1010中段、880中段、810中段、670中段等。每个中段有一个斜井和两个向上的天井联通。在中段内沿矿体走向长度50-100m,宽为矿体的厚度布置采场,采场间不留顶、底柱和间柱。按从上至下、由远至近顺序连续回采。采用下盘脉外平巷加短穿脉布置采准方案,采准施工顺序为:先在中段运输水平矿体下盘脉外3-5m处掘进脉外平巷,从脉外平巷每隔5-7m向矿体掘进出矿进路。施工原则:为确保采场布置的有效实施,必须坚持穿脉指导脉外平巷施工方向的原则,大体保持脉外平巷与老窿区成等距离沿走向延伸,各个短穿脉的施工一般都在脉外平巷延伸施工中依次掘完。若等距离控制较好,也可先稀后密。先稀以发挥其探矿和导向作用,后密以适应回收好老窿废弃矿物的需要。
回采工艺。对于松散型泥结矿石,采用控制拉底层矿体暴露面大小的方法,使老窿中的充填物、老采空区周边已风化破坏的矿壁、矿柱等,依靠自重产生自然崩落。即从出矿进路沿矿体走向拉底,拉底过程中视矿体完整和稳固性情况,确定各进路拉底空间是否贯通,分别形成连续或间隔的拉底空间,作为诱导矿体自然崩落的初始自由面,矿石自然崩落,从短穿脉出矿进路中人工出矿。而对于胶结密实的老窿废弃矿物,令其悬空亦不易自行脱落,需挖掘爆破强制其落下。回采矿块中尺寸较大、且保留较为完好、无法完全自然崩落的部分矿柱,则通过电子侧距仪和经纬仪多点侧量其距离和方位,计算出矿柱的准确空间位置和尺寸,在沿矿体走向两头各设计一个顺路天井,采用变形浅孔留矿法或干式充填法回采。
安全技术措施。①严禁人员进入老窿区内作业,不准在高悬空间下面出矿,一般应在穿脉短巷出矿口满堆矿石的情况下出矿,出矿口未充满而暂停出矿或出矿口悬拱时,应采取临时拦挡措施。②遵循从上而下、由远至近的回采顺序,每个出矿口的回收矿量超过或接近该出矿口的控制量,且出矿口出现大量大块废石时,表示该出矿口的上部围岩已垮落,该出矿口的矿石回收量已达到要求,应通过取样检测确定是否封闭该出矿口。③注意防水,特别是要加强地表防洪,防止地表水渗流到老窿区内,以避免老窿导水而产生的泥石流灾害。④在地面和井下各中段布置地压观测点,加强地压观测,做好预防、预报工作,构建地下开采灾害预警系统,并对采场进行安全稳定性评判,以便采取措施减少地压危害。
(二)选矿技术
由于老窿废弃矿物金、锑、砷共生密切,存在矿物之间的“竞争吸附”现象,加之老窿废弃矿物存在部分氧化现象,矿石中绢云母、绿泥石、褐铁矿等易泥化的矿物含量较高。含泥高矿石浮选一直是选矿技术上的一大难题,矿泥干扰成为影响浮选指标的一个重要因素。因此,应采取减小矿泥影响、削弱“竞争吸附”的相应措施。依据“能收早收”的原则,采用分散矿泥、强力捕收措施及部分优先-混合浮选工艺(见图1),即先在弱碱性介质中选金,后在中性或弱酸性条件下选锑工艺,以达到提高龙山金锑矿石金、锑选矿回收率的目的。
图1 部分优先一混合浮选工艺流程金浮选技术。由于细泥在碱性介质中具有较高的分散性,同时兼顾到金的选别效果,确定在弱碱性(pH值在8-9)介质中选金,参照含高砷金矿石的浮选经验,采用碳酸钠作为矿浆pH调整剂,碳酸钠用量为1200-1500g/t;考虑到矿石的部分氧化,导致黄铁矿、毒砂的可浮性下降,采用硫化钠为活化剂,硫化钠用量50-100g/t,水玻璃既可作矿泥的分散剂,又可作脉石矿物的抑制剂,水玻璃用量为500-1000g/t,以湖北石首药剂厂生产的强力捕收剂MA-2与丁铵黑药组合捕收剂方案进行试验,MA-2与丁铵黑药用量为200-250g/t;硫酸铜既可作黄铁矿、毒砂的活化剂,又可作辉锑矿的活化剂,硫酸铜用量为100-150g/t, 锑浮选技术。一般而言,锑适宜在弱酸性或中性(pH值为7左右)介质中选别,硫酸用量在0.7-1.0kg/t。硝酸铅对辉锑矿有较强的活化作用,硝酸铅用量为120-180g/t。
三、主要技术经济指标
龙山金锑矿从2005年10月开始到2006年3月结束,进行了老窿废弃矿物回收技术试验研究,其主要技术经济指标见表2,共回收老窿废弃矿物31455t,出矿品位Au为2. 82g/t、Sb为2.55%,平均选矿回收率为83.2%,按目前市场价格矿石销售收人为491.26元/t,生产总成本为322.3元/t,其中采矿成本为82.53元/t,选矿成本为50.48元/t,吨矿利润为168.96元,实现效益531万元。
表2 主要技术经济指标采场生产能力/(t·d-1) | 采矿工效/(t·工班-1) | 矿石贫化率/(%) | 采矿回收率/(%) | 选矿回收率/(%) | 矿石生产成本/(元·t-1) | |
指标 | 48 | 4.3 | 15.6 | 82.2 | 83.2 | 322.3 |