銅尾鉱からの銅、金、銀、鉄の回収

A. 安慶銅鉱山：銅および鉄の回収

安慶銅鉱山の鉱石の種類は、ディオライト型銅鉱石、スカーン型銅鉱石、磁鉄鉱型銅鉱石、およびスカーン型鉄鉱石の4つに分類される。これらの鉱石を構成する鉱物はすべて内生鉱物である。 主な金属鉱物としては、黄銅鉱、磁鉄鉱、磁黄鉄鉱、黄鉄鉱が挙げられる。銅、鉄、硫黄を回収するための浮選および磁選処理の後、完全に解離されなかった少量の黄銅鉱が総尾鉱に残留する。 パイロティトは鉄と硫黄を含み、その磁性は磁鉄鉱に次ぐ強さである。浮選による磁選粗選濃縮物の脱硫処理中、その強い磁性のため、一部の微細な磁鉄鉱が必然的に尾鉱に混入してしまう。.

選鉱場からの尾鉱は分類され、+20 μmの分画は地下の砂貯蔵ビンに充填するために送られ、-20 μmの分画は尾鉱池に排出される。尾鉱の化学分析結果は表4-28に示されている。.

表4-28 尾鉱（%）の化学分析結果

尾鉱から銅および鉄資源を包括的に回収するため、安慶銅鉱山は遊休設備を最大限に活用し、現地の状況に合わせて尾鉱総合回収用銅プラントおよび鉄プラントを建設した。銅鉱物は主に粗尾鉱に豊富に含まれているため、粗尾鉱からの銅回収が最優先課題となっている。 選鉱場の尾鉱には残留試薬が含まれているため、鉱石貯蔵ビン上部に銅（Cu）および硫黄（S）を含む泡が自然に蓄積する。銅回収プラントでは、貯蔵ビンの上部に自家製の工業用強制通気式浮選機を設置した。 浮選による粗濃縮物は再粉砕された後、粗選1段階、精選2段階、掃選3段階で構成される精選回路にかけられ、最終的に銅品位16.94%の規格を満たす銅濃縮物が生産された。 300,000元の投資により、埋め戻し混合ステーション近くの敷地内に、25 t/dの銅プラントが建設された。.

表4-28のデータからも、鉄は主に微細尾鉱に集中していることが示されている。実験室での研究によると、微細尾鉱中の鉄は主に微細粒の磁鉄鉱と黄鉄鉱であることが判明している。鉄回収プラントは、微細尾鉱中の微細粒の磁鉄鉱と黄鉄鉱を対象としている。 本システムから撤去された3台のCTB718低強度磁選機を使用し、10万元を投資して、地形の高低差を利用し、微細尾鉱が濃縮槽に入る前の地点に鉄回収プラントを設置した。 鉄の回収には、「粗選1回、精選1回」の磁選プロセスを採用した。選鉱所から失われた鉄資源をさらに回収するため、各種の鉄含有廃水、スラッジ、および銅尾鉱プラントからの精選尾鉱をすべて、総合鉄回収プラントに集めた。 その結果、品位63.00% Feの鉄精鉱が得られた。 銅プラントおよび鉄プラントの生産フローシートを図4-19に示す。両プラントの年間生産額は491万9500元、年間利益および税額は421万4500元と推定され、良好な経済的・社会的利益をもたらした。.

B. トンルシャン銅鉱山：銅、金、銀、鉄の回収

トンルシャン銅鉱山は、スカルン型の大型銅・鉄共生鉱床であり、銅および鉄の品位が高く、埋蔵量も豊富で、金や銀も伴生しています。鉱石は、酸化銅・鉄鉱石と硫化銅・鉄鉱石に分けられます。これらの鉱石は、選鉱場において2つの別々のシステムで処理されます。 選鉱所では、浮選－低強度磁選－高強度磁選のプロセスを用いて、銅精鉱および鉄精鉱を生産している。高強度磁選残渣の総量は約300万トンで、これには25,000トンの銅金属と132万トンの鉄が含まれている。 高強度磁選尾鉱に含まれる銅鉱物には、マラカイト、疑似マラカイト、黄銅鉱、少量の天然銅、カルコサイト、ボルナイト、およびごく少量のラピスラズリとコベルライトが含まれる。鉄鉱物には主に磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱、および白鉄鉱が含まれる。 非金属鉱物には主に方解石、カルセドニー、石英、雲母、セリサイトが含まれ、少量のガーネット、エピドート、ディオプサイド、アパタイト、トパーズも含まれる。尾鉱の多元素分析および相分析結果は、表4-29から4-32に示されている。.

図4-19 総合的な尾鉱回収型銅プラントおよび鉄プラントの生産フロー図

表4-29 高磁力尾鉱（%）の多元素分析結果

表4-30 銅の相分析（%）

表4-31 鉄相の分析（%）

表4-32 金・銀相分析（%）

実験結果に基づき、選鉱所に1日当たり1000 tの高磁力尾鉱を処理する総合利用プラントが設計・建設された。銅、金、銀、鉄を回収するために、従来の浮選・重力選鉱・磁選の複合プロセスが採用されている。 粉砕後、高磁力尾鉱は、硫化剤として硫化ナトリウム、捕集剤としてブチルキサンテートおよびヒドロキサム酸、発泡剤としてNo. 2油を用いた硫化浮選処理が施され、銅、金、銀が回収される。 その後、浮選尾鉱はスパイラルシュートで処理され、鉄の粗選濃縮が行われ、鉄の粗選濃縮物は磁気分離によって精選され、鉄精鉱が生産される（図4-20を参照）。 プロセス条件は、0.074 mmを通過する粉砕細度 60%、Na₂S 2000 g/t、ブチルキサンテート 175 g/t、ヒドロキサム酸 36 g/t、No. 2 油 20 g/t である。 最終的に、銅分 15.4%、金分 18.5%、銀分 109 g/t の銅精鉱と、鉄分 55.24% の鉄精鉱が得られる。 銅、金、銀、鉄の回収率は、それぞれ 70.56%、79.33%、69.34%、56.68% である。 高強度磁性尾鉱の処理能力を 900 t/d、年間稼働日数を 300 日と仮定すると、年間の総合回収量は銅 1435.75 t、 金171.26kg、銀1055.92kg、鉄33,757tとなる。予備的な経済試算によると、年間生産額は1,082万元、年間利益は約1,000万元と見込まれており、大きな経済的・社会的利益が期待される。.

C. 新疆アシェレ銅鉱山： 銅の回収

新疆アシェレ銅鉱山は、火山噴出・堆積起源の黄鉄鉱型銅・亜鉛多金属鉱床である。 2004年9月の操業開始以来、選鉱プロセスは継続的に最適化され、銅の回収率は生産初期の79%から91.93%へと向上し、銅精鉱の品位は18%以上に達している。 技術的な可能性を最大限に引き出し、鉱物資源の回収率を最大化するため、現行の生産プロセスで発生する亜鉛・硫黄分離残渣からの銅の工業規模での再浮選が実施されている。.

現在の選鉱プロセスでは、亜鉛・硫黄選鉱回路の尾鉱に含まれる銅の含有量は比較的高いままである。銅は主にテナナイトとして存在し、次いで黄銅鉱として存在する。 銅鉱物の大部分は遊離しているが、遊離していないもののうち、その大部分は黄鉄鉱と単純な共生体を形成しているか、黄鉄鉱に包有されている。 この尾鉱試料の鉱物組成を表4-33に示し、尾鉱の多元素化学分析および銅相分析をそれぞれ表4-34および表4-35に示す。.

表4-33 亜鉛・硫黄分離残渣の鉱物組成

表4-34 尾鉱（%）の多元素化学分析

表4-35 銅の相分析（%）

亜鉛・硫黄分離残渣からの銅回収に関する積極的な実験的研究に基づき、当鉱山では残渣の再処理に関する工業試験研究を実施した。 この工業試験は、2010年1月から7月にかけて、アシェレ銅鉱山の650独立選鉱システムにおいて実施された。試験結果は表4-36に、試験フローシートは図4-21に示されている。.

表4-36 亜鉛・硫黄分離残渣からの銅の再回収に関する工業試験結果              (%)

図4-21 亜鉛・硫黄分離残渣からの銅の再回収に関する工業試験フローシート

7か月間にわたる工業試験の結果、亜鉛・硫黄分離残渣からの銅の再選鉱において、平均給鉱品位は銅0.90%、亜鉛1.05%であった。 銅精鉱の品位は7.56% Cuおよび9.55% Znであり、銅の回収率は54.95%であった。銅精鉱中の亜鉛の回収率は59.34%に達した。 亜鉛・硫黄分離尾鉱からの銅の再選別において、亜鉛の濃縮比が高かったため、銅精鉱中の亜鉛含有量が過剰となった。工業試験において多量の亜鉛抑制剤を添加したにもかかわらず、銅精鉱中の亜鉛含有量を低減することは困難であり、これは銅の回収率にも影響を及ぼした。 しかし、Na₂Sを適切に添加することで、亜鉛含有量の低減に成功した。工業試験中、生産された銅精鉱の実際の品質に基づき、亜鉛・硫黄分離尾鉱からの再選別で得られた銅精鉱を、φ38 mの沈降槽において原鉱選鉱からの銅精鉱と混合した。 これにより、販売用の最終銅精鉱の銅含有量は18%以上、亜鉛含有量は概ね3%から4%の範囲に収まるようになった。これにより、銅の全体的な回収率が向上しただけでなく、販売要件も満たすことができた。.

統計によると、2010年1月から7月にかけて、650号独立選鉱システムでは、亜鉛・硫黄分離工程の尾鉱を処理し、銅の回収を行った。工業試験の開始以来、銅金属の月平均回収量は62.17トンに達し、これにより月間176万元以上の追加利益を生み出した。.

D. 風山銅鉱山：銅の回収

大冶非鉄金属グループホールディングス株式会社傘下の鳳山銅鉱山は、湖北省陽新県に位置している。 2010年末時点で、確認された銅金属埋蔵量は約18万トンであった。現在の年間銅生産量約5,000トンを基に計算すると、同鉱山は今後30年以上採掘を継続できる見込みである。 選鉱場では当初、1基の粗選機、2基のスカベンジャー、1基の精選機、粗選濃縮物の再粉砕、および銅・硫黄分離工程からなる浮選回路が採用されていた。.

銅の回収率を向上させるため、元の尾鉱に対するスカベンジング工程を追加してプロセスを最適化した。すなわち、元のプロセスを3つのスカベンジング工程を含むように変更した。実際の生産では、コレクターとしてキサンテートとジチオホスフェート（ブラックエージェント）の組み合わせが使用された。 尾鉱の追加スカベンジングには、捕集剤としてキサンテート、発泡剤としてパインオイルが選定された。パルプのpHは8.5で、修飾剤は添加されなかった。当初の現場スカベンジング回路では、8.0 m³の浮選槽が使用されていた。 したがって、同モデルの浮選槽が選定された。浮選時間の追加が6分間であることを踏まえ、各シリーズごとに3基の浮選槽が追加された。各シリーズにおいて、第3のスカベンジング段階として3基のKYF-8.0 m³浮選槽が追加された。 順次還流の原理に基づき、泡は泡ポンプによって第2回収段階の最初のセルへ移送され、一方、尾鉱は重力によって尾鉱シュートへ流れ込んだ。プロセス最適化後の浮選フローシートを図4-22に示す。.

図4-22 スカベンジング段階を追加した後の鳳山銅鉱山の新しいプロセスフロー図

プロセスの最適化後、選鉱プロセスはより合理的なものとなり、品位22.15%、回収率91.06%の銅精鉱が生産される一方、尾鉱の品位は0.058%まで低下した。 改良前と比較して、回収率は1.8ポイント上昇し、年間生産額は400万元以上増加した。.

E. 徳興銅山：銅と金の回収

徳興銅山は、中国にある大規模な斑岩型露天掘り銅鉱山である。 主鉱物である銅に加え、この鉱石には金、銀、モリブデン、硫黄などの有価成分が伴在している。主な鉱石鉱物は黄銅鉱、黄鉄鉱、モリブデン鉱であり、脈石鉱物は主に石英、セリサイト、緑泥石、黒雲母である。 1日当たりの採掘・処理能力は100,000トンに達し、尾鉱の発生量は97%である。尾鉱から有価成分を回収するため、選鉱場では重力選別（ハイドロサイクロン）を用いて黄鉄鉱を回収している。尾鉱はφ350 mmのハイドロサイクロンに直接送られる。 密度が高く比較的粒度の粗い黄鉄鉱は、アンダーフローで濃縮され、硫黄精鉱となる。給鉱品位が25%を超える条件下では、硫黄精鉱品位35%～40%、操業回収率約60%を達成できる。 硫黄濃縮物相当の年間回収量は300,000トンを超え、これにより固形廃棄物の排出量を年間100万トン以上削減している。銅濃縮物を回収するため、徳興銅鉱山では開放式尾鉱水路に泡回収プレートを設置している。 尾鉱から発生する粗粒の銅含有鉱化泡を掻き取り、その後、分級、粉砕、および複数の洗浄工程を経る。キサンテートとNo. 111オイルを適切に添加することで、品位13%を超える低品位銅精鉱を得ることができる。 1日あたり20,000トンの処理能力が確立されており、年間5,000トンの低品位銅精鉱を生産しており、これには650トンの銅と30kgの金が含まれている。.

F. 広東省の銅鉱山：銅と鉄の回収

歴史的および技術的な理由により、広東省のある銅鉱山では単純な利用方法が採用されていました。鉱石からは銅のみが採掘・利用されており、銅の回収さえ不完全だったため、CuやFeなどの回収可能な有価元素が尾鉱に残されていました。 鉱物処理および冶金科学技術の発展、特に現代の銅湿式冶金における革新により、以前は利用できなかった銅資源が「死鉱」から莫大な富へと変貌を遂げた。現在、浸出－溶媒抽出－電解精錬 （L-SX-EW）を銅抽出に用いた後、浸出残渣を磁気分離して鉄を回収するプロセスを採用することで、尾鉱から有価金属を効果的に回収することが可能となり、銅の回収率は55%、鉄の回収率は40%を達成している。.

この尾鉱は、20世紀に行われた塩素分離・浮選工程から生じたものである。粉状で、色は灰黒色であり、重粘土を含んでいる場合は湿った状態に見える。粘土分が含まれているため、原料は褐色、赤褐色、または黄褐色をしている。 選鉱前は、この鉱石は銅・鉄を含む鉱石であった。選鉱後、銅の大部分は浮選によって回収されたが、鉄やその他の鉱物は主に浮選尾鉱に残留した。尾鉱に含まれる金属鉱物には、磁鉄鉱、黄鉄鉱、褐鉄鉱、天然銅、銅鉱、テノライト、黄銅鉱などがある。 脈石鉱物は、主に長石、石英、鉄染み長石、石英、粘土鉱物であり、少量のコークス残渣も含まれている。尾鉱試料の多元素分析および銅相分析結果は、表4-37および表4-38に示されている。.

表4-37 尾鉱（%）の多元素化学分析結果

表4-38 銅の相分析結果（%）

分析結果によると、銅含有量は0.75%であり、そのうち酸溶出性銅は0.42%で、総銅量の56.00%を占め、主に酸化銅として存在している。 酸不溶性銅の含有量は 0.33% で、これは総銅量の 44.00% を占めています。 この酸不溶性銅は、主に脈石に封入された微細な黄銅鉱、および褐鉄鉱と混合し、脈石鉱物に浸透・染み込んだ（いわゆる脈石中の結合酸化銅）輝銅鉱およびテノライト、さらに少量の天然銅で構成されています。 浸出処理後も、主に結合酸化銅や黄銅鉱として、また少量の未浸出の天然銅として、一部の銅が残留します。.

実験研究によって推奨された主要なプロセスフローに基づき、国内外の湿式銅精錬における実務経験を踏まえて、尾鉱からの有価金属の回収には、銅を抽出するための「浸出－溶媒抽出－電解精錬 （L-SX-EW）プロセスを採用し、銅を抽出する。その後、浸出残渣を磁気分離して鉄を回収する。銅の生産プロセスは、主に撹拌浸出、固液分離、溶媒抽出、ストリッピング、および電解精錬で構成される。生産プロセスのフローシートを図4-23に示す。.

(1) 撹拌浸出。. 選別工程では、原料を水で洗浄し、スラリー状にする。その後、パルプは撹拌槽に送られ、浸出処理が行われる。.

浸出プロセスは2つの並列ラインに分かれており、各ラインは3つの撹拌槽で構成され、3段階の同流浸出が行われる。 浸出は常温・常圧下で、液固比2:1、浸出剤濃度35～40 g/Lの条件下で2時間行われる。.

(2) 固液分離。. 撹拌されたパルプは増稠機へと送られる。増稠機とポンプを接続する、2段階の洗浄および向流式固液分離回路が採用されている。浸出液は溶媒抽出プラントへと送られ、一方、浸出残渣は磁気分離工程に送られ、鉄精鉱が回収される。.

(3) 溶媒抽出。. 浸出液は抽出装置に流入する。抽出剤を用いて、2段階の向流抽出が行われる。抽出液は洗浄され、精製液は重力によって精製液貯留池へと流れ込み、給鉱スラリー化および濃縮機洗浄の補給水として使用される。.

(4) ストリッピング。. 洗浄された有機相はストリッピング装置に送られる。ストリッピング溶液は電解精錬セルに送られる。ストリッピング後、有機相は予備平衡化され、再生された有機相はリサイクルのために抽出回路に戻される。.

(5) 電解精錬。. ストリップ溶液は電解精錬セルに供給される。陽極は不溶性の合金材料でできている。電極間に電流を流すと、銅イオンが電子を受け取り、陰極に沈着して電解銅が生成される。使用済みの電解液は、ストリッピング剤として再利用される。.

図4-23 銅・金回収プロセスの基本フロー図

図4-24 鉄回収のプロセスフロー図

鉄の回収プロセスでは、単一の磁選法が採用されている。プロセスフローは、ラフ選鉱段階1つ、スカベンジャー段階1つ、およびラフ濃縮物の再粉砕後のクリーナー段階2つで構成される。尾鉱砂には粘土分が多く含まれており、これが鉄の回収率に著しい影響を与えるため、ラフ選鉱の前に向流洗浄工程が追加されている。 未処理の尾鉱の粒度分析によると、鉄は主に-0.038 mmの粒度分級に分布している。実際の生産条件に基づき、粗濃縮物の再粉砕細度は、0.074 mmを通過する90%と決定された。 鉄回収のプロセスフローを図4-24に示す。.

その結果、電解銅の品位は99.9%に達し、回収率は55%であることが示された。また、磁気分離によって浸出残渣から回収された鉄については、鉄の品位は55%、回収率は40%であった。.

G. 海外における銅尾鉱の再処理事例

米国アリゾナ州にあるモレンシ銅精錬所では、堆積した酸化銅尾鉱を硫酸を用いて処理しており、73.8%の銅回収率を達成し、年間50,000トンの陰極銅を生産しており、これは同精錬所の銅生産量の13%を占めている。.

チリのチュキカマタ鉱山では、硫酸を用いた大型タンク浸出法と、それに続く電解法を採用している。年間52,500トンの銅を生産するペースで、長年にわたり堆積されていた大量の古い尾鉱から、これまでに計900,000トンの銅が回収されてきた。.

ロシアとスペインも、細菌による浸出技術を用いて尾鉱から銅を回収する取り組みで良好な成果を上げている。.

図4-24 鉄回収のプロセスフロー図

海外では、銅の尾鉱の再処理に、選鉱と冶金処理を組み合わせたプロセスも採用されています。米国ミシガン州では、銅の尾鉱を再粉砕し、浮選（またはアンモニア浸出）処理を行っています。処理量は8,200万トンで、33万8,000トンの銅が生産されています。 また、米国では、金の回収に用いられるカーボン・イン・リーチ（CIL）に類似した別のプロセスも採用されている。これは、抽出剤を含浸させた炭素粒子を銅尾鉱パルプに添加し、銅を回収するものである。その鍵となるのは、抽出剤が安価でなければならないという点である。 ロシアのアルマリク選鉱所では、尾鉱を74 μm通過粒子サイズが約50%になるまで粉砕した後、浮選を行い、尾鉱から80%の銅を追加回収している。 カザフスタンのバルハシュ選鉱所では、低品位のボルナイト尾鉱から、浮選、再粉砕、および洗浄の各工程を経て、銅とモリブデンを回収している。.