“激活”海量铜资源的绿色高效冶金STS技术
中国科技部
全国颠覆性技术创新大赛
申报材料
项目名称:“激活”海量铜资源的绿色高效冶金STS技术
行业领域： 绿色技术；交叉学科
项目负责人： 王养利
项目参与人：
陕西铜矿湿法冶金研究有限公司
二〇二二年制
目录
（请描述本技术顶目的研究目标、关键技术和拟解决的产业关键问题等）
STS公司将根据铜矿的各矿段，矿体的不同类型矿石的矿物学特征，适应性推出一条低成本，低投入，绿色的工艺路线，能有效激活我国资本控制的闲置和半闲置状态的几千万吨铜资源。
STS工艺的工程理论及设备，小规模工业化应用已完全掌握或获得突破。
l 提出铜湿法冶金“工程中毒”理论：即矿石中的铜浸出进入溶液后，在许多工业条件下，在溶液中，铜离子浓度，自然减退，甚至铜离子，不同程度的随时间“消失”。
l 总结并掌握了硫化铜矿，生物工程化学反应机理，对辉铜矿和蓝铜矿型原生矿，完全可视同氧化矿对待。其它类型原生矿，待研究。
l 研究出了相关渗透剂和催化剂，从而使矿石无需球磨，破碎至一定程度的块矿，短周期的完成浸出。从而大幅度降低了生产成本，且尾矿经水洗，达到绿色，环保化生产排放。
l 定型了大型高效节能浸出机，单池体积可达1000立方米，从而使细粉料，可低成本，规模化生产。
l 对浸出液， 掌握了低投入和低成本的除铁等溶液净化技术。
l 浸出液铜离子浓度可达20～45g／L。
将能解决如下问题：
l STS湿法工艺可以应用氧化矿、混合矿、铜多金属矿和原生矿、低品位矿等多种铜矿。有效利用矿山资源，解决因技术、成本、环保等问题而无法运营的矿山。
l 资源回收率提高，边界品位降低，间接扩大了资源储量，提高资源利用率。
l 解决了生产过程中的环保问题，块矿不使用球磨机，从而节省了投资，也不需要传统意义的尾矿库，可充填场地，道路和采空区。
l STS工艺可以将传统工艺无法直接利用的混合矿，氧化铜金矿，氧化铜银矿，其他的氧化多金属矿和工业尾渣等很好市场化、资源化利用，并创造更高的效益。
（描述本项目所涉及现有技术在国内外相关产业的普遍应用情况，以及现有技术的局限性）
在2021年9月，陕西铜矿湿法冶金研究有限公司（简称STS公司）申报了，中国科技部颠覆性技术研发方向—《湿法铜矿—STS法工程技术路线》。
在2022年3月，陕西铜矿湿法冶金研究有限公司（简称STS公司）申报了，西部矿业玉龙铜矿科研定性摸底。
铜矿主要分为原生矿、氧化矿和混合矿三类，针对原生矿目前国内外基本采用的是浮选工艺，通过浮选生产铜精矿，然后进行冶炼生产金属铜。针对氧化矿和混合矿，一般采用浮选和酸浸工艺。浮选工艺和原生矿一样，通过浮选生产氧化铜精矿，然后进行冶炼生产金属铜。酸浸工艺是将氧化铜矿石采用硫酸将铜矿物浸出，浸出液采用萃取-电解生产电解铜，浸出工艺包括堆浸和搅拌浸出。
目前针对原生矿采用浮选工艺得到铜精矿的技术已经非常成熟，铜精矿是目前主要金属铜的原料来源。但随着原生铜矿的日益枯竭，及世界上对铜的需求量的增加，氧化铜矿被越来越受到重视。
氧化铜矿采用浮选工艺，浮选回收率很难达到70%以上，对于大多数氧化铜矿，因为含泥量大，铜精矿品位低，回收率低，铜的资源浪费严重。氧化铜矿采用堆浸工艺也同样存在回收率低的问题，大多数铜矿堆浸，尤其是高品位的氧化铜堆浸，回收率通常低于60%。虽然堆浸投入低，但资源损失严重，浸出时间长。采用酸浸工艺，需要对设备进行防腐处理，矿石采用球磨，后期固液分离困难，氧化矿中的原生矿不能回收，投资大，废石和尾矿处理成本高，建成后很难达标达产。这些问题已在云南及西藏许多大型矿山的铜搅拌浸出的生产实践中得到证实。
目前国内许多企业、研究院所及高校，都在积极开展氧化铜矿及混合矿的选冶工艺研究工作，尤其是开展对矿石中原生矿的湿法浸出研究，试图开发出高效、低成本的选矿工艺。但目前的工艺，都离不开常规浮选、堆浸、搅拌浸出等传统工艺，基本没有的新突破。
总结来说，铜资源中的原生铜矿可以正常生产。但氧化铜矿石和混合铜矿石，及相应的铜金，铜银，及铜多金属矿，仍达不到有效益生产、短周期生产和绿色环保生产等。国内外，。
例如：国内第二大铜矿玉龙铜矿，上半年揭榜挂帅成本目标为4.8万／吨。意味着，在正常市场价～4万／T时，该矿为“无效”资源。在国外～1.5％以下的氧化和混合铜矿石己占有，但未生产。在囯内外相当大部分氧化率较高的混合铜矿也未生产。
（请描述本技术的创新点、优势及对现有技术的替代性、颠覆程度）
l 生产总成本对比：
比传统主流搅拌工艺，STS工艺根据矿种不同可降低20~40%
l 生产总收率对比：
传统工艺基本无法回收原生矿，STS工艺对矿山铜总回收率可>90%
l 场地占用对比：
STS工艺可降低占地面积约50%
l 球磨工艺段对比：
STS工艺不需要磨矿工艺
l 系统容液总量对比：
STS工艺系统容液总量比传统工艺降低50~80%
l 浸出液浓度对比：
STS工艺浸出液浓度可达到饱和程度（Cu2+浓度40~60g/L）是传统浸出液浓度的10~20倍。
l 浸出率（含混合矿原生矿）：
STS除对传统氧化矿工艺的浸出率好以外，对大部分混合矿，STS工艺也可以达到同样效果（甚至原生矿也可以应用STS工艺）。
l 环保对比：
废液循环利用，没有排放，不需要传统意义上的尾矿库，废渣可以作为充填和工业建设的原料。
l 投资对比：
根据矿山情况不同，浸出段工艺比传统搅拌工艺投资减少约50%
l 成本对比：
原矿Cu品位在0.5~1.5%，生产金属铜成本可降低到约2.5万元/吨。
综上，原生矿湿法提取工程技术理论和铜矿湿法冶金工业中毒理论均有巨大突破；且STS工艺具有低成本投资和高效益回报的特点，对氧化矿，原生矿和混合矿可以用一次性投资建成一条完整工艺流程生产线，并且生产的总投资效益相比传统技术会有大幅度提高。
本颠覆性技术对有关产业的颠覆要点
本工艺适用氧化矿、混合矿和原生矿。解决因技术、成本、环保等问题而无法大幅盈利的矿山，激活千万吨铜资源。
资源回收率提高，边界品位降低，提高资源利用率。
解决了环保问题，不使用球磨机，降低投资，不需传统意义的尾矿库，废渣符合环保标准，可用作充填和建设的原料，并可进行生态复垦。
本工艺可以将传统工艺无法直接利用的混合矿，氧化铜金、银矿和工业尾渣等很好地市场化、资源化利用。
1. 项目主要研究内容
历经20年的相关理论研究并对国内外湿法铜企工艺调研研究，吸收和消化了传统工艺的精华，结合我们的研究成果，推出了STS湿法铜工艺
STS工艺的酸浸是将氧化铜矿、混合铜矿、原生铜矿矿石不需要球磨，只需要破碎至小于30mm后，筛分出粗细粒级物料，分别进行浸出。细粒级采用特殊研制的大型节能浸出机浸出，粗粒级采用特制的浸出槽浸出；矿石中的大部分种类原生矿，可视同氧化矿湿法提取；加入特殊的渗透剂和催化剂以增加铜矿物的溶解，有利于铜的回收；辅以匹配的过程控制技术，溶液除铁技术和溶液净化技术等。
铜矿湿法冶金生产的几项核心工艺指标及实现成本均大幅度优于传统工艺。具体体现在：
l 回收率，尤其是混合矿。
l 固液分离
l 浸出液铜离子浓度，数倍高于传统工艺
l 系统溶液量和溶液平衡问题
l 尾矿的处理和环保问题
l 设备大型化问题
l 浸出液的除铁和低成本净化问题
从而，大幅度降低了成本，提高了铜矿物的回收率，使大部分类型铜矿，尤其是混合矿，尾渣铜残留均不超过0.15%。该工艺最大特点是铜金属回收率高，适应大型化生产，比传统工艺投资少，生产成本降低10～30％,提高矿山综合利用率，且不需要传统意义的尾矿库，有利于环境保护。
2. 项目拟采取的研究方法；项目研究方法的可行性、先进性分析
本工艺适用氧化矿、混合矿和原生矿。解决因技术、成本、环保等问题而无法大幅盈利的矿山。
资源回收率提高，边界品位降低，提高资源利用率。
解决了环保问题，不使用球磨机，降低投资，不需传统意义的尾矿库，废渣符合环保标准，可用作充填和建设的原料，并可进行生态复垦。
本工艺可以将传统工艺无法直接利用的混合矿，氧化铜金、银矿和工业尾渣等很好地市场化、资源化利用。
综合生产成本，3.5万元左右/吨阴极铜。将采用包括并不限于如下的技术手段：
l 矿石不球磨
粗料和细料先分离，后釆用不同方式酸浸。此法，可节约几十元/吨矿石的生产费用。
l 原生矿的提取
矿石大部分为混合矿，含黄铜，辉铜等原生矿，STS工艺，可不同程度提取。即提高了矿石铜的回收率。
l 增大投料量。
采用STS高效节能浸出搅拌系统，单池体积可达1000立方米。
l 环保
粗料经水洗，PH值为 7~9 ，细料 3~7 。稍加处理，混合后，可作为填充建材，铺填道路，场地等，无需传统意义的尾矿库。
l 萃取前，溶液铜离子浓度为20～45g／L。
浸出段投资比传统搅拌工艺低以一半以上。
湿法冶金资源因工业技术存在的一些缺陷和问题，导致资源利用率低，甚至浪费资源和闲置资源。
我们研究的方向主要是针对氧化铜传统湿法工艺下列问题进行研究：
l 收率低
l 线路长
l 氧化铜矿的浸出时间长
l 工艺设备不能完整匹配等不足
早先针对不同区域、不同矿型结构的氧化铜矿做出了不同工艺的湿法工艺研究，解决了浸出率等问题。后期为统一不同矿型结构的氧化铜矿、硫氧化铜矿、硫化铜矿及铜多金属矿的湿法工艺方法，取得了以下具有节能、环保、经济效益及社会效益好的新进展：
l 浸出段铜的中毒难题及浸出液体的工业净化技术
l 研制定型了的高效节能浸出机，提高了产能
l 缩短了工艺流程
l 研制出了助浸剂、催化剂
l 大大降低了生产成本，降低投入。
3. 本项目所研究的技术属于哪一类？
重大创新与突破
（包括潜在的技术风险、市场风险、政策风险，实施过程中的制约因素等，以及相应对策措施。）
STS将氧化铜矿石分为五大类、十几个小类，大部分矿种可实现尾渣铜残留低于0.15%，甚至达到0.04%级别，虽然部分原生矿也可以达到较好的效果，但还不能适应全部类型铜矿。
STS虽然能够对现有多种低品位铜矿取得很高的回收率和浸出液浓度，但仍在以下方面存在挑战：
l 信息不对称（核心原因）
n 市场需求及利益方由矿山、投资方和技术方三大部分构成，三方各关注的相关信息，沟通，交流，评估，信任是当下的核心问题
n 从STS角度，大部分国内外，铜矿企业不知STS技术，或不同程度的知之甚少
l 经济原因
n 许多矿企使用传统工艺，经济效益较差，无心，无力科研
n 惯性思维和行业体制原因
n 许多矿企的项目科研，设计等，只在某些大学，研究院和设计院进行
l 无规模工业示范
n 目前，无日处理300T矿物以上规模的示范矿企运行
l 疫情影响
l 无相关的科研和推广政策同步配合，生存和技术推广亦难
建议：
l 内容：建设铜矿湿法冶金实验室级的研究平台
l 目的：通过实验室的研究，可以初步确定具体矿山的投资，生产成本，工艺条件等，形成工艺预可研报告，从而为各利益方和矿区政府，开展下一步工作提供条件和依据。
l 形式：平台可依据具体市场和利益需求，以多种形式和类型存在
（新技术的期望效用、商业化能力回报和收益水平：新技术是否满足国家战略需求，是否对产业发展有广泛影响，是否对人民的生活方式有重大改变，是否对商业模式有根本调整；技术成功对产品、产业或市场等的影响力大小等；新技术的发展对相关产业的影响及影响程度）
l 经过十多年的实践应用，STS工艺对氧化矿、混合矿及原生矿生产工艺已经非常成熟均可实现应用；
l 无需传统意义上的尾矿库；
l 实现废液循环利用，没有废液排放，废渣可以作为充填和工业建设的原料，环保成本大幅度降低。
l 对氧化铜金矿铜银矿高效益资源化，理论上，可以盘活氧化铜金矿资源，金几千吨，铜上亿吨，总产值可达近十万亿元。
l 因技术，有了工业投资效益，利润率20～40％，约 2年 ，即可收回工厂投资。
综上，采用STS湿法工艺，颠覆了传统工艺，降低了生产成本，盘活更多矿山资源，提高矿山综合利用，效益大幅提高，是取代现有生产工艺的必然趋势。
按照现阶段的铜行业发展需求，STS新技术急需得到应用，不仅在技术上会得到跨越式革命，而且在投资和生产成本降低方面，也能大大提高基础铜工业的活力，技术得到应用后，将是对现有传统铜湿法工艺的颠覆，提高回收率，可降低成本至每吨铜约2.5万。STS工艺对氧化矿，原生矿和混合矿可以用一次性投资建成一条完整工艺流程生产线，并且生产的总投资效益相比传统技术会有大幅度提高。我们目标是STS技术在五年内得到应用。
在经济效益方面，或将激活氧化铜矿资源，其生产成本可低至2500元/吨，直接增加产值可达万亿，其中在投资方面，工业投资利润率20～40％，约 2年回收全部投资成本。
参赛单位在该研究方向的前期任务承担情况
本公司经过20年的科研攻关及实际生产，开发出一套绿色高效的湿法炼铜工艺——短流程高效率湿法提铜工艺，本工艺低投资，低成本，高效益，将改变颠覆传统的铜选冶工艺，并能充分利用国内外难以利用的氧化铜矿和混合铜矿资源。
绿色冶金；低成本；激活铜资源；
十、 STS技术未来科研目标
1. STS技术深度科研目标
逐渐推广至部分类型原生矿和铜精粉，采用STS湿法冶金工艺，不经过焙烧和冶炼，直接生产电解铜。
2. STS技术辐射科研目标
最终将STS技术应用到部分类型的氧化锌矿和混合锌矿以及锌精粉等。
3. STS技术目标矿山
玉龙铜矿，兰坪铅锌矿，嘉能可铜钴矿等。详细资料见附件1.
日期：2022年7月23日
陕西铜矿湿法冶金研究有限公司
陕西铜矿湿法冶金研究有限公司
王养利
电话：13891098120